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LA COMMUNITY DELL’ACCIAIO
AUTOMOBILE
un futuro d’ACCIAIO?
il convegno in un eBook
siderweb.com
AUTOMOBILE: UN FUTURO D’ACCIAIO? © siderweb - aprile 2016
1
Indice
L’editoriale
di Emanuele Morandi (Presidente siderweb).........................................................................................................................pag.4
L’editoriale
di Giuseppe Barile (Presidente del Gruppo Componenti ANFIA e Vice Presidente di ANFIA).......................................pag.5
Il Settore Automotive oltre la crisi, tra pressioni regolatorie e trend di mercato
Giorgio Elefante (Associate Partner PwC Italia | Automotive Leader) ................................................................................pag.6
Materiali e soluzioni innovative per componenti automobilistici
Fabio D’Aiuto (CRF - Global Materials Labs - Metals Department Manager) ........................................................................pag.8
Sviluppi degli acciai per le automobili
Carlo Mapelli (Docente Politecnico di Milano) ......................................................................................................................pag.14
Analisi strategica dell’offerta di acciaio italiano
Gianfranco Tosini (Responsabile Ufficio studi siderweb) ......................................................................................................pag.19
«AUTOMOBILE: UN FUTURO D’ACCIAIO?»
è una pubblicazione Siderweb spa.
Direttore Responsabile: Stefano Ferrari.
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Realizzazione editoriale e progetto grafico:
Siderweb spa | Via Don Milani, 5 | 25020 Flero (BS).
Siderweb spa è iscritta al Roc con il num. 26116.
Numero chiuso in redazione (Brescia) il 28 aprile 2016.
Allegato al prodotto editoriale telematico e cartaceo a carattere tecnico-professionale www.siderweb.com iscritto al n. 11/2014 in data 10.03.2004 nel
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un evento sponsorizzato da
con il patrocinio di
L’editoriale
di Emanuele Morandi
Presidente siderweb
Il settore dell’auto sgomma verso la crescita. E l’acciaio?
L
’auto, e l’indotto ad essa connesso, da qualche tempo rappresenta un salvagente per
l’economia italiana ed europea. Il comparto, grazie a tassi di crescita positivi ed a continue
evoluzioni tecnologiche, è un punto di riferimento in termini di innovazione ed eccellenza,
con una catena dei fornitori incardinata su concetti di qualità assoluta.
L’acciaio, in questo settore, gioca un ruolo fondamentale. Ed anche l’automotive ha
un ruolo importantissimo per la siderurgia. Proprio per queste forti interazioni, ANFIA e
siderweb hanno deciso di unire i propri sforzi ed interrogarsi sul presente ed il futuro dell’auto
e dei materiali utilizzati per la costruzione dei veicoli su quattro ruote. Il senso del convegno
“Automobile:
un
futuro
d’acciaio?”
è
proprio
questo:
individuare
i
trend
che
verranno e capire in che modo l’acciaio potrà essere ancora protagonista.
Il tutto rimanendo sempre fedeli alla filosofia ben spiegata da Luigi Einaudi nelle sue “Prediche
inutili”, ovvero «conoscere per deliberare». Perché solo la conoscenza può innescare il processo di rinnovamento e crescita che saranno sempre più necessari nel futuro dell’economia.
E della siderurgia.
E proprio per questo motivo, per continuare a conoscere ed interrogarsi sul futuro,
siderweb nel mese di giugno lancerà gli Stati Generali dell’Acciaio, un appuntamento
per proseguire le riflessioni iniziate con Industria e Acciaio 2030 e per affrontare con piglio nuovo le sfide dell’avvenire: globalizzazione, digitalizzazione, sostenibilità.
Emanuele Morandi
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L’editoriale
di Giuseppe Barile
Presidente del Gruppo Componenti ANFIA e Vice Presidente di ANFIA
Nell’auto cruciale la “partita” dei materiali
I
l mondo dell’auto è sottoposto a molteplici pressioni e a forti spinte verso il cambiamento.
Spinte che, spesso, sono guidate anche da esigenze di natura legislativa.
Nel 2021, si dovranno portare le emissioni di anidride carbonica da 130 g/km, che era il target
al 2015, a 95 g/km, con un calo del 27% nell’arco di sei anni.
Questo risultato non potrà essere raggiunto soltanto dalle case automobilistiche, ma ci vorrà
una collaborazione di filiera.
A partire dai primi fornitori, quelli delle materie prime. Il ruolo dei materiali, infatti, sarà sempre
più importante e le relazioni tra il nostro settore, il mondo dei tecnici e il comparto acciaio
avranno un impatto decisivo.
Per il mondo dell’auto, una delle tendenze tecnologiche per i prossimi anni andrà nella direzione di un alleggerimento dei materiali impiegati per ottenere una minori consumi ed emissioni.
Ci sarà bisogno di collaborazione e ricerca e crediamo che momenti come questo convegno
possano rappresentare un “calcio d’inizio” di un lavoro comune molto fruttuoso.
Per questo motivo abbiamo organizzato con entusiasmo, insieme a siderweb, il convegno
“Automobile: un futuro d’acciaio?”, un momento di incontro e scambio tra parti della filiera
a volte molto distanti.
