5 nuovi acciai per l'industria automobilistica ottimizzati per modelli EV: CR1900M, HR1500M, 1000CP, 800HER e 1000DH-GI

SSAB ha recentemente annunciato di lavorare attualmente a una qualità di acciaio martensitico per l'industria automobilistica Docol da 1900 MPa, stando a quanto riportato da José Puente Cabrero, Product Manager per gli acciai AHSS Docol laminati a freddo.

Le prime prove di produzione dimostrano che le attuali linee di produzione degli acciai di SSAB sono in grado di produrre l'acciaio martensitico da 1900 megapascal. Se lo sviluppo continua come previsto, Docol 1900M diventerà l'acciaio AHSS più resistente della storia per la formatura a freddo dei componenti della scocca nuda.

"La quota di veicoli elettrici è in rapido aumento e continuerà ad aumentare a un ritmo più elevato", osserva Puente Cabrero. "Allo stesso tempo, anche il peso medio dei veicoli elettrici è aumentato. Tra i motivi vi sono un aumento dell'autonomia di guida e un aumento dell'elettronica per la sicurezza attiva, le prestazioni di guida e il comfort."

"Anche i requisiti in merito agli incidenti si sono fatti più rigorosi. SSAB vede la necessità di un acciaio per l'industria automobilistica in grado di resistere a forze più elevate, mantenendo al contempo il peso del veicolo a un livello ottimale."

Le promettenti applicazioni per scocca nuda per l'acciaio martensitico 1900 includono travi trasversali e longitudinali, rinforzi e protezione del pacco batteria del veicolo elettrico.

"Lo spazio tra le celle della batteria e le zone di deformazione della scocca nuda diminuisce costantemente man mano che vengono aggiunte più celle al pacco batteria", afferma Puente Cabrero. "I progettisti di alloggiamenti per pacchi batteria devono esercitare una forza sempre maggiore nella loro modellazione per la protezione dagli urti, pur tenendo a mente il peso e i costi."

"1900M UHSS potrebbe offrire agli OEM di veicoli elettrici opzioni di progettazione robuste e al contempo economicamente efficienti e leggere attualmente non disponibili."

La profilatura sarà probabilmente il modo più comune per formare l'acciaio martensitico 1900, sebbene lo stampaggio a freddo potrebbe essere possibile se il pezzo non è troppo complesso e il ritorno elastico è modellato e compensato con precisione.

In futuro dovremmo aspettarci acciai martensitici per l'industria automobilistica che siano ancora più resistenti di 1900 MPa?
"C'è un compromesso tra maggiore resistenza, formabilità e duttilità", afferma Puente Cabrero. "Quanto un acciaio altoresistenziale possa essere utilizzato in un componente automobilistico dipende anche dalla filosofia di progettazione dell'OEM, dalle sue pratiche di fabbricazione e da quanto, fin dalla fase di sviluppo, venga coinvolta SSAB, in qualità di azienda esperta di materiali."

"Tenendo presente i progressi esponenziali nella digitalizzazione e le opportunità offerte dalla digitalizzazione alla progettazione dei materiali e alle tecnologie di produzione, sarei sorpreso se 1900 MPa fosse il limite. Inoltre, spingerci verso i limiti della resistenza dell'acciaio fa parte del nostro DNA di Docol. Finché questi acciai altoresistenziali gigapascal continueranno a contribuire a migliorare le prestazioni delle auto, a una maggiore sicurezza e a una migliore sostenibilità ambientale, continueremo a superare i limiti."

Puente Cabrero conclude: "Il nome commerciale di SSAB per questa qualità è '1900M', ma il nostro sviluppo determinerà come sarà la specifica finale del prodotto che lanceremo."

Questo prototipo parziale di un alloggiamento per batterie utilizza idee chiave del Docol EV Design Concept: sottoporta ad assorbimento di energia (qui mostrati dopo una prova d'urto laterale sulle barre laterali) e traverse a pavimento a trasferimento di energia e struttura possono essere profilate in acciaio martensitico altoresistenziale.

