5 Jul. 2019
4 minuten
De Yojima Bashi bridge in Japan is er onder meer van gemaakt, evenals het Sony Centre in Berlijn. Maar verder wordt hogesterkte staal (HSS) nog maar mondjesmaat in de industrie toegepast. Behalve in bruggen, wordt dit soort staal vooralsnog vooral in de kranenbouw gebruikt. De bijeenkomst ‘Meer winst dankzij toepassing van hogesterkte staal’ van de Federatie Metaalplaat (FDP) moest duidelijkheid geven over de voordelen van dit soort staal en de mogelijke vooroordelen wegnemen.
Jo van der Put, adviseur bij Teqnow, het platform van de Koninklijke Metaalunie dat de aandacht voor en toepassing van toptechnologie in het industriële mkb wil vergroten en stimuleren, verdiept zich met FDP-directeur Frederik Lodeizen al jaren in de mogelijkheden van hogesterkte staal. ‘Maar we merken dat hogesterkte staal na al die jaren nog steeds maar beperkt wordt toegepast. Dat komt waarschijnlijk door de onbekendheid en het tekort aan kennis. Ook zijn er veel vooroordelen. Zo krijgen we vaak te horen dat de producten in staal sterk genoeg zijn en dat het gebruik van HSS dus niet nodig is. Maar als je het niet gebruikt en de concurrentie wel, dan kan de concurrentie je rechts gaan inhalen. Verder is HSS duurder dan bijvoorbeeld S235JR staal. Maar dan heb je het over de prijs per kilo, en niet per oplossing. Ook is voor het werken met HSS meer kennis nodig die nog vaak niet aanwezig is, daar kun je als bedrijf dus je voorsprong mee pakken. En er leeft ook het idee dat alleen nog maar plaatmateriaal beschikbaar is in HSS. Dat was een aantal jaren geleden zo, maar nu heb je ook balk-, buis- en stafmaterialen.’
Ondanks de vooroordelen liggen er volgens Van der Put voor elke bedrijf wel kansen om met HSS te gaan werken. ‘Er is voor veel bedrijven wel winst te behalen. Omdat HSS een dunner materiaal is, heb je bijvoorbeeld minder snij- en laskosten. Ook heeft HSS een lager gewicht. Daardoor heb je minder handlings-, coatings- en transportkosten en kan je lichtere constructies maken. Ook zijn de energiekosten tijdens het gebruik lager.’
25 kilometer
Dat HSS veel voordelen heeft, maakte ook Egbert Jansen van Tatasteel aan de 40 bezoekers van het seminar bij de Koninklijke Metaalunie in Nieuwegein duidelijk. Volgens de manager technische ondersteuning van de klanten van Tatasteel, was het met de oudere processen die werkten met simpele legeringen nog niet mogelijk om verder te gaan dan zo’n 300 Megapascal (MPa). ‘Nu gaan we al tot 2000 MPa. Maar daarvoor is wel een betere beheersing van het proces nodig. Want de mechanische eigenschappen van het materiaal maken het verschil.’
Om aan te kunnen tonen hoe sterk het HSS is, wordt gebruik gemaakt van de trekproef. Jansen daagde de zaal met een sommetje uit om te berekenen of te schatten wanneer een stalen kolom zou breken, maar daar durfde niemand zich aan te wagen. De uitkomst bleek na vijf kilometer, met HSS zou dit pas na 25 kilometer zijn.
Jansen gaf ook een kijkje in de keuken hoe staal van hoge sterkte nu uiteindelijk wordt gemaakt. Er blijken vijf manieren te zijn om de sterkte van staal te laten toenemen. Dat kan onder meer door het staal te vervormen of korrels fijner te maken. Dit kan door het materiaal snel af te laten koelen, waardoor de grote korrels kleiner worden. Ook worden in HSS legeringselementen zoals mangaan en silicium vervangen door ijzeratomen en worden met precipitatie kleine uitscheidinkjes in de korrel gevormd waardoor de sterkte omhoog gaat. Een voorbeeld hiervan is HSLA staal. En met transformatie worden nog meer elementen toegevoegd, dit is het geval bij Dual Phase staal (DP).
Al die bewerkingen hebben overigens wel een prijs. HSS is per ton ongeveer 150 euro duurder. Maar volgens Richard Pijpers van TNO Structural Reliability krijg je daar ook wel wat voor terug. ‘Je kunt lichtere slanke constructies maken en je hebt vanwege het dunnere materiaal kleinere lasvolumes. HSS kan dus een kostenbesparing opleveren, vooral als je kijkt naar de hele life cycle.’ Pijpers verwacht wel dat de nu nog relatief hoge prijs van hogesterkte staal kan dalen als het materiaal meer gebruikt gaat worden in de industrie. De kranenbouwers zijn nu nog de belangrijkste voorlopers van HSS.
Moeilijk lassen
Ondanks de grote voordelen van HSS, zoals het kunnen maken van lichtgewicht constructies en een mogelijk vermindering van de kosten, kleven er ook nadelen aan het materiaal. Om hogesterkte staal te kunnen knippen, ponsen of nibbelen zijn hogere krachten nodig dan bij een ander materiaal met dezelfde dikte. De krachttoename is recht evenredig met de toename van de sterkte. En vanwege de hogere sterkte is de springback, de terugvering bij buigen, groter dan bij gewoon constructiestaal. Ook is de minimale radius waarover het materiaal gebogen kan worden groter. En in het geval van dieptrekken, moet de installatie daar geschikt voor zijn, een pers met veel kracht is nodig om de plooien in het materiaal weg te kunnen werken.
HSS is veel gevoeliger voor verzwakking bij lassen. Laserlassen, wrijvingslassen en het voorverwarmen van het materiaal kan hierbij een oplossing zijn. Maar het is bij het ontwerpen van de constructie belangrijk hier rekening mee te houden. Pijpers raadt zelfs aan om slechts sporadisch te lassen. Belangrijk is het volgens Pijpers om de correcte procedure te volgen. Zoals het eerder genoemde voorverwarmen zodat de waterstof uit het materiaal verdwijnt. Ook zouden in plaats van lasverbindingen, gietstalen verbindingen, voorgespannen boutverbindingen of composiet verbindingen kunnen worden gebruikt. Een andere optie om lassen te kunnen vermijden, is het toepassen van vakwerken. ‘Want als je lassen bij HSS kan vermijden, doe dat dan’, besluit Pijpers.