Ce qui suit présente quelques nouvelles nuances du portefeuille de produits Docol AHSS/UHSS : celles en cours de développement, celles disponibles pour essais et celles qui sont prêtes pour la vente.
Bon nombre de ces nuances répondent, au moins partiellement, aux nouvelles contraintes des véhicules électriques. Les véhicules électriques pèsent de plus en plus lourd, puisque les équipementiers ajoutent des cellules de batterie pour augmenter leur autonomie. Cela entraîne plus de contraintes sur la structure du véhicule, qui devra être plus résistante, mais sans augmenter le poids de la caisse en blanc. Et tout en supportant ce poids de batterie supplémentaire, la caisse en blanc devra également présenter plus de rigidité grâce à des conceptions innovantes et optimisées dans une nouvelle matière.
Selon José Puente Cabrero, chef de produit pour les aciers AHSS laminés à froid Docol, SSAB a récemment annoncé travailler sur une nuance d’acier automobile martensitique Docol 1900 MPa.
Les premiers essais montrent que les lignes de production d’acier actuelles chez SSAB permettent de produire de l’acier martensitique 1900 mégapascals. Si le développement se poursuit comme prévu, Docol 1900M deviendra l’acier AHSS le plus résistant jamais proposé pour les composants de caisses en blanc formés à froid.
« Il y a de plus en plus de véhicules électriques et cette tendance va aller croissant », note Puente Cabrero. « Dans le même temps, le poids moyen des véhicules électriques a augmenté. Cela s’explique par une plus longue autonomie, plus d'électronique pour la sécurité, de meilleures performances à la conduite et plus de confort.
» « La réglementation sur les effets d'une collision est devenue plus stricte. SSAB estime qu’il est nécessaire de disposer d’un acier automobile qui puisse résister à des forces plus élevées, tout en maintenant le poids du véhicule à son meilleur niveau. »
Parmi les applications prometteuses de l'acier 1900 martensitique pour caisses en blancde véhicules électriques , on trouve les poutres transversales et longitudinales, les renforts et la protection du bloc-batterie.
« L’espace entre les cellules de batterie et les zones de déformation de la caisse en blanc diminue régulièrement à mesure que des cellules sont ajoutées au bloc-batterie », explique Puente Cabrero. « Les concepteurs des boîtiers de blocs-batteries doivent prendre en compte des forces toujours plus élevées pour modéliser la protection contre les impacts. Il leur faut aussi garder à l’esprit le poids et le coût des véhicules électriques. »
« Un UHSS 1900M pourrait permettre des options de conception non disponibles actuellement : robustes, mais rentables et légères. »
Le profilage sera probablement la méthode privilégiée pour façonner l'acier martensitique 1900 martensitique, même si l’emboutissage à froid peut être envisageable, si la pièce n'est pas trop complexe et que le retour élastique est intégré à la modélisation et compensé avec précision.
À l'avenir, pouvons-nous espérer des aciers martensitiques automobiles encore plus résistants que l'acier 1900 MPa ?
« Il existe un compromis entre résistances supérieures, aptitude au formage et ductilité », explique Puente Cabrero. « La quantité d’acier à plus haute limite d’élasticité entrant dans une pièce automobile dépend en grande partie des méthodes de conception du constructeur, de ses habitudes de fabrication et de l’implication de SSAB, intervenant comme expert en matériaux, pendant la phase de développement.
» « En tenant compte des avancées exponentielles liées à la numérisation – et des opportunités qu'elle offre à la conception des matériaux et aux technologies de production – je serais surpris que 1900 MPa soit la limite. De plus, la recherche fait partie de notre ADN Docol : jusqu'à quelle résistance notre acier peut-il évoluer ? Tant que ces aciers gigapascal à plus grande résistance continueront de contribuer à l’amélioration des performances des voitures, à plus de sécurité et à plus d'écoresponsabilité, nous continuerons à repousser les limites. »
Puente Cabrero conclut : « Pour l'instant, SSAB désigne cette nuance par « 1900M », mais notre développement déterminera la spécification finale du produit que nous allons lancer. »
Ce prototype d'une partie de logement de batterie s'appuie sur certaines des idées clés du concept Docol EV : les traverses de bas de caisse à absorption d'énergie (illustrées ici après essai d'impact latéral) et les traverses de plancher transférant l'énergie peuvent être laminées dans un acier martensitique à ultra haute résistance.
