Aceros utilizados en la industria de la automoción
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El acero representa aproximadamente el 55 % de la masa de un automóvil y se utiliza principalmente en los elementos estructurales de la carrocería y el chasis. En las últimas décadas, los métodos de producción del acero han mejorado considerablemente, dando como resultado aceros que son simultáneamente resistentes y dúctiles, o bien conformables durante el procesado y resistentes tras el curado de la pintura. Este artículo analiza los aceros utilizados en el sector automoción.
Aceros para automoción: visión general
Clasificación de los aceros estructurales utilizados en la industria de la automoción:
- Aceros dulces para estampación profunda (plásticos):
- Aceros calmados al aluminio (ing. Al-killed steel)
- Aceros libres de intersticiales o aceros IF ( ing. interstitial free)
- Aceros para estampación profunda de alta resistencia o aceros HSS (ing. High Strength Steel):
- Aceros IF-HS de alta resistencia
- Aceros endurecibles por horneado o aceros BH (ing. baked-hardening)
- Aceros AHSS (ing. Advanced High Strength Steel) de muy alta resistencia:
- Aceros bifásicos o aceros DP (ing. dual phase)
- Aceros de fase compleja o aceros CP (ing. complex phase)
- Aceros AHSS al manganeso:
- Aceros con plasticidad inducida por transformación de fase o aceros TRIP (ing. transformation-induced plasticity)
- Aceros endurecidos por el efecto de maclado o aceros TWIP (ing. twinning-induced plasticity)
Acero calmado al aluminio (Al)
Descripción: El carbono en estos aceros se encuentra disuelto o en forma de carburos de hierro, lo que otorga al acero una gran plasticidad y blandura. Son susceptibles al envejecimiento.
Normas: A menudo, estos aceros cumplen con los requisitos de las normas DC01 y DC03.
- Acero DC01:
- Contenido de carbono inferior al 0,12 %, puede contener Ti o B
- Límite elástico Re: <280 MPa
- Resistencia a la tracción Rm: 270-410 MPa
- Alargamiento A: 28 %
- Acero DC03:
- Contenido de carbono inferior al 0,1 %, puede contener Ti o B
- Límite elástico Re: <240 MPa
- Resistencia a la tracción Rm: 270-370 MPa
- Alargamiento A: 34 %
Casos especiales: Acero totalmente calmado para estampación profunda DQSK (ing. Drawing Quality Special Killed) con requisitos más exigentes.
Acero libre de intersticiales (IF)
También conocido como: acero IF (ing. interstitial free), acero para estampación profunda, acero SEDDQ (super extra deep drawing quality), acero de muy bajo contenido en C o acero ULC (ing. ultra low carbon).
Descripción: El carbono y el nitrógeno se encuentran combinados en fases estables y no precipitados en la ferrita, por lo que este acero es extremadamente plástico y muy blando. La eliminación eficaz de C y N de la ferrita requiere aditivos de aleación como Al, Ti y Nb. Es resistente al envejecimiento.
Propiedades típicas:
- Coeficiente rs: 1,9-2,4
- Resistencia a la tracción Rm: 330-390 MPa
Normas: Únicamente los aceros libres de intersticiales (IF) cumplen con los requisitos de las normas DC06 y DC07.
- Acero DC06:
- Contenido de carbono inferior al 0,02 %, contenido de titanio inferior al
- 0,3 %; el titanio se puede sustituir por Nb
- Límite elástico Re: <170 MPa
- Resistencia a la tracción Rm: 270-330 MPa
- Alargamiento A: 41 %
- Acero DC07:
- Contenido de carbono inferior al 0,01 %, contenido de titanio inferior al
- 0,2 %; el titanio se puede sustituir por Nb
- Límite elástico Re: <150 MPa
- Resistencia a la tracción Rm: 250–310 MPa
- Alargamiento A: 44 %
Acero IF de alta resistencia
También conocido como: acero IF-HS (ing. interstitial free high strength).
Descripción: Contiene aditivos de aleación como titanio, niobio y vanadio; es un acero resistente pero que, al mismo tiempo, mantiene una excelente aptitud para la estampación profunda. Es resistente al envejecimiento.
