Представляем краткую информацию о линейке прогрессивной высокопрочной и сверхпрочной стали Docol: какие марки находятся на стадии разработки, какие предлагаются для тестирования, и какие готовы к продаже.
Многие из этих марок, по меньшей мере частично, отвечают новым требованиям, производителей электромобилей. По мере увеличения дальности пробега, а вместе с тем и количества элементов аккумуляторной батареи, увеличивается вес электромобилей. Из-за повышенной нагрузки конструкция автомобиля должна быть более прочной, при этом без увеличения веса кузовных компонентов. Кроме того, высокая нагрузка, создаваемая тяжёлой аккумуляторной батареей, требует увеличения жёсткости конструкции за счёт оптимизации дизайна и использования инновационных материалов.
По словам Хосе Пуэнте Кабреро, менеджера по холоднокатаной прогрессивной высокопрочной стали Docol, недавно компания SSAB объявила о своей работе над мартенситной автомобильной сталью Docol с пределом прочности 1900 МПа.
Первоначальные производственные испытания подтверждают, что имеющиеся в компании SSAB производственные мощности могут использоваться для изготовления мартенситной стали с пределом прочности 1900 МПа. Если разработка будет идти по плану, Docol 1900M станет самой прочной из когда-либо представленных марок прогрессивной высокопрочной стали, предназначенных для изготовления холодноформуемых кузовных компонентов.
«Количество электромобилей быстро растёт и в будущем темпы роста будут увеличиваться, – отмечает Пуэнте Кабреро. – В то же время, возрастает также средний вес электромобилей. Среди причин – увеличение дальности пробега и оснащение электроникой, которая отвечает за активную безопасность, ходовые качества и комфорт.
Требования к безопасности при столкновении также стали строже. Специалисты SSAB отмечают потребность в автомобильной стали, способной выдержать более высокие нагрузки при оптимальном весе автомобиля».
Предполагаемые области применения мартенситной стали прочностью 1900 МПа – поперечные и продольные балки, элементы усиления и защита аккумуляторной батареи электромобиля.
«По мере увеличения числа элементов аккумуляторной батареи пространство между ней и зонами деформации кузова постоянно уменьшается, – говорит Пуэнте Кабреро. – Инженеры, работающие над конструкцией корпусов аккумуляторных батарей, должны прилагать всё больше усилий для обеспечения защиты от ударов, сохраняя при этом их вес и стоимость конструкции.
Сверхпрочная сталь 1900M может стать для производителей электромобилей экономичным решением для изготовления недоступных в настоящее время лёгких компонентов высокой надёжности».
Роликовое профилирование, вероятно, будет распространённым способом формования мартенситной стали прочностью 1900 МПа, хотя при надлежащем моделировании, компенсации пружинения и несложной форме компонента возможна также холодная штамповка.
Стоит ли в будущем ожидать автомобильную мартенситную сталь с пределом прочности более 1900 МПа?
«Высокая прочность должна сочетаться с пластичностью и пригодностью к формованию, – говорит Пуэнте Кабреро. – Насколько прочная сталь может использоваться в автомобилестроении, зависит от философии производителей, их практики и от того, на каком этапе эксперты по материаловедению из компания SSAB принимают участие в процессе разработки.
Принимая во внимание динамичное развитие цифровых технологий и возможности, которые эти технологии открывают в проектировании и производстве компонентов, я бы удивился, если бы 1900 МПа оказалось предельным значением прочности. Кроме того, постоянное стремление повысить планку является частью нашей сущности. Пока сверхпрочная сталь будет служить для улучшения характеристик автомобиля, повышать безопасность и уменьшать воздействие на окружающую среду, мы будем расширять границы возможного».
Пуэнте Кабреро подводит итог: «"1900M" используется сотрудниками SSAB в качестве рабочего названия, однако окончательные характеристики этой стали будут определены в процессе разработки».
В данном частичном прототипе корпуса аккумуляторной батареи использованы ключевые идеи концепции дизайна электромобиля Docol: энергопоглощающие балки порога (здесь: после испытания, имитирующего боковой удар о столб) и передающие энергию поперечины пола могут быть изготовлены методом трёхмерного роликового профилирования из сверхпрочной мартенситной стали.
