Sneller staal ontwikkelen met de 3D-modellen van DENS

Op het tweejaarlijkse event van het onderzoeksprogramma Digitally Enhanced New Steel Product Development (DENS) werd afgelopen januari het meest recente 3Dmodel voor de ontwikkeling van nieuwe staalsoorten gepresenteerd. Onderzoekers van de TU Delft, de TU Eindhoven, de Universiteit Twente en het Max Planck Institut für Eisenforschung uit Düsseldorf hebben hier de afgelopen drie jaar aan gewerkt. In dit model kunnen nu alle fasen gesimuleerd worden die bij het produceren van staal komen kijken. Uiteindelijk doel is het ontwikkelen van het ideale staal: sterk en makkelijk te vervormen.

Op het DENSevent waren alle betrokken partijen aanwezig en is de laatste versie van het 3Dmodel door programmaleider Kees Bos (Tata Steel en TU Delft) gepresenteerd. Met dit model is het nu gelukt om alle stappen in het productieproces van staal van het warm en koud walsen tot het gloeien van staal goed te beschrijven en de bijhorende mechanische eigenschappen uit te rekenen. Zo worden bijvoorbeeld de eigenschappen van het staal beïnvloed door het snel of langzaam afkoelen ervan. Door met de procescondities en de samenstelling te spelen, wordt het mogelijk om de eigenschappen van het staal verbeteren en het bijvoorbeeld sterker maken.

Lichte, veilige auto’s

Tata Steel, de industriële cofinancier van het onderzoeksprogramma, zal deze modellen straks daadwerkelijk gaan gebruiken om dit betere staal te ontwikkelen en te produceren. Voor Tata Steel is dit 3Dmodel aantrekkelijk omdat niet alleen de kwaliteit van het staal beter wordt, maar ook de ontwikkeling van stabiele productie en controleprocessen aanzienlijk wordt verkort en daarmee de weg naar de markt.

Groot afnemer van dit nieuwe staal is de autoindustrie. Die vraagt om staalsoorten die sterk en tegelijk goed vervormbaar zijn om steeds lichtere auto’s te kunnen maken. Het idee is dat als het staal sterker is, een onderdeel dunner

Een typische dual-phase microstructuur. De ferrietfase van het staal is blauw, de martensietfase is oranje. De donkere cellen geven de grenzen tussen de verschillend georiënteerde kristallen aan. De walsrichting is aangeven als RD

De microstructuur na de continu-gloei-stap. De kristallen zijn gekleurd op basis van de kristaloriëntatie, een recente toevoeging aan het model die het mogelijk maakt om de ontwikkeling van de microstructuur beter te beschrijven en om de bijbehorende eigenschappen nauwkeuriger uit te rekenen

kan worden gemaakt en daarmee de auto lichter, zonder dat het de auto minder veilig maakt.

Meerwaarde samenwerken

Naast winst op wetenschappelijk en industrieel gebied, levert DENS ook qua samenwerking meerwaarde op. Iedere universiteit brengt zijn eigen expertise in. De TU Delft werkt vooral aan de modellen die de interne structuurverandering van het staal tijdens het productieproces beschrijven en de Universiteit Twente, de TU Eindhoven en het Max Planck Institute für Eisenforschung zijn goed in het modelleren van de mechanische eigenschappen op basis van die interne structuur. Het eigendom van het model ligt bij materiaalinstituut M2i. Het grote voordeel daarvan is dat ook andere industriële partners zoals Philips, Bosch, Bouwen met Staal, DAF, SKF en Allseas er mee aan de slag kunnen. Ondanks dat zij op andere industriële toepassingen zitten, zijn delen van het model ook voor hen bruikbaar.

Bron: 4TU>

Een microstructuur tijdens het warmwalsen als het staal zich in de austenitische fase bevindt. Ook hier zijn de kristallen gekleurd op basis van de kristaloriëntatie (die duidelijk een andere verdeling heeft dan na het continue gloeien) DENS

De TU Delft, de TU Eindhoven, de Universiteit Twente, het materiaalinstituut M2i en Tata Steel werken samen in het onderzoeksprogramma DENS (Digitally Enhanced New Steel Product Development) aan een 3Dmodel dat het mogelijk maakt om fysische modellen te ontwikkelen waarmee microstructuren en de daarmee samenhangende mechanische eigenschappen van nieuwe staalsoorten kunnen worden beschreven. Ook het Max Planck Institut für Eisenforschung in Düsseldorf is partner in dit omvangrijke programma. Aan het programma doen vijftien promovendi, twee PDengstudenten en twee postdocs mee. Het programma wordt ondersteund door Philips, Bosch, Bouwen met Staal, DAF, SKF en Allseas en is medegefinancierd door de topsector HTSM. De materiaalonderzoekers aan de bij DENS betrokken TU’s maken onderdeel uit van het netwerk van 4TU.HTM.