Martensitik AHSS'nin otomotiv sektöründe hedeflediği yer

Martensitik çeliklerin yapımı, şekillendirilmesi ve kullanımındaki yeni gelişmeler hakkında otomobil tasarımcılarının neler bilmesi gerekir?

Çelik sektörünün 40 yıllık emektarı Kenneth Olsson ile yaptığımız röportajda ele alınan konular:

  • Akülü elektrikli araçlar, daha kalın (4 mm'ye kadar) martensitik sınıflar gerektirir.
  • Parça tasarımlarında 1500 MPa martensitik 3B geometrilere olanak tanıyan yeni soğuk stampalama (haddeli şekillendirme yerine) teknolojileri.
  • Otomotiv üreticilerinin, bazı PHS ve yüksek dayanımlı DP çelik uygulamalarının yerine soğuk martensitik çelikleri soğuk şekillendirilmeye gitgide daha fazla alışması...
  • 1900 MPa martensitik bir model geliştirmek için şu anda yeterli talep var mı?

Kenneth Olsson, martensitik ve diğer AHSS ürün sınıflarının geliştirilmesinde çalıştığı 10 yıl da dahil olmak üzere, 35 yıldır SSAB'de çalışmaktadır. Kenneth şu anda SSAB'de Otomotiv İş Geliştirme Uzmanı olarak görev yapıyor.

SSAB'nin, otomotiv üreticilerine martensitik gelişmiş yüksek dayanımlı çelik (AHSS) sunan ilk Avrupalı şirket olması nasıl gerçekleşti?

Çünkü biz sürekli tavlama hattına yatırım yapan ilk Avrupalı çelik üreticisi olduk. O zamanlar ön planda olan Japon tavlama teknolojisini kullanmaya karar verdik. Su vererek, sürekli tavlama hattımız çok yüksek bir soğutma hızına sahiptir ve martensitik çelikleri kolayca üretebilir. Uzun yıllar boyunca, Avrupa'da bu ürün sınıflarını geliştirip üretebilen tek fabrika bizimkiydi. Biz gerçekten de martensitik çelik alanında öncüyüz.

Otomobil üreticilerinin yeni martensitik çeliğe tepkisi nasıl oldu?

Piyasa çok gönülsüzdü, çünkü ürün daha çok yeniydi. Martensitik çelik alanında sadece bir ABD'li üretici ve SSAB vardı. Hepsi buydu. SSAB martensitik çeliğin ilk kullanımı, örneğin kurabiye üreticileri tarafından kullanılan aşınmaya karşı yüksek düzeyde dayanıklı konveyör kayışları içindi. Daha sonra güvenlik ayakkabılarında parmak koruması için kullanıldı.

Ayakkabı kapları ve kurabiye konveyörleri mi?

Önceleri, evet. Ancak daha sonra yaklaşık 30 uluslararası çelik üreticisi ortak bir hedef üzerinde birlikte çalıştı: arabaları daha hafif ve daha güvenli hale getirmek. Ultra Hafif Çelik Otomobil Gövdesi (ULSAB) projesi, araçlarda martensitik de dahil olmak üzere AHSS kullanımının ilerlemesine gerçekten yardımcı oldu. Martensitik araçların çarpışma performansını nasıl artırabileceğini, ağırlığı nasıl düşürebileceğini ve çok uygun maliyetli bir malzeme olduğunu gösterdik.

Otomotiv üreticilerinin martensitik konusundaki isteksizliği biraz da şekillenebilirlik konusundaki endişelerinden mi kaynaklanıyordu?

Evet. İlk SSAB martensitik ürün sınıfı 1400 megapaskal (MPa) çekme dayanımına ve 1150 MPa akma dayanımına sahipti. SSAB'nin gelişmiş yüksek dayanımlı çeliklere yönelik görevi esasen iki yönlü: birincisi, bu güçlü ve hafif çelikleri nasıl üretebileceğimizi anlamamız, ikincisi de müşterilerimizi -otomotiv OEM'leri ve yan sanayi tedarikçileri- AHSS tasarımlarının nasıl simüle edileceği, şekillendirileceği ve birleştirileceği konusunda eğitmemiz gerekiyor.

Martensitik çeliğin birleştirilmesinde otomotiv üreticilerinin endişeleri nelerdi?

