Stipendiatstilling 11 SINTEF (2021-2023)

The project has explored additive manufacturing of duplex stainless steels. A robotised, coaxial directed energy deposition system with wire feedstock (DED-LB/wire) has been used for additive manufacturing (AM) of metallic materials. A coaxial DED-LB/wire system offers more freedom of movement than a system with lateral wire feed, enabling more complex deposition paths. Wire feedstock reduces both HSE risks and the probability of quality deviations when compare with powder feedstock. Duplex stainless steels are often used in the maritime and process industries, serving as the workhorse for process systems for oil and gas production on the Norwegian continental shelf. Consequently, industrial companies have sought to investigate if AM can produce duplex spare parts. One of the main goals of the project has been to demonstrate the achievable properties in additively manufactured duplex, with a special focus on producing properties suitable for spare parts in offshore process systems. This requires the AM material to have strength, low-temperature impact toughness and corrosion resistance equal to or better than cast or forged material. Most prior investigations of additively manufactured duplex have characterised the properties of a specimen block with a given composition. This project has compared three different duplex grades to provide a better background for selecting feedstock composition. The investigations have primarily used small specimen blocks to examine the impact of process parameters and solution annealing on microstructure, mechanical properties and corrosion resistance. In addition, a bolt geometry was built and investigated to verify if a typical spare part geometry would still produce the same properties. Key findings: 1) Composition is the main factor for microstructure development in additively manufactured duplex. 2) Overmatching feedstock will lead to reduced strength and corrosion resistance in additively manufactured duplex. 3) Secondary austenite does not seem to reduce the corrosion resistance, in contrast to existing research. 4) Standard 2205 composition produced good properties both in as-built and solution annealed condition. 5) The deposition path must be closely matched with the process parameters to avoid introducing defects in the additively manufactured part. The PhD candidate has completed the PhD education and defended his thesis 28th November 2024. A total of six publications have been produced with the candidate as the first author, four of which have been published and two have been accepted and are in production.

Prosjektet har bidratt til økt forståelse for mikrostrukturutvikling i dupleks rustfrie stål og hvordan produksjonsprosessen påvirker egenskapene i sluttproduktet. Det er bevist at additiv tilvirkning med koaksial DED-LB/wire kan benyttes til å lage erstatningskomponenter i dupleks rustfrie stål som benyttes både i offshore-, maritim- og prosessindustrien. Noe som gir resultatene et betydelig nedslagsfelt i norsk industri. Gjennom bygging av prøveblokker har mikrostruktur og egenskaper blitt karakterisert og sammenliknet med materiale fra konvensjonelle produksjonsmetoder. Det har blitt bevist at sammensetningen av materialet har en større innvirkning på styrke og korrosjonsmotstand enn tidligere antatt, som er viktig for å sikre at riktig tilsatsmateriale blir benyttet ved additiv tilvirkning. Prosjektet har gjort det mulig for bedrifter som arbeider med leveranser av additivt tilvirket dupleks å foreta bedre valg av tilsatsmateriale, som reduserer risikoen for skader, havari og lekkasjer, spesielt i tilknytning til offshorenæringen. Prosjektets hoveddeltaker, Trond Arne Hassel, har i løpet av prosjektet opplevd en betydelig kompetanseheving, spesielt innen produksjonsteknologi. Han vil returnere til Equinor, der han forventes å bli plassert i en rådgivningsrolle for prosjekter og modifikasjoner innen både olje- og gass- og fornybare prosjekter. Den økte forståelsen for produksjonsprosesser vil gjøre ham i stand til å ta bedre beslutninger vedrørende aktuelle produksjonsmetoder, som kan bidra til å redusere kostnadsnivået i næringen i tillegg til at det stilles mer realistiske krav til leverandørbedriftene.