« Il ne fait aucun doute que l’électrification des voitures accélère le développement et l’adoption de nouveaux aciers AHSS laminés à chaud », déclare Daniel Sund, chef de produit pour les AHSS laminés à chaud Docol.
Il est couramment admis qu'augmenter les niveaux de résistance des aciers AHSS entraîne des compromis sur leur aptitude au formage. « Nos nouvelles nuances exclusives Docol HR800HER (rapport d’expansion de trou) permettent aux concepteurs de châssis d’augmenter la résistance et de réduire le poids, mais avec moins de restrictions sur le formage », explique Sund.
Docol HR800HER-75 et Docol HR800HER-100 montrent des rapports d’expansion de trou types de 75 % et 100 %, et des rapports d’expansion garantis de 45 % et 65 %, respectivement. Ces deux aciers de 800 MPa sont désormais disponibles à la vente et sont classés avec les nuances de phase complexe Docol.
Ces aciers de 800 mégapascals sont destinés à des formes de châssis complexes et très avancées – par exemple, des conceptions avec des bords étirés complexes et un emboutissage important », note Sund. « Je pense que ces nuances deviendront rapidement la norme pour les châssis de véhicules électriques, pour lesquelles les équipementiers et leurs fournisseurs tiers recherchent des matériaux robustes et légers, formables en géométries complexes pour les composants critiques.
» « Mais les nuances Docol HR800HER sont également des « solutions pour les problèmes » des pièces actuelles dont les bords fissurent pendant la production », indique Sund. « Les taux d’expansion de trou types de 75 % et 100 % démontrent clairement la ductilité extrêmement élevée des rives, offrant une marge de sécurité supérieure contre les micro-fissures. »
Autre exclusivité Docol : des nuances martensitiques laminées à chaud de 1500 MPa jusqu’à 4 mm d’épaisseur sont désormais disponibles pour essais.
« Encore une fois, les véhicules plus lourds, comme les véhicules électriques, auront besoin d’acier AHSS structurel plus résistant et plus épais », explique Sund. « Imaginez une protection de bloc-batterie de véhicules électriques pour les voitures particulières, les véhicules utilitaires légers et les camions. De nouvelles conceptions de seuil de porte visent les meilleurs cotes possibles en fonction des derniers tests d’impact latéral plus rigoureux. Des renforts pour châssis de camion. Et des pare-chocs et traverses pour tous les types de véhicules. »
« Docol 1500M laminé à froid de SSAB est disponible depuis plusieurs années maintenant », explique Sund. « Nous avons commencé avec Docol CR1500M et, pour la nouvelle version laminée à chaud, nous avons étendu la gamme de dimensions afin de pouvoir égaler les propriétés mécaniques de notre CR en utilisant un acier HR. Nous garantissons même que les propriétés mécaniques sont identiques pour Docol 1500M en laminé à froid et laminé à chaud. »
Les essais réalisés par des équipementiers et des fournisseurs de rang 1 seront essentiels pour finaliser Docol HR1500M.. « Nous voulons nous assurer que les équipementiers obtiennent le matériau dont ils ont besoin pour un formage avancé de produits martensitiques 1500 laminés à chaud, en quatre millimètres d’épaisseur. Au final, ce qui compte, c'est bien sûr le contrôle du formage en situation réelle. »
« HR1000CP est l’acier à phase complexe laminé à chaud le plus résistant disponible sur le marché aujourd’hui », note Sund. Docol HR1000CP a été développé grâce à des informations précieuses fournies par Toyota et Gestamp, soucieux de réduire le poids du bras de suspension inférieur de la Yaris 2020.
Sund explique : « Toyota a rédigé ses propres spécifications 1000CP, avec des normes très rigoureuses concernant la fatigue. Ces normes ont, à leur tour, été testées et vérifiées par Gestamp ». Il existe actuellement un projet de norme VDA pour 1000CP – auquel viennent s'ajouter la norme interne SSAB et la capacité de SSAB à répondre aux normes spécifiques des constructeurs, comme pour Toyota.