Giuseppe Barile
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GIORGIO ELEFANTE
ASSOCIATE PARTNER PWC ITALIA | AUTOMOTIVE LEADER
IL SETTORE AUTOMOTIVE OLTRE LA CRISI, TRA
PRESSIONI REGOLATORIE E TREND DI MERCATO
“P
apà, sai perché il tempo
corre?” “No”. “Per non
farsi prendere da chi si annoia
e lo vuole ammazzare”. La frusta freddura di un figlio di terza
elementare mi offre lo spunto per alcune considerazioni
sul settore automotive. Già,
Tempus Fugit (come indica sul
quadrante il pendolo del nonno). Mai come ora si sono registrati, nel settore automotive
e nel contesto di riferimento,
cambiamenti epocali in tempi
così serrati. Sul fronte socio-demografico le nuove generazioni hanno sviluppato un rapporto diverso con le autovetture,
una volta icona della libertà
di movimento individuale, e
mentre ripongono altrove la
fonte di gratificazione derivante dal possesso di “cose” sono
più aperti alle implicazioni della
sharing economy sui servizi alla
mobilità. Molta meno passione
associata al possesso del veicolo. Sul fronte socio-economico, i mercati emergenti hanno trainato la crescita globale
della produzione automotive e
l’hanno progressivamente decentrata rispetto ai mercati tradizionali, incentrandola su sistemi culturali e valoriali diversi, nei
quali il veicolo aveva e ha un
“peso” e una rilevanza sociale
differenti. Sul fronte dell’urbanizzazione abbiamo assistito
agli ingorghi monstre verificatisi
di recente in Cina, e la corsa ai
ripari regolamentari divenuta
impellente a causa della qualità dell’aria in megalopoli come
Pechino o Shanghai. Le perturbazioni sul prezzo del petrolio,
la sua scarsità prospettica e le
persistenti difficoltà tecniche a
trovare soluzioni alternative ad
un power unit a combustione
interna convincenti e convenienti anche sul piano infrastrutturale completano il panorama su cui il settore si affaccia
nel periodo post-crisi, ricercando il proprio “new normal”.
Mentre le immatricolazioni
europee di autovetture sono
attualmente proiettate verso
un +5% sui volumi del 2015 (a
14,9 milioni di targhe, ovvero
al di sopra dei livelli del 2008,
anno impattato per più di un
trimestre dalla crisi), e quelle
dei veicoli commerciali leggeri lasciano sperare un +8% sui
volumi dell’anno scorso (a 1,9
milioni di unità, ovvero vicino al
valore del 2008), l’Italia – che
ha più da recuperare rispetto
ad altri grandi mercati europei
– promette incrementi a due
cifre per entrambe le categorie (vetture a +13%, ovvero 1,77
milioni di unità, e LCV a +11%,
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ovvero 145 mila targhe). La rilevanza del settore automotive
per il PIL nazionale è conclamata, e la produzione di veicoli leggeri in Italia prevede di
crescere nel periodo 2016-2022
ad un tasso medio annuo composto dell’1,1% (come l’Unione Europea nel complesso, a
differenza del Nord America
che viaggerà all’1,9% e dell’Est
Europa che crescerà all’8,1%
nello stesso periodo) avrà un
impatto positivo sulla situazione
economica domestica.
Un orizzonte temporale lungo,
quale quello tratteggiato sopra
secondo le previsioni di PwC Automotive Institute e Autofacts,
si scontra con la flessibilità strategica necessaria ai costruttori
e alle loro supply chain per modificare la traiettoria in modo
tattico, mentre si eseguono le
strategie di fondo incentrate
sui grandi trend tecnologici e
di mercato. E con l’esigenza,
pure questa conclamata, di
ottenere economie di scala
per potersi permettere gli investimenti necessari a giocare
da protagonisti nel settore, ottemperando alle diverse richieste regolatorie in ciascuno dei
mercati in cui si intende vendere prodotti. Mentre si discutono
le pulsioni al consolidamento
nel settore, esplorando di volta
in volta matrimoni generalistici
e alleanze focalizzate, occorre rispondere al cambiamento
delle preferenze dei consumatori su scala regionale. La Cina
prima rallenta e poi riprende a
crescere, sebbene a tassi più
che dimezzati rispetto a quelli
precedenti, mentre l’America
Latina dovrebbe progressivamente riaversi dallo shock. Il
persistere dell’attuale livello
di prezzi del petrolio e conseguentemente del carburante
ha riportato il Nord America
sui suoi passi, assecondando il
principio secondo il quale “bigger is better”: light truck e SUV
tornano a primeggiare, facendo sfumare il cambiamento
verso veicoli di dimensioni più
paragonabili a quelle europee.
Il che ha implicazioni non irrilevanti: occorrono investimenti
specifici per prodotti differenti
(al di là della perdurante mancanza di armonizzazione dei
regolamenti tecnici, le varianti
di alimentazione e di body style guidano il moltiplicarsi degli
investimenti), sebbene i limiti
sfidanti alle emissioni inquinanti
facciano convergere gli sforzi
sul contenimento dei pesi. Sforzi di Ricerca e Sviluppo e di Sviluppo Prodotto che si concentrano sulla scelta dei materiali,
rispetto alla quale il ricorso agli
acciai alto-resistenziali e alle
leghe alternative deve trovare
un equilibrio che contemperi le
esigenze di resistenza e quelle
di leggerezza.
La produzione automotive cresce e continuerà a crescere,
assorbendo materiali più leggeri e dalle caratteristiche tecniche più sofisticate. Tempus
Fugit, epitaffio per i “vecchi”.
