Aquí proporcionamos una actualización rápida sobre la línea de productos de aceros AHSS/UHSS Docol: lo que estamos desarrollando, lo que ya está disponible para ensayos y las nuevas calidades listas para la venta.
Muchas de estas calidades, al menos parcialmente, responden a las nuevas demandas de los vehículos eléctricos. Los VE siguen aumentando de peso a medida que los OEM añaden celdas de batería para aumentar la autonomía de conducción. Esto significa mayores tensiones en la estructura del vehículo, algo que requerirá una mayor resistencia, además de intentar mantener el mismo peso de la carrocería. Y mientras se gestiona este aumento de peso provocado por la batería, la carrocería también necesitará aumentar su rigidez empleando nuevos materiales en diseños innovadores y optimizados.
SSAB anunció recientemente que está trabajando en una calidad de acero Docol 1900 MPa martensítico para la industria automotriz, según José Puente Cabrero, director de producto, Docol Cold Rolled AHSS Steels.
Las pruebas iniciales de producción demuestran que las líneas de fabricación de acero actuales de SSAB pueden producir acero martensítico de 1900 megapascales. Si el desarrollo continúa según lo previsto, Docol 1900M se convertirá en el acero AHSS más resistente disponible para el conformado en frío de componentes de carrocerías.
"La proporción de VE aumenta rápidamente y lo seguirá haciendo a un ritmo más alto", señala Puente Cabrero. "Además, el peso medio de los VE también ha aumentado. Esto se debe, entre otras cosas, al aumento de la autonomía de conducción y de la electrónica para la seguridad activa, el rendimiento de conducción y el confort".
"Los requisitos en caso de colisión son cada vez más estrictos. SSAB considera necesario un acero para la industria automotriz capaz de soportar mayores fuerzas, manteniendo al mismo tiempo el peso del vehículo en un nivel óptimo".
Las prometedoras aplicaciones de carrocerías para el acero martensítico de 1900 megapascales incluyen vigas transversales y longitudinales, refuerzos y protección de los paquetes de baterías de vehículos eléctricos.
"El espacio entre las celdas de la batería y las zonas de deformación de la carrocería se reduce constantemente a medida que se amplía el número de celdas del paquete de baterías", explica Puente Cabrero. "Los diseñadores de cajas de baterías tienen que tener en cuenta fuerzas cada vez mayores en sus modelos para la protección contra impactos, aparte del peso y el coste".
"Un acero UHSS 1900M podría ofrecer a los OEM de vehículos eléctricos opciones de diseño resistentes y ligeras pero rentables, que no están disponibles actualmente".
La laminación será probablemente la forma común de dar forma al acero martensítico de 1900 megapascales, aunque también se podría emplear el estampado en frío si la pieza no es demasiado compleja y el efecto de recuperación elástica se modela y compensa con precisión.
¿Deberíamos esperar que los aceros martensíticos para la industria automotriz sean en el futuro incluso más resistentes que el de 1900 Mpa?
"Existe un equilibrio entre mayores resistencias, capacidad de conformado y ductilidad", continúa Puente Cabrero. "La cantidad de acero de mayor resistencia que se puede utilizar en la pieza de un automóvil también depende de la filosofía de diseño del OEM, sus prácticas de fabricación y de lo temprano que se implique SSAB, como expertos en materiales, en la fase de desarrollo".
"Si tenemos en cuenta los avances exponenciales en la digitalización y las oportunidades que ofrecen estos en el diseño de materiales y las tecnologías de producción, me sorprendería que el acero de 1900 MPa fuera el límite. Además, forma parte del ADN de Docol: ¿cuál es la máxima resistencia que podemos alcanzar con el acero? Mientras esos aceros gigapascal de mayor resistencia sigan contribuyendo a mejorar el rendimiento de los automóviles, la seguridad y la sostenibilidad medioambiental, seguiremos superando los límites".
Puente Cabrero concluye: "El nombre de trabajo de SSAB para esta calidad es '1900M', pero nuestro desarrollo determinará cómo serán las especificaciones finales del producto que presentamos".
En este prototipo parcial de una caja de baterías se aplican ideas clave del Concepto de diseño de VE con Docol: las vigas de guardabarros para absorción de impactos (que se muestran aquí después de una prueba de polos en impactos laterales) y los travesaños de suelo que transfieren energía se pueden laminar en acero martensítico de ultra alta resistencia.
