Tässä kirjoituksessa luomme silmäyksen Docol-sarjan AHSS- ja UHSS-teräksiin ja kerromme, mitä parhaillaan kehitämme, mitä on saatavilla kokeiltavaksi ja mitä uusia teräslaatuja on valmiina myyntiin.
Monet näistä laaduista vastaavat sähköautojen uusiin vaatimuksiin ainakin osittain. Sähköautojen paino kasvaa entisestään, kun OEM-valmistajat lisäävät akkukennoja pidentääkseen toimintamatkaa. Tämä lisää auton rakenteisiin kohdistuvaa rasitusta, jolloin tarvitaan lisää lujuutta. Samalla korin paino halutaan kuitenkin usein pitää ennallaan. Akun tuoman painonlisäyksen huomioimisen lisäksi koreihin on saatava lisää jäykkyyttä uusilla materiaaleilla ja innovatiivisella ja optimoidulla muotoilulla.
Kuten kylmävalssattujen Docol-AHSS-terästen tuotepäällikkö José Puente Cabrero kertoo, SSAB on vastikään ilmoittanut kehittävänsä parhaillaan martensiittista 1 900 Mpa:n Docol-terästä.
Ensimmäiset tuotantokokeilut osoittavat, että SSAB:n nykyisillä tuotantolinjoilla voidaan valmistaa martensiittista 1 900 megapascalin terästä. Jos kehitys jatkuu suunnitelmien mukaisesti, Docol 1900M -teräksestä tulee kaikkien aikojen vahvin AHSS-teräs kylmämuovattaville korikomponenteille.
”Sähköautojen markkinaosuus kasvaa nopeasti ja tulevaisuudessa yhä nopeammin”, Puente Cabrero toteaa. ”Samalla sähköautojen keskimääräinen paino on kasvanut. Syitä ovat entistä pidempi toimintamatka sekä aktiivista turvallisuutta, suorituskykyä ja käyttömukavuutta lisäävä elektroniikka.”
”Myös törmäysvaatimukset ovat tiukentuneet. SSAB:n näkemyksen mukaan tarvitaan terästä, joka kestää entistä suurempia voimia ja pitää ajoneuvon painon optimaalisella tasolla.”
Lupaavia martensiittisen 1900-teräksen korikäyttökohteita ovat poikittais- ja pitkittäispalkit, vahvikkeet ja sähköautojen akuston suojaus.
”Akun kennojen ja korin muodonmuutosalueen välinen tila pienenee jatkuvasti, kun akkuun lisätään lisää kennoja”, Puente Cabrero sanoo. ”Akkukotelosuunnittelijoiden on huomioitava entistä suuremmat voimat törmäyssuojausmallinnuksissaan – painoa ja hintaa unohtamatta.”
”1900M-UHSS-teräs tarjoaa sähköautojen OEM-valmistajille lujia mutta kustannustehokkaita ja kevyitä suunnitteluvaihtoehtoja, jollaisia ei tällä hetkellä ole saatavilla.”
Rullamuovaus valikoituu todennäköisesti yleiseksi tavaksi muovata martensiittista 1900-terästä. Myös kylmäprässäys voi olla mahdollista, jos osa ei ole liian monimutkainen ja takaisinjousto mallinnetaan ja kompensoidaan tarkasti.
Onko tulevaisuudessa tiedossamartensiittisia teräksiä, joiden lujuus on yli 1900 Mpa?
”Lujuuden, muovattavuuden ja sitkeyden välinen suhde on aina kompromissi”, Puente Cabrero toteaa. ”Lisäksi se, miten paljon lujempaa terästä auton osassa voidaan hyödyntää, riippuu OEM-valmistajan suunnittelufilosofiasta, tuotantokäytännöistä ja siitä, miten varhaisessa kehitysvaiheessa SSAB otetaan mukaan materiaaliasiantuntijana.”
”Kun otetaan huomioon digitalisaation huimat edistysaskeleet – ja digitalisaation tuomat materiaalisuunnittelu- ja tuotantotekniikkamahdollisuudet – yllättyisin, jos kehitys jäisi 1900 megapascaliin. Lisäksi se on osa Docol-tuotteiden kehittämisperiaatteitamme: kuinka lujaa terästä voimme saada aikaan? Niin kauan kuin aiempia lujemmat gigapascal-teräkset parantavat autojen suorituskykyä, turvallisuutta ja ympäristöystävällisyyttä, jatkamme rajojen rikkomista.”
”SSAB:n työnimi tälle teräslaadulle on 1900M, mutta jää vielä nähtäväksi, miltä lanseerattavan tuotteen lopulliset ominaisuudet näyttävät”, Puente Cabrero toteaa lopuksi.
