En mikroskopbild från 1926 visar stålets struktur i tretusen gångers förstoring. Nästan ett sekel senare tycker Bevis Hutchinson fortfarande att bildkvaliteten håller måttet. Forskarna hade lärt sig att slipa, polera och etsa fram strukturer som annars var osynliga.

Bilden ingår i hans tillbakablick vid Jernkontorets jubileumsseminarium i Stockholm den 20 oktober. Den påminner om att stålforskningens historia också är en historia om att göra materialet möjligt att undersöka. Vad händer när stålet värms, deformeras och kyls? Vilka partiklar finns inuti det? Varför håller ett material för en viss belastning medan ett annat brister?

Under dagen beskriver också metallurgen Olle Wijk hur nya processer har förändrat tillverkningen. Maths Isacson, professor emeritus i ekonomisk historia vid Uppsala universitet, följer förändringen ut genom verksportarna till bostäderna, familjerna och brukssamhällena. Bevis Hutchinson, forskare vid Swerim och verksam inom materialforskningen i fem decennier, visar hur instrumenten har gjort allt fler samband synliga.

Tillsammans ger deras berättelser en bild av en industri där framstegen har krävt att material, tillverkning och kunskap utvecklas samtidigt.

Samarbete i en tid av kris

När Jernkontorets gemensamma forskning fick sin nya organisation 1926 hade svensk järn- och stålindustri gått igenom svåra år. Maths Isacson beskriver en period av nedläggningar, sammanslagningar och konflikter på arbetsmarknaden. För de anställda och orterna kring bruken var industrins fortsatta utveckling långt ifrån självklar.

Det tekniska samarbetet inom Jernkontoret var då redan gammalt. Men efter ett besök hos den tyska systerorganisationen Verein Deutscher Eisenhüttenleute, VDEh, som precis börjat med gemensam forskning, föreslog Alf Grabe, metallurg, forskare och bland annat redaktör för Jernkontorets Annaler, en ny organisation. I maj 1926 beslutade fullmäktige att samla forskningen i fyra utskott, med uppgifter från gruvbrytning och anrikning till bearbetning och värmebehandling. Syftet var att engagera både brukens ägare och personal tydligare i arbetet.

Olle Wijk beskriver en industri där tillverkningsmetoden i sig länge hade fungerat som en kvalitetsbeteckning. Processen berättade något om vilket stål kunden kunde förvänta sig. Under det följande seklet blev möjligheterna att styra sammansättning, renhet och struktur allt mer avancerade.

Hans återkommande poäng är att ett nytt material måste kunna tillverkas med rätt och jämna egenskaper. En fin anläggning räcker inte utan kunskapen att använda den. Han jämför med en fiol: instrumentets kvalitet hjälper inte om den som håller i det inte kan spela.

En gammal väg till järnsvamp

Ett av Olle Wijks historiska exempel är Wibergprocessen, ett tidigt svenskt försök att framställa järnsvamp genom gasbaserad direktreduktion.

För att göra metalliskt järn av järnmalm måste syret avlägsnas. I Wibergprocessen som patenterades 1918 skedde detta med en reducerande gas i en schaktugn. En viktig del av lösningen var att återföra och regenerera gasen. Jernkontoret bidrog till utvecklingsarbetet, och metoden prövades och användes vid flera svenska järnverk.

Dagens intresse för vätgasbaserad järnframställning ger historien aktualitet. Wibergprocessen var kolbaserad, men den hör till de tidiga exemplen på att reducera malm med cirkulerande gas och framställa järnsvamp utan att först smälta järnet i en masugn.

För Olle Wijk är detta också en personlig historia. Han berättar om underhållsarbete i anläggningen i Sandviken, där han och en arbetskamrat klättrade ned på repstegar och arbetade med spett för att bända loss järn från ugnens insida. Det är en annan bild av metallurgisk utveckling än den som ryms i ett processchema: teknik som skulle fungera behövde också skötas, rengöras och underhållas.

