5 nowych stali motoryzacyjnych zoptymalizowanych dla pojazdów elektrycznych: CR1900M, HR1500M, 1000CP, 800HER i 1000DH-GI

José Puente Cabrero, kierownik ds. produktów odpowiedzialny za walcowane na zimno stale Docol AHSS, ogłosił niedawno, że firma SSAB pracuje nad opracowaniem gatunku motoryzacyjnej stali martenzytycznej Docol 1900 MPa.

Wstępne próby produkcyjne dowodzą, że obecne linie SSAB do produkcji stali mogą wytwarzać stal martenzytyczną o wytrzymałości 1900 megapaskali. Jeśli prace rozwojowe będą kontynuowane zgodnie z planem, Docol 1900M stanie się najmocniejszą stalą AHSS do formowania na zimno elementów nadwozia (BIW) kiedykolwiek dostępną na rynku.

– Udział pojazdów elektrycznych rośnie i będzie rósł w jeszcze szybszym tempie – zauważa Puente Cabrero. – Jednocześnie wzrosła również średnia masa pojazdów elektrycznych. Powodem jest dążenie do zwiększenia zasięgu jazdy, a także szerzej zakrojone stosowanie elektroniki do celów aktywnego bezpieczeństwa, osiągów i komfortu.

– Wymagania zderzeniowe również stały się bardziej rygorystyczne. SSAB dostrzega zapotrzebowanie na stal motoryzacyjną, która wytrzyma większe siły przy jednoczesnym utrzymaniu masy pojazdu na optymalnym poziomie.

Obiecujące zastosowania stali martenzytycznej 1900 w zakresie produkcji nadwozi obejmują belki poprzeczne i podłużne, wzmocnienia i ochronę akumulatorów pojazdów elektrycznych.

– Przestrzeń między ogniwami akumulatora a strefami deformacji nadwozia stale się zmniejsza, w miarę jak do zestawu akumulatorów dodawanych jest coraz więcej ogniw – mówi Puente Cabrero. – Modelując ochronę zderzeniową, projektanci obudów akumulatorów muszą brać pod uwagę coraz większe siły, mając na uwadze zarówno masę pojazdu, jak i koszty.

– Stal 1900M UHSS może zaoferować producentom OEM pojazdów elektrycznych mocne, a zarazem ekonomiczne i lekkie opcje konstrukcyjne, które nie są obecnie dostępne.

Formowanie na rolkach będzie prawdopodobnie powszechnym sposobem kształtowania stali martenzytycznej 1900, chociaż tłoczenie na zimno może być możliwe, jeśli część nie jest zbyt złożona, a sprężynowanie jest dokładnie wymodelowane i skompensowane.

Czy powinniśmy spodziewać się w przyszłości motoryzacyjnych stali martenzytycznych  jeszcze mocniejszych niż 1900 MPa?
– Konieczne jest osiągnięcie kompromisu między wyższą wytrzymałością, formowalnością i ciągliwością – mówi Puente Cabrero. – To, w jakim stopniu stal o wyższej wytrzymałości może być wykorzystana w części samochodowej, zależy również od filozofii projektowania producenta OEM, jego praktyk produkcyjnych oraz tego, na jak wczesnym etapie rozwoju zaangażowana jest firma SSAB, jako eksperci materiałowi.

– Mając na uwadze wykładniczy postęp cyfryzacji oraz możliwości, jakie daje cyfryzacja w zakresie projektowania materiałów i technologii produkcji, byłbym zaskoczony, gdyby 1900 MPa było ostateczną granicą. Ponadto jest to część naszego DNA Docol: jak wysoką wytrzymałość stali możemy osiągnąć? Dopóki te wyższe, gigapaskalowe stale będą przyczyniać się do poprawy osiągów samochodów, wyższego bezpieczeństwa i zrównoważenia środowiskowego, będziemy przesuwać granice.

Puente Cabrero podsumowuje: – Robocza nazwa SSAB dla tego gatunku to „1900M”, ale nasz rozwój określi, jak będzie wyglądać ostateczna specyfikacja produktu, który wprowadzimy na rynek.

W tym częściowym prototypie obudowy akumulatora wykorzystano kluczowe pomysły wzięte wprost z Koncepcji Projektowej Docol EV: pochłaniające energię nadproża (tutaj widoczne po teście zderzenia bocznego) i przekazujące energię poprzeczne elementy podłogi mogą być wykonane ze stali martenzytycznej o ultrawysokiej wytrzymałości formowanej na rolkach.