(“Vecchio
chiamerò
chi
risponde a problemi nuovi con
pensieri e soluzioni vecchie”
C. Popper).
Giorgio Elefante
Giorgio Elefante è Automotive Leader di PwC Italy. Segue direttamente il PwC Automotive Institute
e le analisi e previsioni elaborate dal team italiano di PwC Autofacts. In PwC dal 2002, ha maturato
nel corso di oltre vent’anni considerevoli esperienze professionali, servendo operatori a vario titolo
coinvolti nella catena del valore del settore automotive: dai costruttori ai fornitori di componenti e
ricambi, dai dealer agli importatori, dalle autorità regolatorie alle istituzioni finanziarie più esposte
alle dinamiche di settore, fino alle diverse associazioni settoriali di categoria (di costruttori, componentisti e distributori, in Italia e in Europa). Il suo impegno professionale ha riguardato primariamente
la sfera della governance, delle scelte strategiche e della pianificazione del business, degli assetti
organizzativi, della gestione del cambiamento e delle operazioni di finanza straordinaria.
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FABIO D’AIUTO
CRF – GLOBAL MATERIALS LABS - METALS DEPARTMENT MANAGER
MATERIALI E SOLUZIONI INNOVATIVE
PER COMPONENTI AUTOMOBILISTICI
Abstracts
Le ricerche sull’alleggerimento
dei veicoli diventano ogni giorno
più impegnative; nuovi materiali
e nuove tecnologie, in tale contesto, giocano un ruolo di fondamentale importanza, e i produttori di auto necessitano di una
crescita di competenze da parte
Background
D
a 15 anni a questa parte, i
produttori di autoveicoli hanno
iniziato ad utilizzare acciai alto-resistenziali (AHSS Advanced
High Strength Steel) per applicazioni body in white, con l’obbiet-
dei fornitori. Mostreremo le principali attivià di calcolo e di testing
condotte nel dipartimento di ricerca e sviluppo di FCA, orientate verso due diverse applicazioni
e processi:
> Tailored Welded Blank stampato a caldo e con rinforzo. Longherone posteriore (acciaio al
Boro) saldato con un acciaio mi-
crolegato, e stampato a caldo
presso l’impiato di Cassino.
> Tubo saldato, in TWIP1000 a
spessore variabile. Apllicazione
Terza linea di carico.
Le sopracitate soluzioni innovative sono state introdotte durante
la produzione dell’ultimo modello
Jeep Renegade, con un’importante riduzione di pesi e di costi.
tivo di ridurre i pesi incrementando la resitenza dei componenti.
L’alleggerimento della vettura è
di primaria importanza per l’impatto sul consumo di carburante e quindi sulle spese relative ai
veicoli commerciali. Il consumo
di carburante e di conseguenza
l’emissione di CO2 sono diven-
tati due aspetti rilevanti negli
ultimi due anni, a causa delle
severe norme vigenti che prevedono limitazioni più restrittive negli anni successivi. Il peso
di un veicolo commerciale ha
ricadute pesanti sul costo del
mantenimento della vettura da
parte dell’utente (più peso vuol
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dire più denaro per ogni viaggio) quindi per tale categoria è
presente un fattore moltiplicativo. Anche le prestazioni sono
direttamente collegate al peso
totale; le fasi di accelerazione e
decelerazione sono più efficaci
se il peso è minore. In termini di
sicurezza, le prove Euro-NCAP
hanno incrementato le richieste sulle prestazioni di sicurezza
passiva dei componenti, con
l’obiettivo di ridurre l’entità dei
danni per il passeggero durante
un evento di crash. Ad oggi, per
i nuovi modelli, le 5 stelle sono
un obiettivo fondamentale da
raggiungere. A partire dal modello Fiat Grande Punto, il nostro
gruppo ha cambiato direzione
in termini dell’utilizzo di AHSS, ricevendo per la prima volta le
5 stelle in merito all’Euro-NCAP
test. Tale risultato è stato ottenuto senza stampati a caldo (PHS,
Press Hardening Steel), ma molti
componenti sono stati realizzati
con acciai alto resistenziali e per
la prima volta è stato impiegato
l’acciaio TRIP (Transformed Induced Plasticity). Fiat Bravo rappresenta il primo modello con
l’impiego dell’acciaio al Boro,
materiale utilizzato per la realizzazione del B Pillar (stampato a
caldo); dati gli ottimi risultati ottenuti, l’impiego di tale materiale è stato esteso e incrementato
nei successivi miodelli.
L’utilizzo di acciaio al Boro per
applicazioni BIW (Body in White)
ad oggi è molto diffuso e rappresenta il 20% del materiale
usato in un veicolo (le previsioni
di alcuni car maker prevedono
un incremento di tale valore).
La resistenza media degli acciai
prodotti è stata incrementata
sempre di più, portando, negli
ultimi anni, alla produzione e impiego dei cosìddetti acciai ultra
alto resistenziali (UHSS, Ultra High
Strength Steel) nei più recenti
modelli. Con acciai UHSS si intendono tutti quegli acciai con una
resistenza allo snervamento superiore ad 1 GPa, ottenuta grazie ad una struttura complessa
costituita da opportune percentuali volumetriche di martensite,
bainite ed austenite residua.
