La evolución y futuro del acero automotriz: Del arte antiguo a la ingeniería moderna

Introducción: La importancia del acero automotriz

Utilizar acero para fabricar coches es un sentido común básico para las personas modernas. Sin embargo, muchas personas su comprensión del acero automotriz se detiene aún en el acero de bajo carbono. Aunque ambos son aceros, el acero automotriz actual es mucho mucho mejor que el de hace décadas. En los últimos años, la investigación sobre el acero automotriz ha logrado grandes avances. Actualmente, las láminas de acero son más delgadas cada vez más delgadas , y la resistencia y la capacidad anticorrosiva del acero han mejorado mejorado mucho. Ante contador el impacto de los nuevos materiales, muchas empresas siderúrgicas están trabajando activamente en el vehículo empresas para desarrollar acero ligero y de alta resistencia eso ¿Puede competir con aleación de aluminio, plástico y compuestos reforzados con fibra de carbono.

Planta de fundición de hierro y acero

1. El Término No Definido: "Acero de Alta Resistencia"

En el mercado automotriz moderno, muchas marcas afirman usar "acero de alta resistencia", pero este término carece de un estándar industrial unificado. A medida que avanza la tecnología del acero, también lo hacen los umbrales de resistencia asociados a esta etiqueta. La situación es similar a los modelos de automóviles comercializados como versiones "Nuevo", "Totalmente Nuevo" o "De Nueva Generación". Los departamentos de marketing suelen clasificar al acero por encima de los 300 MPa como "de alta resistencia", aunque diferentes tipos de acero bajo este paraguas pueden variar en resistencia hasta un 100%.

Para aclarar el tema del acero automotriz, primero debemos entender su desarrollo histórico.

Desarrollo del acero en China

Del bronce al hierro: La innovación china

El acero tiene una larga historia que se remonta a los períodos de Primavera y Otoño y de los Reinos Combatientes en China (aproximadamente 770-210 a.C.). En aquella época, el bronce era el metal dominante, pero era demasiado frágil para fabricar herramientas o armas duraderas. Los ingenieros chinos antiguos comenzaron a utilizar el proceso de horno de afino para producir hierro blando con forma de bloques. Aunque las herramientas de hierro ofrecían entonces ventajas limitadas en comparación con el bronce, sentaron las bases para avances posteriores en metalurgia.

Avances durante la dinastía Han

Durante la dinastía Han (202 a.C.-220 d.C.), los hornos mejorados con fuelles elevaron las temperaturas de fundición, y se desarrolló la cementación para controlar la dureza. El "proceso de colada con agitación" permitió a los metalúrgicos agitar el hierro fundido en convertidores y añadir elementos de aleación. Combinado con técnicas de plegado y forja para eliminar impurezas, estos métodos crearon hierro de alta calidad que se utilizaba principalmente en armas. En tumbas excavadas de la dinastía Han suelen encontrarse tales armas, lo que indica un uso generalizado.

Dominio durante la dinastía Tang

Durante la dinastía Tang (618–907 d.C.), los herreros podían controlar el contenido de carbono en los productos de hierro, produciendo aceros con 0. 5–0. 6% de carbono: la definición moderna de acero. Se desarrollaron técnicas como el solapado de hojas para optimizar tanto la dureza como la tenacidad.

hierro con empuñadura de jade

Las armas de hierro en la imagen son espadas de hierro con empuñadura de jade de la antigua China. Esto muestra que la tecnología de fundición era avanzada en aquella época. Las armas de hierro se usaban ampliamente. También existían diferentes tipos, como cuchillos, ji, lanzas y flechas de hierro. El hierro reemplazó completamente al bronce, y la humanidad entró en la Edad del Hierro.

cuchillos de acero utilizados en la dinastía Tang y

Durante la dinastía Tang en China, las técnicas de fundición y forja no cambiaron evidente mente. Sin embargo, a través de la experiencia acumulada, los herreros lograron controlar el contenido de carbono en los productos de hierro. El contenido de carbono de los cuchillos representativos de la dinastía Tang fue aproximadamente entre 0. 5% y 0. 6%, lo cual se encuentra dentro del rango del acero.

