Hoe de productie en recycling van staal goedkoper kunnen

05-08-2016 07:51 | Door: Eelco Brandes

Onderzoekers van de Technische Universiteit (TU) Delft hebben een nieuw licht geworpen op het veranderproces van staal, het zogeheten kiemingsproces. Dit kan leiden tot goedkopere productie en eenvoudigere recycling.

Onderzoekers van de TU Delft schrijven dat in hun publicatie Preferential Nucleation during Polymorphic Transformations in Scientific Reports (Nature). Door verhitting van ijzer kan het materiaal van structuur veranderen. Dat is een van de manieren om verschillende vormen van staal te krijgen, met verschillende eigenschappen.

Dit proces is vergelijkbaar met de vorming van ijsbloemen: vanuit een kiempunt verandert de ene ijzerkristalstructuur in de andere, en dat proces breidt zich vanuit zo’n kiempunt verder uit.

"Als metalen simpeler kunnen worden gemaakt, dan kunnen de basismaterialen ook simpel worden gehouden"

Dergelijke kiemvorming in materialen heeft de meeste invloed op de uiteindelijke eigenschappen, maar is nog het minst begrepen in de metaalkunde. Over hoe en waar die kiemvorming precies start bijvoorbeeld, is volgens de TU Delft nog weinig bekend.

Live in beeld

De onderzoekers brachten dit kiemingsproces ‘live’ in beeld door in de European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble een staalmonster in een speciaal gemaakt oventje te verhitten tot 1.000 graden Celsius, en het veranderingsproces te volgen met behulp van röntgenstraling.

Ze brachten zo in kaart welke plekken, met welke eigenschappen, de meest waarschijnlijke startpunten waren voor het kiemproces van de overgang van ferriet naar austeniet.

Legeringen

De tot nog toe meest gebruikte manier om de eigenschappen van staal te veranderen, is door elementen toe te voegen die invloed hebben op de structuur en daardoor de eigenschappen van de resulterende staalsoort: legeringen. Legeringen kunnen bestaan uit meer dan tien verschillende soorten elementen, wat niet alleen de productie ingewikkeld en vaak kostbaar maakt, maar ook de recycling.

Microstructuur

Inzicht in het kiemvormingsproces biedt hier mogelijk uitkomst. Als dit gestuurd kan worden, is het in theorie mogelijk microstructuren te laten ontstaan die het materiaal de gewenste macroscopische eigenschappen geven, zonder toevoeging van andere (zeldzame) elementen, stellen de onderzoekers.

“Staal moet sterk zijn, maar ook goed vervormbaar, bijvoorbeeld om componenten in de auto-industrie lichter te kunnen maken. Ook in de productie van zogenaamde elektrische stalen voor de kern van transformatoren ben je op zoek naar specifieke eigenschappen", zegt de Delftse materiaalkundige Erik Offerman.

“Wil je in dat proces het gebruik van legeringselementen terugdringen, dan staat het kiemvormingsproces centraal. We hebben nu plekken gevonden waar een ijzerkristal bij voorkeur kiemt.”

Simpele basismaterialen

Als metalen simpeler kunnen worden gemaakt, dus minder met minder legeringen, en meer met de microstructuur, dan kunnen de basismaterialen ook simpel worden gehouden.

Offerman: “Dat maakt productie goedkoper, maar je kunt de materialen ook makkelijker opnieuw gebruiken bij recyclen. Je zou meer met de structuur moeten spelen in plaats van te legeren. Een volgende stap is om kritische legeringselementen te vervangen en het aantal verschillende legeringselementen en de concentratie ervan te verlagen door de microstructuur te optimaliseren.”

Word nu Free Member en download GRATIS alle infographics met de belangrijkste ontwikkelingen.

Bron: Technische Universiteit Delft | Foto: public domain

Door: Eelco Brandes

Redacteur DuurzaamBedrijfsleven Media. Volgt duurzame ontwikkelingen in de sectoren Energie, Grondstoffen & Verpakkingen en Industrie & Chemie. Altijd op zoek naar baanbrekende duurzame innovaties die energie geven.



Priority Partner voor de sector Industrie & Chemie

Duurzaam industrienieuws

Het winnen van grondstoffen, de productie van staal, plastics, cement en aluminium en de verwerking halffabricaten tot auto’s, smartphones en bouwmaterialen verbruiken wereldwijd veel energie. In dit sectoroverzicht beschrijven we de stappen die de mijnbouw, maakindustrie en andere bedrijven in de productieketen nemen op het gebied van duurzaamheid. Belangrijke trends zijn energiebesparing, hergebruik en de toepassing van biobased grondstoffen.

Het Subsidie ABC voor ondernemers
Sector Industrie & Chemie