Exemplet visar dessutom hur frågor kan återkomma med nya förutsättningar. Att en process har en lång historia innebär inte att dess problem är lösta. Råvaror, reduktionsmedel, energiförsörjning och produktionsskala påverkar vad som blir tekniskt och ekonomiskt möjligt.

När skänken blev ett processverktyg

Med skänkmetallurgin förändrades möjligheten att styra det flytande stålets kvalitet. Skänken, behållaren som förde stålet från smältugn till gjutning, fick en aktiv roll i behandlingen.

Olle Wijk lyfter ASEA-SKF-processen, som kombinerade möjligheter till uppvärmning, elektromagnetisk omrörning och vakuumbehandling i skänken, alltså under steget mellan smältning och gjutning. Stålets temperatur och sammansättning kunde justeras och lösta gaser avlägsnas. Samtidigt frigjordes själva smältugnen för nästa smälta.

Det gav också bättre förutsättningar att påverka de icke-metalliska inneslutningarna: små partiklar vars storlek, sammansättning och form kan få stor betydelse för materialets egenskaper. Kraven ser olika ut beroende på om stålet exempelvis ska tåla långvarig upprepad belastning eller vara lätt att bearbeta.

Jernkontorets forskningsprogram inom skänkmetallurgi under 1980-talet fördjupade kunskapen om processerna och metoderna för att framställa renare stål.

Stränggjutningen innebar en annan stor förändring. Stålet kunde gjutas kontinuerligt till långa ämnen, i stället för att först stelna i en form till enskilda göt som krävde ytterligare bearbetning. Materialutbytet förbättrades och antalet processteg kunde minska.

Men Olle Wijk använder också gjutningen för att visa hur känslig en fungerande process kan vara. Han beskriver ett fall där gjutpulvret inte fungerade som avsett. Pulvret ska bland annat bidra till smörjningen mellan stålet och kokillen. När förhållandena förändrades försämrades ytan successivt och material behövde kasseras.

Det stora tekniksprånget följdes alltså av ett långvarigt arbete med flöden, kylning, skydd mot luft och kontroll av inneslutningar. En etablerad metod behöver fortsätta utvecklas när nya stålsorter och kvalitetskrav tillkommer.

Framstegen nådde också bostäderna

Utanför verken hade industrins utveckling andra måttstockar. Maths Isacson beskriver hur arbete och bostad länge var tätt sammanbundna på bruksorterna. Bruket var som regel både arbetsgivare och hyresvärd och hade ett omfattande inflytande över ortens sociala liv.

Bostaden kunde ingå som en del av ersättningen för arbetet. Naturasystemet gav tillgång till bostad men gjorde också den anställde mera beroende av sin arbetsgivare. Trångboddhet och brist på vatten, avlopp och moderna bekvämligheter präglade många arbetarfamiljers vardag.

När bostadsbyggandet tog fart under efterkrigstiden förändrades detta. Kommuner, företag och andra aktörer byggde nya bostäder, samtidigt som samhällsfunktioner som tidigare hade legat hos bruken fick andra huvudmän. I Maths Isacsons genomgång blir moderna kök och tvättmöjligheter konkreta exempel på förändringar som lätt hamnar utanför den industrihistoriska berättelsen.

För kvinnorna, som bar en stor del av hushållsarbetet, kunde bättre bostäder innebära att tungt och tidskrävande arbete underlättades. Industrins expansion tog också form i bibliotek, Folkets hus och idrottsanläggningar. Bruksorterna var platser där människor skulle leva hela sina liv.

Samtidigt var arbetet i verken riskfyllt. Maths Isacson använder bland annat konstnären och tidigare industriarbetaren Johan Ahlbäcks bilder för att skildra arbetsvillkoren. Han beskriver hur tekniska förändringar och arbetsmiljöarbete kunde minska riskerna, men också hur olycksfallen åter ökade under perioder av stark expansion så sent som på 1970-talet.

