Preste sertleştirilen çelik neden otomotiv tasarımcıları için "moda" bir malzeme halini aldı?

Aşağıdakiler hakkında bilgi edinmek için, SSAB'nin preste sertleştirilen çeliklerle ilgili iki uzmanıyla görüşüyoruz:

• Otomobil OEM'lerinin günümüzde araç gövdelerinde 1800MPa ve 2000MPa sıcak stampalı boron çelikleri kullandıkları yerler.
• Mevcut PHS üretim teknolojilerinin sağladığı tasarım özgürlüğü, "yumuşak hücre" parçaları da dâhil.
• Sıcak stampalamanın avantajları (örn. daha iyi şekil doğruluğu, karmaşık parça geometrileri) ve dezavantajları (maliyet, enerji, düşük hız).
• Docol^® 2000 PHS'nin gelişim öyküsü.
• UHSS çeliklerin karşılaştırması: PHS - Martensitik karşılaştırması.

1900MPa preste sertleştirilen çeliğe yönelik yeni VDA standardı hakkında neler söyleyebilirsiniz?

Yepyeni bir standart olsa da, otomobil üreticileri bu standardı şimdiden kendi OEM standartlarını geliştirmek için kullandı. Yeni PHS sınıfının VDA adı CR1900T-MB-DS'dir ve SSAB'nin iki gigapaskal veya 2000MPa çekme dayanımına ulaşan Docol^® PHS 2000 sınıfına karşılık gelir.

Bu piyasadaki en güçlü çelik - araba tasarımcıları bu çeliği nerede kullanıyor?

Pek çok farklı uygulama olasılığı var, ancak listenin başında, intrüzyona izin verilmeyen elektrikli araç platformlarında akü gruplarının korunması geliyor - bu özellikle yandan darbeli çarpışma testinde zorlayıcı bir durum. Bu nedenle otomotiv OEM'leri, EV aküsünü korumak için, zemin alanında yan külbütör panelleri arasındaki çapraz kirişler gibi güvenlik parçalarında PHS 2000MPa çelik kullanacak.

Yeni Docol^® PHS 2000MPa'nın, PHS 1500MPa'nın geleneksel olarak kullanıldığı diğer uygulamalarda da kullanılabileceğini düşünüyor musunuz?

Kesinlikle; PHS 2000 - ve PHS 1800 - sadece EV'ler için değil: ICE (içten yanmalı motor) arabalar için de kullanışlı olacak. Tasarımcıların daha ince duvarlar kullanarak maksimum çelik dayanımına veya ağırlığın azaltılmasına ihtiyaç duyduğu her yerde kullanılabilir.

Boron preste sertleştirme çelikleri için klasik otomotiv uygulaması, aracın A ve B sütunlarıdır. Ama PHS aynı zamanda tavan rayları, yan duvar elemanları, tavan ve konsol paneli traverslerinde ve kapıların, ön cam direklerinin ve zeminlerin takviyesinde de kullanılır. Bu sıcak stampalanmış parçaların mevcut tasarımlarının son derece karmaşık geometrilere sahip olduğunu göreceksiniz ki; o da PHS çeliklerin mükemmel olduğu bir alan.

Sıcak stampalanmış çelik kullanmanın bir diğer avantajı da, tek bir parçanın çarpışma sırasında belirli bir şekilde davranabilmesi için farklı dayanım düzeylerine sahip olmasıdır, değil mi?

Doğru. Bir sıcak stampalama kalıbı, farklı su verme süreçlerine sahip olacak şekilde segmentlenebilir. Örneğin, bir PHS "yumuşak hücre" oluşturmak için, parçanın tamamına su vermezsiniz. Örtülen, su verilmeyen kısım, daha düşük bir dayanım seviyesine sahip olur ve bir çarpışma olduğunda yüksek enerjiyi absorbe edebilir. Parçanın su verilmiş segmenti daha yüksek çekme dayanımına sahiptir ve yüksek kuvvetlere dayanacaktır. Son yıllarda PHS yumuşak hücrelerinde çok fazla gelişme kaydedildi. Örneğin, aracın B sütununun alt kısmı için bir yumuşak hücre yapmak.

Bir PHS parçasında "segmentli davranış" elde etmenin bir diğer yolu da özel yapım parçalar, değil mi?

Evet. Özel yapım bir haddeli çelik rulo, genişliği boyunca farklı kalınlıklara sahip olacak şekilde soğuk haddelenmiş bir çelik rulodur. Bu nedenle, şeridin nerede daha kalın ve nerede daha ince olmasını istediğinizi, parça için nihai gereksinimlerinize ve nasıl performans göstermesini istediğinize bağlı olarak belirtebilirsiniz.

Özel kaynaklanmış bir boş malzeme daha da farklılık içerebilir: farklı kalınlıklardaki PHS şeritlerini birbirine kaynaklayabilir veya bir PHS çeliğini PHS olmayan bir çelik şeride bile kaynaklayabilirsiniz.

Tüm bu seçenekler, bana PHS için "tasarım özgürlüğü" ifadenizi hatırlatıyor.

Bir düşünün: Elinizde 900°C'de ısıtıp stampaladığınız bir boron çelik var. Bu sıcaklıkta, PHS'yi derin profilleri olan çok karmaşık şekillere kolayca sıcak stampalayabilirsiniz. Dolayısıyla bu tür tasarım özgürlüğü ile araba tasarımcıları parçalarında daha yaratıcı hale gelebilirler. Belki, daha hafif parçalar tasarlamak için PHS'nin yüksek çekme dayanımından yararlanmak anlamına gelebilir. Belki de tasarım özgürlüğü, parçaların konsolidasyonu ile parça sayısını azaltmayı sağlayacak. Tasarım özgürlüğü, çarpma testlerinde daha iyi performans gösteren parçalar anlamına da gelebilir.

