20090715 64congresso bh kleiner merra

Desenvolvimentos recentes de novos Desenvolvimentos recentes de novos

produtos para o setor automotivo na produtos para o setor automotivo na

UsiminasUsiminas

Caso foco: Aço Complex Phase para rodas automotivas

“O desenvolvimento de novos produtos na siderurgia é usualmente “puxado pela demanda”, cabendo freqüentemente aos clientes “mais sofisticados”, notadamente os do complexo automotivo, requisitar inovações. Nesse contexto, a intensidade dos esforços tecnológicos varia significativamente entre os segmentos produtores da siderurgia, em resposta aos graus diferenciados de exigência dos consumidores.”

Siderurgia nacional

USIMINAS

NOVOS

PRODUTOS

Indústria Automotiva

Relatóro setorial da Finep

A GESTÃO DE DNP NA USIMINAS

NOVOS PRODUTOS RECENTES

CASO FOCO

O que é Novo Produto (AÇO) para a Usiminas?

Trata-se de uma qualidade de aço que não é disponível na carteira de produtos, não havendo similaridade com

nenhuma outra qualidade em produção. É um Produto que não está padronizado ou que não tem sua comercialização

liberada sob consulta prévia de clientes.


A gestão do desenvolvimento de novos produtos(DNP) foi criada na Usiminas para atender a norma ISO 9001/TS

16949, no requisito 7.3, referente ao Projeto e Desenvolvimento de Novos Produtos, que dentre outros

requerimentos estão as análises de Marketing, de viabilidade, estratégias de desenvolvimento, controle e validação de projeto e a retroalimentação do processo.


Estrutura OrganizacionalEstrutura Organizacional – Estrutura por processos. Coordenação é de responsabilidade da Superintêndencia de Marketing, sendo cada projeto de novo produto divido em equipes de projetos de produtos.

Equipes de ProjetosEquipes de Projetos – Matricial, com participação integral dos setores de Marketing(líder), P&D, Controle Metalúrgico, Assistência Técnica e participação parcial das áreas de Produção, Vendas, Logística e PCP. Os integrantes participam no processo desde a geração de idéias, até a comercialização final do novo produto.


Análise preliminar de Marketing

Fluxograma do processo DNPA GESTÃO DE DNP NA USIMINAS

Idéias e oportunidades

Abertura do projeto

Desenvolvimento industrial

Análise Final de Marketing

LançamentoPadronização ou

liberação sob consulta

Encerramento

Retroali-mentação

Retroali-mentação

Produtos lançados pela Usiminas nos últimos 4 anosAPI 5CT J55 TQ H360LA/98 DP 600 LF

API 5L X80 CG HSLA F50 TQ HSLA 550 LF

API 5L X80 TQ COS CORE 230 H240LA/98

H280LA/98 ZSTE220 COS AR COR 350

OUTROSQ ualidade S etor

180 B H HDG AutoHS LA HD G Auto

AP I 5C T J 55 TQ Ind.C O S C O R E 550 E letro

C O S AR C O R 300 Ind.C O S C O R E 550 E letroUS I C O R E 230 E letroUS I C O R E 550 E letro

O UTR O S


Novos Produtos Lançados nos últimos 4 anos

Embora o grande alvo do desenvolvimento de novos produtos seja o setor automotivo, percebe-se que o fornecimento desses aços não é ainda elevado devido à necessidade das montadoras e autopeças se adaptarem a esses aços (de comportamento mecânico e metalúrgico diferente aos convencionais). Porém, a tendência é de crescimento com

o lançamento de novos modelos de automóveis.


ESTUDO DE CASO:

Aço Complex Phase RW800 para rodas Aço Complex Phase RW800 para rodas automotivas automotivas

Rodas são importantes componentes de automóveis que devem exibir boa resistência à fadiga, adequada resistência à impactos, boa soldabilidade, atraente flangeabilidade, além boa constância dimensional para resultar em estabilidade dos veículos.

As rodas de aço são compostas de duas partes:

aro

e

disco.

