FSV - Future Steel Vehicle e a Nova Geração de Aços AHSS - Advanced High Strength Steel na Construção Automotiva.

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1 FSV - Future Steel Vehicle e a Nova Geração de Aços AHSS - Advanced High Strength Steel na Construção Automotiva. ED JUAREZ MENDES TAISS ed.taiss@usiminas.com Engenheiro Metalurgista, Pós Graduação em Administração Financeira, MBA em Gestão Empresarial e MBA em Comercio Exterior e Negócios Internacionais, Membro do Comitê World Auto Steel, Gerente de Produtos, Soluções e Inovações da Superintendência de Marketing da Usiminas; Belo Horizonte, MG.

2 World Auto Steel Membros Ativos 17 empresas de 12 Países Anshan Iron and Steel Group Corporation - China Arcelor Mittal - Luxembourg Baoshan Iron & Steel Co. Ltd. - China China Steel Corporation - China Hyundai-Steel Company - South Korea JFE Steel Corporation - Japan Kobe Steel, Ltd. - Japan Nippon Steel Corporation - Japan Nucor Corporation -USA POSCO - South Korea SeverStal - Russia/USA Sumitomo Metal Industries, Ltd. - Japan Tata Steel & Corus - India, UK, Netherlands ThyssenKrupp Stahl AG - Germany USIMINAS - Brasil United States Steel Corporation -USA Voestalpine Stahl GmbH - Austria Key Messages Steel Innovation Global Resources Representam praticamente o abastecimento do Setor Automotivo Mundial; Inclui os 10 principais Grupos Mundiais, lideres em escala de produção; Lideres em tecnologia de processos e produtos; Detentores do Know How ; Lideram Investimentos e alianças estratégicas; O portfólio proposto de aços AHSS tem no mínimo 2-3 fornecedores em escala industrial; Formadores de opinião junto às montadoras e autopeças; Promovem, dão suporte técnico, desenvolvendo o uso de novos aços; Dão importância estratégica na participação no Comitê World Auto Steel. Environment. Voice of Reason: 2

3 Need to Engage Customers O Programa in Steel ULSAB Vision e o Comitê World Auto Steel Os Aços AHSS apresentam um crescimento rápido e já apresentam um papel de destaque nos modelos recém lançados, bem como nos modelos em projeto. A necessidade de redução de peso, emissões e consumo de combústivel com aumento de segurança tem passado por um profunda avaliação de materiais e os Aços AHSS tem se destacado. Frente aos novos desafios, as Indústrias Siderúrgicas se mostram enganjadas em proporcionar uma influencia decisiva junto aos projetistas das montadoras na escolha do Aço como um material estratégico na Construção Automotiva. Este engajamento é evidencia do com os trabalhos realizados desde o encerramento do Projeto ULSAB-AVC, reforçado agora pelo Programa FSV Future Steel Vehicle. HIC= 1000 HIC= 1000 = 50 = 65 c a GHG Study Super Hood BMW5- Front End High Strain Rate Testing Weight Elasticity of Fuel Economy AHSS - Application Guidelines NVH (Noise, Vibration & Harshness) Project FSV

4 Programa ULSAB World Auto Steel Principais Resultados 4

5 Projeto ULSAB- AVC - Avanço em Materiais Redução de Peso > 25% 100% de Aços HSS ( > 80% AHSS) 5

6 Future Steel Vehicle (FSV) - Portfólio de Produtos SAE Inclui Aços AHSS A Especificação SAE J2745 inclui Aços AHSS em Julho 2007 Envolve Aços Planos Laminados a Frio e a Quente. Incorpora os principais Aços AHSS: Dual Phase TRIP Martensíticos HHE - High Hole Expansion Adicionalmente aos valores de Limites de Escoamento e Resistência são especificados Alongamento e Valor n quando aplicável. A SAE recomenda que quando for incluído estes aços nos projetos devem ser respeitados os valores especificados pela SAE 6

7 Advanced High-Strength Steel (AHSS) Application Guidelines Na sua 4.1a versão o AHSS - Application Guidelines fornece uma ampla orientação sobre a aplicação destes aços, envolvendo: Completa descrição sobre Aços AHSS e suas características; Orientação sobre estampagem (CLC, Design de Ferramental, Blanking, Springback, requisitos de prensas, multi-estágios de prensagem, etc.) Orientações sobre união ( Processos de Soldagem, Brazagem, Adesivo Bonding, Uniões Híbridas, etc.); e Referencias para consultas técnicas. Como exemplo cita-se o amplo estudo envolvendo o efeito Sring Back motivo de preocupação na estampagem de aços de alta resistência... Neste tema são abordados: Tipos mais comuns de Spring Back; Correções no Design da peça e da ferramenta; Aspectos relativos à variáveis de estampagem; e Requisitos de Prensa Recomendações Diversas 7

