Matalan lämpötilan reversiorakenteiden mikrorakenteet, mekaaninen stabiilisuus ja lujuus monotonisessa ja syklisessä kuormituksessa AISI 301LN teräksessä

Austeniittisia teräksiä halutaan käyttää niiden hyvän muovattavuuden ja korroosiokeston takia myös rakennemateriaalina. Niiden myötölujuus on kuitenkin melko matala ja sen nostamisella saavutetaan monia etuja. Helpointen lujittaminen saadaan aikaan kylmävalssaamalla teräslevyä. Tällöin kuitenkin muovattavuus ja korroosionkestävyys heikkenevät ja lujuusominaisuudet levyn eri suuntiin tulevat erilaisiksi.

Väitöstyössä, joka koostuu kuudesta kansainvälisestä julkaisusta, on tutkittu vaihtoehtoista valmistustapaa austeniittisten ruostumattomien terästen lujittamiseksi. Lujittamiseen on käytetty lämpökäsittelyä, ns. reversiohehkutusta, jossa kylmämuokattu martensiittisen rakenteen omaava teräslevy muuttuu hyvin hienorakeiseksi austeniitiksi. Sen myötölujuus voi olla noin kolminkertainen kaupallisen hehkutetun teräksen myötölujuuteen verrattuna, vaikka teräksen sitkeys ja muovattavuus säilyvät lähes ennallaan.

Väitöstutkimuksessa käytettiin koemateriaalina kaupallista 17% Cr-7Ni -terästä (AISI 301LN). Työhön sisältyi laaja mikrorakennetutkimus ja runsaasti mekaanista aineenkoetusta. Työssä osoitettiin, että erittäin lujia austeniittisia teräksiä voidaan valmistaa hyödyntämällä matalassa lämpötilassa suoritettua hehkutusta, jolloin lujittuminen on seurausta sekä muokkausrakenteesta että raekoon hienontumisesta. Sekarakenteita voidaan tuottaa pienemmällä kylmämuokkausasteella kuin hyvin hienorakeisia rakenteita, mikä on teollisesti helpompi toteuttaa.

Työssä tutkittiin myös erilaisten reversiohehkutettujen mikrorakenteiden käyttäytymistä dynaamisessa kuormituksessa ja todettiin niillä saatavan väsymiskestävyyden olevan merkittävästi parempi kuin kaupallisella hehkutetulla teräksellä.

Reversiokäsittelyllä tuotettujen mikrorakenteiden stabiilisuutta veto- ja väsytyskuormituksen alaisena tutkittiin elektronimikroskooppisin menetelmin. Tällöin osoitettiin, että austeniitin voimakas taipumus muuttua muokkausmartensiitiksi ei johdu tässä teräksessä sen hyvin hienosta raekoosta, niin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa on esitetty, vaan matalassa hehkutuslämpötilassa tapahtuvasta krominitridien erkaantumisesta.