È riconusciuto che l’accaio
rappresenta un materiale di
estrema importanza per le applicazioni BIW, in quanto ottimo compromesso tra costo e
prestazioni, ma sfortunatamente non è una lega leggera. Infatti, a partire dall’Alfa Romeo
Giulietta, abbiamo inziato ad
introdurre l’alluminio per applicazioni BIW (parti destinate all’assorbimento di energia
nell’urto frontale) ottenendo le
5 stelle EU-NCAP. L’alluminio è
tre volte più leggero dell’acciaio, ma il suo costo è anche tre
volte superiore e raggiunge le
migliori prestazioni come estruso o colato. Le caratteristiche
dell’alluminio variano in base
alla composizione chimica e il
trattamento termico, per tale
motivo è indispensabile specificare a disegno sia la lega che il
trattamento termico subito dalla stessa, per individuare univocamente il materiale.
Innovative Cost Effective Solutions
Nel tentativo di ottenere il miglior compromesso tra costi e
prestazioni, per l’alluminio sono
molto importanti la geometria
e la saldatura, che si presenta molto più complessa. Nella
figura della pagina seguente
mostriamo l’evoluzione dei materiali per applicazioni BIW, dalla
prima applicazione di AHSS fino
ad un modello con l’uso di alluminio.
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Fig. 1 - Evoluzione dei materiali da Fiat Grande Punto (2005) a Jeep Renegade (2015)
Sfortunatamente la resistenza
meccanica dell’alluminio non è
così elevata se paragonata agli
acciai AHSS, per tale ragione
abbiamo deciso di investigare
nuove tecnologie per combinare la resistenza di tali acciai
con la maggiore duttilità degli
acciai HSS (High strength steel)
e la formabilità più elevata a
più alta temperatura. Con tali
propositi è nata la tecnologia
Tailored Welded Blank. Si tratta di acciaio al Boro, acciaio
microlegato, stampato a caldo con rinforzo supplementare
(brevetto in corso). Questa rappresenta una delle più recenti
solouzioni innovative e, a nostro
parere, costituisce ad oggi il miglior compromesso per i componenti in acciaio.
Grazie all’elevata resistenza
e l’inteligente progettazione,
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abbiamo sfruttato la resistenza
dell’acciaio rimuovendo qualche componente di rinforzo,
semplificando quindi la struttura.
Meno componenti implicano
meno costi in termini di materiali, processo di stampaggio, tra-
sporto e saldatura. Quindi anche
se il costo della materia prima
risulta superiore rispetto a quello del componente monolitico,
considerando l’intero processo
di produzione, la soluzione innovativa risulta più economica. La
figura seguente mostra entrambi i componenti, prima e dopo la
soluzione tailored welded blank;
è evidente il differente numero
di componenti impiegati (ogni
colore rappresenta un diverso
componente).
Fig. 2 - Tailored welded blank stampato a caldo (patent pending)
Dopo il successo ottenuto con
tale soluzione, ci siamo spostati
ad un’altra applicazione: terza
linea di carico. Inizialmente era
in acciaio HSS, successivamente abbiamo utilizzato l’alluminio
(applicazione su Alfa Romeo
Giulietta), ottenendo le stesse
performance, ma con un’importante riduzione di peso, no-
nostante tutto il tailored welded
blank ha costituito un cambio
di visione. Abbiamo progettato
un’applicazione tubulare per
incrementare la rigidezza del
componente riducendo la sezione e lo spessore del materiale. Per tale applicazione è stato
utilizzato il TWIP per sfruttarne le
eccelenti proprietà meccani-
che (1Gpa di resistenza meccanica e 50% di allungamento a
rottura), combinato con la tecnologia tailored welded per differenziare le caratteristiche del
componente tra la parte frontale, in cui è richiesto un elevato assorbimento di energia, e la
parte posteriore, nella quale non
vogliamo deformazioni.
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Conclusions
Questa rappresenta la prima applicazione a livello mondiale di
tubo in TWIP tailored welded. Inoltre costituisce la nostra seconda
applicazione dell’acciaio TWIP su
vettura, in quanto la prima volta
al mondo fu utilizzato nel 2011
per la traversa crash della Nuova Panda. Nella Nuova Panda il
TWIP è saldato ad arco, usando
uno specifico filo di saldatura e
opportuni parametri per un buon
risultato finale, invece nell’applicazione del tubo tailored wel-
ded è usata la saldatura laser.
Il componente dopo saldatura
viene deformato e alcune boccole vengono aggiunte tramite
saldatura con una differente tecnologia. Nella figura seguente
viene mostrato il componente in
questione.
Fig. 3 - Twip Tailored welded tube
Per le produzioni di massa queste costituiscono le più recenti
importanti innovazioni; abbiamo anche altre evoluzioni per
altri segmenti, come per i veicoli
premium, in cui è molto diffuso
l’impiego di alluminio. Sono presenti componenti in alluminio
stampati, estrusi e colati, la cui
progettazione è molto diversa
dai componenti in acciaio. Impieghiamo leghe di alluminio
da getto per l’ossatura porta di
Maserati Ghibli & Quattroporte
e per i duomi sospensione, invece leghe da stampaggio per la
pannellatura esterna delle porte
e il sistema di crash frontale della
500L. Il costo e le performance di
tali auto, giustificano e permettono un importante impiego delle leghe leggere.
Per autoveicoli speciali, vengono
usati anche altri materiali, come
ad esempio i materiali compositi
in fibra di carbonio, impiegati su
Alfa Romeo 4C, grazie al piccolo
volume di produzione e le estreme prestazioni richieste.
