Schweißen, nieten und biegen: Das gehört genauso zur Arbeit der Voestalpine-Forscher wie das Simulieren von Crashs und die Entwicklung von Hightech-Werkstoffen
In den Labors wird an "denkenden Stählen", neuen Legierungen und selbstheilenden Lacken getüftelt.
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Die Forscher in den Entwicklungslabors der Voestalpine tragen Blaumann und nicht selten eine Schweißbrille und Ohrenschutz. Promovierte Chemiker arbeiten hier ebenso wie gelernte Schlosser und Schweißer. "Unsere Wissenschafter sind hemdsärmelig unterwegs", schmunzelt Christian Walch von der F&E-Abteilung für Umformtechnologien. "Die Mitarbeiter aus den Metallberufen wissen genau, was sie machen, und tüfteln am sorgfältigsten", sagt Walch.
Im "Verarbeitungscenter Stahl", das auf drei Etagen in einer Halle auf dem weitläufigen Voestalpine-Betriebsgelände in Linz untergebracht ist, wird nicht nur getüftelt, sondern vor allem getestet. Hier müssen die neu entwickelten Stähle beweisen, was sie können. Zum Beispiel im Crashsimulator, in dem ein massiver Schlitten durch einen Druckluftkanal gegen den Längsträger einer Autokarosserie geschleudert wird. Wie eine Ziehharmonika wird der vordere Teil des Trägers zerknautscht. An der Art der Faltung kann abgelesen werden, wie der Träger die Aufprallenergie auffängt, wie fest bzw. wie verformbar der Stahl ist, wie lange die Fügepunkte halten.
"Treiber unserer Entwicklungsaktivitäten ist zu 90 Prozent die Automobilindustrie", sagt Walch. Und die verlangt nach Stählen, die extrem fest, aber dehnbar sind, dabei ultraleicht und zugleich kostengünstiger, effizienter und sicherer. Im Leichtbau-Wettkampf mit Aluminium und Kunststoff muss die Stahlindustrie mit immer spektakuläreren Varianten des mittlerweile 3000 Jahre alten Werkstoffs aufwarten.
"Denkender Stahl" nennen die Linzer Forscher die Entwicklung eines Hightech-Blechs, das bei der Verarbeitung leicht und weich ist und sich bei einem Crash in enorm harten Stahl verwandelt. Das liegt daran, das es im Wesentlichen aus weichem Ferrit und festem Austenit, zwei Phasen oder Aggregatzuständen von Stahl, zusammengesetzt ist. Die Kristallgitterstruktur der Legierung ist so eingestellt, dass sie metastabil ist. Das heißt, dass nur eine starke Energie, wie sie bei einem Aufprall entsteht, zu einer Phasenumwandlung führt - der Stahl wechselt in den neuen, superharten Zustand und wird zu Martensit.
Tricks gegen Korrosion
Ein richtiger Renner bei sicherheitskritischen Bauteilen sind die erst jüngst auf den Markt gekommenen presshärtenden Stähle, bei denen die Entwickler eine Technologie fanden, um die Verarbeitung hochfester Stahlplatten zu erleichtern. Bisher bestand die Schwierigkeit darin, dass der Korrosionsschutz aus Zink bei der passgenauen Formung unter hohen Temperaturen schmolz. Bis Physiker eine Methode fanden, mithilfe einer nanometerdünnen Oxydschicht eine Barriere aufzubauen, die das Zink am Verdampfen hindert.
Technologien wie diese machen vorerst heiße Eisen wie Porsches und Mercedes der Luxusklasse sicherer, die Nachfrage für die untere Preisklasse steige aber, sagt Voestalpine-Forschungschef Peter Schwab (siehe auch Interview). Eher ein Luxusproblem sind auch Kratzer im Lack, was die Forscher mithilfe selbstheilender Beschichtungen lösen wollen. Dazu sollen mit Lack gefüllte Nanokapseln in die Beschichtung integriert werden, die sich bei einem Riss auflösen und den Kratzer auffüllen. Derzeit wird noch daran gefeilt, die Technologie billiger zu machen. Neben den klassischen Geschäftsfeldern wie Automobil, Schiene und Bauwesen geht ein großer Teil des Forschungsbudgets in erneuerbare Energien - von Materialien für Elektroautos bis hin zu speziellen Stählen für Wind- und Solarkraftwerke.
"Von der Idee bis zur Umsetzung dauert es viele Jahre", sagt Christian Walch. In rund 80 Forschungskooperationen mit Unis und anderen wissenschaftlichen Partnern werden die Grundlagen für neue Stahllegierungen, Beschichtungen und Verarbeitungstechniken erarbeitet, in werkstoffkundlichen Labors verschiedenste Varianten erprobt. "Wir bilden den gesamten Prozess mit kleinen Schmelzen nach. Mit einem Laborofen, der statt 150 Tonnen 150 Kilogramm wiegt, Glühsimulatoren und verschiedenen Behandlungen", erklärt Walch. "Schlussendlich sind es Experimente."
Rund 600 Mitarbeiter sind an 30 dezentralen Forschungsstandorten beschäftigt. In den Versuchsanlagen in Linz werden die neu entwickelten Stähle auf die Grenzen ihrer Belastbarkeit abgeklopft. Und zwar wortwörtlich: Die Teile werden geformt, gezogen, verbeult, geschnitten, genietet und verschweißt, das Materialverhalten wird genau dokumentiert - so lange, bis die optimale Performance erreicht ist. Stahlharte Forschungsarbeit eben. (Karin Krichmayr/DER STANDARD, Printausgabe, 28.07.2010)