Zwiększenie wytrzymałości przy jednoczesnym zmniejszeniu ograniczeń formowania: Docol HR800HER

– Elektryfikacja samochodów zdecydowanie przyspiesza rozwój i wdrażanie nowych stali AHSS walcowanych na gorąco – mówi Daniel Sund, kierownik ds. produktów odpowiedzialny za walcowane na gorąco stale Docol AHSS.

Tradycyjnie zwiększenie poziomu wytrzymałości AHSS prowadziło do pewnych kompromisów w odniesieniu do formowalności. – Nasze nowe, unikalne gatunki stali Docol HR800HER (HER – współczynnik rozszerzalności otworów) zapewniają projektantom podwozi możliwość zwiększenia wytrzymałości i zmniejszenia masy, ale z mniejszymi ograniczeniami w zakresie formowania – wyjaśnia Sund.

Docol HR800HER-75 i Docol HR800HER-100 zapewniają typowe współczynniki rozszerzalności otworów odpowiednio 75% i 100% oraz gwarantowane współczynniki rozszerzalności 45% i 65%. Obie stale 800 MPa są teraz dostępne w sprzedaży komercyjnej i można je znaleźć w grupach z gatunkami stali dwufazowej Docol.

– Te stale 800 MPa są przeznaczone do bardzo zaawansowanych, złożonych kształtów podwozi, na przykład projektów z misternymi, rozciągniętymi krawędziami i rozległymi kołnierzami – zauważa Sund. – Wierzę, że te gatunki szybko staną się standardem w konstrukcjach podwozi pojazdów elektrycznych, gdzie producenci OEM i dostawcy poszukują mocnego, lekkiego materiału, który można formować w złożone geometrie w procesie produkcji krytycznych komponentów.

– Ale gatunki Docol HR800HER są również rozwiązaniem problemu w przypadku istniejących projektów części, których krawędzie pękają podczas produkcji – mówi Sund. – Typowe współczynniki rozszerzalności otworów 75% i 100% wyraźnie pokazują wyjątkowo wysoką ciągliwość krawędzi tych stali, zapewniając najwyższy margines zabezpieczenia przed mikropęknięciami.

Walcowana na gorąco stal 1500M dostępna do prób

Kolejna unikalna oferta Docol: gatunki stali martenzytycznej walcowanej na gorąco 1500 MPa o grubości do 4,0 mm są teraz dostępne do testów.

– Cięższe pojazdy, jak na przykład pojazdy elektryczne, będą wymagały zarówno mocniejszej, jak i grubszej strukturalnej stali AHSS – mówi Sund. – Wyobraźmy sobie ochronę zestawu akumulatorów EV do cięższych samochodów osobowych, lekkich pojazdów komercyjnych i ciężarówek; nowe projekty progów drzwi, dążące do zdobycia 5 gwiazdek w zaktualizowanych, bardziej rygorystycznych testach zderzenia bocznego; wzmocnienia podwozi samochodów ciężarowych; oraz zderzaki i belki poprzeczne do wszystkich typów pojazdów.

– Walcowana na zimno stal Docol 1500M firmy SSAB jest dostępna od kilku lat – wyjaśnia Sund. – Zaczęliśmy od Docol CR1500M, a dla nowej wersji walcowanej na gorąco rozszerzyliśmy zakres wymiarów, aby móc zaoferować stal walcowaną na gorąco o takich samych właściwościach mechanicznych, jak stal walcowana na zimno. Gwarantujemy nawet te same właściwości mechaniczne zarówno dla walcowanej na zimno, jak i na gorąco stali Docol 1500M.

Próby przeprowadzane przez producentów OEM i ich bezpośrednich dostawców będą miały kluczowe znaczenie dla finalizacji stali Docol HR1500M. – Chcemy mieć pewność, że producenci OEM otrzymują materiał, którego potrzebują do zaawansowanego formowania czteromilimetrowej, walcowanej na gorąco stali martenzytycznej 1500. Oczywiście ostatecznie liczy się weryfikacja formowania w świecie rzeczywistym.

Najwyższej klasy stal HR1000CP do zastosowań w podwoziach o dużym zużyciu zmęczeniowym

– HR1000CP to najbardziej wytrzymała, walcowana na gorąco stal wielofazowa dostępna obecnie na rynku – zauważa Sund. Stal Docol HR1000CP została opracowana z nieocenionym wkładem firm Toyota i Gestamp, które dążyły do zmniejszenia masy dolnego wahacza w modelu Yaris 2020.  