Per finire, nelle produzioni di massa produciamo con l’obiettivo di
ottenere il miglior compromesso tra costi e performance, per
le applicazioni premium perseguiamo qualità e prestazioni,
invece le edizioni speciali ne-
cessitano di dettagli unici volti a
soddisfare le diverse richieste dei
clienti. Per tali ragioni non esiste
un materiale universalmente valido e corretto per tutte le applicazioni, ma ogni impiego richiede una specifica valutazione del
materiale più adatto.
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Fabio D’Aiuto
Fabio D’Aiuto è laureato in Ingegneria Meccanica al Politecnico di Torino. Nel 2007 ha conseguito
il dottorato di ricerca in Ingegneria Metallurgica. Nell’ottobre 2007 inizia la collaborazione con FIAT,
entrando nella divisione Ingegneria dei Materiali della casa automobilistica. Qui si occupa, tra le
altre attività, di supporto nello sviluppo di nuovi componenti, dell’omologazione degli acciai e della procedura di testing dei metalli. A maggio 2014 diviene direttore del Dipartimento dei Materiali
Metallici di CRF (Centro Ricerche FIAT). Il dipartimento supporta il Gruppo FCA, CNHi e Magneti
Marelli nelle attività di ricerca strategica, innovazione, sviluppo componenti, industrializzazione e
post-vendita.
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CARLO MAPELLI
DOCENTE POLITECNICO DI MILANO
SVILUPPI DEGLI ACCIAI PER LE AUTOMOBILI
I
l mercato dell’auto non manifesta crescite sostenute solo
nelle economie emergenti, ma
ultimamente si caratterizza per
una ripresa anche negli USA e
nell’Unione Europea. Quest’ultima conta un bacino di utenti
pari a circa 510 milioni di persone, che sviluppano un prodotto interno lordo di circa 13G€ e
consumano acciaio per 310kg/
anno pro capite; i veicoli circolanti sono 260 milioni (compresi
i veicoli commerciali) e sul territorio europeo si producono 18
milioni di veicoli ogni anno. Anche se in termini quantitativi altre aree geografiche appaiono
più promettenti, anche solo per
mere ragioni demografiche (es.
Asia e Africa), partecipare al
processo di realizzazione di veicoli stradali adatti al mercato
europeo è un’attività strategica
per aggredire i mercati esteri, per
una semplice ragione: in Europa,
in USA e in Giappone si continuano a progettare e costruire i
veicoli più moderni ed avanzati
e quindi essere forti sul mercato
europeo significa guadagnare
anni di vantaggio tecnologico
rispetto a concorrenti presenti
solo su altri mercati. Il trasporto
continua ad essere uno dei settori di maggiore interesse nelle
politiche dell’Unione Europea,
come testimonia il programma
(EGVI-European Green Vehicles
Initiative). L’acciaio è il materiale
più utilizzato nella costruzione dei
veicoli e questo comporta una
forte connessione fra l’industria
siderurgica e quella dei trasporti.
Non vi può essere evoluzione
nei veicoli se non si verifica un
corrispondente
avanzamento
nell’offerta di acciaio. L’industria
automobilistica compendia al
proprio interno le due principali classi dei prodotti siderurgici:
i piani ed i lunghi. Per quanto riguarda questi ultimi, la selezioni
di produttori in grado di garantire
qualità elevate è sempre viva,
ma non si registra una forte variazione nelle tipologie di acciai
che vengono utilizzati, in quanto
le richieste maggiori si registrano
nel settore degli acciai da bonifica, da cementazione e da
nitrurazione, in particolare per la
costruzione di alberi, ingranaggi
e viti. Pur all’interno di tipologie di
acciaio consolidate, negli ultimi
quindici anni si è assistito:
- al crescente utilizzo di microalliganti (Ti, Nb,V, Al), per affinare
i grani dell’acciaio ed ottenere
quindi materiali caratterizzati da
maggiori resistenze e tenacità;
- alla progressiva sostituzione del
nickel con il boro, soprattutto negli acciai utilizzati per tiranteria e
bulloneria. Infatti, il boro (in concentrazioni tra 15ppm e 30ppm)
è in grado di conferire un’elevata temprabilità agli acciai speciali da costruzione, ma il suo
utilizzo rispetto al nickel appare
assai più vantaggioso in termini
di competitività economica. La
produzione di acciai al nickel è
relativamente semplice, mentre
la produzione di acciai al boro
comporta una maggiore perizia
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in termini di competenza nella
gestione del processo siderurgico e questo ha comportato
un’attenta selezione e qualifica
dei fornitori. In termini qualitativi
le case automobilistiche ed i bullonieri gradiscono quegli acciai
al boro che, oltre a consentire
aumenti delle proprietà resistenziali, garantiscano anche un variazione graduale del profilo della durezza tra la superficie ed il
cuore del componente, poiché
tale situazione corrisponde ad un
comportamento meccanico più
omogeneo, ad inferiori tensioni
residue e quindi ad una migliore
affidabilità meccanica.
