Aços Dual Phase da Usiminas : Características e Potencial de Aplicação em Veículos Automotores

1. Aços Dual Phase da Usiminas: Características e Potencial de Aplicação em Veículos Automotores Características e Potencial de Aplicação em Veículos Automotores

2. Quem inventou o carro? Provavelmente ninguém saberá!!!!!! Os automóveis não surgiram de uma hora para outra... Muito menos num país determinado!

3. Francês Nicolas Joseph Cugnot, em 1796: Primeiro veículo autopropelido Também o primeiro veículo a vapor (4km/h)

4. Depois de Cugnot • Primeiro carro a combustão interna foi desenvolvido pelo suíço Francois Isaac de Rivaz (1808), à hidrogênio. • O carro elétrico foi concebido pelo escocês Robert Alberdeen, em 1837 (bateria rústica de Fe-Zn). Porém foi em 1881, numa feira de ciências, o francês Gustave Trouve apresentou o primeiro carro elétrico comercial (bateria de Pb-ácido). • Mais tarde, Karl Benz aprimorou o motor a combustão (a gasolina), no final do século XIX (1885). Em 1888 Benz (“pai dos automóveis”) começou a produzir comercialmente seu carro com motor de quatro tempos a gasolina.

5. Na América surge o primeiro a gasolina lançado por Henry Ford, em 1892. • Nesta época iniciava-se, principalmente nos EUA, a exploração econômica • do petróleo. • No início do século 20, registrava-se 4000 automóveis nos Estados Unidos, sendo • somente 25% a gasolina. • Com a prosperidade da indústria do petróleo e a conseqüente grande disponibilidade • de seus derivados na Europa e EUA, o carro a gasolina suplanta seus “concorrentes” • e torna-se o “modelo de automóvel”.

6. No Brasil Alberto Santos Dumontpode ser considerado o precursor de nossa indústria automobilística pois importou o primeiro carro com motor a explosão (Peugeot), em novembro de 1891 Em 1897 Santos Dumont montou o primeiro carro brasileiro (gasolina/triciclo) Antes, Francisco Antonio Pereira Rocha, um baiano de Salvador (1871), tinha importado um carro a vapor

7. Evolução dos materiais dos carros • Quando surgiram, os carros eram basicamente de madeira: plataforma e carroceria. • Já no começo do anos 1900, as carrocerias eram parcialmente em aço, porém com o chassis ainda em madeira. • A partir de 1910, com o aumento da potência dos motores (velocidades maiores), foi iniciado o emprego de aço na parte estrutural. Registra-se o primeiro carro todo em aço em 1915, fabricado pelo inglês Edward Budd. • Aços laminados a quente foram intensivamente aplicados nos carros, na década de 20. Isto ocorreu em razão do aprimoramentos dos laminadores e surgimento do material bobinado. • Na década de 30 surge o processo de recozimento em caixa: aços mais finos são aplicados na carrocerias: desenhos mais “curvados”. Final do século XIX

8. Lancia Lambda, modelo 1922 Ford Circa, modelo 1930 Citroën Traction Avant, modelo 1935 Lagonda, modelo 1938

9. Com a segunda grande guerra, principalmente em razão da escassez de aço no mundo, surgiram os primeiros carros com painéis de cobertura em ligas de alumínio. Um exemplo marcante foi um modelo da Land Rover (Reino Unido) com carroceria rebitada, toda em liga Birmabright (Al-Mg) Land Rover em alumínio, lançado em 1948

10. Após o grande conflito, com a recuperação econômica dos nações mais desenvolvidas, os automóveis passaram a ser produzidos em grande escala e por consequência ao alcance popular. Nesta época intensificou-se a utilização de chapas finas a frio (recozimento em caixa) nos automóveis. • Nos anos sessenta tinha-se os automóveis com projeto do tipo body-on-frame, com uma utilização maciça de aços carbono comuns (aços doce e aços C-Mn).

11. Com a ocorrência das duas grandes crises do petróleo nos anos 70, mais especificamente em 1973 e 1979, a ordem geral, na década seguinte (anos 80) foi a redução do peso dos veículos, passando-se a produzir carros com estrutura unibody. Nesta época iniciou-se também uma maior aplicação de plásticos e fibras na carroceria e estrutura dos carros (cerca de 4% do peso).

