FSV - Future Steel Vehicle e a Nova Geração de Aços AHSS - Advanced High Strength

Steel na Construção Automotiva.

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.comEngenheiro Metalurgista, Pós Graduação em Administração Financeira, MBA em Gestão Empresarial eMBA em Comercio Exterior e Negócios Internacionais, Membro do Comitê World Auto Steel, Gerente deProdutos, Soluções e Inovações da Superintendência de Marketing da Usiminas; Belo Horizonte, MG.

World Auto Steel – Membros Ativos

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.

17 empresas de 12 Países

2

Anshan Iron and Steel Group Corporation - ChinaArcelor Mittal - LuxembourgBaoshan Iron & Steel Co. Ltd. - ChinaChina Steel Corporation - China Hyundai-Steel Company - South KoreaJFE Steel Corporation - JapanKobe Steel, Ltd. - JapanNippon Steel Corporation - JapanNucor Corporation - USAPOSCO - South KoreaSeverStal - Russia/USASumitomo Metal Industries, Ltd. - JapanTata Steel & Corus - India, UK, NetherlandsThyssenKrupp Stahl AG - GermanyUSIMINAS - BrasilUnited States Steel Corporation - USAVoestalpine Stahl GmbH - Austria

Key Messages Steel Innovation Global Resources

Environment. Voice of Reason:

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 enganjadasem 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.

Need to Engage Customers in Steel Vision

1994 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20102009

O Programa ULSAB e o Comitê World Auto SteelO Programa ULSAB e o Comitê World Auto Steel

GHG Study

= 50° = 65°

1000HIC= 1000HIC=

c

a

Super Hood BMW5- Front End High Strain Rate Testing

Weight Elasticity of Fuel Economy

AHSS - Application Guidelines

NVH (Noise, Vibration & Harshness) Project FSV

3

4

Programa ULSAB – World Auto Steel Principais Resultados

Projeto ULSAB- AVC - Avanço em Materiais Projeto ULSAB- AVC - Avanço em Materiais

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Redução de Peso > 25% 100% de Aços HSS ( > 80% AHSS)

6

Future Steel Vehicle (FSV) - Portfólio de ProdutosFuture 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 TRIPMartensíticos 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

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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

Advanced High-Strength Steel (AHSS) Application GuidelinesAdvanced High-Strength Steel (AHSS) Application Guidelines

Projeto ULSAB - AVC - Avanço em Processos Projeto ULSAB - AVC - Avanço em Processos

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1,50 mmDP 700/1000

1,80 mmDP 700/1000

1,20 mmDP 700/1000

0,70 mmBH 260/370

0,70 mmBH 260/370

85 mm ØDP 500/800

1.0 mm steelHydroformed Tubes

Body SideMembers

Tube No.1 1.50 mm Dual Phase 500/800

Tube No.2 1.30 mm Dual Phase 500/800

Hydroformed, Tailored Tube

Kick-Up Crossmember0,7 mm DP 700/1000

0,65 mm TRIP 450/800Floor Front

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FSV – Future Steel VehiclePor Que o Desenvolvimento do FSV ?

AHSSProdução Fim da Vida útil e

Créditos de Reciclagem

(GHG)CO2eq

Ciclo de Vida Total - Greenhouse Gas (GHG) Emissions

AHSS

Importance of Life Cycle Assessment

AHSS vs. Alumínio

Alum

Aluminio

Uso do Veículo – Distancia Percorrida

AumentoTOTAL GHG

Total Life

GHG - Greenhouse Gas Emissions - TotalGHG - Greenhouse Gas Emissions - Total

P ro d u ç ão(k g C O 2 eq / v e íc u lo )

V e icu lo em U so(k g C O 2 eq / m ê s )

F in a l d e V id a - R e c ic lag e m(k g C O 2 eq / v e íc u lo )

A ç o 4 .0 5 4 ,2 2 2 6 ,9 - 2 .4 7 6 ,4U L S A B - A V C 3 .5 8 9 ,2 2 1 8 ,8 - 2 .8 2 5 ,6A lu m ín io 5 .6 1 2 ,3 2 1 4 ,0 - 2 .1 9 8 ,7

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BIW Wt. vs. GVW

150

200

250

300

350

400

450

1000 1500 2000 2500 3000GVW (Kg)

BIW

(Kg)

'01 - '03 Steel BIWULSAB-AVCAluminum BIW'04 - '08 Steel BIWTop 10 Steel BIWEU Super Light Car