"La electrificación de los automóviles está acelerando definitivamente el desarrollo y la adopción de nuevos aceros AHSS laminados en caliente", afirma Daniel Sund, director de producto, Docol Hot Rolled AHSS Steels.
Tradicionalmente, el aumento de los niveles de resistencia de los aceros AHSS ha resultado en algunos problemas de conformado. "Lo que hacen nuestras nuevas y exclusivas calidades Docol HR800HER (coeficiente de ensanchamiento de agujeros) es la capacidad de los diseñadores de chasis para aumentar la resistencia y reducir el peso, pero con menos limitaciones de conformado", explica Sund.
Docol HR800HER-75 y Docol HR800HER-100 ofrecen unos coeficientes de ensanchamiento de agujeros típicos del 75% y el 100%, y garantizan unos coeficientes de expansión del 45% y el 65%, respectivamente. Ambos aceros de 800 MPa están ya disponibles para ventas comerciales y se pueden encontrar agrupados con calidades de acero Docol de fase compleja.
Estos aceros de 800 megapascales se utilizan para formas de chasis muy avanzadas y complejas, por ejemplo, diseños con bordes estirados complejos y rebordeado extensivo", señala Sund. "Creo que estas calidades se convertirán rápidamente en un estándar para los diseños de chasis de vehículos eléctricos, ya que los OEM y los proveedores de primer nivel buscan materiales ligeros y resistentes que puedan conformarse en geometrías complejas para componentes críticos".
"Pero las calidades de Docol HR800HER también solucionan problemas en diseños de piezas existentes cuyos bordes se agrietan durante la producción", continúa Sund. "Los coeficientes de ensanchamiento de agujeros típicos del 75% y el 100% demuestran claramente una ductilidad de bordes extremadamente alta, lo que ofrece un margen de seguridad superior frente a microfisuras".
Otro acero Docol exclusivo: ya están disponibles para pruebas calidades martensíticas laminadas en caliente de 1500 MPa de hasta 4,0 mm de espesor.
"Una vez más, los vehículos más pesados, concretamente los VE, van a necesitar aceros AHSS estructurales más fuertes y de mayos espesor", afirma Sund. "Piense en la protección del paquete de baterías de vehículos eléctricos más pesados, vehículos comerciales ligeros y camiones. Nuevos diseños de umbrales de puerta con una clasificación de 5 estrellas realizando ensayos de colisiones laterales más rigurosos y actualizados. Refuerzos para las estructuras de camiones. Y parachoques y travesaños para todo tipo de vehículos".
"El acero Docol 1500M laminado en frío de SSAB está disponible desde hace varios años", explica Sund. "Comenzamos con el acero Docol CR1500M y, para la nueva versión laminada en caliente, ampliamos la gama de dimensiones para poder igualar las propiedades mecánicas de nuestros aceros CR en un acero HR. Incluso garantizamos las mismas propiedades mecánicas para Docol 1500M laminado en frío y en caliente".
Los ensayos realizados por OEM y proveedores de primer nivel serán fundamentales para la finalización del acero Docol HR1500M. "Queremos estar seguros de que los OEM obtienen el material que necesitan para el conformado avanzado de acero martensítico de 1500 megapascales laminado en caliente de cuatro milímetros de espesor. Al final lo que importa es la verificación del conformado en condiciones reales".
"El acero HR1000CP es el acero de fase compleja laminado en caliente de mayor resistencia disponible actualmente en el mercado", indica Sund. El acero Docol HR1000CP se desarrolló con la valiosa aportación de Toyota y Gestamp, que querían reducir el peso del brazo de control inferior en el modelo de Yaris de 2020.
"Toyota desarrolló sus propias especificaciones para el acero 1000CP, que incluían estándares de resistencia a la fatiga muy estrictos que, a su vez, fueron sometidos a ensayo y verificados por Gestamp", explica Sund. Actualmente existe un borrador de la norma VDA para el acero 1000CP, más el estándar propio de SSAB, así como la capacidad de SSAB para cumplir los estándares específicos de los OEM, como en el caso de Toyota.
"Conjuntamente, revisamos varios conceptos diferentes para el acero Docol 1000CP, siendo el resultado, la calidad disponible actualmente, el mejor en términos de rendimiento frente a la fatiga y capacidad de conformado".