En la siderurgia actual, el control del contenido de carbono sigue siendo fundamental. Ajustarlo según su uso previsto puede regular la tenacidad y dureza del acero. Para fabricar hojas con ambas propiedades, las personas antiguas inventaron técnicas como el revestimiento y el acero tipo sándwich. Sin embargo, estas están fuera del alcance de este artículo.

(La primera Revolución Industrial )

La primera Revolución Industrial

La primera Revolución Industrial poner el cambio en la producción del hierro hacia la industrialización. El primer gran impulso en la demanda humana de acero surgió durante la Revolución Industrial. La invención de la máquina de vapor liberó a la humanidad por primera vez del trabajo manual pesado y de la producción basada en animales, y las máquinas de combustible elevó la productividad humana a un nivel mucho más alto.

Los molinos textiles británicos dependían de motores de vapor y telares fabricados con acero

(locomotora de vapor )

Las locomotoras de vapor también eran grandes consumidoras de acero, junto con los rieles ferroviarios asociados. En british molinos textiles, grupos de mujeres operando fue en cambio por máquinas de acero ruidosas. A través del continente europeo, se colocaron vías de hierro. Las locomotoras de vapor comenzaron a reemplazar el carros tirados por caballos como medio de transporte principal herramientas. Desde entonces, los seres humanos no han podido vivir sin acero, y la demanda ha ido en aumento día a día.

(La primera línea de ensamblaje de Ford Motor durante la Segunda Revolución Industrial)

 La Segunda Revolución Industrial vinculó los automóviles con el acero  material .

(Xiaomi también 'sUV recién lanzado: YU7)

Ahora, algunos automóviles de alto rendimiento aún están fabricados por el acero. Durante la Segunda Revolución Industrial, cuando surgieron los automóviles, la industria siderúrgica avanzó a un nuevo nivel. Desde entonces, estos dos sectores han estado estrechamente vinculados. Aunque los automóviles modernos ya no se parecen al "Mercedes-Benz N.º 1", el acero sigue siendo ampliamente utilizado en su fabricación, incluyendo en algunos superdeportivos.

Grados de resistencia del acero automotriz  

Cómo se utiliza realmente el acero de alta resistencia en los cuerpos de los automóviles modernos

En los vehículos modernos, el carrocería se construye mediante la soldadura de chapas de acero de diferentes resistencias . Los ingenieros seleccionan la calidad de acero adecuada en función de los niveles de tensión que cada parte de la estructura deba soportar. En las zonas de alta tensión — donde no es factible utilizar acero más grueso — se aplica acero de ultraalta resistencia . Como reza el dicho: "Utilice el mejor acero allí donde más se necesite."

Gráficos de resistencia del acero de la carrocería: lo mostrado y lo omitido

Mientras muchas marcas automotrices afirman usar acero de alta resistencia acero de alta resistencia diagramas de estructura del vehículo , pero la mayoría de estos gráficos solo destacan las áreas generales donde se aplica acero más fuerte, sin especificar valores exactos de resistencia a la tracción . Las marcas reconocidas con sólidas capacidades de investigación y desarrollo suelen ser incluso más reservadas al compartir este tipo de datos técnicos.

Comprensión de la Terminología

En Japón y Corea del Sur, el acero de alta resistencia comúnmente se conoce como "acero de alta tensión. " La resistencia del acero generalmente se mide en MPa (megapascales) . Para que tengas una idea de la escala: 1 MPa equivale a la fuerza de 10 kilogramos (aproximadamente el peso de dos sandías) aplicada sobre un área superficial de tan solo 1 centímetro cuadrado, sin causar deformación del material.

Aplicación Estratégica, No Cobertura Total

Al analizar los diagramas de la estructura del vehículo, es claro que ultraalta resistencia (p. ej., 1000 MPa o más) se utiliza solamente en componentes específicos, como vigas anti-colisión y zonas críticas de refuerzo . La mayor parte del cuerpo sigue fabricándose con acero de baja o mediana resistencia , que es más fácil de moldear y más rentable. Este uso selectivo se basa tanto en necesidades funcionales como en limitaciones de fabricación .

