Sprucken och tappad köl

En ny 39 fots tysk segelbåt saknade hälften av sin köl när ägaren plockade upp båten på hösten. En teknisk undersökning har gjorts vilket tyder på att ett undermåligt material använts vid gjutningen. 

Vid höstupptagningen för snart tre år sedan upptäckte ägaren till en stor Bavaria att mer än halva kölen saknades. Kölen av gjutjärn hade gått av i ett ungefär horisontellt snitt mitt på. Ägaren, som var med och hämtade båten i Holland våren 2006, hävdar att han aldrig gått på grund. Detta påstående kan stödjas av att inga skador, som normalt uppkommer vid kraftiga grundkänningar, finns vid kölens infästning mot skrovet varken i fram- eller bakkant. Fakta tyder på att kölen spontant spruckit och fallit till botten under sensommarens seglingar.

Hur stort problemet är finns troligen ingen som vet utanför varven. För så vitt redaktionen och Kryssarklubbens tekniska nämnd har hört, har ingen köl delat på sig på samma sätt. Däremot kan det i samband med kraftiga grundstötningar, hela kölbulbar lossna eller skrovet runt kölen få kraftiga delamineringsskador. I några fall har också hela kölen trillat loss. Men vi har inte hört tidigare att metallen i kölen har spruckit utan yttre påverkan.

Till synes är sprickande kölar ett mycket ovanligt materialfel, men om varven inte har tillräcklig kvalitetskontroll och blint litar på underleverantörerna finns ingen garanti att fler kölar inte har samma problem. Någon enkel och billig efterkontroll för båtägaren finns inte.

Det värsta som kan hända om en köl eller betydande delar av en köl lossnar, är att båten slår runt och att besättningen förlorar sina liv.

Bavaria kommenterar fallet i detta inlägg + en äldre text från Bavariavarvets advokater (på engelska) 

 Metallurgisk analys

Båtägaren tog kontakt med teknisk expertis om metallernas gjutning på Kungliga Tekniska Högskolan, KTH. Professor emeritus Hasse Fredriksson har hjälpt till med att göra en metallografisk undersökning för att utreda varför kölen brast.

Kölen var, som många tusen andra kölar, gjuten i gjutjärn. Gjutjärn är, om det är tillverkat under kontrollerade former, ett mycket bra material. Det är för många segelbåtar en bra kompromiss mellan god rätande förmåga, korrosionsmotstånd och pris. Förutsättningen är dock att tillverkaren/gjuteriet förstår hur man ska tillverka den och kan välja rätt sammansättning för tillräcklig styrka.

Hasse lät såga ut några provbitar ur den havererade kölen. Dessa analyserades för att få fram den kemiska sammansättningen, alltså vilka grundämnen som finns i gjutblandningen. Vidare polerades biten och analyserades i mikroskop. Specialisten kan då se på strukturen om gjutningen varit lyckad eller ej. Hasse kontaktade Storebro Gjuteri i Småland, som har mångårig erfarenhet av att gjuta kölar till svenska segelbåtar. Storebro ställde upp med information om hur man gör, vilken sammansättning man har och med provbitar som kunde analyseras och jämföras med proverna från Bavariakölen.

Det visade sig vid analysen att Bavariakölen hade en olycklig sammansättning. En för hög halt av fosfor och krom, i kombination med låg halt av kisel, kan ge upphov till inre svagheter. Det kan bildas en inre struktur som kallas ledeburit-fosfid eutektikum, som är svagare och sprödare än acceptabelt. Det fanns också små halter av bly i kölen. Att bly är dåligt visades redan på 60-talet i undersökningar i USA. Undersökningarna visade att redan mycket små halter av bly kan ge upphov till en inre struktur, som kallas Widmanstättengrafit. Denna gör enligt den amerikanska undersökningen gjutjärnet så svagt, att det i vissa fall endast klarar av 10 % av den belastning som normalt gjutjärn klarar. I tillägg gör kombinationen av grundämnen i blandningen att temperaturskillnaden från det att metallen börjar stelna tills den slutar stelna ökar.  

Vad spelar det för roll?
Gjutjärn är en blandning av grundämnena järn och kol. Järnet krymper när det stelnar, medan kol expanderar när det bildar formen grafit. Det är detta som gör att materialet kallas just gjutjärn, för att det är så lätt att gjuta. Gjutjärnet krymper inte under stelningen, eftersom grafiten expanderar nästan precis lika mycket som järnet krymper. Om kolet inte bildar grafit utan istället ledeburit gäller inte detta, eftersom ledeburiten krymper när den stelnar.

Eftersom kölen vid gjutningen stelnar från ytan och in mot mitten, på samma sätt som när man fryser iskuber i frysfacket, så innebär ett större stelningsintervall att ytan hinner sjunka lägre i temperatur innan mitten stelnar. När ledeburit-fosfiden stelnar i mitten av kölen, tar den spjärn mot de kallare kanterna och drar ihop sig. Då uppstår dragspänningar i mitten och tryckspänningar på ytan. På grund av den felaktiga blandningen uppstår större dragspänningar än normalt i kölen, redan innan den monteras på båten. I proverna som togs i mitten på kölen ser man också massor av sprickor, medan man inte ser sprickor på ytan. Det beror just på att ytan är under tryck medan kölens inre är under dragspänning och starkt försvagad i vissa partier. I dessa mikroskopiska sprickor startar sedan en korrosion, som i kombination med de inbyggda dragspänningarna och den yttre lasten av den hängande kölen gör att sprickorna växer. Ju mer sprickorna växer desto större blir belastningen på materialet som är kvar. Till slut återstår så lite material som håller ihop kölen att den mycket snabbt, närmast explosionsartat, brister.

Hur ser det då ut i proverna?
På bilderna nedan ser man skillnaden mellan Bavariakölen och Storebrokölen. Bavariakölen har områden med den svagare ledeburiten och Widmanstättengrafiten samt massor av små sprickor. Det var liknande sprickor som under belastning ökade i storlek och ledde till att kölen sprack och ramlade av.

Storebrogjuteriets köl visar inte alls på liknande struktur och har heller inga synliga sprickor

 

Bild på Bavariakölen, undermålig struktur. Sprickor syns som tunna streck i bilden. Skalan i bilderna är inte samma.

//BILD// mikroskop

Bild på Storebrokölen, normal struktur. De svarta maskliknande detaljerna är fjällgrafit. De ljusare partierna kallas ferrit, de lite mörkare perlit.

Att kölen inte höll beror enligt undersökningen helt klart på att den tillverkades med en felaktig blandning, som gav förutsättningar för bildning av den skadliga strukturen.

Båtägaren har inte, eller någon annan heller för den delen, möjlighet att i efterhand påverka vad som finns i kölen. Det kan ingen göra efter att kölen väl är gjuten. Felet på kölen fanns alltså redan vid leverans.

Bavariavarvet hävdar att de följer standarden EN 1561. EN 1561 gäller grått gjutjärn. I och med att kölen innehåller betydande mängder ledeburit så uppfyller materialet inte denna standard. Kvalitetsgjuterier analyserar smältan innan gjutning för att säkra uppfyllandet av standard.

Text Jonas Åberg, Bild: Tomas Järnmark, Hasse Fredriksson och Bo Öhlén

Bavaria