Apresentamos uma rápida atualização sobre os futuros produtos Docol AHSS/UHSS: o que estamos desenvolvendo, o que agora está disponível para testes e quais novos graus estão prontos para venda.
Muitos desses graus, pelo menos parcialmente, são criados em resposta a novas demandas de veículos elétricos. Os VEs continuam a aumentar de peso à medida que as montadoras adicionam células de bateria para aumentar o alcance da condução. Isso significa mais tensão na estrutura do carro, o que exigirá mais força, ao mesmo tempo em que tenta manter o mesmo peso da estrutura da carroceria (BIW). E enquanto gerencia esse peso mais pesado gerado pela bateria, o BIW também precisará aumentar a rigidez usando novos materiais, em designs inovadores e otimizados.
A SSAB anunciou recentemente que está trabalhando em um grau de aço martensítico automotivo, o Docol 1900 MPa, de acordo com José Puente Cabrero, gerente de produtos da Docol Cold Rolled AHSS Steels.
Testes iniciais de produção comprovam que as atuais linhas de fabricação de aço da SSAB podem produzir o aço martensítico de 1900 megapascal. Se o desenvolvimento continuar conforme planejado, o Docol 1900M se tornará o aço AHSS mais forte para componentes de estruturas de carroceria (body in white – BIW) conformados a frio já oferecidos.
“A participação dos VEs está aumentando rapidamente e continuará a aumentar em um ritmo mais alto”, observa Puente Cabrero. “Ao mesmo tempo, o peso médio dos VEs também aumentou. As razões são o aumento do alcance da condução, o aumento dos componentes eletrônicos para a segurança ativa, o desempenho da condução e o conforto.”
“As exigências para colisão também se tornaram mais rigorosas. A SSAB vê a necessidade de um aço automotivo que possa suportar forças mais altas - ao mesmo tempo em que mantém o peso do veículo em um nível ideal.”
As promissoras aplicações das BIW para o aço martensítico de 1900 incluem vigas transversais e longitudinais, reforços e proteção da bateria dos VEs.
“O espaço entre as células da bateria e as zonas de deformação da BIW está diminuindo constantemente à medida que mais células são adicionadas à bateria”, diz Puente Cabrero. “Os projetistas de compartimentos de baterias devem considerar forças cada vez maiores em sua modelagem para proporcionar proteção contra impactos, sem se esquecerem do peso e dos custos.”
“O UHSS de 1900M pode oferecer opções de design leves e robustas para as montadoras de VEs, as quais não estão disponíveis atualmente.”
A laminação provavelmente será a maneira comum de moldar o aço martensítico de 1900, embora a estampagem a frio possa ser possível se a peça não for muito complexa e a recuperação elástica for precisamente modelada e compensada.
O futuro nos reserva aços martensíticos automotivos que serão ainda mais fortes do que o 1900 MPa?
“Há que existir um equilíbrio entre resistências, conformabilidade e ductilidade mais altas”, diz Puente Cabrero. “O quanto um aço de maior resistência pode ser utilizado em uma peça automotiva também depende da filosofia de design da montadora, de suas práticas de fabricação e de como, na fase de desenvolvimento, a SSAB, como especialista em materiais, se envolve.”
“Considerando os avanços exponenciais na digitalização - e as oportunidades que a digitalização traz para as tecnologias de design e produção de materiais - ficaria surpreso se o 1900 MPa fosse o limite. Além disso, faz parte do nosso DNA Docol: qual o limite mais alto que podemos alcançar em termos de resistência do aço? Desde que esses aços de resistência gigapascal continuem a contribuir para um melhor desempenho do carro, maior segurança e sustentabilidade ambiental, continuaremos a desafiar os limites.”
Puente Cabrero conclui: “O nome de trabalho da SSAB para este grau é '1900M', mas nosso desenvolvimento determinará como será a especificação final do produto que lançamos.”
Este protótipo parcial de um compartimento de bateria usa as principais ideias do Docol EV Design Concept: vigas de soleira que absorvem energia (mostradas aqui após um teste de impacto lateral em poste - pole test) e travessas de assoalho com transferência de energia podem ser laminadas para se transformarem em aço martensítico de ultra-alta resistência.
