Innovatief rvs is gamechanger voor auto-industrie

Gepubliceerd op 03 maart 2020

Experts van de TU Delft werken samen met een internationaal consortium aan een nieuwe martensitische staalsoort voor automotive toepassingen: QPInox-staal. Dit is net zo sterk als alle reguliere staalsoorten tot nu toe en – zoals de naam zegt – ‘inox’, dus roestvrij. Hoe dat kan, en wat dat betekent voor de recycling, vertelt professor Maria Santofimia Navarro van de TU Delft.


Tekst Leonard van den Berg

Fotografie staalsmelterij

Auto’s zijn verantwoordelijk voor twaalf procent van de CO2-emissie in Europa. EU-regelgeving stelt daarom nieuwe normen voor emissiereductie voor nieuwe auto’s. Dat dwingt autobouwers om onder meer serieus werk te (blijven) maken van verdere gewichtsbesparing. Het innovatieve roestvrijstaal dat onderzocht wordt in het QPInox-project heeft alles in zich om een gamechanger te worden in de automotive industrie.

Aan de wieg van deze nieuwe staalsoort staan twee wetenschappers van de TU Delft: Maria Santofimia Navarro en Yaiza Gonzalez Garcia. Met steun van het Research Fund for Coal and Steel (RFCS) van de Europese Commissie werken zij hard om dit nieuwe superstaal productierijp te maken. Dat doen ze in een consortium samen met de Spaanse staalfabrikant Acerinox, het Spaanse onderzoeksinstituut IMDEA-Materials en het Italiaanse onderzoeksinstituut RINA-CSM. Santofimia Navarro, professor aan de TU Delft op de afdeling Materials Science and Engineering, heeft in dat consortium de belangrijke rol van specialist in de structuurvorming van staal. Aan de hand van zeven vragen legt zij uit hoe het zit.

Wat is er zo innovatief aan deze nieuwe staalsoort?

“QPInox-staal wordt geproduceerd met een innovatieve warmtebehandeling, het zogeheten Quenching and Partitioning (Q&P) proces. Deze productietechniek van ‘afschrikken en herverdelen’ wordt al toegepast bij koolstofstaal en leidt daar tot ongekende niveaus van sterkte en vervormbaarheid, maar is nog nooit toegepast voor roestvrijstaal. Wij willen zo een nieuwe klasse van martensitische staalsoorten ontwikkelen, met nieuwe, tot nu toe ongekende combinaties van materiaaleigenschappen. Voor alle duidelijkheid: martensiet is een zeer sterke structuurcomponent van staal, gebaseerd op de atomaire kristalstructuur.”

Wat is het verschil in samenstelling met andere staalsoorten?

“De roestvrijstaalsoorten die tot nu toe worden gebruikt in enkele specifieke structuurdelen van auto’s zijn over het algemeen kostbare soorten austenitisch roestvrijstaal die veel nikkel bevatten, bijvoorbeeld acht procent in 18/8 roestvrijstaal. Wij gebruiken voor QPInox geen nikkel of andere kostbare metalen: dankzij het nieuwe verwerkingsproces bereiken we dezelfde niveaus van sterkte en buigzaamheid tegen veel lagere kosten – naar verwachting tientallen procenten lager. Delen die niet kunnen roesten, hebben ook minder roestbescherming nodig. Dus galvaniseren, zoals bij koolstofstaal, hoeft hierbij niet meer.”

Hoe is dat mogelijk?

“AHSS-staalsoorten (Advanced High-Strength Steels, red.) die de auto-industrie nu steeds vaker gebruikt, hebben dankzij de speciale samenstelling en verwerking een specifieke structuur op atomaire en micrometerschaal. Die geeft ze hun bijzondere eigenschappen. Ze zijn echter niet corrosiebestendig. Wij geven rvs diezelfde eigenschappen als AHSS, dankzij de juiste samenstelling en een aantal opeenvolgende, goed getimede stappen in de warmtebehandeling. Zo bereiken we de juiste microstructuur zonder toevoeging van dure of corrosiegevoelige elementen.”

QPInox-staal leidt ook tot minder CO2-uitstoot, zegt het consortium. Hoe zit dat?

“Doordat dit staal uitzonderlijk sterk is, kun je bij gelijke sterkte en belastbaarheid toe met dunnere, en dus lichtere plaatdelen. Daardoor daalt het totale voertuiggewicht, en daarmee het energieverbruik en de CO2-uitstoot tijdens de levensduur van de auto. Bovendien is er minder staal nodig; de productie van staal geeft ook CO2-uitstoot.”

Hoe recyclebaar is het?

“Het is roestvrijstaal. Je kunt het vervaardigen uit vrijwel uitsluitend schroot en het is volledig recyclebaar – voor de volle 100 procent. Wat recycling extra gemakkelijk maakt, is dat QPInox-staal niet hoeft te worden gecoat. Dat maakt het in potentie helemaal circulair.”

Gaat QPInox-staal het winnen van composiete kunststoffen, als het gaat om gewichtsreductie?

“Ik ben geen specialist in kunststof-composieten, maar composieten zijn zeer lastig te recyclen en fors duurder, ook bij grootschalige productie. Bovendien zijn de sterkte en eigenschappen van martensitisch roestvrijstaal moeilijk te evenaren met andere materialen. Als het gaat om crashbestendigheid en vervormingskarakteristieken heeft staal gewoon geen concurrenten.”

Wanneer gaan de eerste auto’s met QPInox-staal de weg op?

“Dat gaat nog wel een paar jaar duren, verwacht ik. We onderzoeken nu eerst de fundamentele aspecten, de samenstelling en het thermo-mechanische verwerkingsproces. We moeten ook nog kijken naar de juiste manieren om dit metaal te lassen en hoe bestand het is tegen metaalmoeheid. Maar dat gaat zeker lukken. Roestvrijstaal is al eerder gebruikt in automotive, met als bekendste voorbeeld de DeLorean, wereldberoemd uit de film ‘Back to the Future’. Een recent voorbeeld is de Cybertruck van Tesla. Die is nu gemaakt van roestvrijstaal uit de lucht- en ruimtevaart – veel duurder dan dat van ons. Maar het feit dat zij roestvrijstaal gebruiken, geeft wel aan hoeveel potentieel daar in zit. Wie weet wordt de Cybertruck straks wel gemaakt van QPInox-staal.”