Som bilkunde vil vi have sikre og komfortable biler, der kører langt på literen, uden at de koster en bondegård. Så enkle er vores krav til producenterne, og for at opnå det har der i de senere år været fokuseret meget på fremstilling af karosseridele dels i aluminium og andre letmetaller, dels i fiberarmerede polymere på bekostning af stål.

Men nu ser stålproducenterne lys forude. Der er de seneste ti år udviklet nye ståltyper, som nu er under introduktion på markedet. Det seneste er det såkaldte Twinning induced plasticity (TWIP-stål) – et stål med stor styrke kombineret med stor formbarhed, så det passer til bilindustriens behov. Den store styrke gør, at karrosserier kan bygges op af tyndere plader, og det vurderes, at det kan give 10-20 procents vægtbesparelse.

Det har udviklingsmæssigt været undervejs i en fem års tid og må betegnes som fremtidens stål. TWIP er en stålkvalitet med højt indhold af mangan – cirka 20 procent – og som også indeholder cirka tre procent aluminium og silicium.

De stålkvaliteter, som en bils karosseri bygges op af, har ændret sig meget de seneste 25-30 år. Der har været et par markante teknologispring inden for fremstilling af stålplader, som har haft afgørende indflydelse på de stålkvaliteter, man har kunnet fremstille kommercielt.

For lidt mere end et kvart århundrede siden blev biler bygget i et konventionelt stål, der gik under betegnelsen karrosseriplade. Det var et ulegeret stål med lavt kulstofindhold med god formbarhed og beskeden styrke.

I 1980'erne blev der udviklet nye ståltyper, som bilindustrien tog til sig, da det gav mulighed for at designe lettere, men stærkere karosserier. Det var HSLA-stålene (High Strength Low Alloy), hvor man under fremstillingen styrede kornstørrelsen, så stålene blev meget finkornede. Resultatet blev stålkvaliteter med god formbarhed og pæn styrke.

De blev suppleret af IF-stålene (Interstitial Free), hvor man tilsatte titan og fik meget formbare, men bløde stål. Samtidigt udviklede man de første DP-stål (Dual Phase), der har en kombineret ferrit-martensit struktur. Den procentvise fordeling af de to strukturer styrer stålets forhold mellem styrke og formbarhed.

Stor styrke, lille formbarhed – og omvendt. DP-stålet er det første stål, der betegnes AHSS (Advanced High Strength Steel). I dag består et bilkarosseri i det væsentligste af stålkvaliteter, der blev udviklet i 1980'erne.

Indtil nu har tommelfingerreglen været, at hvis man multiplicerer en stålkvalitets trækstyrke i MPa med dets brudforlængelse i procent, vil værdien ligge under eller omkring 20.000 for mere traditionelle ståltyper. Det ændrede sig for cirka ti år siden, da TRIP-stålene (transformation induced plasticity) kom på markedet. For disse stål ligger produktet omkring 40.000.

TRIP-stål indgår i dag som sideforstærkning i karosseriet i forskellige bilmodeller. TWIP-stål er så det sidste skud på stammen. Her er produktet nået op på 60.000, så der er tale om optimal styrke og optimal formbarhed i forhold til de ståltyndpladekvaliteter, der tidligere har kunnet produceres.

Fakta: TWIP-stål tager sammenstødet
Legeringselementerne er små atomer, der indgår i jernets krystalstruktur med det resultat, at der sker stablingsfejl i gitterstrukturen, så der opstår nye atomplaner. Derved dannes der ved deformation tvillingekorn. Tvillingedannelsen betyder høj lokal hærdning og dermed en lokal styrkeforøgelse.

Den resulterer i, at deformationen udbredes til omgivende områder i stedet for at forblive lokal. Det makroskopiske resultat er meget stor formbarhed. Der er registreret brudforlængelser ved enakset trækprøvning på op til 90 pct.

Stålet har som udgangspunkt en austenitisk struktur. Under deformation transformer den til martensit. Det resulterer i kraftig deformationshærdning og dermed høj styrke i den karrosseridel, man formgiver.

Martensit eksisterer i to strukturer. Der sker det, at austenitten først transformerer til den martensitstruktur, som er den energimæssigt favorable. Ved fortsat deformation sker yderligere et skift over til den anden endnu stærkere struktur. For bilproducenterne har det afgørende betydning.

Den dobbelte martensit transformation og tvillingedannelsen betyder, at der efter formgivningen er stor restduktilitet tilbage i karosseriet. Det er den, der skal optage energien ved et sammenstød og sammen med den høje styrke holde kabinen intakt.