Tässä osittaisessa akkukotelon prototyypissä hyödynnetään sähköautojen Docol-suunnittelukonseptin keskeisiä ideoita: energiaa vaimentavat kynnyspalkit (tässä sivuiskutestin jälkeen) ja energiaa siirtävät alustan poikittaisosat voidaan rullamuovata ultralujasta martensiittisesta teräksestä.
”Autojen sähköistyminen varmasti nopeuttaa uusien kuumavalssattujen AHSS-terästen kehittämistä ja käyttöönottoa”, kuumavalssattujen Docol-AHSS-terästen tuotepäällikkö Daniel Sund sanoo.
AHSS-terästen lujuuden lisääminen on perinteisesti tarkoittanut muovattavuudesta tinkimistä. ”Uusien ja ainutlaatuisten Docol HR800HER -teräslaatujen (HER = reiänlaajennuskyky) ansiosta alustasuunnittelijat voivat lisätä lujuutta ja keventää painoa muovattavuutta rajoittamatta”, Sund kertoo.
Docol HR800HER-75- ja Docol HR800HER-100 -terästen tyypillinen reiänlaajennuskyky on 75% ja 100%, ja niiden taattu laajennuskyky on 45% ja 65%. Molemmat 800 MPa:n teräkset ovat nyt saatavana kaikkialla maailmassa ja löytyvät samasta tuotevalikoimasta kuin Docol-monifaasiteräkset.
Nämä 800 megapascalin teräkset on tarkoitettu erittäin pitkälle kehitettyihin, monimutkaisiin alustamuotoihin – esimerkiksi malleihin, joissa on monimutkaisia, venytettyjä reunoja ja laajoja taivutusalueita”, Sund sanoo. ”Uskon, että nämä teräkset yleistyvät nopeasti sähköautojen alustakomponenteissa vastauksena OEM- ja osavalmistajien toiveeseen lujasta ja kevyestä materiaalia, joka voidaan muovata monimutkaisiin muotoihin kriittisiä komponentteja varten.”
”Lisäksi Docol HR800HER -teräkset ovat hyvä ratkaisu monissa olemassa olevissa komponenteissa, joissa reunojen halkeilu tuotannon aikana on ongelma”, Sund jatkaa. ”75 %:n ja 100 %:n tyypilliset reiänlaajennuskyvyt osoittavat teräksen erittäin helpon muovattavuuden, mikä suojaa erinomaisesti mikromurtumilta.”
Docol-uutuuksia tarjolla: kuumavalssattua, jopa 4,0 mm:n paksuudessa saatavaa 1500 MPa:n martensiittista terästä voi nyt tilata koekäyttöön.
”Ajoneuvot – erityisesti sähköautot – ovat entistä painavampia, ja niihin tarvitaan sekä lujempaa että paksumpaa AHSS-rakenneterästä”, Sund sanoo. ”Tarvitaan akuston suojausta verrattain painaviin henkilöautoihin, kevyisiin hyötyajoneuvoihin ja kuorma-autoihin. Uusia kynnyspalkkeja, jotka täyttävät päivitetyt, tiukemmat sivutörmäystestit sisältävän 5 tähden turvallisuusluokituksen. Vahvikkeita kuorma-autojen runkoihin. Ja puskureita and poikittaisosia kaikentyyppisiin ajoneuvoihin. ”
”SSAB:n kylmävalssattu Docol 1500M on ollut saatavana jo vuosien ajan”, Sund kertoo. ”Aloitimme Docol CR1500M -teräksellä ja laajensimme mittavalikoimaa uutta kuumavalssattua versiota varten niin, että kylmävalssatun CR-teräksen mekaaniset ominaisuudet saatiin kuumavalssattuun HR-teräkseen. Takaamme samat mekaaniset ominaisuudet kylmävalssatulle ja kuumavalssatulle Docol 1500M -teräkselle.”
OEM- ja osavalmistajien koekäyttö on ensiarvoisen tärkeää lopullisen Docol HR1500M -teräksen lanseerauksen kannalta. ”Haluamme olla varmoja siitä, että OEM-valmistajat saavat vaativaan muovaukseen tarvitsemansa neljän millimetrin paksuisen kuumavalssatun martensiittisen 1500-teräksen. Tosielämän muovausvarmistukset ovat ratkaisevassa asemassa.”
”Tällä hetkellä HR1000CP on markkinoiden lujin kuumavalssattu monifaasiteräs”, Sund toteaa. Docol HR1000CP kehitettiin Toyotan ja Gestampin arvokkaan palautteen pohjalta. Ne halusivat keventää alatukivarren painoa vuoden 2020 Yaris-mallissa.
”Toyota kehitti omat 1000CP-määrityksensä erittäin tiukkoine väsymisstandardeineen, jotka Gestamp puolestaan testasi ja verifioi”, Sund kertoo. Tällä hetkellä on olemassa VDA-luonnosstandardi 1000CP-teräkselle, ja lisäksi on SSAB:n oma standardi sekä kyky täyttää OEM-valmistajien standardit, kuten Toyotan tapauksessa.