Aumento della resistenza di pari passo con la riduzione dei limiti di formatura: Docol HR800HER

"L'elettrificazione delle auto sta sicuramente accelerando lo sviluppo e l'adozione di nuovi acciai AHSS laminati a caldo", afferma Daniel Sund, Product Manager per gli acciai AHSS Docol laminati a caldo.

Tradizionalmente, l'aumento dei livelli di resistenza degli acciai AHSS ha portato ad alcuni compromessi in fatto di formabilità. "Ciò che le nostre nuove ed esclusive qualità Docol HR800HER (rapporto di espansione dei fori) fanno è fornire ai progettisti di telai la possibilità di aumentare la resistenza e ridurre il peso, ma con meno limitazioni nella formatura", spiega Sund.

Docol HR800HER-75 e Docol HR800HER-100 forniscono rapporti di espansione dei fori tipici del 75% e del 100% e rapporti di espansione garantiti rispettivamente del 45% e del 65%. Entrambi gli acciai da 800 MPa sono ora disponibili per le vendite commerciali e possono essere raggruppati con qualità dell'acciaio Docol complex phase.

Questi acciai da 800 megapascal sono destinati a forme di telaio molto avanzate e complesse, ad esempio, progetti con intricati bordi allungati e ampie flangiature", fa notare Sund. "Credo che queste qualità diventeranno rapidamente lo standard per la progettazione di telai per veicoli elettrici, dove OEM e fornitori sono alla ricerca di materiali robusti e leggeri che possano essere formati in geometrie complesse per componenti critici."

"Tuttavia, le qualità di Docol HR800HER sono anche in grado di risolvere problemi per i progetti di parti esistenti interessati da bordi incrinati durante la produzione", riferisce Sund. "I tassi di espansione dei fori tipicamente del 75% e del 100% dimostrano chiaramente la loro duttilità di bordo estremamente elevata, fornendo un margine superiore di sicurezza dalle micro-cricche."

1500M laminato a caldo disponibile per prove

Un'altra esclusiva Docol: sono ora disponibili a scopo di prova qualità martensitiche laminate a caldo da 1500 MPa con spessore fino a 4,0 mm.

"Anche in questo caso, i veicoli più pesanti, ad esempio i veicoli elettrici, avranno bisogno di AHSS strutturali più resistenti e più spessi", afferma Sund. "Basti immaginare la protezione del pacco batterie EV per autovetture più pesanti, veicoli commerciali leggeri e camion. Nuove progettazioni di fondi per portiere che mirano a una valutazione a 5 stelle utilizzando le prove di resilienza laterale aggiornate e più rigorose. Rinforzi per telai di autocarri. Oltre a paraurti e traverse per tutti i tipi di veicoli."

"Docol 1500M laminato a freddo di SSAB è disponibile da diversi anni," spiega Sund. Abbiamo iniziato con Docol CR1500M e, per la nuova versione laminata a caldo, abbiamo ampliato la gamma dimensionale in modo da poter soddisfare le proprietà meccaniche del nostro CR in un acciaio altoresistenziale. Garantiamo anche le stesse proprietà meccaniche per Docol 1500M, sia laminato a freddo che laminato a caldo."

I test di prova degli OEM e dei fornitori di primo livello saranno fondamentali nella finalizzazione di Docol HR1500M. "Vogliamo essere certi che gli OEM ricevano il materiale di cui hanno bisogno per la formatura avanzata di acciai 1500 martensitici laminati a caldo di quattro millimetri di spessore. Naturalmente, la verifica della formatura nel mondo reale è ciò che alla fine conta davvero."

Acciaio HR1000CP di alta qualità per telai caratterizzati da impieghi gravosi

"HR1000CP è l'acciaio complex phase laminato a caldo più resistente attualmente disponibile sul mercato", spiega Sund. Docol HR1000CP è stato sviluppato con il prezioso contributo di Toyota e Gestamp, che hanno cercato di ridurre il peso del braccio di controllo inferiore nel modello Yaris 2020.  

