Samochody neutralne węglowo będą wymagać wczesnej i szeroko zakrojonej współpracy w zakresie materiałów

Jeśli typowy czas rozwoju – od początku projektowania do momentu, gdy z linii montażowej zjedzie pierwszy samochód – wynosi pięć lat, to aby dotrzymać terminu wprowadzenia na rynek pierwszego neutralnego węglowo pojazdu, należy rozpocząć prace najpóźniej w 2025 r.

Jak pokazuje poniższa infografika Volvo, przekształcenie samochodu benzynowego w pojazd elektryczny zasilany akumulatorowo (BEV) spowoduje zmniejszenie emisji CO₂ o ponad połowę na przestrzeni 200 000 km — pod warunkiem, że pojazd BEV będzie ładowany przy użyciu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.

– Jednak samochód elektryczny nadal ma 24 tony wbudowanych emisji CO₂ z produkcji i materiałów – wskazuje Jonas Adolfsson, Business Development Mobility. – Zaś w 17% wykonany jest ze stali. Ponadto konwencjonalnie stosowana stal samochodowa ma wbudowane stężenie węgla wynoszące 2,4 kg CO₂e/kg stali.

– Używając już dzisiaj stali SSAB Zero™ lub w przyszłości stali SSAB Fossil-free™, która będzie dostępna w ilościach komercyjnych od 2026 r., można zmniejszyć wbudowane stężenie węgla w stali używanej w pojazdach elektrycznych do 0,3 CO₂e/kg stali, czyli o 87% mniej w porównaniu ze stalą stosowaną obecnie – zauważa Adolfsson.

– Ale SSAB na tym nie poprzestaje – kontynuuje Adolfsson. – Ciężko pracujemy nad dekarbonizacją naszych dostawców; na przykład naszych producentów stopów. Tymczasem dla projektantów samochodów korzystne jest zminimalizowanie/zoptymalizowanie wykorzystania stali AHSS/UHSS w elementach nadwozia istotnych dla bezpieczeństwa: to znaczy, stosowanie mocniejszych gatunków w cieńszych konfiguracjach. Umożliwia to również odciążenie konstrukcji.

Ten pasek ocynkowanej elektrolitycznie stali martenzytycznej Docol^® 1400 MPa – o grubości zaledwie 1,0 mm i szerokości 20 mm – może unieść 2800 kg, co dowodzi wytrzymałości cienkich taśm ze stali UHSS.

– Jeden z moich pierwszych projektów obejmował zastosowanie stali SSAB Docol 1500M – mówi Brian Oxley z Shape Corp. – Wprowadziliśmy geometryczne innowacje i nowe profile zderzaków. Opracowaliśmy projekty mające na celu pełne wykorzystanie wytrzymałości tego materiału. Nasi klienci zaakceptowali nowe rozwiązanie i dziś jest ono stosowane w zakładach produkcyjnych w USA, UE, Meksyku i Chinach. Przeczytaj całą historię klienta: Dzięki stali Docol^® firma Shape Corp. udoskonaliła elementy konstrukcji nadwozia samochodów.

4 kroki do znacznego zmniejszenia śladu węglowego części stalowych

1. Zacznij od stosowania stali o niskim wskaźniku CO₂e: SSAB Zero™ lub SSAB Fossil-free™.
2. Zmaksymalizuj wydajność materiałową, optymalizując części w celu uzyskania lżejszych (np. cieńszych) konstrukcji.
3. Zmaksymalizuj wykorzystanie materiałów poprzez zmniejszenie ilości odpadów (np. z powodu mikropęknięć itp.) dzięki starannemu doborowi gatunków stali do procesów formowania.
4. Zmniejsz zużycie energii w procesach produkcyjnych. Stosuj na przykład procesy formowania na zimno (np. na rolkach) zamiast stali hartowanej w procesie tłoczenia.

– Jesteśmy głęboko przekonani, że formowanie na rolkach ma ogromny potencjał w produkcji karoserii, szczególnie biorąc pod uwagę, że stale stają się coraz bardziej wytrzymałe — mówi Adolfsson. – Proces formowania na rolkach niemal z definicji skutkuje bardzo wysokim wskaźnikiem wykorzystania materiału. Geometrie formowane na rolkach mogą również zapewniać wysokie parametry bezpieczeństwa w razie zderzenia i inne pożądane właściwości, takie jak sztywność.

Aby w pełni wykorzystać zalety materiałowe elementów formowanych na rolkach konieczne jest wczesne zaangażowanie producenta AHSS/UHSS. To samo dotyczy wszystkich wysiłków optymalizacji części stalowych podczas wspólnej pracy nad spełnieniem celów projektowych firmy dla danego modelu.

Wspólnie z dostawcą stali na elementy nadwozia można dokonać analizy celów projektowych oraz bieżących i planowanych konfiguracji produkcji dla odpowiednich zakładów produkcyjnych. 

– Rozumiemy: projektowanie samochodu to sztuka tworzenia optymalnego rozwiązania poprzez kompromisy. Pożądaną masę, odporność na zderzenia, sztywność i inne właściwości trzeba osiągnąć przy pomocy już posiadanego sprzętu do formowania (np. na rolkach) lub sprzętu, który zostanie nabyty w najbliższej przyszłości. jako jeden z największych producentów stali AHSS/UHSS na świecie oferujemy nie tylko najszerszy wybór zaawansowanych stali wysokowytrzymałych, ale także najwięcej wariantów w ramach danej klasyfikacji lub w ramach danego poziomu wytrzymałości – podkreśla Adolfsson.

Rozbijanie „silosów” dzięki jednoczesnemu projektowaniu

Jednoczesne projektowanie polega na zorganizowaniu współpracy inżynierów koncepcji/projektu z inżynierami materiałowymi i inżynierami produkcji już na najwcześniejszym etapie projektowania nowego samochodu. Wszystkie trzy działy powinny w dużym stopniu polegać na producencie stali AHSS: rodzaj stali użytej w konstrukcji nadwozia będzie miał oczywisty wpływ na konstrukcję i produkcję pojazdu. 

– Współpraca na najwcześniejszym etapie wykracza poza zwykłe wsparcie techniczne stali UHSS — mówi Adolfsson. – Trzeba w pełni wykorzystać stal konstrukcji nadwozia w sposób, który najlepiej pozwoli uzyskać niezbędne właściwości komponentów, korzystając z posiadanego sprzętu do formowania (lub sprzętu, który zostanie wkrótce nabyty). Knowledge Service Center firmy SSAB dogłębnie analizuje takie obszary jak optymalizacja geometrii części, symulacje formowania, spawanie itd.

W 2014 roku firma Gestamp postanowiła opracować nowy przedni dolny wahacz do europejskiego modelu Toyoty Yaris. Jednak wkrótce stało się jasne, że gatunek stali wymagany do opracowania tej części jeszcze nie istnieje. Wtedy firma Gestamp zwróciła się do SSAB. Przeczytaj: Długofalowa współpraca Gestamp i SSAB na rzecz bardziej wytrzymałej i lżejszej przyszłości motoryzacji.

Rozwój pojazdu neutralnego węglowo

Wczesna współpraca na etapie projektowania samochodu to po prostu najlepsza praktyka. Ale będziemy również współpracować z Tobą na każdym etapie tworzenia samochodu neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla (lub o wyjątkowo niskim wskaźniku CO₂e). Nigdy nie jest za wcześnie, aby skontaktować się z nami w celu wspólnej pracy nad redukcją wbudowanych emisji CO₂ w materiałach motoryzacyjnych.