Per garantire che questi acciai possano resistere a tempeste, onde e alla durezza dell'acqua salata per molti anni, pur rimanendo economicamente sostenibili da produrre, i ricercatori sui materiali dell'Università della Saarland e gli ingegneri meccanici dell'Università RWTH di Aquisgrana stanno collaborando con l'azienda specializzata in acciaio Dillinger e altre società per sviluppare nuove leghe di acciaio personalizzate. Il progetto di ricerca è finanziato da una sovvenzione di 1,2 milioni di euro del Ministero federale tedesco dell'Economia e dell'Energia.
La produzione degli enormi tubi d'acciaio per i parchi eolici offshore richiede lamiere pesanti come quelle prodotte dall'azienda siderurgica Dillinger nella Saarland. Le lamiere, con uno spessore di circa dieci centimetri, vengono saldate insieme per formare sezioni di tubo con diametri fino a dieci metri. Queste vengono poi unite pezzo per pezzo con ulteriori saldature per raggiungere lunghezze superiori a 80 metri. "Il problema principale di questo processo è l'intenso calore applicato brevemente all'acciaio durante la saldatura, che altera la struttura interna del materiale. Più spesse sono le lamiere pesanti e più velocemente vengono saldate in condizioni di produzione, più drastiche possono essere le deviazioni strutturali intorno alle saldature", spiega Frank Mücklich, professore di materiali funzionali all'Università della Saarland.
Il ricercatore nel campo dei materiali e il suo team hanno sviluppato speciali tecniche analitiche in grado di rappresentare quantitativamente tutte le modifiche alla struttura interna dei materiali. A tal fine, il ricercatore utilizza microscopi elettronici e ionici ad alta risoluzione, tra cui la nanotomografia e la tomografia a sonda atomica. Le informazioni e le sequenze di immagini acquisite a diverse scale vengono elaborate da un computer per formare un'immagine spaziale precisa della struttura dell'acciaio, fino al singolo atomo. "Questo ci permette di osservare a livello micro e nano, nonché a livello atomico, quali piccole modifiche sono necessarie per modificare un materiale in modo che abbia le proprietà desiderate", ha affermato Frank Mücklich, che dirige anche il Centro di ricerca Steinbeis per l'ingegneria dei materiali presso l'università di Saarbrücken.
I partner del progetto stanno ora collaborando con i produttori di monopali EEW Special Pipe Constructions, il Gruppo Sif e il produttore di materiali di consumo e alimentatori per la saldatura Lincoln Electric per ottimizzare ulteriormente le lamiere di acciaio di grosso spessore per i processi di saldatura utilizzati nella costruzione di turbine eoliche offshore. "Negli ultimi anni Dillinger ha effettuato investimenti lungimiranti e promosso l'innovazione per sviluppare una lamiera avanzata per l'esigente mercato dei monopali", ha affermato Sebastian Scholl, dottore di ricerca in scienza dei materiali e ingegnere di saldatura presso Dillinger. "Di conseguenza, Dillinger è già stata in grado di aumentare significativamente la produttività e contribuire a ridurre i costi di costruzione delle turbine eoliche offshore.".
Scholl ha aggiunto che è altrettanto importante continuare ad aumentare l'efficienza dei processi di produzione di materiali pesanti, ad esempio incrementando la velocità massima di saldatura raggiungibile con gli acciai Dillinger. I moderni processi di saldatura per lamiere di grosso spessore, come la saldatura ad arco sommerso a più fili o la saldatura a fascio di elettroni, rivestono un ruolo significativo in questo senso. "Il prossimo passo importante sarà ridurre i tempi di produzione. Ciò può essere ottenuto con metodi di saldatura ad alte prestazioni. Per questo motivo vogliamo collaborare con i nostri partner a questo progetto di ricerca per sviluppare un acciaio che soddisfi questi elevati requisiti", ha affermato Scholl.
Il professor Uwe Reisgen, direttore dell'Istituto di Tecnologia di Saldatura e Giunzione presso la RWTH A&M University, concorda: "Strutture in acciaio di queste dimensioni sono assolutamente inconcepibili senza la tecnologia di saldatura. Per le enormi quantità richieste, abbiamo bisogno sia di processi di saldatura altamente efficienti sia di materiali su misura. Questi devono essere facili da lavorare con metodi di saldatura ad alte prestazioni, senza perdere le loro proprietà meccaniche e tecnologiche. Sono molto lieto che un'azienda siderurgica così competente come Dillinger voglia intraprendere questo percorso con noi.".
Il Ministero federale tedesco dell'Economia e dell'Energia finanzia il progetto congiunto con 1,2 milioni di euro nell'ambito del programma di ricerca energetica "Innovazioni per la transizione energetica". Il progetto di ricerca ha un budget complessivo di oltre 1,9 milioni di euro. "Con questo progetto, vogliamo contribuire non solo all'ulteriore sviluppo delle energie rinnovabili, ma anche a garantire la realizzazione di impianti di produzione in Germania e in Europa", ha dichiarato Frank Mücklich, ricercatore nel campo dei materiali.
