Gå till rapporten

Traditionellt har tillverkare använt blylegerat stål för att förbättra bearbetbarheten. Blyets toxicitet och dess klassificering som cancerframkallande av EU har emellertid skapat ett akut behov av att hitta blyfria alternativ. Detta var utgångspunkten för projektet Environmentally Friendly Steel, som koordinerades av DAMRC (Danish Advanced Manufacturing Research Center). Joakim Miinin, Area Sales Manager Nordic & Baltics på Ovako, och Ulrik Kirk Boesen, produktspecialist på Tibnor, presenterar här de resultat som stödjer möjligheten att använda blyfria stålalternativ.

Tillsats av en liten mängd bly till stål ökar bearbetbarheten genom att bilda inneslutningar som deformeras med avsevärt mindre kraft än det omgivande materialet. Detta möjliggör högre spånhastigheter och minskar därmed produktionskostnaderna. Utmaningen med bly är dock att det är giftigt för människor. För att begränsa konsekvenserna av blyets toxicitet har EU därför begränsat användningen genom att inkludera bly i RoHS-direktivet (EU 2025).

Två av de mest använda blyersättningarna för att förbättra bearbetbarheten är svavel (S) och kalcium (Ca). Båda elementen anses ha en smörjande effekt i bearbetningsprocessen. Kalcium tillsätts genom behandling av stålet under avoxidation av det flytande stålet. Därigenom omvandlas hårda inneslutningar av aluminiumoxid (Al₂O₃) till mjukare kalciumaluminater. Dessa minskar verktygsslitage genom att bilda skyddande beläggningar på verktyget under bearbetningen och förbättrar därmed stålets bearbetbarhet. Detta utgör grunden för Ovakos M-Steel-behandling, som kan tillämpas på alla stålkvaliteter och i alla leveranstillstånd.

Projektets syfte

Syftet med DAMRC:s projekt var att utvärdera och jämföra bearbetbarheten hos fem olika stålsammansättningar – närmare bestämt frässkärning av blylegerat stål, blyfritt konstruktionsstål samt blyfritt stål modifierat med kalcium och svavel. Parametrarna utvärderades genom 3-axliga fräsoperationer med särskilt fokus på borr- och gängskärningsprocesser.

Utvärderade stålsorter

De stålsorter som ingick i testprogrammet levererades av Tibnor och Ovako.

De utvalda stålsorterna var:

• 11SMnPb30
• 11SMn30
• S355J2
• 520M
• 550MW+

Den kemiska sammansättningen hos stålsorterna framgår av tabell 1.

Tabell 1: Kemisk sammansättning av de stål som har använts i bearbetningsförsöken, i viktprocent, resten är järn.

Dessa legeringar gav tre olika testvariabler i projektet. Den första och centrala variabeln var förekomsten av bly – med den blylegerade kvaliteten 11SMnPb30 och fyra blyfria stålsorter. Huvudjämförelsen mellan blyhaltig- och blyfri bearbetbarhet genomfördes mellan 11SMnPb30 och 11SMn, eftersom dessa är identiska i sammansättning förutom bly. Den andra och tredje variabeln var respektive hög svavelhalt och kalciumbehandling. 520M har låg svavelhalt och är kalciumbehandlad, S355J2 har låg svavelhalt utan kalciumbehandling, 11SMn har hög svavelhalt utan kalciumbehandling medan 550MW+ har hög svavelhalt och är kalciumbehandlad.

Från bearbetbarhet till processtabilitet

Ur Tibnors perspektiv – representerat i projektet av produktspecialisten Ulrik Kirk Boesen – bygger arbetet vidare på mångåriga insatser för att optimera bearbetbarheten, traditionellt via parametrar som svavelhalt, men tar samtidigt nästa steg mot ett bredare fokus på konsekvens och driftsäkerhet i produktionen.

Projektet visar en förskjutning mot att bedöma hur material presterar i ett samlat produktionssammanhang. Detta omfattar inte bara bearbetningseffektivitet, utan även förmågan att säkerställa stabila och repeterbara processer över tid.

Denna utveckling speglar de ökande kraven inom modern industri. Det är inte längre tillräckligt att enbart fokusera på spånbrytning eller isolerad bearbetningsprestanda. Det finns ett växande behov av att säkerställa konsekventa och reproducerbara processer där material stödjer en stabil produktion med minimal variation.

I praktiken innebär detta att möjliggöra en hög grad av driftsäkerhet, där produktionen kan köras kontinuerligt med stort förtroende – även i automatiserade och obemannade processer. För skandinavisk industri är anpassning till dessa nya krav avgörande för att förbli konkurrenskraftig på en global marknad.

Testmetod

Testmetoden bestod av att successivt slita verktygen genom upprepade bearbetningsoperationer, samtidigt som slitaget övervakades och dokumenterades. Processen upprepades för varje stålsort med nya verktyg varje gång.

Sammanfattning av resultat

Projektet har framgångsrikt utvärderat bearbetbarheten hos blyfria stålalternativ jämfört med traditionellt blylegerat stål med hjälp av centrala mätparametrar såsom verktygsslitage, spånbildning och håldiameter.

Resultaten visar att de testade blyfria stålen har likvärdig eller bättre bearbetbarhet än det blyhaltiga 11SMnPb30. Sammantaget stödjer resultaten slutsatsen att blyfria alternativ är fullt gångbara, förutsatt att processtyrningen sker noggrant.