Al contrario, nel settore dei prodotti piani si sta consolidando una
tendenza verso cambiamenti
più radicali verso lo sviluppo dei
cosiddetti AHSSs (Advanced
High Strength Steels), in grado
di garantire elevate resistenze e
significative attitudini alla deformazione. Le elevate resistenze
garantiscono l’alleggerimento
delle masse dei veicoli, mentre
buone attitudini alla deformazione consentono di ottenere forme complesse ed aumentano la
sicurezza delle persone, grazie al
migliore assorbimento di energia
in caso di urto. Un’altra importante linea di sviluppo non riguarda
solo le proprietà meccaniche di
resistenza e di formabilità plastica, ma l’incremento della resistenza alla corrosione; a questo
riguardo l’attenzione degli operatori si è focalizzata sempre più
verso l’adozione di processi di
rivestimento a caldo mediante
leghe di zinco ed alluminio (galvannealing). Gli acciai rivestiti a
caldo stanno ormai soppiantando l’utilizzo di acciai elettrorivestiti, poiché l’adesione e la qualità superficiale dei rivestimenti a
caldo hanno raggiunto quella
dei sistemi elettrochimici e questi
ultimi sono caratterizzati da maggiori impatti ambientali. Queste
tendenze si stanno combinando
con un nuovo aspetto che tende ad esasperarle: la crescente
specializzazione richiesta dall’industria dei trasporti per la realizzazione di un singolo componente,
che deve rispondere a precise
proprietà meccaniche. Azioni di
questo tipo imporranno un crescente coinvolgimento del produttore di acciaio nel processo
di progettazione e richiederanno un ruolo non passivo da parte
delle imprese siderurgiche; vincerà chi sarà in grado di interagire con i produttori non solo per
rispettare i capitolati o far fronte
alle contestazioni, ma chi saprà
affiancare i progettisti ed i tecnologi coinvolti nella costruzione
dei mezzi di trasporto. Assicurare
la contemporanea presenza di
elevata resistenza ed alta deformabilità non è un obiettivo banale, in quanto è risaputo che al
crescere della prima la seconda
tende a diminuire e viceversa.
Figura 1. Relazione tra carico di resistenza ed allungamento tipici delle principali classi di acciaio
utilizzate nell’industria dell’automobile e dei veicoli commerciali.
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Gli acciai più utilizzati nel settore automobilistico sono gli AK
(aluminium Killed), IF (Interstitial
Free) /IF-HS (Interstitial Free High
Strength) HSLA (High Strength
Low Alloyed), gli acciai BH (Bake
Hardening) ed i DP (Dual Phase).
Gli acciai AK_Aluminium Killed
steels garantiscono una resistenza massima alla frattura pari
a 270MPa e sono destinati ad
operazioni di stampaggio, in cui
l’alligazione con alluminio non
solo serve per disossidare l’acciaio, ma anche per formare dei
composti di nitruro di alluminio
di dimensione nanometrica. La
precipitazione di questi composti ceramici, associata a trattamenti termici di ricottura statici o
in continuo serve ad ottenere dei
grani orientati in modo opportuno a garantire uno stampaggio
adeguato, senza che si manifestino fenomeni di assottigliamento localizzato del materiale. La
concentrazione di C di questi
acciai non supera lo 0.06% e di
solito si colloca anche ben al di
sotto dello 0.04%. Garantiscono
allungamenti alla frattura pari al
35%-40%.
Gli acciai IF (garantiscono una
resistenza massima alla frattura
pari a 270MPa) e rappresentano
un’evoluzione degli acciai AK,
garantiscono una deformazione
omogenea, sono caratterizzati
da allungamenti alla frattura pari
al 40-50%, quindi sono adatti per
stampaggi ancor più profondi rispetto agli acciai AK (mild steels).
Tale obiettivo viene raggiunto
attraverso la rimozione del carbonio e dell’azoto contenuti e
disciolti nella matrice metallica.
Oltre all’alluminio in questi acciai
si aggiunge anche il titanio e a
volte il niobio per liberare la matrice metallica dalla presenza di
carbonio ed azoto.
Gli acciai BH (Bake Hardenable
Steels) garantiscono carichi
di frattura compresi tra 180 e
360MPa. Come negli acciai
HSLA il processo di rafforzamento è affidato alla formazione di
composti ceramici, che si formano durante un processo di
invecchiamento stimolato dal
riscaldamento dell’acciaio. Attualmente, se ne fa largo impiego nell’industria automobilistica,
dove la formazione dei carbo-nitruri è stimolata dal riscaldamento a cui l’acciaio viene
sottoposto durante i processi di
verniciatura. L’abilità nella produzione di questi acciai risiede
nel centrare una composizione
chimica e un ciclo di laminazione a caldo che consenta di non
far formare i composti ceramici
durante il processo di laminazione, raffreddamento e stoccaggio, ma di concentrare la formazione di questi elementi durante
il successivo invecchiamento
(che avviene di solito sulle linee
di verniciatura). Questa categoria di acciai è contemplata nella normativa EN 10268:2006 e in
ASTM A 1008.
Gli acciai Dual Phase (garantiscono carichi di frattura compresi tra 250MPa e 1000MPa)
vengono trattati termicamente
in linea attraverso un trattamento di tempra intercritica, al termine del quale l’acciaio riesce a
combinare l’elevata resistenza
della martensite con la duttilità
e la capacità di deformarsi della ferrite. La produzione di questi
tipi di acciai necessita di un processo con una messa a punto
ottimale dei parametri di trattamento termico, per centrare le
caratteristiche di resistenza e deformabilità richieste. Vengono
alligati con uno stretto controllo
delle concentrazioni di C, Mn, Si,
Cr e Mo. Presentano una deformazione plastica omogenea ed
anche proprietà di bake hardenability, ossia di un rafforzamento tipico degli acciai BH, poiché
se riscaldati a basse temperature (da 170°C a 210°C) sono interessati da fenomeni di precipitazione dei carburi. Gli acciai DP
caratterizzati da carboni equivalenti non elevati (Ceq<0.40.45%) sono facilmente saldabili e grazie alla combinazione
di proprietà che li caratterizza
sono utilizzati per la produzione
di barre anti-intrusione, strutture
dei sedili, contenitori, container,
componenti strutturali dei mezzi
di trasporto, cassoni ecc. L’allungamento percentuale alla
frattura si situa tra il 12% ed il 22%.
