Hier bekommen Sie ein kurzes Update zur Produktpipeline bei extra- und ultrahochfesten Docol Stählen – was sich in der Entwicklung befindet, was jetzt für Versuche verfügbar ist und welche neuen Güten für den Vertrieb bereitstehen.
Viele dieser Güten sind zumindest teilweise eine Reaktion auf die neuen Anforderungen von Elektroautos. Die Elektroautos werden schwerer, da die Hersteller weitere Batteriezellen für eine größere Reichweite einzubauen. Das bedeutet eine höhere Belastung der Fahrzeugkonstruktion, die eine höhere Festigkeit erfordert – während das Karosseriegewicht möglichst gleich bleiben soll. Und zur Bewältigung dieses höheren, durch die Batterien erzeugten Gewichts muss die Steifigkeit der Rohkarosserie durch Verwendung von neuem Material in innovativen und optimierten Konstruktionen erhöht werden.
SSAB arbeitet gegenwärtig an einer martensitischen Docol Stahlgüte mit 1.900 MPa für die Automobilindustrie, wie José Puente Cabrero, Produktmanager für kaltgewalzte extra- und ultrahochfeste Docol Stähle, mitteilt.
Erste Produktionsversuche zeigen, dass die vorhandenen Stahlerzeugungsanlagen von SSAB in der Lage sind, den martensitischen Stahl mit 1.900 MPa zu produzieren. Wenn die Entwicklung wie geplant fortgesetzt wird, wird Docol 1900M der festeste extra- und ultrahochfeste Stahl für kaltumgeformte Rohkarosseriebauteile sein, der jemals angeboten wurde.
„Der Anteil der Elektroautos steigt rasant und wird weiter ansteigen“, so Puente Cabrero. „Gleichzeitig ist auch das Durchschnittsgewicht der Elektroautos gestiegen. Die Gründe dafür sind eine erhöhte Reichweite sowie eine Zunahme bei der Elektronik für aktive Sicherheit, Fahrverhalten und Komfort.“
„Die Crashanforderungen sind ebenfalls strenger geworden. SSAB sieht den Bedarf für einen Automobilstahl, der höheren Kräften standhält – und gleichzeitig das Fahrzeuggewicht auf einem optimalen Niveau hält.“
Zu den vielversprechenden Rohkarosserieanwendungen für martensitischen 1.900 MPa Stahl gehören Quer- und Längsträger, Verstärkungen und der Schutz von Batteriepacks für Elektroautos.
„Der Raum zwischen den Batteriezellen und den Knautschzonen nimmt stetig ab, da die Batteriepacks um weitere Zellen erweitert werden“, sagt Puente Cabrero. „Die Konstrukteure von Batteriegehäusen müssen immer höhere Kräfte in ihre Modellierungen für den Aufprallschutz einbeziehen – und dabei Gewicht und Kosten im Auge behalten.“
„Ultrahochfeste 1.900 MPa Stähle könnten den Herstellern feste, aber dennoch kosteneffiziente und leichte Konstruktionsoptionen bieten, die gegenwärtig noch nicht verfügbar sind.“
Rollumformen wird wahrscheinlich das übliche Verfahren sein, um martensitischen 1.900 MPa Stahl umzuformen. Wenn das Teil nicht zu komplex ist und die Rückfederung genau modelliert und kompensiert wird, kann auch Kaltstanzen möglich sein.
Können wir in Zukunft mit martensitischen Stählen für die Automobilindustrie rechnen, die sogar noch fester als 1.900 MPa sind?
„Es gibt einen Zielkonflikt zwischen höheren Festigkeiten, Umformbarkeit und Duktilität“, erklärt Puente Cabrero. „Wie gut ein Stahl mit höherer Festigkeit für ein Automobilteil verwendet werden kann, hängt auch von der Konstruktionsphilosophie des Herstellers und seinen Fertigungsverfahren ab – und davon, wie früh SSAB als Materialexperte in die Entwicklungsarbeit einbezogen wird.“
„Angesichts der exponentiellen Fortschritte bei der Digitalisierung – und der Möglichkeiten, die die Digitalisierung für Materialkonstruktion und Produktionstechnologien bietet –, würde es mich überraschen, wenn 1.900 MPa die Grenze wäre. Außerdem ist es ein fester Bestandteil der DNS von Docol: Wie weit können wir bei der Festigkeit von Stahl gehen? Solange diese hochfesten Gigapascal-Stähle zu einem verbesserten Fahrzeugverhalten, mehr Sicherheit und mehr Nachhaltigkeit beitragen, werden wir die Grenzen immer weiter verschieben.“
Puente Cabrero weiter: „Die Arbeitsbezeichnung von SSAB für diese Güte lautet ,1900M‘, doch unsere Entwicklung wird festlegen, wie die endgültige Spezifikation des Produkts aussehen wird, wenn wir es auf den Markt bringen.“
Bei diesem Teilprototyp eines Batteriegehäuses werden zentrale Ideen des Docol Konstruktionskonzepts für Elektroautos verwendet: Energieaufnehmende Schweller (hier gezeigt nach einem seitlichen Pfahlaufpralltest) und energieübertragende Bodenquerträger können aus ultrahochfestem martensitischem Stahl rollumgeformt werden.