”Yhdessä kävimme läpi useita Docol 1000CP -teräksen konsepteja, ja tuloksena oli, että tällä hetkellä saatavilla oleva laatu on paras väsymislujuuden ja muovattavuuden puolesta.”
Sund jatkaa: ”Jos Docol HR1000 -monifaasiteräs täyttää tukivarsien tiukat väsymisvaatimukset, se on mielestäni hyvä ehdokas moniin alustakomponentteihin, joiden on oltava laadukkaita, lujia, kevyitä ja kestäviä sekä kustannustehokkaita.”
Docol HR1000CP -terästä on tällä hetkellä saatavana 2,5–3,8 mm:n paksuisena, ja tulevaisuudessa pyritään tarjoamaan 2,0–4,5 mm:n paksuuksia.
”Jos Docol HR1000 -monifaasiteräs täyttää tukivarsien tiukat väsymisvaatimukset, se on mielestäni hyvä ehdokas moniin alustakomponentteihin, joiden on oltava laadukkaita, lujia, kevyitä ja kestäviä sekä kustannustehokkaita.”
”Autoteollisuuden OEM-valmistajat haluavat yhä useammin käyttää korirakenteissa kuumasinkittyjä 1000 MPa:n AHSS-teräksiä”, Docol-metallipinnoitettujen autoterästen tuotepäällikkö Matti Säily huomauttaa.
Lisäksi materiaalin on oltava helposti muovattavissa monimutkaisiinkin muotoihin. ”CR800DP on helppo vaihtaa Docol CR1000DH -teräkseen tämän muovattavuuden ansiosta”, Säily sanoo. ”CR1000DH:llä voidaan saada huomattavia kevennyksiä painoon ja joustavuutta suunnitteluun, sillä siitä on helppo taivuttaa monimutkaisia, syvävedettyjä komponentteja.”
”Kun käytetään uusimpia muovaustekniikoita, Docol CR1000DH voi korvata jopa CR600DP-kaksifaasiteräksen.”
Docol-kaksifaasiteräs paremmilla muovattavuusominaisuuksilla soveltuu erinomaisesti korirakenteisiin ja auttaa säästämään tilaa ja vähentämään osien määrää. 1000 MPa:n murtolujuus auttaa vähentämään painoa, lisäämään kantavuutta tai parantamaan iskusitkeyttä – tai niitä kaikkia.
Docol CR1000DH-GI on nyt valmis asiakkaiden kokeiltavaksi. Saatavilla on myötölujuudeltaan 590 MPa:n ja 700 MPa:n versiot. Docol CR1000DH-GI -teräksen ensimmäisiä kaupallisia toimituksia suunnitellaan syyskuulle 2022. Docol CR1000DH-GI -teräksen alustavat tekniset tiedot ovat nyt saatavilla.
”Kuumasinkityn Docol CR590Y980T-DH -teräksen lisäksi olemme alkaneet kehittää Galvannealed-versiota vastataksemme markkinakysyntään”, Säily kertoo. ”Lisäksi työn alla on uusi helposti muovattava kuumasinkitty 1200 MPa:n kaksifaasiteräs.”
Säily on vakuuttunut siitä, että parempi teräs – lujempi ja helpommin muovattava – mahdollistaa paremmat korirakenteet. ”Kyse on suunnittelun vapaudesta: hävitämme suunnittelijoiden muovaushuolia ja avaamme uusia vaihtoehtoja monimutkaisten osien valmistamiseen ja autamme samalla vahvistamaan ja keventämään korirakenteita.”
”Autoteollisuuden OEM-valmistajat haluavat yhä useammin käyttää korirakenteissa kuumasinkittyjä 1 000 MPa:n AHSS-teräksiä, mutta lisäksi materiaalin on oltava helposti muovattavissa monimutkaisiinkin muotoihin.”
Autoteollisuuden kehittyneiden korkealujuusterästen murtolujuus on AHSS-teräsvalmistajien järjestön WorldAutoSteelin mukaan vähintään 440 MPa (64 ksi tai 64 000 psi). Reilusti yksinkertaistaen, kaikkien AHSS-terästen erikoislujuus taataan säätelemällä tarkasti kemiallisia ominaisuuksia sekä lämmitys- ja jäähdytysnopeuksia.
Autoteollisuuden ultralujat teräkset (UHSS) ovat pitkälle kehitettyjä erikoislujia teräksiä (AHSS), joiden vähimmäismurtolujuus on huomattavasti suurempi. UHSS-teräs (ultraluja teräs) on yksi AHSS-terästen alaluokista.
Tilaa maksuton, kerran kuukaudessa julkaistava Katsaus autoteollisuuden maailmaan -uutiskirjeemme, joka sisältää ajankohtaisia ja yksityiskohtaisia liiketoimintaasi vaikuttavia asioita käsitteleviä artikkeleita.