Proprietà e caratteristiche di
questi acciai sono descritte nella
norma EN 10336:2007.
HSLA (High Strength Low Alloyed) garantiscono carichi di
rottura sino a 600MPa grazie
all’alligazione mediante Ti, Nb, V
e Al, per formare composti ceramici (carbo-nitruri) che precipitano nell’acciaio. L’incremento
della loro resistenza e tenacità
è ottenuto grazie all’affinamen-
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to del grano e mediante la laminazione termo-meccanica,
ossia ad una laminazione finale
a caldo inferiore a 950°C. L’utilizzo di questi acciai in luogo dei
Dual Phase è dovuto alle ottime
proprietà resistenziali che si possono ottenere in presenza di una
concentrazione assai bassa di
carbonio e di altri elementi alliganti e questa condizione permette di realizzare giunti saldati
particolarmente affidabili, in
quanto si possono raggiungere valori di carbonio equivalenti
inferiori a 0.25%. Non va dimenticato che nella fornitura di componenti automobilistici la facilità
di assemblaggio per saldatura
può costituire un aspetto fonda-
mentale, che è tranquillamente
assolto dagli acciai AK/IF/HSLA,
ma che può divenire più critico
all’aumentare della concentrazione di elementi in lega come
nel caso dei Dual Phase di maggiore resistenza (gli acciai HSLA
sono descritti nella normativa EN
10142-2:1995 e in ASTM A 1011
ed ASTM A 1008).
Infine, gli acciai martensitici QP
(Quench & Partitioned) potrebbero in futuro riservare interessanti sviluppi sia nel settore dei
prodotti lunghi sia in quello dei
prodotti piani. Tali acciai sono
temprati senza che si formi una
microstruttura completamente
martensitica. Infatti, il processo
di raffreddamento tipico della
tempra di questi acciai (Figura 2) è arrestato intorno a 230250°C, l’acciaio viene stabilizzato a questa temperatura e poi
nuovamente riscaldato tra 340
e 380°C in modo che l’austenite
che non si è ancora trasformata in martensite non si decomponga e venga stabilizzata. In
questo modo si associano le
proprietà di durezza della martensite con la deformabilità e tenacità tipiche dell’austenite. Gli
acciai QP vengono alligati sino
al 1.5% di silicio per evitare la formazione di carburi, che potrebbero infragilire l’acciaio.
(Figura 2).
Figura 2. Ciclo termico tipico degli acciai martensitici QP (Quenched & Partitioned)
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L’utilizzo degli acciai presentati
è da mettere in relazione con le
tecnologie che possono essere
impiegate per la loro lavorazione. Vale la pena capire se la
stampa 3D, tanto pubblicizzata
negli ultimi tempi e nota anche
con la denominazione inglese
di Additive Manufacturing, possa risultare una tecnologia seriamente competitiva nel breve
medio termine rispetto alle tecnologie più tipiche e consolidate
per la lavorazione degli acciai,
quali la fucinatura a caldo, la
formatura a freddo, la tranciatura fine o la sinterizzazione delle
poveri. Indubbiamente la stampa 3D consente di concretizzare
il concetto del near net shape
manufacture, ossia la produzione di componenti caratterizzati
dalla forma finale a seguito del
processo di solidificazione. D’altra parte, proprio lì si pone uno
dei maggiori problemi a livello di
affidabilità micro-strutturale, poiché le strutture di solidificazione
sono frequentemente affette
da problemi di eccessiva fragilità. Per tale ragione, non appare del tutto credibile che questa
tecnologia possa in tempi brevi
soppiantare su ampia scala le
tecnologie di formatura basate
sulla deformazione plastica, ma
piuttosto può rappresentare una
tecnologia concorrente alla microfusione o alla pressofusione,
ma anche in questo caso non è
detto che risulti essere la tecnologia vincente. Infatti, le prestazioni della stampa 3D per la realizzazione di manufatti in leghe
metalliche ed in acciaio andranno confrontate attentamente in
termini di costi complessivi e di
produttività rispetto alle tecnologie di fonderia tradizionali.
Carlo Mapelli
Carlo Mapelli, nato nel 1973, si è laureato in Ingegneria dei Materiali al Politecnico di Milano e ha
conseguito il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Metallurgica al Politecnico di Torino. Dal 2010 è
Professore Ordinario presso la sezione Materiali del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di
Milano e dal 2012 è responsabile della sezione Materiali per Applicazioni Meccaniche presso il medesimo dipartimento. Dal 2012 al 2014 è stato consulente tecnico di Ilva per l’applicazione dell’AIA
e per l’adozione di nuove soluzioni tecniche. É stato eletto presidente dell’Associazione Italiana
di Metallurgia per il biennio 2014-2016. Attualmente svolge attività di ricerca con importanti realtà
industriali: Acciaierie Bertoli Safau, Atb Riva Calzoni, Danieli, Ferriera Valsabbia, Fonderia FGS, Fondinox, Gruppo Arvedi, Gruppo Pittini, Ilva, Leali Steel, Marcegaglia, MM Forgings e Riva Acciaio.