«Электрификация легковых автомобилей ускоряет разработку и внедрение новых марок горячекатаной прогрессивной высокопрочной стали», – отмечает Даниэль Сунд, менеджер по стали Docol.
Традиционно повышение прочности прогрессивной высокопрочной стали приводит к ухудшению формуемости. «Наши новые эксклюзивные марки стали Docol HR800HER (с высоким коэффициентом расширения отверстий) позволяют разработчикам компонентов для ходовой части автомобиля повысить прочность и снизить вес готовой продукции, не ограничивая свои возможности в процессе формования», – указывает этот специалист.
Сталь марок Docol HR800HER-75 и Docol HR800HER-100 обеспечивает стандартный коэффициент расширения отверстий на уровне 75% и 100% при гарантированном коэффициенте 45% и 65% соответственно. Обе марки стали с пределом прочности 800 МПа доступны для коммерческих продаж. Они представлены вместе с многофазной сталью Docol.
«Эти марки предназначены для изготовления передовых компонентов шасси сложной формы, например, с вытянутыми краями и широкими фланцами, – отмечает Даниэль Сунд. – Я считаю, что сталь этих марок быстро станет стандартным материалом для производства шасси электромобилей – в области, где производители и поставщики первого уровня ищут прочные, лёгкие материалы, из которых можно изготовить критически важные компоненты сложной геометрии.
Вместе с тем, сталь Docol HR800HER является решением проблем, возникающих в процессе производства существующих деталей, таких как растрескивание, – рассказывает Даниэль Сунд. – Стандартные значения расширения отверстий на уровне 75% и 100% указывают на исключительно высокую пластичность кромок, что обеспечивает превосходную защиту от микротрещин».
Теперь доступна для тестирования ещё одна эксклюзивная сталь Docol: горячекатаная мартенситная сталь с пределом прочности 1500 МПа и толщиной листа до 4,0 мм.
«Известно, что для тяжёлых транспортных средств, таких как электромобили, требуется конструкционная сталь более высокой прочности и большей толщины, – указывает наш собеседник. – Представьте себе защиту аккумуляторной батареи электромобиля для тяжёлых легковых автомобилей, коммерческих автомобилей и грузовиков. Дверные пороги нового дизайна, рассчитанные на пятизвёздочные результаты в ходе новых, более строгих испытаний на боковое столкновение, элементы усиления рамы грузового автомобиля, а также бамперы и поперечины для автомобилей всех типов.
Компания SSAB предлагает холоднокатаную сталь Docol 1500M уже несколько лет, – поясняет Даниэль Сунд. – Мы начали с холоднокатаной стали Docol CR1500M, а для горячекатаной версии представили более широкий диапазон размеров. В итоге мы привели в соответствие и смогли гарантировать одинаковые механические свойства как холоднокатаной, так и горячекатаной стали Docol 1500M».
На последнем этапе разработки стали Docol HR1500M решающее значение имеют результаты испытаний, проводимых производителями компонентов и поставщиками 1-го уровня. «Мы хотим быть уверены в том, что предлагаемая нами горячекатаная мартенситная сталь толщиной в четыре миллиметра и прочностью 1500 МПа будет именно тем материалом, который требуется производителями для изготовления передовой продукции. Разумеется, важна также, окончательная проверка материала в реальных условиях на пригодность к формованию».
«HR1000CP – самая прочная, горячекатаная многофазная сталь из предлагаемых сегодня на рынке», – отмечает Даниэль Сунд. Сталь Docol HR1000CP была разработана при значительном содействии компаний Toyota и Gestamp, которые желали уменьшить вес нижнего рычага подвески в модели Yaris 2020 года.
«Компания Toyota разработала собственные спецификации для стали 1000CP, которые включали чрезвычайно строгие показатели усталостной прочности. Их тестирование и подтверждение взяла на себя компания Gestamp», – рассказывает Даниэль Сунд. В настоящее время для стали 1000CP разрабатывается стандарт VDA, кроме того, компания SSAB использует собственный стандарт и готова учитывать требования производителей, как и в случае с Toyota.