Normas: Productos planos seleccionados según la norma PN=EN 10268:2008:
- HC180Y:
- Composición: C<0,01; Si<0,3; Mn<0,7; P<0,06; Ti<0,12
- Resistencia a la tracción Rm> 340 MPa
- Alargamiento A> 36%
- Coeficiente de anisotropía r: >1,7
- Exponente de acritud n: >0,19
- HC220Y:
- Composición: C<0,1; Si<0,3; Mn<0,9; P<0,08; Ti<0,12
- Resistencia a la tracción Rm> 350 MPa
- Alargamiento A> 34%
- Coeficiente de anisotropía r: >1,6
- Exponente de acritud n: >0,18
- HC260Y:
- Composición: C<0,01; Si<0,3; Mn<1,6; P<0,08; Ti<0,12
- Resistencia a la tracción Rm> 350 MPa
- Alargamiento A> 34%
- Coeficiente de anisotropía r: >1,6
- Exponente de acritud n: >0,17
Acero endurecible por horneado (BH)
También conocido como: acero BH (ing. bake-hardenable).
Aplicación en automoción: carrocería.
Descripción: Estos aceros son muy blandos y plásticos en el estado de suministro, lo que permite su deformación en frío. A continuación, se aplica la pintura sobre la pieza y el componente completo se introduce en un horno para su curado. Durante el horneado de la pintura se produce también un aumento considerable del límite elástico del acero (de al menos 30 MPa) y un ligero incremento de la resistencia a la tracción. El curado de la pintura se realiza a una temperatura de 150-250 °C durante 15-20 min. Las chapas de acero endurecibles por horneado se pueden obtener mediante recocido de recristalización de la banda de acero de bajo carbono en horno de campana o en continuo, o bien mediante recocido de recristalización en continuo de la banda de acero libre de intersticiales.
Normas: Productos planos seleccionados según la norma PN=EN 10268:2008:
- HC180B:
- Composición: C<0,05; Si<0,7; Mn<0,7; P<0,06;
- Resistencia a la tracción Rm> 300 MPa
- Alargamiento A> 34%
- Coeficiente de anisotropía r: >1,6
- Exponente de acritud n: >0,17
- HC220B:
- Composición: C<0,06; Si<0,5; Mn<0,7; P<0,08
- Resistencia a la tracción Rm> 320 MPa
- Alargamiento A> 33%
- Coeficiente de anisotropía r: >1,5
- Exponente de acritud n: >0,16
- HC260B:
- Composición: C<0,08; Si<0,5; Mn<0,7; P<0,1
- Resistencia a la tracción Rm> 360 MPa
- Alargamiento A> 29%
- HC300B:
- Composición: C<0,1; Si<0,5; Mn<0,7; P<0,12
- Resistencia a la tracción Rm> 400 MPa
- Alargamiento A> 26
Acero bifásico DP
También conocido como: Acero DP (ing. dual phase), acero dual.
Aplicación en automoción: Bastidores, largueros, pilares, asientos, vigas de refuerzo lateral y elementos críticos de seguridad.
Descripción: Aceros multifásicos cuya microestructura está compuesta principalmente por una matriz ferrítica y martensita. Se endurecen durante la etapa de preparación del material. Estos aceros se procesan a una temperatura cercana a la crítica, donde ambas fases coexisten. Su bajo contenido en carbono les otorga una buena soldabilidad. En el sector de la automoción, permiten reducir el peso hasta un 50% manteniendo la misma resistencia en los componentes. Además, destacan por su conformabilidad, resistencia a la corrosión y capacidad para absorber grandes cantidades de energía.
