Modern Metallic Materials for Arctic Environment

• Main Author: Korhonen, Sami
• Other Authors: Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Teknillinen tiedekunta, Konetekniikka, Hitsaustekniikka / Lappeenranta University of Technology, Faculty of Technology, Mechanical Engineering, Welding Technology
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: 2012
• Subjects: Arctic development; cold environment; impact test; modern aluminium alloys; modern steels; modern stainless steels; Arctic; Arktis*
• Online Access: http://lutpub.lut.fi/handle/10024/77563

This thesis is part of the Arctic Materials Technologies Development –project, which aims to research and develop manufacturing techniques, especially welding, for Arctic areas. The main target of this paper is to clarify what kind of European metallic materials are used, or can be used, in Arctic. These materials include mainly carbon steels but also stainless steels and aluminium and its alloys. Standardized materials, their properties and also some recent developments are being introduced. Based on this thesis it can be said that carbon steels (shipbuilding and pipeline steels) have been developed based on needs of industry and steels exist, which can be used in Arctic areas. Still, these steels cannot be fully benefited, because rules and standards are under development. Also understanding of fracture behavior of new ultra high strength steels is not yet good enough, which means that research methods (destructive and non-destructive methods) need to be developed too. The most of new nickel-free austenitic and austenitic-ferritic stainless steels can be used in cold environment. Ferritic and martensitic stainless steels are being developed for better weldability and these steels are mainly developed in nuclear industry. Aluminium alloys are well suitable for subzero environment and these days high strength aluminium alloys are available also as thick sheets. Nanotechnology makes it possible to manufacture steels, stainless steels and aluminium alloys with even higher strength. Joining techniques needs to be developed and examined properly to achieve economical and safe way to join these modern alloys. Tämä opinnäytetyö on osa Arctic Materials Technologies Development –projektia, jonka tavoitteena on tutkia ja kehittää arktisten alueiden rakentamista ja rakentamiseen liittyviä valmistusmenetelmiä, erityisesti hitsausta. Työn varsinainen tavoite oli tehdä alustava selvitys eurooppalaisista standardoituista metallisista materiaaleista, joita käytetään tai joita voidaan käyttää arktisilla alueilla. Pääosassa olivat erilaiset hiiliteräkset, ruostumattomat teräkset ja alumiini ja sen seokset. Työssä käsitellään standardoiduja materiaaleja sekä osaltaan käydään läpi eri materiaaliryhmien ominaisuuksia ja esitellään muutamia viimeaikaisia kehitysaskelia. Tämän selvityksen perusteella hiiliteräksiä (laivanrakennusteräkset, putkiteräkset) on kehitetty hyvin vastaamaan nykyisen teollisuuden tarpeisiin, jopa arktisen alueen rakentamisessa. Näitä teräksiä ei pystytä vielä täysin hyödyntämään, koska suunnittelustandardit ovat vielä kehitteillä. Myös ymmärrys ultralujien terästen murtumiskäyttäymisestä on osoittautunut osaltaan puutteelliseksi, joten tulevaisuudessa aineenkoetusmenetelmien kehittäminen on erittäin tärkeässä osassa. Austeniittisten ja austeniittis-ferriittisten ruostumattomien terästen osalta kehitys kulkee nikkelivapaiden laatujen suuntaan, joista suurin osa soveltuu kylmään ympäristöön erinomaisesti. Ferriittisiä ja martensiittisia ruostumattomia teräksiä kehitetään paremmin hitsattavaksi, mutta niiden kehitysympäristö on vahvasti keskittynyt ydinvoimateollisuuteen. Alumiiniseokset soveltuvat hyvin kylmiin olosuhteisiin ja nykyään on saatavilla erityisen lujia seoksia myös paksuina levyinä. Nanoteknologia mahdollistaa yhä lujempien teräs- ja muiden metallilaatujen valmistamisen, mutta tälläisten laatujen liittäminen taloudellisesti ja turvallisesti vaatii vielä paljon tutkimustyötä.