EU SLC(Super Light Car) - Multi Materials 37% Weight Reduction 112% Cost Increase

Stru

ctur

e* (k

g)Structure Weight vs. Gross Vehicle Weight

Source: Shaw, J., U.S Steel, Great Designs in Steel, May 2009, www.autosteel.org* Body structure w/o closures + IP Beam + Engine Cradle

Ações de Redução de PesoAções de Redução de Peso

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EU Multi Materials SLC(Super Light Car) EU Multi Materials SLC(Super Light Car)

12

Regulation

Roof Crush Rollover (FMVSS 216)

Roof Crush/Rollover (IIHS)

Electronic Stability Control (ESC)

Pole Impact

Front Impact

Bumper Impact

Ped-Pro (Pedestrian Protection)

Os Requisitos de Segurança devem ser revistos e Novos Introduzidos

Future Safety RequirementsFuture Safety Requirements

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FSV – Future Steel Vehicle

ULSASUltraLightSteel Auto Suspensions

ULSAB-AVCAdvanced VehicleConcepts

Future Steel VehicleRADICAL CHANGE

ULSACUltraLight Steel Auto Closures

ULSABUltraLight Steel Auto Body

ULSASUltra Light Steel Auto Suspensions

ULSAB-AVCAdvanced VehicleConcepts

Comitê World Auto Steel – Future Steel VehicleComitê World Auto Steel – Future Steel Vehicle

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FSV - Future Steel Vehicle FSV - Future Steel Vehicle

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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

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FSV – Future Steel VehicleResultados Preliminares

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

Future Steel VehicleFSV-1 PHEV and BEV

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

FSV-1 Battery Electric Vehicle (BEV)

Future Steel Vehicle – FSV 2

Future Steel VehicleFSV-2 Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)

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Projeto FSV – Phase 2 Projeto FSV – Phase 2

Significativa Redução de Peso em Propulsões Alternativas> 35% de Redução de Massa em relação ao Benchmarking de Referência

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Aços AHSS na Construção AutomotivaSituação Atual e Perpectivas

Re-Inventing Automotive SteelA Nova Geração de Aços AHSSA Nova Geração de Aços AHSS

Al

TWIP

L-IP

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DP300/500TRIP 450/800 MS 950/1200

HSLA 350/450DP 350/600 HSLA 490/600

DP 700/1000DP 400/700 DP 500/800

MS 1250/1520DP 700/1000

FSV’s Advanced High-Strength Steel Portfolio

Expanded range of steel grades

AHSS do Projeto ULSAB-AVC

DP300/500 FB 450/600 CP 800/1000FB 330/450 TRIP 450/800 MS 950/1200HSLA 350/450 TWIP 450/1000 CP 1000/1200DP 350/600 HSLA 490/600 HF 1050/1500 (22MnB5)TRIP 350/600 CP 500/800 DP 700/1000DP 400/700 DP 500/800 MS 1150/1400TRIP 400/700 HSLA 550/650 MS 1250/1520HSLA 420/500 DP 700/1000

Nova Geração de AHSS do Projeto FSV

O Portfólio de Aços do Programa FSVO Portfólio de Aços do Programa FSV

2727

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O Estado da Arte na Utilização de AHSS no “Body in White”O Estado da Arte na Utilização de AHSS no “Body in White”

O “Estado da Arte Mundial” na utilização de aços AHSS já envolve praticamentetodas as peças estruturais, em especial a série Dual Phase.A utilização dos aços AHSS em painéis externos ainda se resume a intenções deuso e testes de performance.

Aços AHSS - TRIP x DP & HSLAAços 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 conformaçãoMaior capacidade de absorção de energia ao impacto

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Comparativo entre Aços HSLA, Dual Phase e TRIP de mesma Classe de de Resistência - Efeitos Work Hardening (WH) & Bake Hardening (BH)

Aços AHSS - Work Hardening & Bake HardeningAços AHSS - Work Hardening & Bake Hardening

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

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Potencial de Redução de VolumePotencial de Redução de Volume

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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%.

World Auto Steel, investigou a redução de massa.....

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)

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.

Características relacionada a Fadiga (In-Service) nos Aços AHSS

Aspectos Relacionados à FadigaAspectos Relacionados à Fadiga

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Requisitos sobre “Crash Management”

Crash Management (In-Service)Crash Management (In-Service)

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.

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34

Considerações FinaisConsiderações 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 Atençãoed.taiss@usiminas.comwww.worldautosteel.org

Muito Obrigado pela Atençãoed.taiss@usiminas.comwww.worldautosteel.org