«Вместе мы рассмотрели несколько концепций для стали Docol 1000CP и в итоге представили предлагаемую в настоящее время марку, которая отличается наилучшими показателями усталостной прочности и пригодности к формованию.
Если многофазная сталь Docol HR1000 отвечает строгим требованиям к усталостной прочности рычагов подвески, то, по моему мнению, она будет хорошим выбором для многих других высококачественных компонентов шасси, которые должны быть прочными, лёгкими, долговечными и экономичными», – продолжает этот специалист.
В настоящее время на рынке предлагается сталь Docol HR1000CP толщиной от 2,5 до 3,8 мм, в будущем диапазон её толщины планируется расширить до 2,0 – 4,5 мм.
«Если сложнофазная сталь Docol HR1000 отвечает строгим требованиям к усталостной прочности рычагов подвески, то, по моему мнению, она будет хорошим выбором для многих других высококачественных компонентов шасси, которые должны быть прочными, лёгкими, долговечными и экономичными.
«Производители кузовных компонентов всё чаще стремятся к использованию горячеоцинкованной прогрессивной высокопрочной стали с пределом прочности 1000 МПа», – отмечает Матти Сайли, менеджер по автомобильной стали Docol с металлическим покрытием.
В то же время, для изготовления деталей более сложной формы им требуется материал с высокой пригодностью к формованию. «Сталь Docol CR1000DH отличается высокой пригодностью к формованию, что упрощает процесс перехода к ней с материала CR800DP, – говорит Матти. – Сталь Docol CR1000DH позволяет значительно уменьшить вес продукции, а её пригодность к производству сложных деталей методом глубокой вытяжки обеспечивает максимальную свободу в проектировании».
При использовании современных методов формования сталь CR1000DH может также заменить двухфазную сталь марки CR600DP».
Двухфазная сталь Docol с высокой пригодностью к формованию позволяет оптимизировать конструкцию кузова, сделав её более компактной с меньшим количеством компонентов. За счёт предела прочности в 1000 МПа можно уменьшить вес, увеличить несущую способность или повысить ударопрочность конструкции, либо добиться сочетания всех этих аспектов.
Недавно сталь Docol CR1000DH-GI с пределом прочности 590 и 700 МПа была представлена заказчикам для тестирования. Первые коммерческие поставки стали Docol CR1000DH-GI запланированы на сентябрь 2022 года. В настоящее время доступна предварительная спецификация стали Docol CR1000DH-GI.
«В ответ на потребности рынка мы приступили к разработке стали CR590Y980T-DH с цинк-железным покрытием, которая будет дополнением к горячеоцинкованной версии, – говорит Матти Сайли. – Кроме того, мы работаем над новой оцинкованной горячим способом двухфазной сталью с пределом прочности 1200 МПа и высокой пригодностью к формованию».
Матти Сайли убеждён в том, что с помощью более прочной и пригодной к формованию стали можно улучшить дизайн кузова. «Всё дело в свободе проектирования: мы устраняем многие сложности, возникающие в процессе формования, открываем возможности для проектирования сложных компонентов, одновременно укрепляя и облегчая конструкцию кузова».
Производители кузовных компонентов всё чаще стремятся к использованию горячеоцинкованной прогрессивной высокопрочной стали с пределом текучести 1000 МПа. В то же время, для изготовления деталей более сложной формы им требуется материал с высокой пригодностью к формованию».
По данным WorldAutoSteel – Всемирной ассоциации производителей прогрессивной высокопрочной стали для автомобилестроения – минимальный предел прочности этой стали должен составлять 440 МПа. Кратко говоря, производители прогрессивной высокопрочной стали добиваются необходимой прочности материала за счёт строгого контроля химического состава, скорости нагрева и охлаждения продукции.
Сверхпрочная сталь – это прогрессивная высокопрочная сталь, которая обладает значительно более высоким минимальным пределом прочности. Другими словами, сверхпрочная (или сверхвысокопрочная) сталь является разновидностью прогрессивной высокопрочной стали.
Подпишитесь на наш бесплатный ежемесячный новостной бюллетень «Automotive Insights» с актуальными и тщательно подготовленными статьями, которые имеют прямое отношение к вашему бизнесу.