– Toyota opracowała własne specyfikacje 1000CP, obejmujące bardzo rygorystyczne normy zmęczeniowe, które z kolei zostały przetestowane i zweryfikowane przez Gestamp – mówi Sund. Obecnie istnieje projekt standardu VDA dla 1000CP, a także własny standard SSAB oraz zdolność SSAB do spełnienia określonych standardów OEM, jak w przypadku Toyoty.

– Wspólnie opracowaliśmy kilka różnych koncepcji dla stali Docol 1000CP, dzięki czemu obecnie dostępny gatunek jest najlepszy pod względem wytrzymałości zmęczeniowej i formowalności.

– Jeśli stal wielofazowa Docol HR1000 spełnia surowe wymagania dotyczące wytrzymałości zmęczeniowej wahaczy, to moim zdaniem jest to dobry materiał do produkcji wielu innych wysokiej klasy komponentów podwozia, które muszą być mocne, lekkie, trwałe i opłacalne – ciągnie Sund.

Stal Docol HR1000CP jest obecnie dostępna na rynku w grubościach od 2,5 mm do 3,8 mm, z przyszłymi docelowymi grubościami w zakresie od 2,0 mm do 4,5 mm.

„Jeśli stal wielofazowa Docol HR1000 spełnia surowe wymagania dotyczące zmęczenia wahaczy, to moim zdaniem jest to dobry materiał do produkcji wielu innych wysokiej klasy komponentów podwozia, które muszą być mocne, lekkie, trwałe i opłacalne.”

– Producenci OEM z branży motoryzacyjnej coraz częściej chcą mieć możliwość stosowania ocynkowanej ogniowo stali AHSS 1000 MPa do produkcji części nadwozia – mówi Matti Säily, kierownik ds. produktów odpowiedzialny za powlekane metalicznie stale motoryzacyjne Docol.

Jednocześnie potrzebują wysokiej podatności na formowanie w przypadku bardziej złożonych kształtów. – Formowalność Docol CR1000DH sprawia, że jest to prosta aktualizacja stali CR800DP – mówi Säily. – Stal CR1000DH umożliwia znaczną redukcję masy i elastyczność projektowania, ponieważ można z niej łatwo wytwarzać złożone, głęboko tłoczone komponenty.

– Zaś przy użyciu najnowocześniejszych technik formowania komponentów, Docol CR1000DH może nawet zastąpić stal CR600DP (dwufazową).”

Dwufazowa stal Docol o wysokiej formowalności jest przystosowana do zoptymalizowanych projektów nadwozi, w miarę jak stają się one bardziej wydajne pod względem przestrzeni, przy jednoczesnym zmniejszeniu liczby elementów. Jej wytrzymałość na rozciąganie 1000 MPa można wykorzystać do zmniejszenia masy, zwiększenia nośności lub poprawy odporności na uderzenia – lub kombinacji wszystkich tych celów.

Właśnie rozpoczęły się testy klientów dla stali Docol CR1000DH-GI, z dostępnymi wersjami granicy plastyczności 590 MPa i 700 MPa. Pierwsze komercyjne dostawy Docol CR1000DH-GI są planowane na wrzesień 2022 r. Wstępne dane techniczne Docol CR1000DH-GI są już dostępne.

– W przypadku stali Docol CR590Y980T-DH, oprócz wersji ocynkowanej ogniowo, zaczęliśmy w odpowiedzi na zainteresowanie rynku opracowywać gatunek z powłoką Galvannealed  – informuje Säily. – Pracujemy również nad nowym, cynkowanym ogniowo gatunkiem stali dwufazowej 1200 MPa o wysokiej formowalności.

Säily jest przekonany, że lepsza stal, cechująca się większą wytrzymałością i podatnością na formowanie, umożliwia lepsze projekty nadwozi. – Chodzi o swobodę projektowania: usuwamy wiele obaw projektantów dotyczących formowania, otwierając opcje dla złożonych części, jednocześnie umożliwiając wzmocnienie i odciążenie nadwozi.

„Producenci OEM z branży motoryzacyjnej coraz częściej chcą mieć możliwość stosowania ocynkowanej ogniowo stali AHSS 1000 MPa do produkcji części nadwozia, ale jednocześnie potrzebują wysokiej podatności na formowanie w przypadku bardziej złożonych kształtów.”