No te dejes engañar por eslóganes publicitarios

Cuando encuentres frases como "El chasis de nuestro vehículo utiliza acero de alta resistencia de la clase 1000 MPa" es importante interpretarlos correctamente. Esto no significa que todo el cuerpo esté fabricado con tales materiales avanzados. En la mayoría de los casos, solo ciertas partes localizadas, como los refuerzos de las puertas pueden alcanzar ese nivel de resistencia. El resto de la estructura del carrocería suele utilizar una combinación de materiales diseñada para equilibrar seguridad, costo y facilidad de fabricación.

 3, nuevos materiales de acero adecuados para el estampado

El estampado es el método principal para la fabricación de la carrocería.
Piezas de la carrocería que aún permanecen en el molde después del proceso de estampado

El aumento de la resistencia del material genera el problema de dificultad en el procesamiento. La mayoría de los automóviles se fabrican mediante estampación, es decir, utilizando matrices para extruir los materiales y darles forma, algo similar a moldear plastilina. Ahora bien, con la mayor resistencia de las chapas de acero para automoción, los requisitos del proceso de estampado son más exigentes. Además, hay muchas piezas de embutido profundo, lo que hace que el material sea propenso a grietas y arrugas. Por ejemplo, las zonas de las esquinas son las más propensas a convertirse en "puntos ciegos" durante la estampación, donde típicamente ocurren desgarros y arrugas. Esto también indica que al estampar chapas de acero surgen siempre problemas como el estiramiento y la fricción contra la matriz. Estos fenómenos causarán defectos en las piezas estampadas debido a tensiones internas o daños superficiales.

(acero estructural para carrocería de automóvil)

Distribución de Reducción de Espesor en Chapas  

Para evitar las situaciones anteriores, los fabricantes necesitan estudiar la deformación de las láminas de acero durante el estampado para prevenir roturas. Sin embargo, siempre existe una contradicción: cuanto mayor es la resistencia de la lámina .El panel lateral es la pieza de estampado más grande de todo el vehículo y también es el componente más difícil de formar. Por lo tanto, los fabricantes estudiarán las tensiones internas de la lámina de acero durante el estampado para eliminar en lo posible las tensiones internas acumuladas. Mientras tanto, analizar el espesor de piezas grandes de estampado puede revelar qué partes de la lámina están severamente estiradas y qué profundidad de estampado puede garantizar que la lámina no se rompa.

El acero de nuevo tipo puede resolver el problema de conformado por estampación y procesamiento difícil causado por la alta resistencia del material. Para resolver fundamentalmente el problema de estampación del acero de alta resistencia, se está aplicando un acero de nuevo tipo en la producción de carrocerías automotrices. La matriz de este acero es ferrita, con buena blandura y tenacidad, en la cual se incrusta martensita con buena dureza. Es más fácil de formar durante la estampación, y el material formado tiene una resistencia considerable.

(Piezas de chapa para el pilar A del automóvil )

Algunos componentes estructurales de alta resistencia tratados térmicamente

Para posiciones como el pilar B que requieren especialmente refuerzo, algunos fabricantes utilizan un proceso de tratamiento térmico. El pilar B formado pasa por un proceso de calentamiento y temple para hacer que la estructura cristalina interna del acero sea más perfecta. Esto es similar al proceso de moldear con arcilla y luego calentarla para solidificarla en la fabricación de porcelana. Generalmente, estas piezas tratadas térmicamente suelen aparecer de color negro.

3.Resistencia a la corrosión de los aceros automotrices

(Bobinas de acero para la fabricación automotriz )

Los automóviles se fabrican utilizando aceros de bajo contenido de aleación.

En la actualidad, el acero automotriz pertenece a la categoría de aceros de baja aleación, que es una rama del acero. La mayor parte de este acero está compuesta por elementos de hierro, con tan solo una pequeña cantidad de elementos de aleación, como carbono, silicio, fósforo, cobre, manganeso, cromo, níquel, etc. El contenido de estos elementos de aleación no supera el 2,5%.

Los aceros de baja aleación presentan una excelente capacidad de procesamiento y resistencia, además de poseer buena resistencia a la corrosión. El acero al carbono ordinario forma una capa de óxido rojiza y marrón en ambientes naturales, muy suelta, comúnmente conocida como óxido. En contraste, los aceros de baja aleación generan una capa de óxido marrón, densa y adherida firmemente a la superficie del acero, actuando como una barrera que evita la erosión interna del acero por el entorno externo. Este mecanismo anticorrosivo es algo similar al de las aleaciones de aluminio y zinc, excepto que los aceros de baja aleación necesitan varios años para desarrollar una capa protectora estable, con un cambio de color de la capa oxidada desde el amarillo claro hasta el marrón, mientras que las aleaciones de aluminio forman casi instantáneamente su capa protectora.