"Toyota ha sviluppato le proprie specifiche 1000CP, che hanno incluso standard di fatica molto rigorosi, i quali, a loro volta, sono stati testati e verificati da Gestamp", spiega Sund. Attualmente esiste una bozza dello standard VDA per 1000CP, più lo standard interno di SSAB, nonché la capacità di SSAB di soddisfare specifici standard OEM, come nel caso di Toyota.

"Insieme, abbiamo esaminato diversi concetti per l'acciaio Docol 1000CP, con il risultato, ossia la qualità attualmente disponibile, che è stato il migliore in termini di prestazioni di fatica e formabilità."

Sund continua: "Se la fase complessa di Docol HR1000 soddisfa rigorosi requisiti di fatica in merito ai bracci di controllo, a mio parere è una valida opzione per molti altri componenti del telaio di fascia alta che devono essere resistenti, economicamente efficienti e consentire sia l'alleggerimento che la durata."

Docol HR1000CP è attualmente disponibile in commercio in spessori da 2,5 mm a 3,8 mm, in spessori target futuri da 2,0 mm a 4,5 mm.

"Se la fase complessa di Docol HR1000 soddisfa rigorosi requisiti di fatica in merito ai bracci di controllo, a mio parere è una valida opzione per molti altri componenti del telaio di fascia alta che devono essere resistenti, economicamente efficienti e consentire sia l'alleggerimento che la durata."

"Gli OEM del settore automobilistico desiderano sempre più spesso l'opzione di utilizzare acciai AHSS da 1000 MPa zincati a caldo per le parti della scocca nuda", afferma Matti Säily, Product Manager per gli acciai per l'industria automobilistica Docol rivestiti.

Allo stesso tempo, però, hanno bisogno di un'elevata formabilità per forme più complesse. "La formabilità di Docol CR1000DH lo rende un miglioramento diretto da CR800DP", afferma Säily. "CR1000DH consente un significativo risparmio di peso e una notevole flessibilità di progettazione, perché viene facilmente stampato in componenti complessi e imbutiti."

"Inoltre, quando si utilizzano tecniche di formatura dei componenti all'avanguardia, Docol CR1000DH è in grado persino di sostituire CR600DP (dual phase)."

L'acciaio dual-phase Docol caratterizzato da elevata formabilità si adatta a progetti di scocche nude ottimizzati, poiché diventano più efficienti in termini di spazio, riducendo al contempo il numero di parti. Il suo carico di rottura di 1000 MPa può essere utilizzato per ridurre il peso, aumentare il carico, migliorare la resistenza agli urti, o una combinazione di tutti questi obiettivi.

Le prove dei clienti per Docol CR1000DH-GI sono appena state avviate, con entrambe le versioni da 590 MPa e 700 MPa di snervamento. Le prime consegne commerciali di Docol CR1000DH-GI sono previste per settembre 2022. La scheda tecnica preliminare di Docol CR1000DH-GI è ora disponibile.

"Per Docol CR590Y980T-DH, oltre alla nostra versione zincata a caldo, abbiamo iniziato a sviluppare una qualità galvannealed in risposta all'interesse del mercato", afferma Säily. "Inoltre, stiamo lavorando anche a una nuova qualità di acciaio dual-phase ad alta formabilità, zincato a caldo, da 1200 MPa."

Säily è convinto che un acciaio migliore, caratterizzato da maggiore resistenza e formabilità, consenta di sviluppare scocche nude migliori. "Si tratta di libertà di progettazione: eliminiamo molte delle preoccupazioni del progettista per quanto riguarda la formatura, aprendo nuove opzioni per parti complesse, consentendo al contempo di rafforzare e alleggerire la scocca nuda."

"Gli OEM del settore automobilistico desiderano sempre più spesso l'opzione di utilizzare acciai AHSS da 1000 MPa zincati a caldo per i componenti delle scocche nude, ma allo stesso tempo necessitano di un'elevata formabilità per le forme più complesse."