“A eletrificação de carros está definitivamente acelerando o desenvolvimento e a adoção de novos aços AHSS laminados a quente”, diz Daniel Sund, gerente de produtos de aços AHSS laminados a quente Docol.
Tradicionalmente, o aumento dos níveis de resistência do AHSS levou a alguns comprometimentos na conformabilidade. “O que os nossos novos e exclusivos graus Docol HR800HER (HER significa taxa de expansão de furos) fazem é fornecer a capacidade para os projetistas de chassis aumentarem a resistência e reduzirem o peso, mas com menos limitações na conformação”, explica Sund.
O Docol HR800HER-75 e o Docol HR800HER-100 fornecem taxas de expansão de furo típicas de 75% e 100% –– e taxas de expansão garantidas de 45% e 65%, respectivamente. Ambos os aços de 800 MPa já estão disponíveis comercialmente para vendas e podem ser encontrados agrupados com os graus de fase complexa do Docol.
Esses aços de 800 megapascal são para formatos de chassi muito avançados e complexos –– por exemplo, designs com bordas distendidas intrincadas e amplo flangeamento”, observa Sund. “Acredito que esses graus rapidamente se tornarão padrão para designs de chassi de VEs, sempre que OEMs e Tiers procurarem por um material forte e leve que possa ser conformado em geometrias complexas para componentes críticos.”
“Mas os graus Docol HR800HER também são ‘solucionadores de problemas’ para designs de peças existentes que sofrem com bordas trincadas durante a produção”, explica Sund. “As taxas de expansão de furo típicas de 75% e 100% demonstram claramente sua ductilidade de borda extremamente alta, proporcionando uma margem superior de segurança contra microfissuras.”
Outra exclusividade Docol: graus martensíticos de 1500 MPa laminados a quente com até 4,0 mm de espessura agora estão disponíveis para testes.
“Mais uma vez, veículos mais pesados, como os VEs, precisarão de um AHSS estrutural mais forte e mais espesso”, afirma Sund. “Imagine a proteção da bateria de VEs mais pesados, veículos comerciais leves e caminhões. Novos designs de soleiras para portas, com o objetivo de obter classificações de 5 estrelas, utilizando os testes atualizados de impacto lateral, que são mais rigorosos. Reforços para estruturas de caminhões. E lâminas de pára-choques e travessas para todos os tipos de veículos.”
“O Docol 1500M laminado a frio da SSAB já está disponível há vários anos”, explica Sund. “Começamos com o Docol CR1500M e, para a nova versão laminada a quente, expandimos a faixa de dimensões para que pudéssemos combinar as propriedades mecânicas do nosso CR em um aço de RH. Também garantimos as mesmas propriedades mecânicas para o Docol 1500M laminado a frio e laminado a quente.”
Os testes de OEMs e Tiers 1 serão críticos para a finalização do Docol HR1500M. “Queremos ter a certeza de que as OEMs estão obtendo o material de que precisam para a conformação avançada de aços martensíticos 1500 laminados a quente com quatro milímetros de espessura. A verificação de conformação do mundo real é, obviamente, o que importa no final.”
“O HR1000CP é o aço de fase complexa laminado a quente com a mais alta resistência disponível atualmente no mercado”, observa Sund. O Docol HR1000CP foi desenvolvido graças às inestimáveis informações da Toyota e Gestamp, que buscavam reduzir o peso do braço de comando inferior em seu modelo Yaris 2020.
“A Toyota desenvolveu suas próprias especificações de 1000CP, que incluíram padrões de fadiga muito rigorosos que, por sua vez, foram testados e verificados pela Gestamp”, relata Sund. Atualmente, existe um esboço da norma VDA para 1000CP, além da própria norma da SSAB, bem como a capacidade da SSAB de atender a normas específicas de montadoras, como no caso da Toyota.
“Juntamente, analisamos vários conceitos diferentes para o aço Docol 1000CP, sendo que o resultado – o grau atualmente disponível – foi o melhor em termos de desempenho em fadiga e conformabilidade.”