Hans genomgång visar att högre produktion och bättre levnadsvillkor inte följde varandra automatiskt. Bostadsbyggande, arbetsmiljöåtgärder och samhällsplanering krävde egna beslut och insatser.

Krisen förändrade bruksorterna

När stålindustrins villkor försämrades under mitten av 1970-talet fick omställningen följder långt utanför företagens ekonomi. Maths Isacson beskriver hur internationell konkurrens och förändrade marknader bidrog till rationaliseringar och minskad sysselsättning.

På orter som hade byggt för fortsatt tillväxt kunde hela bostadsområden gapa tomma. Företagens behov förändrades, samtidigt som samhällen och familjer behövde hantera följderna.

Han påpekar också att sysselsättningsstatistiken behöver läsas med omsorg. Arbetsuppgifter inom exempelvis transporter, underhåll och service fördes över till externa företag. En del arbete försvann ur stålföretagens personalstatistik utan att för den skull upphöra.

Historien har en direkt koppling till dagens kompetensförsörjning. En industrietablering kan behöva ingenjörer, ekonomer och operatörer, men den som ska flytta behöver också en fungerande vardag. Bostad, möjligheter för en medföljande partner och barnens situation påverkar om rekryteringen leder till en varaktig inflyttning.

Maths Isacson återkommer därför till behovet av att se utvecklingen i verken tillsammans med utvecklingen på orten.

– Produktion, företag och samhälle måste gå hand i hand för att man ska ha chans att utveckla, säger han.

Instrumenten öppnade stålets inre

Medan produktionen och bruksorterna förändrades flyttade forskarna gränsen för vad som gick att undersöka i materialet.

Bevis Hutchinson följer utvecklingen från optisk mikroskopi till elektronmikroskopi och metoder som både kan avbilda och analysera mycket små områden. Hans berättelse rymmer avancerade instrument, men också det praktiska kunnande som krävs för att få användbara resultat.

Att framställa ett prov med rätt yta, tjocklek och orientering är en del av undersökningen. Den tidiga mikroskopbilden från 1926 visar vad skicklig provberedning kunde åstadkomma. Elektronmikroskopen gjorde det senare möjligt att studera detaljer bortom ljusmikroskopets upplösningsförmåga.

När lokal kemisk analys blev möjlig kunde forskarna också identifiera små inneslutningar i stålet. De kunde börja koppla partiklarnas sammansättning till hur de hade bildats och hur tillverkningsprocessen behövde förändras. Jernkontorets gemensamma forskning tog bland annat upp mikrosondtekniken i en särskild kommitté 1960.

Här möts Bevis Hutchinsons och Olle Wijks berättelser. Processutvecklaren behöver kunna påverka inneslutningarna och materialforskaren behöver kunna upptäcka, mäta och beskriva dem. Kunskapen från laboratoriet får sitt industriella värde när den kan användas för att förbättra tillverkningen.

Men större och mer avancerad utrustning gav inte alltid de genombrott som man hade hoppats på. Bevis Hutchinson berättar om ett opraktiskt stort högspänningselektronmikroskop från omkring 1970 som öppnade möjligheter att undersöka tjockare prov och följa förändringar i materialet. Ett viktigt värde som inte var lika lätt att tillskanska sig var dock möjligheten att studera större områden och därmed få ett mer representativt underlag. Även när instrumenten blev mer avancerade kvarstod alltså frågan om det som syntes i provet verkligen beskrev materialet som helhet.

Från provbit till pågående process

Mot slutet av sin tillbakablick lämnar Bevis Hutchinson mikroskopen för en metod som kan användas medan stålet fortfarande är varmt: laserultraljud.

