Huippuunsa hiottu yhteistyö takaa jäänmurtajien suorituskyvyn

Tällaisissa olosuhteissa käytettävä teräs on tärkeä perusta, mutta pelkkä vahva materiaali ei riitä. Tarvitaan tarkasti optimoitu yhdistelmä terästä, suunnittelua ja rakentamista – sekä tiivistä yhteistyötä materiaalitoimittajan ja telakan välillä.

SSAB:n Raahen tehtaalla on pitkä kokemus laivalevyterästen valmistuksesta ja toimittamisesta. Muun muassa suomalaiset jäänmurtajat Polaris, Kontio, Otso, Fennica ja Nordica on rakennettu Raahen tehtaalla valmistetusta teräksestä.

Suomella on ainutlaatuista osaamista jäänmurtajien rakentamisessa; noin 80 % maailman jäänmurtajista on suunniteltu ja 60 % rakennettu Suomessa. Suomessa rakennettujen jäänmurtajien teräs tulee pääosin SSAB:n Raahen tehtaalta.

Keskeiset haasteet: kylmyys ja toistuva kuormitus

”Tavanomainen teräs voi menettää sitkeyttään alhaisissa lämpötiloissa ja muuttua hauraaksi. Siksi jäänmurtajissa käytettävien terästen on säilytettävä iskunkestävyytensä myös erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Lisäksi teräksen on kestettävä jatkuvaa väsyttävää ja mekaanista rasitusta”, kertoo tekninen asiakaspalvelupäällikkö Tero Rasmus SSAB Europelta.

”Jäänmurtajan suunnittelu alkaa kokonaisuudesta: rungon muodosta, rakenteesta ja käyttötarkoituksesta. Tavoitteena ei ole pelkästään kestää jääkuormia, vaan myös varmistaa aluksen tehokas liikkuminen jäässä. Telakan näkökulmasta teräksen ominaisuudet ovat yksi tärkeä lähtökohta”, jatkaa myyntijohtaja Jussi Lehtinen Helsinki Shipyardilta.

Toistuvan kuormituksen lisäksi merellinen ympäristö tuo mukanaan korroosion. Materiaalin kestävyys voi heikentyä merkittävästi ilman oikeaa materiaalivalintaa ja suojausta.

Testatut teräkset

Pelkkä lujuus ei riitä – teräksen on säilytettävä sitkeytensä myös erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Lisäksi teräksen on oltava hyvin muovattavaa ja hitsattavaa. Näihin ominaisuuksiin vaikutetaan muun muassa teräksen sisäisellä puhtaudella. Teräksen korkea sisäinen puhtaus on yksi SSAB:n ainutlaatuisista eduista, ja sillä varmistetaan teräksen ominaisuuksien tasalaatuisuus levystä toiseen.

Laivanrakennusteräkset ovat offshore-terästen ohella yksi SSAB:n Raahen tehtaan vaativimmista tuotteista kehittää ja valmistaa. Erityisesti 420-690 MPa myötölujuuden omaavat teräkset edellyttävät poikkeuksellisen tarkkaa koostumuksen sekä sulaton ja valssausprosessin hallintaa.

Onnistuminen lujien laivanrakennusterästen kehittämisessä riippuu monesta tekijästä. Se edellyttää tarkasti hallittua valmistusprosessia, mutta myös telakan vaatimusten ymmärtämistä. Kyse on kokonaisuudesta, jossa materiaalin kehitys, valmistus, testaus ja loppukäyttö kytkeytyvät tiiviisti yhteen.

Jäänmurtajissa käytetään luokituslaitosten hyväksymiä laivanrakennusteräksiä, joilta vaaditaan riittävää lujuutta, hyvää hitsattavuutta sekä alhaisten lämpötilojen iskusitkeyttä. Esimerkiksi termomekaanisesti valssatun NV E500TM-teräksen minimimyötörajan tulee olla 500 MPa, ja sen iskusitkeys testataan ja taataan −40 °C lämpötilassa. Lisäksi teräksen kemiallista koostumusta rajoitetaan erityisesti hiilen, fosforin ja rikin osalta hyvän hitsattavuuden ja halkeilunkestävyyden varmistamiseksi. Materiaalien valmistus, testaus ja dokumentointi tulee suorittaa luokituslaitoksen sääntöjen mukaisesti, ja tuotteilla tulee olla asianmukaiset ainestodistukset sekä jäljitettävyys, kertoo levy- ja nauhatuotteiden tuotepäällikkö Ossi Kangas SSAB Europelta.

Ääriolosuhteet näkyvät rakenteessa

Jäänmurtajien suunnittelussa keskeistä on ymmärtää, miten jää vaikuttaa alukseen, kertoo Lehtinen Helsingin telakalta.

Kun alus etenee jäässä, runko ei pelkästään liu’u jään läpi, vaan myös murskaa ja upottaa sitä. Tämä synnyttää paikallisia iskuvoimia sekä laajempia kuormituksia, jotka vaihtelevat olosuhteiden mukaan.

Jää voi muodostaa valleja tai siinä voi olla epätasaisia rakenteita, jotka aiheuttavat odottamattomia rasituksia rungon eri osiin. Suunnittelussa onkin huomioitava sekä äärimmäiset yksittäiset kuormat että pitkän aikavälin toistuva rasitus.

Rakentaminen vaatii erityisosaamista

“Suunnittelussa ei optimoida vain yhtä asiaa. Rungon muodon, rakenteen ja materiaalien pitää toimia yhdessä, jotta alus toimii tehokkaasti ja turvallisesti. Keula, johon kohdistuvat suurimmat jääkuormat, on erityisen kriittinen”, Lehtinen jatkaa.

Suunnittelussa hyödynnetään yhä enemmän simulointia, joka auttaa ennakoimaan kuormituksia entistä tarkemmin. Korkean lujuuden teräkset mahdollistavat paremman kestävyyden ja kevyemmät rakenteet, mutta ne asettavat myös vaatimuksia valmistukselle.

Telakalla työskentely tällaisilla materiaaleilla edellyttää tarkkaa hitsausosaamista ja laadunhallintaa. Erityisesti paksuissa levyissä ja kriittisissä rakenteissa pienilläkin virheillä voi olla merkittäviä vaikutuksia lopputulokseen.

Myös hitsausalueet ovat keskeisiä: niiden on kestettävä samat olosuhteet kuin perusmateriaalin, jotta koko rakenne toimii yhtenäisesti.

Yhteistyö ratkaisee lopputuloksen

Sekä SSAB että Helsingin telakka korostavat yhteistyön merkitystä. Materiaalitoimittaja ei ole vain raaka-aineen toimittaja, vaan mukana kehittämässä ratkaisuja jo suunnitteluvaiheessa. Telakka puolestaan tuo käytännön näkemyksen siitä, miten materiaalit toimivat todellisissa rakenteissa ja rakennus- ja käyttöolosuhteissa.

Telakalla tasapaino näkyy muun muassa painon, rakennettavuuden, kustannusten, energiatehokkuuden ja suorituskyvyn yhteensovittamisena. Lopullinen ratkaisu syntyy vahvalla osaamisella ja kokemuksella. Yhteistyö mahdollistaa, että materiaalin ominaisuudet ja rakenteellinen suunnittelu voidaan optimoida yhdessä.

Telakoille tämä voi tarkoittaa uusia suunnitteluratkaisuja ja entistä tiiviimpää yhteistyötä materiaalitoimittajien kanssa. Huippuluokan jäänmurtaja syntyy materiaalin, suunnittelun ja rakentamisen yhteistyöstä – kyvystä ymmärtää sekä terästä että jäätä.