Hoge-sterktestalen: de krachtpatsers onder de staalproducten

Hoge-sterktestalen zijn dunnere staalsoorten die dezelfde structurele sterkte-eigenschappen hebben als “conventionele” staalsoorten, en verbeterde crashresultaten bieden.

De sterkte van materialen wordt vaak gekarakteriseerd aan de hand van hun elasticiteitsgrens, dat is de minimumkracht die men moet uitoefenen om aan het materiaal een blijvende (plastische) vervorming te geven, of aan de hand van hun treksterkte, dat is de minimumkracht nodig opdat de blijvende vervorming met insnoering gepaard zou gaan.

Men spreekt van “hoge-sterktestaal” of HSS, zodra de elasticiteitsgrens (Re) 220 MPa bedraagt (1 MPa of Megapascal is gelijk aan 1 miljoen N/m˛). Zodra de treksterkte (Rm) 550 MPa bedraagt, zit men in het gebied van de UHSS (ultrahoge-sterktestalen).

Een belangrijke metallurgische uitdaging bestaat erin staalsoorten met een hoge elasticiteitsgrens te produceren die toch ook nog voldoende vervormbaar (dieptrekbaar) zijn. Willen we bijvoorbeeld lichtere autokoetswerken uit staal maken, dan moet de staalplaat tegelijk een perfect vervormgedrag vertonen tijdens het persen, én een voldoende hoge Re-waarde hebben opdat de dunnere (en dus lichtere) plaat toch voldoende sterk zou zijn om bijvoorbeeld de veiligheid van de passagiers te garanderen.

Het is evident dat lichtere koetswerken tot een lager brandstofverbruik en dus ook tot een lagere uitstoot van uitlaatgassen leiden: men rekent dat elke daling van het voertuiggewicht met 100 kg, een daling van het brandstofverbruik met 0,7 l per 100 km teweegbrengt.

Staal is in dat opzicht een prachtig materiaal, omdat het, veel beter dan bijvoorbeeld aluminium, een hoge sterkte kan combineren met een uitstekende vervormbaarheid. Autoconstructeurs streven naar optimale veiligheid door auto’s te bouwen met een onvervormbaar passagierscompartiment en een vervormbaar, energieabsorberend motorcompartiment.

De sterkte en vervormbaarheid van staal worden in hoofdzaak bepaald door de samenstelling (toevoeging van legeringselementen, beperking van zwavel- en/of koolstofgehalte) en door de thermische behandeling van het staal tijdens wals-, gloei- en bekledingsprocessen, of zelfs tijdens de finale verwerking van de plaat (denk maar aan het principe van “bake hardening”, waarbij staal sterker wordt tijdens het uitbakken van de laklaag van koetswerk).

Typische voorbeelden van hoge-sterktestalen zijn:

  • Microgelegeerde stalen (met niobium en/of titanium gelegeerd) voor ophangingen, langsliggers op vrachtwagens, passagierscompartimenten en verstevigingsstukken van auto’s.
  • Ferriet-baďniet stalen (met zeer laag zwavelgehalte) voor wielvelgen en –schijven.
  • Dual-phase warmgewalste stalen (met chroomtoevoeging en zeer laag zwavelgehalte) voor wielschijven.
  • Dual-phase koudgewalste en beklede stalen voor zichtbare delen en delen om de crashweerstand van autokoetswerken te verhogen.
  • TRIP-stalen (TRansformation Induced Plasticity) voor wielvelgen en –schijven.
  • Ontgaste hoge-sterktestalen voor zichtbare delen van koetswerken (meestal dompelverzinkte plaat).
  • “Bake hardening”-stalen voor zichtbare delen van koetswerk (gecontroleerde gloeicyclus en nawalsen: zowel elektrolytisch verzinkte als dompelverzinkte plaat).