En laserpuls alstrar ultraljud i materialet. Ett andra lasersystem registrerar rörelsen vid ytan. Eftersom ljudvågornas dämpning påverkas av kornstrukturen kan signalerna, med rätt kalibrering, användas för att uppskatta kornstorleken.

Det ger möjlighet att följa förändringar under uppvärmning och bearbetning. I laboratoriet kan forskarna kombinera tekniken med en termomekanisk simulator och undersöka hur kornstrukturen förändras under kontrollerade förhållanden.

Nästa steg är att mäta i själva produktionen. Bevis Hutchinson beskriver installationen i SSAB:s varmvalsverk i Borlänge, där laserultraljud används för att följa kornstorleken längs det varma bandet. Metoden och mätningarna finns också beskrivna i en forskningsartikel av forskare och industriföreträdare, med honom själv som en av författarna.

I exemplet han visar kan variationer i strukturen kopplas till hur ämnet tidigare har värmts i ugnen. Där hade stöden under ämnet påverkat uppvärmningen. Spåren kunde finnas kvar i kornstrukturen även när temperaturen senare hade blivit jämn.

– Metaller har mycket långa minnen, säger Bevis Hutchinson.

Det är ett konkret exempel på varför en mätning i slutet av processen kan behöva förstås genom det som hände långt tidigare. Materialet bär med sig följderna av sin behandling.

Bevis Hutchinson, som vid jubileet tilldelas Jernkontorets Rinmanmedalj, framhåller också hur kunskapen har förts vidare genom industriprojekt, kurser och människor som lämnat institutet för arbete i företagen. Instrumenten har varit viktiga. Detsamma gäller förmågan att använda dem och tolka resultaten.

Från mikroskopbilden 1926 till mätningar i varmvalsverket löper en strävan att förstå stålet tillräckligt väl för att kunna påverka det. Olle Wijks uppmaning knyter ihop den historien:

– Jobba med att ta fram material, men tillsammans med produktionen.

När Gert Nilson, teknisk direktör på Jernkontoret, får frågan vad hundra år av gemensam forskning har förändrat i ett stålverk vill han helst inte peka ut en enda teknik eller process. Spåren finns, menar han, genom hela tillverkningen: i smältning och gjutning, i valsning och smide och i värmebehandlingen som ger stålet dess slutliga egenskaper.

Svårigheten är att skilja forskningens olika bidrag åt. Företagens egen utveckling, samarbeten med universitet och institut och den gemensamma forskningen går in i varandra. Dessutom flyttar sig målet hela tiden.

Gert Nilson hämtar ett exempel från sin tid på Uddeholm i Hagfors. Under åren han arbetade där hann stålsorter gå från att tillverkas i stora volymer till att försvinna ur försäljningen, medan andra växte från ingenting till bärande produkter. För den som arbetade med tillverkning och provning innebar utvecklingen att välkända material ersattes av nya som krävde ny processföring och därmed ny kunskap.

– Man skulle kunna tro att man löser ett problem och sedan är man färdig. Men vad som händer är att man skapar samma problem en gång till, fast på ett mer avancerat sätt, säger han.

Så snart processen klarar mer, använder produktutvecklarna utrymmet till att ställa högre krav på stålet. För Gert Nilson är det en förklaring till varför forskningen aldrig får någon naturlig slutpunkt. Svenska tillverkare som konkurrerar med specialiserade produkter måste fortsätta utvecklas för att kunna behålla sitt försprång.

Ett sekel av gemensamma problem

Rötterna till Jernkontorets tekniska samarbete går tillbaka till 1751, men den organisation som uppmärksammas i årets jubileum tillkom 1926. Året dessförinnan hade Alf Grabe, metallurg och redaktör för Jernkontorets Annaler, besökt Jernkontorets tyska motsvarighet, VDEh, som precis hade infört en organisation för gemensam forskning, och föreslagit en liknande organisation i Sverige. I maj 1926 beslutade Jernkontorets fullmäktige att samla forskningen i fyra utskott, från gruvbrytning och anrikning till valsning, smidning och värmebehandling.