ESTUDO DE CASO

Produção do Aro Produção do Disco

DESBOBINAMENTO

DESEMPENOBLANQUEADEIRA

CALANDRAGEMSOLDAGEM REBARBAGEM

DA SOLDA

ACABAMENTO SUPERFICIAL

APARA LATERAL INÍCIO DE

CONFORMAÇÃO

ROLOS LAMINADORES 1 2 3

EXPANSÃOTESTE DE

VAZAMENTO(COM AR)

ARO DA RODA

SOLDA

ESTUDO DE CASO

- Considerada como uma parte integrada do - Considerada como uma parte integrada do designdesign do do

veículo, a roda de aço é um desafio constante para que veículo, a roda de aço é um desafio constante para que

se atinjam estilos mais atraentesse atinjam estilos mais atraentes

- Demandas de eficiência energética e legislação - Demandas de eficiência energética e legislação

ambiental forçam os fabricantes s investir em ambiental forçam os fabricantes s investir em

“Tecnologias Verdes” para reduzir o peso dos veículos “Tecnologias Verdes” para reduzir o peso dos veículos

e o consumo de combustíveise o consumo de combustíveis

- - A redução de custo, assim como a redução de A redução de custo, assim como a redução de

peso, é a maior impulsionadora na manutenção peso, é a maior impulsionadora na manutenção

de vantagem competitivade vantagem competitiva

Uso eficaz de Aços Avançados de Alta ResistênciaUso eficaz de Aços Avançados de Alta Resistência

Fonte: Meritor

ESTUDO DE CASO

Desde o surgimento dos automóveis, as rodas têm sido fabricadas de diversos materiais, tais como:

• Madeira;• Aço (fundido, chapas ou fios);• Ligas de Alumínio (fundido, chapas ou forjado);• Ligas de Magnésio;• Compósitos (Termoplásticos reforçados);• Misturas dos materiais citados acima.

• Roda de aço prensado (1910)

• Roda de arames de aço (1920)

• Roda de Liga Leve(1924)

ESTUDO DE CASO

Dos anos 30 aos 80, as rodas automotivas foram dominadas por aço “estampado”. Os diâmetros das rodas caíram de 36’’ para 16’’, enquanto a largura subiu de 3’’ para 6’’.Os processos de “estampagem dos discos e laminação dos aros tornaram-se de alta produção e baixo custo.

Aços C-Mn comuns (LE = 240 MPa mín. LR = 350 MPa mín.)

Aplicação em aros e discos

ESTUDO DE CASO

Em meados da década de 70 surgiu a necessidade, com as crises do Petróleo, de se reduzir peso dos veículos

automotores: Introdução de aços de alta resistência para Rodas Veiculares.

• America do Norte e Japão: Aços ARBL (endurecidos por precipitação e refino de grão: principalmente com adição de Nb).

• Europa: Aços Dual Phase (Inicialmente DP550 –com Si) e Bainíticos.

ESTUDO DE CASO

Meados dos anos 1980’s – Usiminas desenvolve parceria com Meados dos anos 1980’s – Usiminas desenvolve parceria com

Meritor para desenvolvimentos de aços “especiais”.Meritor para desenvolvimentos de aços “especiais”.

Direcionadores:Direcionadores: redução de peso e aumento da segurança das Rodas.redução de peso e aumento da segurança das Rodas.

Aço de Alta Resistência e Baixa Liga RW450 (HSLA, LR=450MPa) –

aplicação em aros e discos . Aumento de resistência por refino de grão e

precipitação de carbonitretos

ESTUDO DE CASO

Início dos anos 1990 Início dos anos 1990 - Duas linhas de desenvolvimento:- Duas linhas de desenvolvimento:

Continuar a aumentar a resistência de aços HSLA (aços

microligados ao Nb e Ti), com restrições de conformabilidade.

Começar a usar aços endurecidos por transformação de fases

(produzidos por resfriamento controlado na linha de tiras a quente), com

melhor conformabilidade.

ESTUDO DE CASO

1992: AÇO BAINÍTICO RW550 (parceria com Merritor)1992: AÇO BAINÍTICO RW550 (parceria com Merritor)

• Classe de aços avançados de alta resistência (AHSS) – LR = 550 MPa, para

aplicação em aros e discos

• Aumento de resistência por transformação de fases

• Conformabilidade, soldabilidade e comportamento em expansão de furos mais

adequados; excelente desempenho em fadiga.

1994: AÇO DUAL PHASE RW600DP (parceria com Merritor)1994: AÇO DUAL PHASE RW600DP (parceria com Merritor)

• Aumento de resistência pela substituição da bainita pela martensita na

microestrutura do aço, através de resfriamento controlado na linha de tiras a

quente;

• Usado em discos, propicia uma redução de peso de 5 to 8 % (em relação ao aço

bainítico).

ESTUDO DE CASO

2006 ~ 08: mais uma Inovação: 2006 ~ 08: mais uma Inovação:

Desenvolvimento do Aço Complex Phase RW800 (c/ Meritor) Desenvolvimento do Aço Complex Phase RW800 (c/ Meritor)

• Microestrutura: matriz ferrítica, com ilhas de bainita e

martensita, obtida por laminação e resfriamento

controlados. Granulação fina, obtida através da utilização de

elementos microligantes ,como Nb e Ti.