Sund prossegue, “Se a fase complexa do Docol HR1000 atende aos rigorosos requisitos de fadiga para braços de comando, então, na minha opinião, é um bom candidato para muitos outros componentes de chassi de alta qualidade que precisam ser fortes, permitir a redução de peso e a durabilidade e ser econômicos.”
O Docol HR1000CP está disponível atualmente em espessuras de 2,5 mm a 3,8 mm, sendo que as espessuras futuras variarão de 2,0 mm a 4,5 mm.
“Se a fase complexa do Docol HR1000 atende aos rigorosos requisitos de fadiga para braços de comando, então, na minha opinião, é um bom candidato para muitos outros componentes de chassi de alta qualidade que precisam ser fortes, permitir a redução de peso e a durabilidade e ser econômicos.”
“As montadoras cada vez mais querem a opção de usar aços AHSS galvanizados por imersão a quente de 1000 MPa para peças da estrutura da carroceria (body in white) ,” afirma Matti Säily, gerente de produtos para a divisão Docol Metal Coated Automotive Steels.
Mas, ao mesmo tempo, eles precisam de alta conformabilidade para formatos mais complexos. “A conformabilidade do Docol CR1000DH o torna uma versão melhorada do CR800DP”, diz Säily. “O CR1000DH permite significantes economias de peso e flexibilidade ao projetista, pois pode ser facilmente estampado em componentes complexos produzidos por estampagem profunda.”
“E, ao utilizar técnicas de conformação de componentes de última geração, o Docol CR1000DH pode até mesmo substituir o CR600DP (fase dupla).”
O aço bifásico Docol com alta conformabilidade acomoda designs de BIW otimizados, à medida que se tornam mais eficientes em termos de espaço e, ao mesmo tempo, reduzem o número de peças. Sua resistência à tração de 1000 MPa pode ser usada para reduzir o peso, aumentar a sustentação de carga ou melhorar a resistência ao impacto – ou uma combinação de todos esses objetivos.
Testes com clientes sobre o Docol CR1000DH-GI acabaram de ser inaugurados, com ambas as versões com limite de escoamento de 590 MPa e 700 MPa disponíveis. As primeiras entregas comerciais do Docol CR1000DH-GI estão planejadas para setembro de 2022. A ficha técnica preliminar do Docol CR1000DH-GI já está disponível.
“Para o Docol CR590Y980T-DH, além de nossa versão galvanizada por imersão a quente, começamos a desenvolver um grau galvanizado e recozido em resposta ao interesse do mercado”, relata Säily. “E também estamos trabalhando em um novo grau bifásico de 1.200 MPa com alta conformabilidade, galvanizado por imersão quente.”
Säily está convencido de que um aço melhor – uma maior resistência com conformabilidade – permite melhores designs de BIW. “Trata-se da liberdade de design: estamos eliminando muitas das preocupações de conformação do projetista, possibilitando opções de peças complexas, ao mesmo tempo em que permitimos o aumento da resistência e a redução do peso da estrutura da carroceria.”
“As OEMs cada vez mais querem a opção de usar aços AHSS galvanizados por imersão a quente de 1000 MPa para peças da estrutura da carroceria (body in white - BIW) mas, ao mesmo tempo, precisam de alta conformabilidade para formatos mais complexos.”
Os aços avançados de alta resistência em automóveis são graus que atendem a uma resistência à tração mínima de 440 MPa (64 ksi ou 64.000 psi), de acordo com o a WorldAutoSteel, a associação da indústria automotiva dos fabricantes de aços AHSS. Para simplificar bastante, todos os aços AHSS alcançam sua alta resistência através dos produtores de aço que controlam com precisão seus produtos químicos e suas taxas de aquecimento e resfriamento.
Os aços de ultra-alta resistência (UHSS) em automóveis são simplesmente aços avançados de alta resistência (AHSS) com resistências mínimas à tração significativamente maiores. De outra forma, o UHSS (também conhecido como “aços de ultra-alta resistência à tração”) é um subgrupo da categoria mais abrangente de aços AHSS.
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