Ett historiskt exempel i Jernkontorets jubileumsmaterial gäller sprickor i rostfritt stål. Där beskrivs hur gemensam forskning ökade förståelsen för lokala förändringar i kromhalten vid korngränserna. Enligt Jernkontoret gav kunskapen underlag för bättre legeringar och värmebehandlingar.

I dag är samarbetet organiserat i 14 teknikområden. Enligt Jernkontorets uppskattning motsvarar den gemensamma forskningen ungefär 10–15 procent av stålindustrins samlade forskningsverksamhet. Merparten bedrivs alltså på andra håll, framför allt inom företagen själva.

Gert Nilson menar ändå att värdet av samarbetet sträcker sig långt utanför de gemensamma projekten. En anställd som deltar får tillgång till andra människors erfarenheter och vet vem som kan hjälpa till när ett nytt problem uppstår.

– Individerna på enskilda företag får nätverk som gör att de får tillgång till mycket mer kunskap än vad de har hunnit bygga upp var och en för sig.

Alla behöver inte visa hela handen

Att företag delar ett tekniskt problem betyder inte att de har samma produktplaner. Just där ser Gert Nilson en viktig fördel med den gemensamma forskningen.

I ett samarbete mellan ett enskilt företag och ett universitet eller institut behöver företaget formulera vad det vill undersöka. I ett projekt med flera företag kan deltagarna enas om en övergripande fråga, samtidigt som var och en söker den kunskap som är viktig för den egna verksamheten. Det behöver inte framgå exakt varför företaget deltar och hur det tänker använda resultaten.

– Jag kan bidra och lära mig utan att avslöja exakt vad det är i förlängningen som jag är ute efter.

Det ger utrymme för samarbete även mellan konkurrenter. En deltagare kan vara intresserad av en viss del av processen, en annan av hur ett material beter sig. Resultaten kan sedan användas i skilda produkter och tillverkningsmetoder. Förutsättningen, menar han, är att deltagarna vet vad de får dela och var gränsen går för det egna företagets information.

Samarbetets innehåll har också förändrats när industrin har förändrats. Gert Nilson beskriver hur specialiseringen efter 1970- och 1980-talens omstruktureringar gjorde vissa gemensamma frågor färre. Verken utvecklade olika produkter och fick därmed delvis olika forskningsbehov. Energieffektivisering var dock ett område där det fortfarande var lätt att hitta gemensamma intressen.

Nu ser han nya möjligheter att samlas när företagen undersöker hur fossila bränslen och råvaror kan ersättas. Även verksamheter med olika produkter kan behöva förstå samma förändringar i processen. Nya verktyg för modellering av processer och produkter kan också utvecklas gemensamt.

Friheten har en baksida

Men samma frihet som gör det möjligt att delta utan att avslöja hela sin strategi kan försvaga ett projekt. Om alla agerar avvaktande finns risken att syftet med projektet blir otydligt och därmed att intresset svalnar.

Han beskriver det som en återkommande styrningsfråga. Forskare behöver kunna undersöka osäkra samband och arbeta långsiktigt. Samtidigt måste företagen ta ansvar för att förklara vilka problem som är viktiga i verksamheten. Det är där Jernkontoret spelar en viktig roll. Genom att stå i ständig dialog med både företagen och forskningsutförarna kan man upprätthålla balansen.

När han kom till Jernkontoret 2011 uppfattade han att delar av den gemensamma forskningen hade kommit för långt från företagens prioriteringar. Hans uppdrag blev, som han beskriver det, att få industrin att återta kommandot. Forskningsprogrammet Metalliska material blev ett viktigt verktyg i arbetet med den förändringen.

Det innebar att utgå tydligare från vilka frågor företagen ville ha svar på. Enligt Gert Nilson var omställningen bitvis besvärlig, men den gjorde också deltagarnas arbete mer relevant och uppskattat på hemmaplan.