Aslında Docol® martensitik çelik çok yalın bir bileşime sahip, ancak yine de bazı alaşımları ve karbonu var. Bu nedenle kaynaklama parametrelerinizi buna göre ayarlamanız gerekir. Ve martensitik çelik kullanırken, örneğin sünek nokta kaynaklarını nasıl elde edeceğinizi anlamanız gerekir. Docol martensitik çelik, bir dereceye kadar, ultra yüksek dayanım (UHSS) derecelendirmelerine de sahip, sıcak stampalanmış çelik olarak da bilinen preste sertleştirilmiş çeliklere (PHS) karşı da rekabet eder. Ancak PHS çelikleri daha fazla miktarda alaşım ve karbon içerir, bu nedenle PHS'yi kaynaklamak Docol martensitik çeliğe göre daha karmaşıktır.

SSAB soğuk şekillendirilmiş martensitiğe odaklanma konusunda bilinçli bir karar verdi, değil mi?

Evet. Ama SSAB elbette preste sertleştirilmiş çelikler de sunuyor. Bazı araba OEM'leri sıcak stampalama konusunda daha fazla bilgi sahibi, bu nedenle onlarla da çalışmaktan mutluluk duyarız. Ancak preste sertleştirilen çeliklerin pres hattında 900°C'ye ısıtılması veya pres hattından önce bir fırında ısıtılması gerekir. Daha sonra onu sıcak stampalarsınız ve ardından takımdaki parçaya su vermeniz gerekir. Dolayısıyla PHS, benzer bir yüksek dayanımlı performans elde etmek için soğuk şekillendirilen martensitik parçalara kıyasla kesinlikle daha karmaşık, daha yavaş, daha pahalı ve daha çok enerji tüketen bir prosestir.

Öyleyse bazı OEM'ler neden soğuk şekillendirme yerine sıcak stampalamayı tercih ediyor?

PHS 900°C'de olduğunda çok yumuşaktır ve bu nedenle şekillendirilmesi çok kolaydır. PHS, martensitik mikroyapısını preste sertleştirme sırasında kazanır. Öte yandan SSAB, hassas kontrollü tesislerimizde ısıl işlem yapmanın bizim için avantajları olduğuna inanıyor. Daha sonra ısıl işlem görmüş martensitik bobinleri müşteriye göndeririz ve sadece oda sıcaklığında soğuk stampalama yapabilirler. Bu müşteri için daha az proses adımı demektir. Ancak tüm yüksek dayanımlı çeliklerde olduğu gibi, martensitik çeliğin soğuk şekillendirilmesi de geri yaylanmayı anlamanız ve planlamanız gerektiği anlamına gelir - bu konuda müşterilere yardımcı olabiliriz.

Kenneth Olsson
Kenneth Olsson SSAB Otomotiv İş Geliştirme Uzmanı.

Geçmişe bakarsak, SSAB ilk martensitik 1400 MPa sınıfını 1993'te piyasaya sürdü. SSAB martensitik seriyi diğer dayanım sınıflarına da genişletme kararını nasıl aldı?

SSAB, 1400M'yi 1200M ile takip etti. ABD'de General Motors, tampon takviyeleri, yan darbe kirişleri ve bazı koltuk yapısı parçaları gibi haddeli şekillendirilmiş parçalar için martensitik çelik kullanımında diğer OEM'lerden biraz daha erken davrandı. Ancak GM ve daha sonra Ford ve Chrysler, 900 MPa, 1100 MPa, 1300 MPa, 1500 MPa ve sonunda 1700 MPa çekme dayanımları istiyordu. Bu nedenle SSAB işimizi müşterilerimizin malzeme ihtiyaçlarına uyacak şekilde ayarladı. Örneğin en yeni ürün sınıfımız olan 1700 MPa martensitik, Shape Corporation tarafından 2020 Ford Explorer tavan rayını yapmak için kullanılıyor.

SSAB, martensitik dayanımda daha da yükseğe çıkmayı planlıyor mu?

Soğuk şekillendirilebilir bir 1900 MPa martensitik çelik sınıfı geliştirebiliriz, ama bunun için yeterli düzeyde müşteri ilgisi olmalı. Bazı müşteriler daha şimdiden 1900M hakkında bizimle konuşuyor. Ancak müşterilerimizin otomotiv AHSS çeliklerinin evrimini nasıl gördüklerini de anlıyoruz. Mevcut martensitik ürün sınıflarımız birkaç yıl önce geliştirildi - OEM standartları ve bölgesel standartların (Alman Verband der Automobilindustrie VDA ve Amerikan Otomotiv Mühendisleri Birliği SAE gibi) her bir ürün sınıfı için belirlenmesi biraz zaman alabilir. Ama bir ürün sınıfı için nihayet standartlar oluşturulduğunda, müşteriler o sınıfın kullanılabilirliğine daha fazla güven duyar.

