AHSS di oggi per Automotive
Advanced High-Strength Steel (AHSS) sono materiali complessi e sofisticati, con composizioni chimiche accuratamente selezionate e microstrutture multifase derivanti da processi di riscaldamento e raffreddamento controllati con precisione. Vari meccanismi di rinforzo sono impiegati per ottenere una gamma di proprietà di resistenza, duttilità, tenacità e fatica. Questi acciai non sono gli acciai dolci di ieri; piuttosto sono unicamente leggeri e progettati per affrontare le sfide dei veicoli di oggi per le severe norme di sicurezza, riduzione delle emissioni, prestazioni solide, a costi accessibili.
La famiglia AHSS comprende doppia fase (DP), Fase complessa (CP), Ferritico-bainitico (FB), martensitico (MS o MART), Plasticità indotta dalla trasformazione (TRIP), formata a caldo (HF) e plasticità indotta dal gemellaggio (TWIP). Questi gradi AHSS di 1a e 2a generazione sono qualificati in modo univoco per soddisfare le esigenze di prestazioni funzionali di alcune parti. Ad esempio, gli acciai DP e TRIP sono eccellenti nelle zone di incidente dell’auto per il loro elevato assorbimento di energia. Per gli elementi strutturali dell’abitacolo, gli acciai ad altissima resistenza, come gli acciai martensitici e gli acciai temprati a pressione a base di boro (PHS), garantiscono prestazioni di sicurezza migliorate. Recentemente sono stati aumentati i finanziamenti e la ricerca per lo sviluppo della “3a generazione” di AHSS. Si tratta di acciai con combinazioni di resistenza-duttilità migliorate rispetto ai gradi attuali, con potenziale per capacità di giunzione più efficienti, a costi inferiori. Questi gradi rifletteranno leghe e microstrutture uniche per ottenere le proprietà desiderate. L’ampia gamma di proprietà è illustrata al meglio dal famoso diagramma di formabilità globale, catturato nella Figura 2-1 seguente.
Gli acciai con livelli di carico di snervamento superiori a 550 MPa sono generalmente indicati come AHSS. Questi acciai sono anche talvolta chiamati “acciai ad altissima resistenza” per resistenze alla trazione superiori a 780 MPa. AHSS con una resistenza alla trazione di almeno 1000 MPa è spesso chiamato” acciaio GigaPascal ” (1000 MPa = 1GPa). Si prega di notare un’altra categoria di acciai, rappresentata nella figura 2-1 seguente come acciaio inossidabile austenitico. Questi materiali hanno una resistenza eccellente combinata con un’eccellente duttilità e quindi soddisfano molti requisiti funzionali del veicolo.
L’AHSS di terza generazione (3a generazione) cerca di offrire capacità comparabili o migliorate a un costo significativamente inferiore. Tuttavia, poiché sono così nuovi, non esiste ancora una definizione chiara di ciò che comprendono. Gli obiettivi primari nello sviluppo degli acciai di 3a generazione sono:
- Utilizzare acciai con contenuto di lega inferiore per ridurre i costi.
- Livelli minimi di resistenza e duttilità target a 1200 MPa e allungamento del 30%.
Al momento, non esiste una formula pura, poiché ci sono diversi percorsi di lavorazione disponibili per i produttori di acciaio per ottenere gradi e proprietà di 3a generazione. Inoltre, gli acciai nano vengono classificati come 3rd Gen. Ma è in discussione nel settore, come puoi immaginare. Gli obiettivi sono stati stabiliti nel progetto dell’Istituto per l’Ingegneria Computazionale e Matematica (ICME). Una presentazione data al 2017 Great Designs in Steel Market Development Institute riassume questo progetto. Anche i nostri colleghi dell’Istituto per lo sviluppo del mercato dell’acciaio e della partnership Auto / Steel stanno lavorando allo sviluppo della nomenclatura comune per gli acciai. La maggior parte segue la nomenclatura delle specifiche VDA. Anche, General Motors Company ha sviluppato una specifica per AHSS (tra cui 3rd Gen AHSS) che è in fase di revisione. Quindi rimanete sintonizzati su questo sviluppo, poiché prevediamo di affrontarlo nella prossima versione delle Linee guida AHSS, in uscita nel 2020.