12. Ao final da década de 70, um grande marco foi o surgimento da tecnologia de recozimento contínuo na NKK (atual JFE)(t1), Japão, que possibilitou o desenvolvimento de aços laminados a frio de alta resistência mecânica, para substituir os tradicionais aços carbono-manganês, visando o alvo da economia de combustível, através de redução de peso. • Outro fato marcante relevante a partir da década de 80 foi a expansão e migração dos grandes fabricantes de carros pelo mundo. • Outro fato marcante foi a questão ambiental ter ficado mais evidente, sendo reforçada a necessidade de automóveis mais leves. • Ao longo dos anos 80 surgiram vários novos tipos de aços, como os aços de alta resistência e microligados e os aços refosforados, tanto laminados a quente (aplicados em chassis e rodas) quanto laminados a frio (para carroceria e peças de reforço/segurança). Apareceram também os aços laminados a frio ultra-baixo carbono (IF), de destacada conformabilidade e os aços “envelhecíveis” BH acalmados ao alumínio para painéis de fechamento.

13. Ao início década de 90, o grande marco foi a formação de um consórcio de grandes siderúrgicas mundiais, com participação inclusive da Usiminas, visando o estabelecimento do projeto ULSAB (Ultra-light steel auto-body). • Nas suas várias fases, de 1994 a 2004, o projeto ULSAB indicou a aplicação de novos aços de média a alta resistência em painéis dos carros, como os aços IF (com efeito BH ou de alta resistência) e isotrópicos, além dos aços de avançada alta resistência mecânica - aços AHSS (aços DP, complex phase, martensíticos ou ao boro) - indicados principalmente para partes estruturais dos automóveis. • No ULSAB, os aços DP tiveram especial foco, com indicação para compor 75% da parte estrutural dos carros e de 59% nos painéis. • Com isto, percebe-se que realmente os aços DP serão brevemente muito importantes na indústria automobilística pois têm sido indicados em novos projetos de carros de várias montadoras mundiais.

14. Durante quase um século, este tipo de aço foi aplicado nos carros. FOCO

16. Os aços AHSS, principalmente os DP, deverão ter sua participação bastante aumentada nos novos projetos de veículos Fiat Toyota

17. Na indústria nacional a utilização dos aços DP é ainda incipiente, participando basicamente como peças estruturais, como veremos a posteriori. A Usiminas é a única siderúrgica brasileira a produzir os aços DP nas duas versões: laminados a quente e laminados a frio (“nus” ou galvanizados). • Este trabalho dará foco nos aços DP (ferríticos-martensíticos) laminados a frio.

18. Aspectos metalúrgicos e mecânicos dos Aços Dual Phase laminados a frio Surgiram industrialmente no Japão, nos anos 80, na atual JFE. DP 600 DP800 DP1.000 Amplo espectro de resistência mecânica, 350MPa < LR < 1400MPa. Isto é conseguido pelo controle da fração volumétrica e dureza da martensita, além do tamanho de grão e dureza da ferrita.

19. Principais elementos de liga presentes nos aços DP

20. Produção de aços DP

21. Os aços DP são produzidos, até o recozimento do laminado a frio, como aços carbono comuns. O ciclo térmico número 3 do recozimento contínuo aplica-se aos aços DP não revestidos

22. Temperatura Encharque (+60s) +5C/s Galvannealing (+ 550C/20s) Pote de Zn + 460C/15s +30C/s GA +5C/s GI Tempo Ciclo de recozimento contínuo para aços DP galvanizados a quente (GA e GI)

23. Características “atrativas” dos aços DP para carros frente aos aços HSLA e HSS: • Boa capacidade de estiramento e grande capacidade de absorção de impacto. • Não exibem limite de escoamento descontínuo, apresentando bom aspecto superficial após operações de estampagem/estiramento. • Possuem alto coeficiente de encruamento (valor n), que indica boa corfomabilidade e ganho efetivo de resistência para as peças após conformação (“efeito WH”). • Têm baixo coeficiente de anisotropia planar, o que significa que não podem ser aplicados em peças com requisito de estampabilidade profunda. • São envelhecíveis por deformação mecânica a altas temperaturas, ou seja, apresentam “efeito BH”. • Boa resistência a fadiga. • Larga faixa de resistência mecânica e possibilidade de redução de espessura • de 15% a 20% (flexão e compressão).