Sund continúa: "Si el acero Docol HR1000 de fase compleja cumple los estrictos requisitos de resistencia a la fatiga para los brazos de control, entonces es, en mi opinión, un buen candidato para muchos otros componentes de chasis de gama alta que tienen que ser resistentes, permitir aligerar peso, ofrecer durabilidad y ser rentables".
En la actualidad, el acero Docol HR1000CP está disponible comercialmente en espesores de 2,5 a 3,8 mm y en el futuro está previsto que esté disponible en espesores específicos de 2,0 a 4,5 mm.
"Si el acero Docol HR1000 de fase compleja cumple los estrictos requisitos de resistencia a la fatiga para los brazos de control, entonces es, en mi opinión, un buen candidato para muchos otros componentes de chasis de gama alta que tienen que ser resistentes, permitir aligerar peso, ofrecer durabilidad y ser rentables".
“"Los fabricantes de equipos originales de la industria automotriz desean cada vez más tener la opción de utilizar aceros AHSS de 1000 MPa galvanizados en caliente para piezas de la carrocería”, señala Matti Säily, director de producto, Docol Metal Coated Automotive Steels.
Pero, al mismo tiempo necesitan una alta capacidad de conformado para formas más complejas. "La capacidad de conformado del acero Docol CR1000DH lo convierte en una actualización directa del acero CR800DP", afirma Säily. "El acero CR1000DH permite un ahorro de peso significativo y ofrece flexibilidad al diseñador, ya que se estampa fácilmente en componentes complejos y de embutición profunda."
"Y, cuando se utilizan técnicas avanzadas de conformado de componentes, el acero Docol CR1000DH puede incluso sustituir al acero CR600DP de fase dual".
El acero Docol de fase dual con alta capacidad de conformado se adapta a diseños de carrocería optimizados ya que además de ahorrar cada vez más espacio, también permite reducir el número de piezas. Su tensión de rotura de 1000 MPa se puede utilizar para reducir el peso, aumentar la capacidad de carga o mejorar la resistencia a colisiones, o una combinación de todos esos objetivos.
Acabamos de iniciar ensayos para clientes con el acero Docol CR1000DH-GI, en las versiones disponibles con un límite elástico de 590 MPa y 700 MPa. Las primeras entregas comerciales del acero Docol CR1000DH-GI están previstas para septiembre de 2022. La ficha técnica preliminar de Docol CR1000DH-GI ya está disponible.
"Para el acero Docol CR590Y980T-DH, además de nuestra versión galvanizada en caliente, hemos comenzado a desarrollar una calidad de acero galvano-recocido como respuesta al interés del mercado", explica Säily. "Y también estamos trabajando en una nueva calidad de fase dual con una alta capacidad de conformado de 1200 MPa galvanizado en caliente".
Säily está convencido de que un mejor acero de mayor resistencia y capacidad de conformado, permitirá crear mejores diseños de carrocería. "Se trata de libertad de diseño. Estamos eliminando muchas de las preocupaciones de conformado a las que se enfrenta el diseñador, ofreciendo opciones para piezas complejas, al tiempo que permitimos reforzar y aligerar el peso de la carrocería".
"Los fabricantes de equipos originales de la industria automotriz desean cada vez más tener la opción de utilizar aceros AHSS de 1000 MPa galvanizados en caliente para piezas de la carrocería, pero al mismo tiempo necesitan una alta capacidad de conformado para formas más complejas".
Los aceros avanzados de alta resistencia para automóviles son calidades que ofrecen una resistencia mínima a la rotura de 440 MPa, según WorldAutoSteel, la asociación de fabricantes de aceros AHSS para la industria automotriz. Para resumirlo en pocas palabras, todos los aceros AHSS obtienen su alta resistencia gracias a que los fabricantes de acero controlan con precisión sus procesos químicos y las velocidades de calentamiento y enfriamiento.
Los aceros de ultra alta resistencia (UHSS) en automóviles son sencillamente aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) con unas resistencias mínimas a la rotura significativamente mayores. Visto de otra manera, los aceros UHSS —también conocidos como UHTS o Ultra High Tensile Steels, es decir, aceros con ultra alta resistencia a la rotura) es un subconjunto de aceros dentro de la categoría de aceros AHSS.
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