Definizioni di acciaio
Gli acciai per autoveicoli possono essere classificati in diversi modi. Uno è una designazione metallurgica che fornisce alcune informazioni di processo. Le denominazioni comuni includono gli acciai a bassa resistenza (acciai interstiziali-liberi e miti); HSS convenzionale (carbonio-manganese, cuoce gli acciai induribili e ad alta resistenza e bassi-legati); e il nuovo AHSS (fase doppia,plasticità indotta da trasformazione, plasticità indotta da gemellaggio, ferritico-bainitico, fase complessa e acciai martensitici). Altri acciai ad alta resistenza per il mercato automobilistico includono acciai termoformati a caldo e post-formanti trattati termicamente e acciai progettati per applicazioni uniche che includono una migliore elasticità del bordo e la flessione elastica.
Un secondo metodo di classificazione importante per i progettisti di parti è la resistenza dell’acciaio. Pertanto, questo documento utilizzerà i termini generali HSS e AHSS per designare tutti gli acciai ad alta resistenza. Questo sistema di classificazione ha un problema con lo sviluppo in corso dei molti nuovi gradi per ogni tipo di acciaio. Pertanto, un acciaio DP o TRIP può avere gradi di resistenza che comprendono due o più gamme di resistenza.
Un terzo metodo di classificazione presenta varie proprietà meccaniche o parametri di formatura di diversi acciai, come l’allungamento totale, l’esponente di indurimento del lavoro (valore n) o il rapporto di espansione del foro (λ). Ad esempio, la figura 2-1 confronta gli allungamenti totali-una proprietà dell’acciaio legata alla formabilità – con la resistenza alla trazione per gli attuali tipi di acciaio. Queste proprietà sono importanti per le operazioni di press shop e le analisi di formatura virtuale.
Diagramma di duttilità della resistenza dell’acciaio per i gradi AHSS di oggi (include un confronto degli acciai tradizionali a bassa resistenza e ad alta resistenza)
La principale differenza tra HSS convenzionale e AHSS è la loro microstruttura. Gli HSS convenzionali sono acciai ferritici monofase con un potenziale per alcune perlite negli acciai C-Mn.. Gli AHSS sono principalmente acciai con una microstruttura contenente una fase diversa da ferrite, perlite o cementite, ad esempio martensite, bainite, austenite e/o austenite trattenuta in quantità sufficienti a produrre proprietà meccaniche uniche. Alcuni tipi di AHSS hanno una maggiore capacità di indurimento della deformazione con conseguente equilibrio resistenza-duttilità superiore agli acciai convenzionali. Altri tipi hanno ultra-alta resa e resistenza alla trazione e mostrano un cuocere indurimento comportamento.
Poiché la terminologia utilizzata per classificare i prodotti siderurgici varia notevolmente in tutto il mondo, questo documento utilizza il formato WorldAutoSteel per definire gli acciai. Ogni grado d’acciaio è identificato dal tipo metallurgico, dal carico di snervamento minimo (in MPa) e dalla resistenza alla trazione minima (in MPa). Ad esempio, DP 500/800 significa acciaio bifase con carico di snervamento minimo di 500 MPa e carico di rottura minimo di 800 MPa. Il programma ULSAB-AVC ha utilizzato per la prima volta questo sistema di classificazione.
Metallurgia di AHSS
I produttori e gli utenti di prodotti siderurgici comprendono generalmente la metallurgia fondamentale degli acciai convenzionali a bassa e alta resistenza. Sezione 2.B. fornisce una breve descrizione di questi tipi di acciaio comuni. Poiché la metallurgia e la lavorazione dei gradi AHSS sono in qualche modo nuovi rispetto agli acciai convenzionali, sono descritti qui per fornire una comprensione di base di come le loro notevoli proprietà meccaniche si evolvono dalla loro lavorazione e struttura uniche. Tutti gli AHSS sono prodotti controllando la chimica e la velocità di raffreddamento dalla fase austenite o austenite più ferrite, sia sulla tabella di eccentricità del mulino a caldo (per prodotti laminati a caldo) o nella sezione di raffreddamento del forno di ricottura continua (prodotti rivestiti in continuo ricotto o caldo). La ricerca ha fornito combinazioni chimiche e di lavorazione che hanno creato molti gradi aggiuntivi e proprietà migliorate all’interno di ciascun tipo di AHSS.
Per ulteriori informazioni su questa famiglia unica di acciai avanzati, scaricare le linee guida avanzate per l’applicazione degli acciai ad alta resistenza qui, gratuitamente.