• Aços Multifásicos são mais comumente usados pela Indústria

Japonesa, que consegue reduções de peso de aros de 8% to

16% (em comparação com o aço bainítico).

• Aço ideal para aplicação em aros, devido à boa

conformabilidade, soldabilidade e resistência ao impacto

(absorção de energia).

ESTUDO DE CASO

• Aços complex phase laminados a quente estão atualmente

disponíveis para vários tipos de aplicações (peças da carroceria,

do chassis etc.), além de rodas;

• O aço Complex Phase desenvolvido em conjunto com a

ArvinMeritor foi para ser aplicado na fabricação das rodas de aço

(aros).

ESTUDO DE CASO

ESTUDO DE CASO

Tamanho de grão ferrítico médio 5 m

LE (MPa) LR (MPa) (%)680 (min) 780 (min) 16

ESTUDO DE CASO

CEQ[FBW]=C+Mn/5+Si/15+Cr/9+7Nb(1-10C)+V(50C-1)/3+1,3Ti(1-5C)+Mo(1-6C)/2+29Nb(11C-1)=0,52%

Feq=(C-0,03)[(Si)2+(Mn/10)

2+(3AL)

2+(2Cr/2)

2]=0,04%

RW8000

– Ensaio de Fadiga Radial (ArvinMeritor) – Aço CP X Aço C-Mn

Espessura – 2,35 mm / Carga aplicada – 20.355 N (60% acima da carga da roda atual)

(Roda do Estudo de Caso 1)(Roda do Estudo de Caso 1)

Probability - Weibull

Fatigue life (cycles)

Prob

abili

ty t

o fa

ilure

(%

)

10000,000 1,000E+7100000,000 1000000,0001,000

5,000

10,000

50,000

90,000

99,000

USI-RW-800

B10% - 683,370

USI-RW-350

B10% - 166,902

Aço CP RW800 Aço CP RW800

Resistência à FadigaResistência à Fadiga

Great Designs in Steel – May 13’2009Great Designs in Steel – May 13’2009

ESTUDO DE CASO

– Impacto (ArvinMeritor) – Aço Multifásico X Bainítico X Microligado

Deformação do aro e do discoSegundo SAEJ175

Roda do Estudo de Caso 2 – Espessura 2,30 mmRoda do Estudo de Caso 2 – Espessura 2,30 mm

Aço Multifásico RW800Aço Multifásico RW800

Resistência ao ImpactoResistência ao Impacto


ESTUDO DE CASO

Possibilidades de Redução de PesoPossibilidades de Redução de Peso

Roda AtualRoda Atual::

• Aro – Aço Bainítico – espessura mín. 3,10 mm

• Disco – Aço Bainítico – espessura mín. 2,90 mm

• Peso da Roda Atual = 10,0 kgPeso da Roda Atual = 10,0 kg

Roda com Aço CP RW800Roda com Aço CP RW800::

• Aro – Aço Multifásico – espessura mín. 2,30 mm

• Disco – Aço Bainítico – espessura mín. 2,90 mm

• Peso da Roda Proposta = 8,5 kgPeso da Roda Proposta = 8,5 kg

REDUÇÃO DE 1,5 kg POR RODA (REDUÇÃO DE 1,5 kg POR RODA ( 15%) 15%)

Aproximadamente 7,5 kg/ veículo (*)Aproximadamente 7,5 kg/ veículo (*)


ESTUDO DE CASO

Possibilidades de redução de peso com o aço CP:

ARO Microligado ao Nb Bainitico10%

Bainítico Complex Phase8 a 16%


ESTUDO DE CASO

Potencial de produção de rodas de Aço (dados de 2008)

5 x 3.220.475 = 16.102.375

Fonte: Autodata

Carros populares: 39%

Sedas pequenos: 19%

No mínimo: 9.334.378 rodas de aço

ESTUDO DE CASO

A Usiminas tem o setor automotivo como um foco para seus produtos.

Há grande esforço de DNP para esse setor.

O processo de DNP na Usiminas envolve vários setores da empresa, sendo coordenado pela Superintendência de MKT.

Nos últimos 4 anos mais de uma dezena de aços foram desenvolvidos para o setor automotivo.

Mostrou-se um recente desenvolvimento: aço Complex Phase, classe de 800MPa de resistência, destinado especialmente para rodas de veículos automotores. Esse material pode propiciar até 26% de redução de peso em aros de roda.

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