Sıcak stampalanmış parçalarda nihai parça şeklinin doğruluğu daha iyi olabilir, değil mi?

Isıl işlemden geçirilebilen çeliklerdeki standart güçlendirme, geri yaylanmanın az olması veya hiç olmaması ve sonuç olarak daha iyi bir şekil doğruluğuna yol açmasıdır. AHSS çekme dayanımları gitgide yükseldikçe ve geri yaylanmada artış potansiyeli oluştukça, bu özellik birçok kişinin daha fazla dikkatini çekiyor.

Ancak diğer yandan da, soğuk şekillendirilmiş araba parçalarında, gigapaskal çelik kullanırken bile geri yaylanmayı her zamankinden daha iyi anlıyor, tahmin ve kontrol edebiliyoruz.

Elbette çoğu şey parçanızın tasarımına bağlı: geri yaylanmayı önlemek için PHS çeliklerine daha fazla ödemeniz gerektiğini varsaymak yerine, tasarım konsepti sürecinizin başlarında AHSS tedarikçinizle konuşun. Küçük modifikasyonlar ve uygun üretim adımları dizisi ile pek çok tasarım konsepti, çok iyi bir nihai şekil doğruluğu ile başarılı bir şekilde soğuk şekillendirilebilir.

Docol^® PHS 2000 çelik, ilk başta tek bir müşteri için geliştirildiği için sıradışı bir çelik, değil mi?

Evet. Her zaman müşterilerimizle yakın işbirliği içinde çalışırız. Ancak bu durumda müşterimiz Gestamp bizden çok özel bir talepte bulundu: "2000 megapaskal çekme dayanımlı, ama 22MnB5 (1500MPa çekme dayanımı) sünekliğe sahip bir preste sertleştirilmiş çelik geliştirebilir misiniz? Daha hafif bir tampon düşünüyoruz ve onu kullanmak istiyoruz." 2000 MPa bir çeliğin başka güvenlik parçaları için de değerli olacağını gördük, bu nedenle evet dedik.

Sıcak stampalanmış bir çelik geliştirmenin de kendine özgü zorlukları var, değil mi?

Bu doğru. Bildiğiniz gibi, preste sertleştirilmiş çeliklerde imalatçı, çeliğin nihai mekanik özelliklerini çeliği ısıtırken, şekillendirirken ve su verirken geliştirir. Ve pek çok farklı etken devreye girer: Çelik, fırında ne kadar süreyle ve hangi sıcaklıkta tutuluyor? Takımda hangi soğutma ortamlarını kullanıyorlar? Takım ile malzeme arasındaki temas basıncı nedir?

Ve tüm bu OEM ve yan sanayi sıcak stampalama süreçleri şirkete özgüdür - her biri PHS çeliğini farklı şekilde işleyebilir. Gestamp sıcak stampalama bilgilerini bile bizimle paylaşmıyor! (gülüşmeler) Ama bizim birden fazla otomobil OEM'i için çalışacak bir PHS 2000 çelik üretmemiz gerekiyordu. Bu nedenle süreç zorlayıcı oldu.

PHS 2000'i gerekli süneklik düzeylerine ulaştırmak için SSAB'nin yapabileceği şey, çeliklerin kimyasal bileşimine ve fabrikalarımızdaki proses sistemlerine odaklanmaktı. Bir de, müşterilere fırın sıcaklığı ve soğutma hızı için tavsiyede bulunmaktı - çeliğin martensitik mikroyapısını ve dolayısıyla en yüksek çekme dayanımını elde edebilmek için gereken minimum soğutma hızı.

Peki Gestamp ne yaptı?

Malzemelerimizi kendi preste sertleştirme takımlarını kullanarak test etti. PHS 2000 çeliğinde yinelemeler yaptığımız için, onların geribildirimleri ve testleri son derece değerliydi. Onlarla bu kadar yakın çalışmak, hem bizim hem onların çok daha hızlı öğrenmesini sağladı.

Sonuç neydi?

Gestamp PHS 2000 çelik tampon %17 daha hafif ve buna rağmen hâlâ ekonomik. Bu nedenle hem Gestamp hem de SSAB için bir kazan-kazan durumu oldu.

Ultra Yüksek Dayanımlı Çeliklerin Hızlı Karşılaştırması

	Preste Sertleştirilen Çelik (PHS)	Martensitik Çelik (MS)
Parça şekillendirme işlemi	Sıcak stampalama	Soğuk şekillendirme
En yüksek çekme dayanımı	2000 MPa	1700 Mpa
Karmaşık parçalarda tasarım özgürlüğü (örn. derin profiller, vb.)	Çok yüksek: 900°C'de parçalar kolayca karmaşık tasarımlara şekillendirilir	Karmaşık tasarımların soğuk şekillendirme teknikleri için modifiye edilmesi gerekebilir
Geri yaylanma	Büyük ölçüde azaldı veya ortadan kalktı	Öngörülmeleri ve kontrol edilmeleri gerekir
Son şekil doğruluğu	Çok iyi	Geri yaylanma düzgün yönetildiğinde çok iyi
İşleme	Çok daha pahalı	Daha ucuz
Üretim süreleri	Çok daha yavaş	Çok daha hızlı
Şekillendirme için enerji kullanımı/CO2 ayak izi	Çok yüksek	Daha düşük
Toplam parça maliyeti	Daha yüksek	Daha düşük
Popülerlik (araç gövdesinin %'si)	Artıyor	Artıyor