Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
Sponseret indhold

Svensk superbolt holder sammen på tyske ubåde, rutsjebaner og CERN’s partikelaccelerator

Almindelige bolte af billigt asiatisk stål må ofte give op overfor genstridige låse, elcykelmotorer og atomreaktorer. Svenske bolt-eksperter har derfor kæmpet i flere år med at udvikle en særlig proces, der presser det rustfrie stål sammen til verdens stærkeste bolt.

Af TECH RELATIONS for Bumax
Illustration: CPH:DOX

Skruer og bolte får sjældent den store opmærksomhed, når hylder sættes op i stuen, eller plankerne i fæstnes i terrassegulvet.

Men befinder du dig i en ubåd flere hundrede meter under havets overflade omgivet af vand, der trykker ind mod skroget med flere tusinde kilopascal, er det en anden sag. Her kan kvaliteten af skruer og bolte være afgørende for liv og død.

Det forklarer Anders Söderman, der er teknisk direktør for den svenske bolt-producent Bumax.

Over de seneste år har han oplevet højere krav til skruer og bolte i en lang række industrier. Boltene skal blandt andet være stærkere samt bedre til at modstå korrosion. Og det har fået Bumax til at nytænke, hvordan man udvikler skruer og bolte i rustfrit stål, så de bliver særligt stærke — og dermed også kan produceres i mindre størrelser med samme styrke. Eksempelvis BUMAX DX 129, som er en Duplex-bolt i styrkeklasse 12.9.

»Mange niche-områder lige fra luftfart- til våbenindustrien oplever problemer, hvor de dynamiske kræfter resulterer i udmatning af skruer og bolte«, siger han og advarer mod især befæstelser, der er produceret billigt i Asien.

Disse bolte er typisk lavet af billigere stållegeringer, som blandt andet ikke har samme styrke og har en ringere korrosionsmodstand. Forklaringen skal blandt andet findes i sammensætningen af de forskellige elementer i stållegeringen. Det er især de dyre stoffer som nikkel, molybdæn og krom, der gør forskellen ifølge Anders Söderman.

Derfor bruger Bumax oftest stål fra lokale svenske stålproducenter til sine bolte. Industrien har aner tilbage fra Middelalderen og leverer i dag noget af det reneste stål med et højt indhold af de dyre grundstoffer. Kombineret med en særlig koldformingingsproces, som Bumax har raffineret over flere år, er det lykkedes for den svenske bolt-virksomhed at udvikle verdens stærkeste bolt i rustfrit stål.

Firmaets bolte leveres i nogle udgaver som hyldevarer i stålkvaliteter som 316LHiMo, Duplex og Super Duplex. De bruges i dag til at holde sammen på alt fra ubåde fra tyske ThyssenKrup, vandfiltrene i europæiske atomkraftværker samt CERN’s meget omtalte partikelaccelerator.

Boltene på billedet lever op til ISO 4014 og 4762-standarderne og er i materialet 316LHiMo. Illustration: Bumax

Rustfrit stål overrasker: Er stærkere end almindeligt stål

Det er ikke kun i de mest ekstreme omgivelser som radioaktive miljøer, at bolte udgør en udfordring.

En af Bumax’ kunder kæmpede med bolte, der knækkede i situationer, som ikke umiddelbart virkede så krævende. Problemet opstod med boltene i firmaets låse, som blandt andet bruges i branddøre. Kræfterne i låsene var så stærke, at stålet udmattedes, og boltene knækkede en efter en.

Firmaet forsøgte derfor først at udskifte dem med bolte lavet af 8.8 stål, og senere 10.9 for at ende med 12.9, uden det løste problemet.

Ikke desto mindre viste det sig heller ikke at være nok. Efter længere tids brug blev også disse bolte metaltrætte og gav op.

Firmaet tog derfor fat på Bumax, som i samarbejde med kunden udviklede det, der blev verdens stærkeste rustfrie bolt.

For at tilføre boltene ekstra styrke, benytter Bumax en såkaldt koldformningsproces. Den går ud på at forme bolten plastisk ved at sammenpresse stålet for derefter at varme stålet op kortvarigt.

»Det er enormt svært at koldforme materialet, så det opnår en så betydelig styrke, fordi det bliver utroligt hårdt«, siger Anders Söderman og uddyber:

»I starten blev vores værktøj ved med at gå i stykker. Vi kunne kun lave hundrede bolte, før det knækkede. Det tog os et et år, før vi havde lært at producere boltene ordentligt«.

Resultatet af den raffinerede proces er verdens stærkeste rustfri bolt (17.9), som indtil videre har opnået en trækstyrke over 1700 MPa. Og det var mere end nok til firmaet, der kæmpede med låsen til sine branddøre.

»Det var en stor succes. Firmaet testede boltene i et laboratorium ved at udsætte dem for gentagne slag i en Charpy-test. Bolten af almindeligt stål gik allerede i stykker ved 10.000 slag. Vores bolt klarede 500.000 slag, før de stoppede testen. Og da var bolten stadig intakt«, siger Anders Söderman.

Berømt rutsjebane havde en skrue løs

Når det kommer til boltenes superliga, så er trækstyrke blot en ud af mange faktorer.

Det indså teknikere bag den berømte trærutsjebane Balder fra forlystelsesparken Liseberg i Gøteborg for nogle år siden. De havde samlet den over én kilometer lange rutsjebane ved hjælp af bolte i almindeligt stål. Boltene var ganske vist stærke nok til at holde sammen på bygningsværket, men kom alligevel til kort efter nogle år. Overfladen af boltene var galvaniserede for at beskytte mod korrosion, men som årene gik, begyndte de at korrodere og svække boltene. Nogle bolte endte endda med at knække på grund af korrosionen.