Narmas: Ejemplos de productos planos según la norma PN=EN 10336:2007 (donde C indica laminación en frío y D laminación en caliente):
- HCT450X
- Composición: C<0,14; Si<0,8; Mn<2,0; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
- Límite elástico Rp0,2 260-340 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 450 MPa
- Alargamiento A> 27%
- Exponente de endurecimiento por deformación n: >0,16
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >30 MPa
- HCT500X
- Composición: C<0,14; Si<0,8; Mn<2,0; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
- Límite elástico Rp0,2 300-380 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 500 MPa
- Alargamiento A> 23%
- Exponente de endurecimiento por deformación n: >0,15
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >30 MPa
- HCT600X
- Composición: C<0,17; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
- Límite elástico Rp0,2 340-420 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 600 MPa
- Alargamiento A> 20%
- Exponente de endurecimiento por deformación n: >0,14
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >30 MPa
- HDT580X
- Composición: C<0,17; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
- Límite elástico Rp0,2 330-460 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 580 MPa
- Alargamiento A> 19%
- Exponente de endurecimiento por deformación n: >0,13
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >30 MPa
- HDT780X
- Composición: C<0,18; Si<0,8; Mn<2,5; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
- Límite elástico Rp0,2 450-560 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 780 MPa
- Alargamiento A> 14%
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >30 MPa
- HDT980X
- Composición: C<0,23; Si<0,8; Mn<2,5; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
- Límite elástico Rp0,2 600-750 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 980 MPa
- Alargamiento A> 10%
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >30 MPa
Acero de fase compleja CP
También conocido como: Acero CP (ing. complex phase).
Aplicación en automoción: Vigas de puertas, refuerzos, estribos (umbrales).
Descripción: Acero con bainita superior e inferior, martensita y una pequeña cantidad de ferrita y austenita con menor estabilidad que en el acero TRIP. Banda fabricada en laminadores en caliente con refrigeración controlada de la banda en la mesa de rodillos tras la última pasada.
Normas: Ejemplos de productos planos según la norma PN=EN 10336:2007:
- HCT600C
- Composición: C<0,18; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; S<0,015; Al<2,0; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<0,15; V<0,2
- Límite elástico Rp0,2 350-500 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 600 MPa
- Alargamiento A> 16%
- HCT980C
- Composición: C<0,23; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; S<0,015; Al<2,0; Cr+Mo<1,2; Nb+Ti<0,15; V<0,22
- Límite elástico Rp0,2 700-900 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 98 MPa
- Alargamiento A> 7%
Acero de plasticidad inducida por transformación (TRIP)
También conocido como: acero TRIP (ing. Transformation Induced Plasticity), acero con austenita residual, acero de ductilidad mejorada por transformación de fase.
Aplicaciones en la industria automotriz: Faldones laterales (estribos), refuerzos de puertas, pilares, zonas de deformación controlada.
Descripción: Acero de muy alta resistencia con excelentes propiedades plásticas. Su característica principal es que, durante la deformación mecánica, se producen transformaciones de fase. Esto permite absorber cantidades elevadas de energía, ya que el metal convierte la energía del impacto en un endurecimiento del propio acero.
Normas: Productos planos seleccionados según la norma PN=EN 10336:2007:
- HCT690T:
- Composición: C<0,32; Si<2,2; Mn<2,5; P<0,12; Cr+Mo<0,6; Nb+Ti<0,2
- Límite elástico Rp0,2 430-550 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 690 MPa
- Alargamiento A> 23%
- Exponente de endurecimiento por deformación n: >0,18
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >40 MPa
- HCT500X:
- Composición: C<0,32; Si<2,2; Mn<2,5; P<0,12; Cr+Mo<0,6; Nb+Ti<0,2
- Límite elástico Rp0,2 470-600 MPa
- Resistencia a la tracción Rm> 780 MPa
- Alargamiento A> 21%
- Exponente de endurecimiento por deformación n: >0,16
- Índice de endurecimiento por horneado del barniz BH2: >40 MPa
Acero con plasticidad inducida por maclado (TWIP)
También conocido como: Acero TWIP (ing. Twinning Induced Plasticity).
Aplicaciones en la industria automotriz: Traviesas y refuerzos de puertas, traviesas de paragolpes.
Descripción: Aceros de última generación. De manera similar a los aceros TRIP, los impactos provocan el endurecimiento del material, lo que les confiere de forma simultánea una elevada resistencia y una alta plasticidad.
Bibliografía
Prof. dr hab. inż Marek Blicharski, inżynieria materiałowa stal, 2017 WNT, ISBN 978-83-01-18955-6
Ewa Kubińska-Jabcoń, Mariusz Niekurzak, Wykorzystanie nowoczesnych materiałów stosowanych w motoryzacji w celu poprawy jakości i bezpieczeństwa użytkowania pojazdów mechanicznych, 2019
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