25. Algumas possibilidades de utilização de aços DP

27. Pelo que foi exposto até aqui, surge uma pergunta: diante de tantas vantagens, por que os aços DP, principalmente os laminados a frio, não estão ainda sendo maciçamente aplicados na industria automotiva? • Retorno Elástico: os aços DP com maior resistência têm grande propensão à apresentar variação • dimensional, empeno ou distorção angular por retorno elástico após prensagem

28. Capacidade de carregamento das prensas: O valor da força aplicada para a conformação das peças • nas prensas depende da resistência mecânica do aço. Portanto, os aços DP, principalmente os de maior resistência, • exigem prensas mais robustas, de maior capacidade de aplicação de carga • Desgaste de matrizes : Como há maiores forças aplicadas nas prensas por ocasião do processamento • dos aços DP, principalmente os de mais alta resistência mecânica, tem-se, como conseqüência, maior desgaste • as matrizes e do ferramental que fica em contato atritante com as peças. Assim, há a necessidade de se prover • as matrizes “convencionais” com materiais mais resistentes e duros de modo a prolongar sua vida útil.

29. Flangeabilidade : As chamadas operações de flangeamento são normalmente empregadas para aumentar • a resistência mecânica e rigidez dos painéis internos dos carros ou, então, para promover a abertura de vazios • (como na região das janelas ou de furos nos painéis). No flangeamento, seja sob contração, estiramento ou • expansão, a borda de corte é bastante solicitada mecanicamente. Assim, para algumas peças estruturais e • partes da suspensão dos automóveis, os aços DP devem apresentar boa flangeabilidade e adequada capacidade • de expansão de furo. Isto deve ser garantido pela adequação da microestrutura e controle de forma das inclusões • nos aços DP.

30. Soldabilidade : A soldabilidade dos aços DP deve ser minuciosamente avaliada em razão da composição • química carregada destes aços (“maior carbono equivalente”) em relação aos aços carbono comuns, HSLA • ou HSS. A soldabilidade deve ser investigada principalmente nos processos de união usados na indústria • automotiva que envolvem altas taxas de resfriamento da região de união. • Soldagem a laser. • Soldagem HF • Soldagem a pontos

31. Aços DP laminados a frio da Usiminas • Aços não revestidos: Série Usi DP • Aços não revestidos: Série Usigal DP (GA ou GI) (*): condições de cura: 170°C/20min

32. Faixas dimensionais dos aços DP da Usiminas

33. No ano de 2007, para o setor de auto e implementos rodoviários foram fornecidos aços Usi DP e Usigal DP.... • Com 66% da classe 600MPa e 34% da classe 800MPa. 70% de Nu e 30% HDG 85% de Nu e 15% HDG

34. Produção de aços DP (d e 0,6 a 2,5mm e de 1000 a 1650mm) 120 UsiDP Usigal DP 100 t) 3 80 60 Quantidade (10 40 20 0 2004 2007 2010 2013 2016 2019 Ano Previsão de fornecimento para os vindouros

35. Comentários Finais • Os aços Dual Phase laminados a frio têm demonstrado grande potencial de aplicação em veículos automotores. Isto ocorre em razão destes materiais apresentarem amplo espectro de resistência mecânica, exibirem efeitos BH e WH, terem elevada ductilidade e capacidade de absorção de impacto e não apresentarem escoamento descontínuo. Com isto, os mesmos conseguem atender aos vários requisitos impostos aos materiais destinados aos modernos veículos, que são: • - proporcionar redução de peso, • - ter boa conformabilidade, • - aumentar o nível de segurança em colisões, • - apresentar baixo preço, • - ser reciclável, e • possuir boas características de trabalhabilidade (corte/flangeabilidade, soldabilidade e conformabilidade). • A Usiminas produz industrialmente os aços DP processados a frio desde 2002 e há previsões que o emprego destes materiais seja bastante incrementado em médio prazo, principalmente nas versões galvanizados a quente. Isto ocorrerá quando a indústria automotiva nacional tiver suas linhas de produção adaptadas aos aços Dual Phase, estando plenamente capacitada a processa-los mecanicamente e a uni-los sob condições adequadas.

36. Obrigado