„Die Elektrifizierung der Autos beschleunigt zweifellos die Entwicklung und Einführung von neuen warmgewalzten extra- und ultrahochfesten Stählen“, sagt Daniel Sund, Produktmanager für warmgewalzte extra- und ultrahochfeste Docol Stähle.
Traditionell war die Erhöhung der Festigkeit von extra- und ultrahochfestem Stahl mit Abstrichen bei der Umformbarkeit verbunden. „Mit unseren neuen, exklusiven Docol HR800HER Güten (Lochaufweitungsrate) können Fahrwerkskonstrukteure die Festigkeit erhöhen und das Gewicht reduzieren – aber mit weniger Einschränkungen bei der Umformung“, erklärt Sund.
Docol HR800HER-75 und Docol HR800HER-100 bieten typische Lochaufweitungsraten von 75 % bzw. 100 % und garantierte Aufweitungsraten von 45 % bzw. 65 %. Beide 800 MPa Stähle sind jetzt für den kommerziellen Vertrieb erhältlich und sind unter den Docol Komplexphasengüten eingeordnet.
„Diese 800 MPa Stähle eignen sich für sehr fortschrittliche, komplexe Fahrwerksformen – zum Beispiel für Konstruktionen mit komplizierten gedehnten Kanten und umfangreichen Bördelungen", so Sund. „Ich glaube, dass diese Güten schnell zum Standard bei Konstruktionen von Fahrwerken für Elektroautos werden, für die die Hersteller und Zulieferer nach einem festen, leichten Material suchen, das sich in komplexe Geometrien für kritische Komponenten umformen lässt.“
„Aber Docol HR800HER Güten sind auch ,Problemlöser‘ für bestehende Teilkonstruktionen, die während der Produktion Kantenrisse erleiden“, berichtet Sund. „Typische Lochaufweitungsraten von 75 % und 100 % zeigen eindeutig die extrem hohe Kantenduktilität und bieten eine ausgezeichnete Sicherheitsmarge gegen Mikrorisse.“
Ebenso exklusiv für Docol Stahl: Warmgewalzte martensitische 1.500 MPa Güten mit einer Dicke von bis zu 4,0 mm stehen jetzt für Testversuche zur Verfügung.
„Für schwerere Fahrzeuge – denken Sie an Elektroautos – werden festere und zugleich dickere strukturelle extra- und ultrahochfeste Stähle benötigt“, sagt Sund. „Denken Sie an den Batteriepackschutz für schwerere Pkw, leichte Nutzfahrzeuge und Lkw. Neue Türschweller-Konstruktionen mit 5-Sterne-Bewertungen bei den neueren, strengeren Seitenaufpralltests. Verstärkungen für Lkw-Rahmen. Und Stoßfänger und Querträger für alle Fahrzeugtypen.“
„Seit mehreren Jahren ist der kaltgewalzte Docol 1500M Stahl von SSAB erhältlich“, erklärt Sund. „Wir begannen mit dem Docol CR1500M und haben für die neue warmgewalzte Version den Abmessungsbereich erweitert, sodass wir die mechanischen Eigenschaften unseres CR in einem HR-Stahl erreichen konnten. Wir garantieren sogar die gleichen mechanischen Eigenschaften für kaltgewalzte und warmgewalzte Docol 1500M Stähle.“
Testversuche von Herstellern und Zulieferern werden bei der Fertigstellung von Docol HR1500M ausschlaggebend sein. „Wir möchten sichergehen, dass die Hersteller das Material erhalten, das sie für die erweiterte Umformung von vier Millimeter dicken, warmgewalzten martensitischen 1.500 MPa Stählen benötigen. Am Ende kommt es natürlich auf die Bewährung bei den realen Umformprozessen an.“
„HR1000CP ist der warmgewalzte Komplexphasenstahl mit der höchsten Festigkeit, der heute auf dem Markt erhältlich ist“, so Sund. Docol HR1000CP wurde mit wertvollem Input von Toyota und Gestamp entwickelt, die das Ziel verfolgten, das Gewicht des unteren Lenkhebels beim Yaris-Modell 2020 zu reduzieren.
„Toyota entwickelte eigene 1000CP-Spezifikationen mit sehr strengen Ermüdungsstandards, die wiederum von Gestamp getestet und verifiziert wurden“, berichtet Sund. Derzeit gibt es einen Entwurf für eine VDA-Norm für 1000CP. Daneben gibt es den eigenen Standard von SSAB sowie die Fähigkeit, spezifische Herstellernormen zu erfüllen, wie im Fall von Toyota.