– Det är att ställa rätt fråga som är det viktiga, inte hur man tar reda på svaret.

När bränslebytet förändrar processen

Vad är då en gemensam fråga i dag? Gert Nilson tar upp omställningen till fossilfrihet, som bland annat innebär att gå från gaseldad till elektrisk uppvärmning. För stålföretagen räcker det inte att veta att värmen kan produceras på ett annat sätt. De behöver också förstå hur snabbt materialet kan värmas och hur värmen fördelas i ugnen med mera.

Sådana frågor kan undersökas gemensamt. Företagen kan sedan anpassa kunskapen till sina stålsorter, sin utrustning och sina produkter.

Gemensamma försök och sammanställningar av materialegenskaper kan ge en referens som flera företag använder. Beslutet om vilket biokol som passar i en viss process ligger sedan hos det enskilda företaget.

– “Här har vi en referensram att utgå ifrån. Det här är vi alla överens om”. Sedan kan vi ovanpå det göra våra egna grejer.

Behovet av gemensamma bedömningsgrunder har en lång historia. Redan 1935 publicerades Jernkontorets skala för mikroslagger, små inneslutningar i stålet som kan påverka dess egenskaper. Enligt jubileumsmaterialet blev skalan senare både svensk och internationell standard. Den gav olika bedömare ett gemensamt sätt att beskriva materialet.

Även misslyckanden måste få plats

Att forskningen ska svara mot industrins behov betyder inte att resultatet kan vara garanterat. Gert Nilson anser tvärtom att osäkerheten är ett viktigt motiv för offentlig finansiering. Staten ska bidra till att företag vågar undersöka sådant som ligger bortom det trygga och redan kända.

Han pekar samtidigt på att misslyckanden kan ha olika orsaker. En idé kan visa sig inte fungera. Men ett försök kan också begränsas av att den tillgängliga utrustningen inte klarar det man vill undersöka. Då handlar svårigheten om möjligheten att genomföra forskningen.

Som exempel på en svår fråga tar han möjligheten att se och mäta vad som händer inne i en ljusbågsugn. Han beskriver hur försök att få bättre insyn i processen har lett till återkommande besvikelser. Lösningar som har verkat lovande har inte fungerat som avsett. Ett misslyckande kan också vara en framgång: Den här idén kommer inte att funka, varken för oss eller konkurrenterna, då kan vi sluta fundera på den och gå vidare.

Samtidigt vill han inte att bara säkra kort ska få finansiering. Även idéer där bedömarna har väldigt olika uppfattning behöver prövas.

– Man ska inte bara välja ut de projekt som alla är överens om, man ska också välja några av dem som man är väldigt oense om. Där kan det finnas spännande idéer.

Nya processer kräver ny kunskap

När Gert Nilson blickar framåt ser han datadriven produktion som en av de stora gemensamma uppgifterna. För att styra mer med hjälp av data behöver företagen förstå vad som går att mäta, vad mätningarna faktiskt säger och vilken kunskap som fortfarande saknas.

Det är en fortsättning på en lång utveckling. I sin historik beskriver Jernkontoret hur datorer började få genomslag i svensk stålindustri under 1960-talet, tillsammans med nya mätmetoder och matematiska modeller. År 2017 startade organisationen ett särskilt teknikområde för digitalisering.

För Gert Nilson kommer frågor om mätning och styrning att behöva bearbetas parallellt med utvecklingen av fossilfria processer och nya krav på råvarorna. När etablerade bränslen eller material ersätts kan även en erfaren tillverkare behöva lära om.

Därmed återkommer han till erfarenheten från Hagfors: varje framsteg ger utrymme för nya krav. Även efter hundra år behöver företagen lära sig behärska nästa förändring.

– Du blir hela tiden nybörjare på en process, säger Gert Nilson.