Teknikerne opdagede det heldigvis i tide, og skiftede boltene ud med bolte i kvalitet A4, klasse 80, men heller ikke det var godt nok. De måtte udskifte dem med Bumax-bolte i rustfrit stål i klasse 88, før problemet blev løst.

»Der er mange faktorer, man skal tage stilling til, når man vælger bolte. Hvis teknikerne på rutsjebanen ikke havde udskiftet dem i tide, kunne det have endt med et uheld«, siger Anders Söderman.

Udover de rigtige værktøjer og processer, så består hemmeligheden ifølge den tekniske direktør i sammensætningen af stålet. Bumax får det oftest fra de lokale svenske stålproducenter, som er dygtige til at rengøre metallet og dermed undgår slagger. De små slaggerpartikler fra smelteprocessen gør nemlig stålet svagere og mindre resistent over for korrosion, forklarer Anders Söderman.

Derudover har de svenske producenter et højt indhold af de dyre elementer i stålet. De officielle ISO-standarder giver nemlig plads til stor variation i metallets sammensætning. Syrefaste A4-bolte skal ifølge standarderne eksempelvis indeholde mellem to til tre procent molybdæn, hvilket kan lokke nogle producenter til at holde sig så tæt på den nedre grænse som muligt for at spare penge.

»Vores bolte holder sig mellem 2,5 og 3 procent, og det gør en forskel for hvor resistente, de er over for korrosion«, siger Anders Söderman.

Boltene bliver produceret på fabrikken i den svenske by Åshammar. Stålet kommer blandt andet fra de omkringliggende svenske stålværker i området også kendt som ‘stålbæltet’ Illustration: Bumax

Ekstreme forhold kræver nye legeringer

I nogle industrier er det helt andre parametre, der er afgørende. Tag eksempelvis turboladere fra biler — de bliver ekstremt varme og kræver derfor bolte, som har en usædvanlig høj temperaturresistens.

For at løse denne udfordring producerer Bumax bolte i en nikkelbaseret legering frem for rustfrit stål. Efter koldformningen varmebehandles boltene for at opnå egenskaber, som gør dem i stand til at håndtere temperaturer op til 800º C.

På andre områder er det afgørende, at boltene har en lav magnetisk permeabilitet — det vil sige, at bolten ikke bliver magnetiseret, når den bliver udsat for et magnetfelt og tåler ekstrem kulde. Og det er CERN’s største partikelaccelerator Large Hadron Collider (LHC) et godt eksempel på. LHC består af superledende ringe, som får energirige protoner til at cirkulere rundt i rørene i acceleratoren samtidig med, at temperaturen når 4° Kelvin (-269° C). En lille magnetisk påvirkning fra en bolt kan være nok til at forstyrre magnetfeltet, hvilket hurtigt kan blive en dyr affære for det bekostelige forskningsmateriel.

»Du har brug for meget gode råmaterialer for at opnå en lav magnetisk permeabilitet«, siger Anders Söderman og fortsætter:

»Den laveste magnetiske permeabilitet, du kan opnå, er en værdi på 1. Vi er nede på 1,001, og det er derfor CERN bruger vores bolte«.

Også i atomkraftværker er det vigtigt, at boltene ikke danner magnetfelter. Samtidig er der ifølge Anders Söderman også behov for at styre en række andre elementer meget nøje, heriblandt indholdet af kobolt. Normale bolte kan indeholde for høje mængder af metallet, der — hvis det befinder sig for tæt på reaktoren — risikerer at skabe radioaktive isotoper.

»Derfor sørger vi altid for at specificere nøjagtig, hvor meget kobolt stålet må indeholde hos stålværkerne, når vi producerer bolte til atomkraftværkerne«, siger Anders Söderman.

Måtte specialisere sig for at konkurrere med Asien

Det er ikke mere end fem år siden, hvor Bumax kun producerede tre forskellige typer af bolte: BUMAX 88 og BUMAX 109 samt bolte til bilindustrien. På dette marked var konkurrencen for bolte intens, og priserne blev presset ned af en billigere produktion i Asien.

Bumax, der blev grundlagt for over hundrede år siden i 1899, måtte derfor finde tilbage til rødderne.

»For at kunne overleve som fabrik i lande som Sverige og Danmark skal man specialisere sig«, siger Anders Söderman.

Bumax var den første virksomhed i verden til at producere en bolt i rustfrit stål i 1926. Men historien går endnu længere tilbage for landsbyen Åshammar, hvor virksomhedens fabrik ligger, tilhører det såkaldte stålbæltet. Lige siden Middelalderen har svenskerne været kendte for deres produktion af jern og senere stål, som de eksporterede blandt andet drevet af krige og industrialiseringen. Heraf fulgte en række tekniske gennembrud.

Det var eksempelvis den svenske handelsmand og industrialist Göran Fredrik Göransson, der i 1858 som den første i verden lykkedes med at implementere den dengang revolutionerende Bessemer-metode til produktion af stål i bedre kvalitet end hidtil — forløberen for rustfri stål.

I dag er de hundredvis af svenske stålværker reduceret til en håndfuld. Men traditionerne lever videre og de yderst specialiserede virksomheder bruger hinanden for at konkurrere med billigere produktion i andre lande.

»Vi har verdens stærkeste bolt i klasse 17.9, som desuden er rustfri, og den kunne kun blive til i samarbejde med stålværkerne i Sverige«, afslutter Anders Söderman.

Se, hvordan Bumax’ bolte opnår ekstra høj styrke, korrossions- og temperaturresistens samt lav magnetisk permeabilitet