„Gemeinsam haben wir mehrere verschiedene Konzepte für den Docol 1000CP Stahl geprüft, wobei das Ergebnis – die derzeit verfügbare Güte – die beste in Bezug auf Ermüdungsleistung und Umformbarkeit ist.“
Sund weiter: „Wenn Docol HR1000 Komplexphasenstahl die strengen Ermüdungsanforderungen an die Lenkhebel erfüllt, dann ist es meiner Meinung nach ein guter Kandidat für viele weitere hochwertige Fahrwerkskomponenten, die stabil sein, Gewichtsreduzierung und Haltbarkeit gewährleisten und kosteneffizient sein müssen.“
Docol HR1000CP ist gegenwärtig im Handel in Dicken von 2,5 mm bis 3,8 mm erhältlich, mit zukünftig angestrebten Dicken von 2,0 mm bis 4,5 mm.
„Wenn Docol HR1000 Komplexphasenstahl die strengen Ermüdungsanforderungen an die Lenkhebel erfüllt, dann ist es meiner Meinung nach ein guter Kandidat für viele weitere hochwertige Fahrwerkskomponenten, die stabil sein, Gewichtsreduzierung und Haltbarkeit gewährleisten und kosteneffizient sein müssen.“
„Die Automobilhersteller wünschen sich zunehmend die Option, feuerverzinkte extra- und ultrahochfeste 1.000 MPa Stähle für Rohkarosserieteile zu verwenden“, erklärt Matti Säily, Produktmanager für metallbeschichtete Docol Stähle für die Automobilindustrie.
Doch gleichzeitig brauchen sie eine gute Umformbarkeit für komplexere Formen. „Die Umformbarkeit von Docol CR1000DH macht ihn zu einem einfachen Upgrade von CR800DP“, sagt Säily. „Der CR1000DH ermöglicht erhebliche Gewichtseinsparungen und eine hohe Konstruktionsflexibilität, da er leicht zu komplexen, tiefgezogenen Bauteilen gestanzt werden kann.“
„Und unter Verwendung modernster Umformverfahren kann Docol CR1000DH sogar CR600DP (Dualphasenstahl) ersetzen.“
Docol Dualphasenstahl mit hoher Umformbarkeit ermöglicht optimierte Rohkarosseriekonstruktionen, da die Teile platzsparender werden und gleichzeitig die Anzahl der Teile reduziert werden. Seine Zugfestigkeit von 1.000 MPa kann genutzt werden, um das Gewicht zu reduzieren, die Nutzlast zu erhöhen oder die Stoßfestigkeit zu verbessern – oder eine Kombination aller dieser Ziele zu erreichen.
Kundenversuche mit Docol CR1000DH-GI haben gerade begonnen, wobei Versionen mit Streckgrenzen von 590 MPa und 700 MPa erhältlich sind. Die ersten Lieferungen von Docol CR1000DH-GI sind für September 2022 geplant. Das vorläufige Datenblatt für Docol CR1000DH-GI ist jetzt verfügbar.
„Für den Docol CR590Y980T-DH haben wir zusätzlich zu unserer feuerverzinkten Version mit der Entwicklung einer Galvannealed-Güte begonnen, weil das Interesse im Markt dafür besteht“, berichtet Säily. „Und wir arbeiten auch an einer neuen, feuerverzinkten 1.200 MPa Dualphasengüte für hohe Umformbarkeit.“
Säily ist überzeugt, dass ein besserer Stahl – höhere Festigkeit mit hoher Umformbarkeit – bessere Rohkarosseriekonzepte ermöglicht. „Hier geht es um Konstruktionsfreiheit: Wir beseitigen viele der Umformprobleme der Konstrukteure, eröffnen Optionen für komplexe Teile und ermöglichen gleichzeitig eine höhere Festigkeit und Gewichtsreduzierung bei der Rohkarosserie.“
„Die Automobilhersteller wünschen sich zunehmend die Option, feuerverzinkte extra- und ultrahochfeste 1.000 MPa Stähle für Rohkarosserieteile zu verwenden. Doch gleichzeitig brauchen sie eine gute Umformbarkeit für komplexere Formen.“
Extra- und ultrahochfeste Stähle für die Automobilindustrie sind Güten, die laut WorldAutoSteel, dem Verband der Hersteller von extra- und ultrahochfesten Stählen für die Automobilindustrie, eine Mindestzugfestigkeit von 440 MPa erreichen. Sehr einfach gesagt, erreichen alle extra- und ultrahochfesten Stähle ihre hohe Festigkeit, indem die Stahlerzeuger ihre Chemie und ihre Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten präzise regeln.
Ultrahochfeste Stähle (UHSS) in Autos sind extra- und ultrahochfeste Stähle (AHSS) mit einer bedeutend höheren Mindestzugfestigkeit. Anders betrachtet sind ultrahochfeste Stähle eine Unterkategorie der breiteren Kategorie der extra- und ultrahochfesten Stähle.
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