8 Projeto ULSAB - AVC - Avanço em Processos 0,70 mm BH 260/370 0,70 mm BH 260/ mm Ø DP 500/ mm steel Hydroformed Tubes 1,50 mm DP 700/1000 1,80 mm DP 700/1000 1,20 mm DP 700/1000 Body Side Members Hydroformed, Tailored Tube 0,65 mm TRIP 450/800 Floor Front Kick-Up Crossmember 0,7 mm DP 700/1000 Tube No mm Dual Phase 500/800 Tube No mm Dual Phase 500/800 8

9 FSV Future Steel Vehicle Por Que o Desenvolvimento do FSV? 9

10 Importance of Life Cycle Assessment GHG - Greenhouse Gas Emissions - Total Ciclo de Vida Total - Greenhouse Gas (GHG) Emissions AHSS vs. Alumínio Aumento TOTAL GHG (GHG) CO 2 eq Aluminio AHSS Total Life Produção Uso do Veículo Distancia Percorrida Fim da Vida útil e Créditos de Reciclagem AHSS Alum Produção (kg CO2eq/ veículo) Veiculo em Uso (kg CO2eq / mês) Final de Vida - Reciclagem (kg CO2eq / veículo) Aço 4.054,2 226, ,4 ULSAB - AVC 3.589,2 218, ,6 Alumínio 5.612,3 214, ,7 10

11 Ações de Redução de Peso Structure* BIW (Kg) (kg) Structure Weight BIW Wt. vs. vs. Gross GVWVehicle Weight '01 - '03 Steel BIW ULSAB-AVC Aluminum BIW '04 - '08 Steel BIW Top 10 Steel BIW EU Super Light Car EU SLC(Super Light Car) - Multi Materials 37% Weight Reduction 112% Cost Increase GVW (Kg) * Body structure w/o closures + IP Beam + Engine Cradle Source: Shaw, J., U.S Steel, Great Designs in Steel, May 2009, 11

12 EU Multi Materials SLC(Super Light Car) 12

13 Future Safety Requirements Os Requisitos de Segurança devem ser revistos e Novos Introduzidos Regulation Roof Crush Rollover (FMVSS 216) Roof Crush/Rollover (IIHS) Electronic Stability Control (ESC) Pole Impact Front Impact Bumper Impact Ped-Pro (Pedestrian Protection)

14 FSV Future Steel Vehicle 14

15 Comitê World Auto Steel Future Steel Vehicle Future Steel Vehicle RADICAL CHANGE ULSAB UltraLight Steel Auto Body ULSAC UltraLight Steel Auto Closures ULSAS UltraLight Steel ULSAS Ultra Light Steel Auto Suspensions Auto Suspension s ULSAB-AVC ULSAB-AVC Advanced Advanced Vehicle Concepts Vehicle Concepts 15

16 FSV - Future Steel Vehicle O Projeto FSV - Future Steel Vehicle envolve o desenvolvimento de uma carroceria conceitual (BIW + Closures) considerando várias alternativa de propulsão (powertrain), tais como: Híbridos, Elétricos e Sistemas de Células de Combustíveis. O objetivo é demonstrar que o aço proporciona aos automóveis do futuro segurança veicular, redução de peso(lightweight) e redução de emissões(ghg) considerando o ciclo de vida total. Future Steel Vehicle envolve 3(três) fases distintas: Fase I: Engineering Study; Fase II Concept Designs; and Fase III Demonstration Hardware. WorldAutoSteel tem como parceiro para a Fase I - Engineering Study a maior empresa independente de engenharia automotiva - EDAG Engineering + Design AG - com sede em Fulda, Alemanha. A Fase I será desenvolvida na EDAG s Auburn Hills, Michigan, USA, onde serão pesquisados os impactos dos diferentes powertrains na estruturas dos automóveis, dando suporte para o desenvolvimento da Fase II - Design Concepts. Overview & Tech Assessment Summary Driving Cycles Driving Distances Emission & Fuel Economy Regulations Future Safety Regulations Tongji FCEV Recommendations Alternate AC Climate Controlled Seats Quantum Summary & Recommendations Packaging Update (EDAG) LMS Prestn NVH Methodology Materials Portfolio Draft Pilot CAE Project FSV Ph 2 Program Content Options OEM Customer Input/Feedback Matl Threat Clarity & Volt examples Press Release Decision Process for Phase 2 Draft Communication Plan 16