El acero resistente a la intemperie suele utilizarse expuesto en fachadas de edificios

El acero resistente a la intemperie desarrolla un efecto artístico especial tras formar una capa de óxido, convirtiéndose así en un material de construcción muy apreciado por diseñadores avanzados.

Debido a esta característica, al acero de baja aleación también se le conoce como acero resistente a la intemperie (acero resistente a la corrosión atmosférica). El acero resistente a la intemperie suele emplearse en la fabricación de vehículos, barcos, puentes, contenedores, etc., con sus superficies normalmente pintadas. Sin embargo, en decoración arquitectónica existe preferencia por utilizar acero resistente a la intemperie expuesto, ya que no sufre perforación por óxido cuando se deja al descubierto. Además, la capa de óxido de color marrón que forma crea un efecto artístico único, haciendo que las placas de acero resistente a la intemperie soldadas sean una opción común para fachadas de edificios especiales.

Debido a la mejora en las propiedades del acero, los fabricantes automotrices están volviéndose cada vez más superficiales en los tratamientos anticorrosión.

En cuanto a los automóviles, muchos fabricantes ahora utilizan menos recubrimiento de caucho en el chasis, comúnmente conocido como "armadura de chasis" en términos populares. El chasis de muchos autos nuevos expone directamente las láminas de acero, que solo tienen la imprimación original de fábrica y pintura del color exterior. Esto indica que estos vehículos solo pasan por procesos de imprimación electrophorética y pintura de color durante su producción. Solo el área salpicada detrás de las ruedas delanteras tiene una fina capa de recubrimiento de caucho blando, que evita que las piedras levantadas por las ruedas impacten el acero del chasis. Estos cambios parecen reflejar la confianza de los fabricantes en la resistencia a la corrosión de sus productos.

(Armadura de Chasis )

Placa de protección del chasis Xiaomi SU7

Empresas sofisticadas instalan placas plásticas de protección para el chasis.

Bajo las placas de protección, aún hay láminas de acero que solo han recibido un tratamiento sencillo. Algunos fabricantes minuciosos instalan placas de plástico protectoras en el chasis. Estas placas no solo pueden aislar el acero del chasis del impacto de gravilla, sino también organizar el flujo de aire bajo el chasis. Bajo estas placas protectoras de plástico, el acero del chasis solo tiene una capa de imprimación.

El acero automotriz no se utiliza al azar. Las decisiones empresariales orientadas a reducir costos suelen terminar sacrificando beneficios importantes por pequeños ahorros, y los técnicos no pueden ignorar las órdenes de sus superiores.

Hay excepciones a todo, y muchas veces esas excepciones ocurren en China. Hace algunos años, una marca nacional recién creada utilizó acero de bajo carbono para la fabricación de vehículos, lo que provocó la corrosión completa del chasis en dos años, y casos similares han resurgido recientemente. A veces, las decisiones tomadas impulsivamente por líderes resultan verdaderamente alarmantes. Cuando los hombres de negocios interfieren en discusiones técnicas, los resultados siempre son impredecibles.

El futuro de los aceros automotrices

Actualmente, el espesor de las láminas de acero para la industria automotriz se ha reducido a 0.6 mm, lo cual creo que ya ha alcanzado el límite en cuanto al espesor del acero. Si la lámina es más delgada, incluso con alta resistencia, perderá la estabilidad estructural inherente al material. Las láminas de acero automotriz están enfrentando actualmente desafíos crecientes por parte de nuevos materiales. El peso atómico del hierro determina que su densidad no pueda cambiarse, y el camino de reducción de peso mediante el adelgazamiento parece haber llegado a un punto muerto. Las aleaciones de aluminio están siendo progresivamente adoptadas de forma amplia en vehículos de alta gama. Los SUV totalmente de aluminio, así como el uso de aluminio en estructuras frontales del Serie 5 y del A6, indican claramente esta tendencia.