« Ensemble, nous avons passé en revue plusieurs spécifications différentes pour l’acier Docol 1000CP. La nuance actuellement disponible qui a résulté de cette étude est la meilleure pour les performances de résistance à la fatigue et l’aptitude au formage. »
Sund poursuit : « Si la phase complexe Docol HR1000 répond à des exigences strictes de résistance à la fatigue pour les bras de suspension, alors, à mon avis, c’est un bon candidat pour de nombreux autres composants de châssis haut de gamme qui doivent être robustes, permettre un allègement et plus d'écoresponsabilité, tout en restant rentables ».
Actuellement, Docol HR1000CP est disponible à la vente dans des épaisseurs de 2,5 mm à 3,8 mm, avec comme objectif d'attendre une gamme entre 2 mm et 4,5 mm.
« Si la phase complexe Docol HR1000 répond à des exigences strictes de résistance à la fatigue pour les bras de suspension, alors, à mon avis, c’est un bon candidat pour de nombreux autres composants de châssis haut de gamme, qui doivent être robustes, moins lourds, avoir une faible empreinte sur l'environnement et être rentables. »
« Les équipementiers automobiles souhaitent de plus en plus utiliser des aciers AHSS 1 000 MPa galvanisés à chaud pour les pièces de caisses en blanc », déclare Matti Säily, chef de produit pour les aciers automobiles revêtus Docol.
Mais en même temps, ils ont besoin d’une aptitude au formage élevée pour des formes plus complexes. « La formabilité de Docol CR1000DH est une évolution nette par rapport à l'acier CR800DP », explique Säily. « L'acier CR1000DH permet de réaliser d’importantes économies de poids et offre une grande flexibilité de conception, car il s'estampe facilement pour des composants complexes emboutis.
» « Et, si les techniques de formage sont à la pointe, Docol CR1000DH peut même remplacer l'acier CR600DP (double phase).
L’acier à double phase Docol avec aptitude élevée au formage facilite des conceptions de caisse en blanc optimisées, pour la répartition de l'espace et la réduction du nombre des composants. Sa résistance à la traction de 1000 MPa peut permettre de réduire le poids, augmenter la portance ou améliorer la résistance aux impacts – ou une combinaison de tous ces objectifs.
Des essais clients pour Docol CR1000DH-GI viennent de démarrer, avec des versions d'une limite d’élasticité de 590 MPa et 700 MPa. Les premières livraisons commerciales de Docol CR1000DH-GI sont prévues pour septembre 2022. La fiche technique provisoire pour Docol CR1000DH-GI est désormais disponible.
« Pour Docol CR590Y980T-DH, en plus de notre version galvanisée à chaud, nous avons commencé à développer une nuance galvanisée recuite pous répondre aux attentes du marché », indique Säily. « Nous travaillons également sur une nouvelle nuance à haute formabilité, en double phase galvanisée à chaud de 1200 MPa.
Säily est convaincu qu’un meilleur acier – plus résistant et plus formable – permet de meilleures conceptions de caisses en blanc. « C’est une question de liberté de conception : nous supprimons de nombreuses contraintes de formage, en ouvrant des possibilités de fabrication de pièces complexes, mais en permettant dans le même temps de renforcer et d'alléger les caisses en blanc. »
« Les équipementiers automobiles sont de plus en plus enclins à utiliser des aciers AHSS 1 000 MPa galvanisés à chaud pour les pièces de caisses en blanc, sachant qu'il leur faut une excellente aptitude au formage pour des formes plus complexes. »
Les nuances avancées à haute limite élastique pour automobile doivent présenter une résistance à la traction d'au moins 440 MPa (64 ksi ou 64 000 psi), selon l’association des producteurs d'aciers AHSS automobiles, WorldAutoSteel. Pour arriver à la haute limite élastique partagée par tous les aciers AHSS, en résumé, les sidérurgistes contrôlent précisément les compositions chimiques et les vitesses de montée en température et de refroidissement.
Les aciers à ultra haute limite d’élasticité (UHSS) pour automobile sont tout simplement des aciers avancés à haute limite d’élasticité (AHSS) qui présentent des résistances minimales à la traction largement supérieures. Autrement dit, il est possible de classer les aciers UHSS (ou « aciers à ultra-haute résistance ») dans la catégorie des aciers AHSS.
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