Otomobil OEM'lerinin veya yan sanayi tedarikçilerin 1900 MPa martensitik çelik istemesini ne sağlayabilir?

En önemli unsur tabii ki daha düşük ağırlık elde etmek. Ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde 1900M'nin ortaya çıkmasını beklemiyorum, çünkü 1700M hem müşterilerin hem de standartların gruplarında daha yeni yeni yerleşmeye başladı. Şu anda, düz veya eğimli profiller için geleneksel olarak haddeli şekillendirilen 1500M'ye epey odaklanılıyor. 

1500 MPa martensitik çelikten araba parçaları oluşturmanın başka yolları var mı?

Evet. Haddeli şekillendirmeden ziyade soğuk stampalamaya odaklanma eğilimindeki Japonlar, daha yüksek dayanımlı çelikler için yeni soğuk stampalama teknolojisini piyasaya sürüyor. Bu ileri doğru büyük bir adım. Haddeli şekillendirme ile oluşturulan düz veya kıvrımlı profiller yerine, soğuk stampalanmış profiller üç boyutlu bir görünüme sahip olabilir. Tüm Japon otomobil OEM'lerinin şu anda geliştirilmekte olan arabalara 1500 MPa soğuk stampalanmış parçalar eklemeyi hedeflediğini söyleyebilirim.

Haddeli şekillendirilemeyen, ama stampalanabilen martensitik parçalar hangileri?

Örneğin, B sütunu takviyesinin haddelenmesi zor bir şekli vardır. Ayrıca menteşeli direk takviyesinin 3 boyutlu geometrisi, tipik olarak soğuk stampalanabilir, ama haddeli şekillendirilemez.

SSAB'nin, soğuk stampalamaya daha uyumlu hale getirmek için Docol 1500M'ye herhangi bir şey yapması gerekiyor mu?

Evet, büyük olasılıkla biraz değiştirilmiş bir versiyon olacak. Haddeli şekillendirmede, çekme dayanımına kıyasla daha yüksek bir akma dayanımına sahip olmak bir avantajdır. Soğuk stampalamada, şekillendirilmiş parçanın kavisli kısmındaki geri yaylanmayı kontrol etmek için daha düşük bir akma dayanımının olması biraz daha iyidir.

Bu nedenle, SSAB'de müşterinin çeliklerimizi nasıl şekillendirmek istediğini gerçekten tam olarak anlamamız gerekir.

Doğru. Bu nedenle her zaman müşterilerimizi bizi tasarım süreçlerine erken dahil etmeleri için teşvik ediyoruz, böylece sorunlarını daha iyi ele alabiliyor ve ihtiyaçlarını karşılayabiliyoruz. Örneğin bazı otomotiv üreticileri, özellikle elektrogalvanizli martensitik çelik gibi martensitik çeliklerin kullanımında, hidrojen gevrekliği olarak da bilinen gecikmeli kırılma konusundaki endişelerinden dolayı biraz daha temkinli davrandı. SSAB olarak, elektrogalvanizli martensitik çeliğimizle gerçekten eşsiz bir avantaja sahibiz. Daha yalın bir çelik bileşimiyle başlarız ve daha sonra gecikmeli kırılma olasılığını önlemek için galvanizleme sürecini çok hassas bir şekilde kontrol ederiz. Teknolojimiz son derece güvenli ve sağlamdır.

Martensitik çelik, araba tasarımında alüminyuma karşı nasıl bir rekabet gücüne sahip?

Alüminyum lüks arabalar üreten OEM'lerde oldukça popüler olmuştu. Ancak o zaman bile, tipik olarak alüminyum ve martensitik gibi gelişmiş yüksek dayanımlı çeliğin bir kombinasyonunu görüyordunuz. Yani, optimize edilmiş araba gövdesi muhtemelen çarpma enerjisini absorbe etmeyen açık paneller için alüminyumun ve daha sonra çarpma ve enerji soğurucu bileşenler için mümkün olduğunca güçlü AHSS çeliğin bir kombinasyonudur.

Peki ya lüks olmayan arabalar - yani kitlesel hacimli araçlar?

AHSS çeliklerle, alüminyumla yaklaşık olarak aynı ağırlığı, maliyetin yarısından daha düşük bir maliyetle elde edebilirsiniz. Maliyetin önem taşıdığı araba modellerinde OEM'ler her modelde gitgide daha fazla AHSS çelik kullanıyor.