17 FSV Future Steel Vehicle Resultados Preliminares 17

18 FSV Vehicles - Configurações As Configurações representam duas classes de veículos de maior volume de comercialização no mundo. Improving fuel economy by mass reduction with expensive materials provides one of the least economic solutions relative to other technologies, such as improving powertrains and the resulting fuel efficiencies and reducing rolling and aerodynamic resistance. The Union of Concerned Scientists

19 FSV-1 PHEV Future and Steel Vehicle BEV

20 FSV-1 Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV)

21 FSV-1 Battery Electric Vehicle (BEV)

22 Future Steel Vehicle FSV 2

23 FSV-2 Fuel Future Cell Steel Electric Vehicle Vehicle (FCEV)

24 Projeto FSV Phase 2 Significativa Redução de Peso em Propulsões Alternativas > 35% de Redução de Massa em relação ao Benchmarking de Referência 24

25 Aços AHSS na Construção Automotiva Situação Atual e Perpectivas 25

26 Re-Inventing Automotive A Nova Geração Steel de Aços AHSS L-IP TWIP Al 26

27 O Portfólio de Aços do Programa FSV FSV s Advanced High-Strength Steel Portfolio DP300/500 FB 450/600 CP 800/1000 FB 330/450 TRIP 450/800 MS 950/1200 HSLA 350/450 DP 350/600 TWIP 450/1000 HSLA 490/600 CP 1000/1200 HF 1050/1500 (22MnB5) TRIP 350/600 CP 500/800 DP 700/1000 DP 400/700 DP 500/800 MS 1150/1400 TRIP 400/700 HSLA 550/650 MS 1250/1520 HSLA 420/500 DP 700/1000 AHSS do Projeto ULSAB-AVC Nova Geração de AHSS do Projeto FSV Expanded range of steel grades 27

28 O Estado da Arte na Utilização de AHSS no Body in White O Estado da Arte Mundial na utilização de aços AHSS já envolve praticamente todas as peças estruturais, em especial a série Dual Phase. A utilização dos aços AHSS em painéis externos ainda se resume a intenções de uso e testes de performance. 28

29 Aços AHSS - TRIP x DP & HSLA Comparativo entre Aços HSLA, Dual Phase e TRIP de mesma Classe de de Resistência O Aços AHSS apresentam... Maior alongamento total e Baixa Relação Elástica sugerindo maior capacidade de conformação Maior capacidade de absorção de energia ao impacto 29

30 Aços AHSS - Work Hardening & Bake Hardening Comparativo entre Aços HSLA, Dual Phase e TRIP de mesma Classe de de Resistência - Efeitos Work Hardening (WH) & Bake Hardening (BH) Aços HSLA Pequeno Efeito WH Inexistência do Efeito BH Aços DP Efeito BH Significativo Maior Efeito WH Aços TRIP Maior Efeito BH Considerável Efeito WH 30

31 Potencial de Redução de Volume World Auto Steel, investigou a redução de massa... Redução de massa de até 40% com a utilização do Alumínio em relação ao aços convencionais, Aumento de 40% no espaço (aumento de volume). Para os aços AHSS ocorre uma redução de até 25%, com uma redução do espaço requerido de 60%. O problema é compatibilizar a redução de peso com espaço(volume), fundamental no design estrutural, principalmente em carros compactos Um exemplo é o aumento de volume (espessura) de 75% no B-Pillar do no conceito SLC(Super Light Car) 31

32 Aspectos Relacionados à Fadiga Características relacionada a Fadiga (In-Service) nos Aços AHSS O Limite de Fadiga nos Aços DP e TRIP são bem superiores aos verificados nos Aços HSLA. A transformação da Austenita Retida nos Aços TRIP pode provocar um relaxamento do campo de tensões e introduzir tensões de compressão, aumentando a Resistência à Fadiga. A presença de Martensita dispersa provoca um um retardamento da propagação de trincas de Fadiga. 32

33 Crash Management (In-Service) Requisitos sobre Crash Management Os Aços DP and TRIP mostram um maior capacidade de absorção de energia que os Aços Convencionais O maior Efeito Bake Hardening (BH) e o endurecimento por deformação(wh) são os grandes responsáveis por este desempenho. Aumento da área abaixo da Curva Tensão - Deformação É observado uma melhor distribuição das tensões durante a deformação no evento de Crash, promovendo maior estabilidade e previsão da compressão(esmagamento) axial. 33

34 Considerações Finais A Arquitetura do Automóvel mudará radicalmente nos próximos anos e a Indústria do Aço está determinada a manter-se como principal opção na construção Automotiva... Lighter Stronger Safe Fewer GHG Emissions Affordable Sustainable Muito Obrigado pela Atenção ed.taiss@usiminas.com 34