SSAB'nin Docol martensitik çeliğinin diğerlerinden farkı nedir?

Martensitik çelik geliştirme ve üretme konusundaki uzun deneyimimiz, mümkün olan en yüksek soğutma hızı da dahil olmak üzere, proses teknolojimizi mükemmelleştirmemize ve böylece en yalın alaşım bileşimini kullanmamıza olanak tanıdı. Docol martensitik çeliklerin kimyasal bileşimi çoğu rakibimize göre çok daha yalındır ve çeliğin daha kolay kaynaklanmasını ve gecikmeli kırılmaya daha dayanıklı olmasını sağlar. Daha önce de belirttiğim gibi, Docol martensitik çeliğin çinko kaplamalı çelik sınıfları, gecikmeli kırılma sorunlarına çözüm bulduğumuz için oldukça saygı görüyor. Ayrıca SSAB, müşterilerin martensitik çelikleri nasıl kullanacaklarını anlamasına yardımcı olmak için ürün geliştirme ve KSC'de (Bilgi Servis Merkezi) son derece becerikli birçok uzmana da sahiptir. Örneğin, araba parçaları için şekillendirme simülasyonlarının nasıl yapılacağı. Veya martensitik çeliklerin nasıl birleştirileceği.

Otomotiv OEM'leri martensitik çeliklerle çalışmak için üretim süreçlerini ne şekilde dönüştürüyor?

1000 MPa'ya kadar çift fazlı çelik kullanan bazı OEM'lerimiz, daha yüksek dayanımlar için doğrudan sıcak stampalamaya geçiş yapıyor - ama şimdi martensitik çeliklerde soğuk stampalamayı deniyorlar.

Docol martensitik çelik için başka neler geliştiriliyor?

Daha yüksek dayanım seviyelerinden zaten bahsettik - ancak iyileştirmelere ulaşmanın bir diğer yolu da martensitik sınıfları daha kalın hale getirmekti. Mevcut soğuk haddelenmiş ve sürekli tavlanmış martensitik çeliğimiz maksimum 2,1 mm kalınlığındadır. Sıcak rulo haddehanemizde yeni kurulan soğutma hattımızla, doğrudan sıcak haddeleme prosesinde su verilen ve 4 mm'ye kadar kalınlıklara ulaşan sıcak haddelenmiş martensitik çelikler de üretebiliyoruz. 4 mm 1200 MPa Docol martensitik çelikler şu anda satıştadır. Ayrıca daha kalın bir sıcak haddeli 1500M daha geliştiriyoruz.

Ford için Shape portbagaj
Ford için şekillendirilmiş tavan rayı.
Shape MonoLeg tampon kirişi
Shape MonoLeg tampon kirişi.

Otomobil tasarımcıları yeni ve daha kalın Docol martensitik çeliği nasıl kullanabilir?

Akülü elektrikli araçlarda yani BEV'lerde, akü ve koruyucu muhafazası 800 kilograma kadar ağırlığa sahiptir. Bu nedenle elektrikli araçların daha güçlü koruma kirişlerine ihtiyacı vardır. Kullanılan çeliğin dayanımını ya da çelik kalınlığını artırarak ya da bunların her ikisini birden artırarak elektrikli araçları daha güçlü kılabilirsiniz.

Daha kalın martensitik çelikler için başka herhangi bir uygulama var mı?

Yeni ve daha sıkı bazı çarpışma yönetmelikleri de var, bu nedenle tamponlar için yeni ve daha kalın martensitik çelik kullanmak faydalı olabilir. Ama daha kalın martensitik çelik sınıflarına duyulan ihtiyacın asıl nedeni, elektrikli araçların ağırlığıdır - çarpışmayla ilgili tüm araç parçalarının daha güçlü yapılması gerekir. Bu nedenle, bazı parça tasarımları 2,1 mm'ye kadar olan mevcut kalınlıklarımızda daha yüksek (gerçek) martensitik dayanım sınıflarına ihtiyaç duyacaktır. Diğer tasarımlar, şu anda 1200 MPa'lık çekme dayanımında sunulan yeni ve daha kalın (4 mm'ye kadar kalınlıkta) martensitik sınıfların yanı sıra, şu anda geliştirme aşamasında olan daha kalın 1500M'yi kullanarak fayda sağlayacak.

Bir EV akü kasası prototipi.
Bir EV akü kasası prototipi.

İlgili içerik

180