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GIANFRANCO TOSINI
RESPONSABILE UFFICIO STUDI siderweb
ANALISI STRATEGICA DELL’OFFERTA DI ACCIAIO ITALIANO
L
’automotive è il secondo settore utilizzatore di acciaio nell’Unione Europea, con una quota
del 18%, significativamente superiore alla quata globale pari
a circa il 14%. E’ il settore che,
dopo la crisi economica, ha registrato le migliori performance
dal punto di vista di livelli produttivi nell’UE, con una crescita del
6% nel 2015 rispetto al 2007, inferiore a quella degli altri mezzi di
trasporto (14,8%), ma superiore
a quella degli altri settori utilizzatori (meccanica -10,4%, prodotti
in metallo -15,3%, produzione di
tubi -28,3%, apparecchi domestici -34,4%).
Nello stesso periodo in Italia l’automotive ha avuto un andamento molto più negativo, con una
diminuzione della produzione di
autoveicoli di circa il 25% rispetto al 2007. Ciò ha relegato l’Italia
all’ultimo posto tra i primi 20 paesi
produttori mondiali di autoveicoli, con una contrazione di 1,5 milioni di autoveicoli prodotti rispet-
to al picco di sempre raggiunto
nel 1989. Questo gap è stato solo
in parte colmato nel 2015, con
una produzione che pur superando il milione di autoveicoli è
ancora lontana dal record storico del 1989 (-54,3%).
La riduzione della produzione
di autoveicoli ha provocato
una contrazione della domanda di acciaio del 23,3% rispetto al 2007, che ha riguardato
sia i laminati piani che i laminati
lunghi. L’offerta di acciaio per il
settore automotive da parte dei
produttori italiani risulta inferiore
alla domanda, soprattutto per
quanto riguarda i laminati piani.
Relativamente ai laminati lunghi,
le imprese siderurgiche nazionali
accusano un gap nel comparto
degli acciai speciali, in particolare quello della vergella. Le importazioni nette di vergella in acciai legati ammontano a circa
mezzo milione di tonnellate. Per
quanto riguarda invece i laminati piani, i gap sono sia in termini
quantitativi che qualitativi: l’inci-
denza dell’automotive sul totale
delle vendite è appena del 10%
contro una percentuale mediamente del 30% dei principali
competitor esteri; la quota degli
acciai speciali (in particolare gli
alto resistenziali) sul totale è marginale rispetto a quella dei concorrenti stranieri. Conseguentemente le importazioni nette di
laminati piani sono molto consistenti: nel 2015 hanno raggiunto
quasi sei milioni di tonnellate di
cui circa un quarto destinate al
settore automotive.
Le prospettive future dell’automotive avranno rilevanti ripercussioni sull’industria siderurgica.
L’alleggerimento del peso degli
autoveicoli comporterà una sostituzione e utilizzo combinato
dell’acciaio con altri materiali
(alluminio, magnesio, polimeri
compositi, ecc). Gli acciai tradizionali verranno sostituiti con gli
acciai altoresistenziali di prima
generazione (AHSS-Advanced
High Strenght Steel) e con gli acciai ultra altoresistenziali di nuova
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generazione (UHSS- Ultra Hugh
Strenght Steel e nTWIP- Twinning
Induced Plasticity). Il peso degli
acciai sul totale dei materiali utilizzati per la produzione di autoveicoli leggeri è destinato quindi
a scendere dall’attuale 65% al
50% nel 2030. La quota degli acciai oltoresistenziali e ultra altoresistenziali sul totale degli acciai
utilizati passerà dal 23% al 60%.
Nissan prevede di aumentare
l’uso di acciai altoresistenziali nella produzione di autoveicoli del
25% entro il 2017, coerentemente con il proprio “Green Program
2016” che si propone di ridurre
del 35% il consumo di carburante su tutta la propria gamma di
autoveicoli rispetto al 2005. Alcuni produttori di acciaio sono in
collegamento con agenziae governative che cercano di incentivare l’utilizzo degli acciai altoresistenziali. Per esempio, Severstal
ha ricevuto un finnaziamento di
730 milioni di dollari dal Dipartimento dell’Energia degli USA per
sostenere la produzione di acciai
altoresistenziali per l’industria automobilistica statunitense.
Questi acciai offrono infatti un ottimo equilibrio tra costo, peso e
resistenza dei materiali impiegati
nella produzione di autoveicoli. La domanda di laminati piani
rimarrà stabile in quanto la riduzione del peso degli autoveicoli
e la parziale sostituzione dell’acciaio con altri materiali compenseranno l’aumento del numero
di autoveicoli prodotti. Gli acciai
altoresistenziali di nuova generazione consentiranno di ottenere margini più alti alle acciaierie
che saranno in grado di produrli.
L’Ebitda ottenibile dalla produzione di queste qualità di acciaio
è infatti nettamente superiore a
quello degli acciai tradizionali, in
alcuni casi anche il doppio. Inoltre, anche solo un aumento relativamente modesto della quota
di utilizzo di questi nuovi acciai
altoresistenziali ridurrebbe di oltre
100 milioni di tonnellate il consumo di acciaio nel 2030.
Oltre il 60% del peso è costituito dal telaio e dalla scocca
Fonte: www.outokumpu.com
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L’evoluzione dell’industria automobilistica avrà conseguenze
anche sulle scelte strategiche
delle imprese siderurgiche. Aumenteranno gli accordi di collaborazione fra di esse (vedi il recente accordo fra Arcelormittal
e Voestalpine per la produzione
di una nuova gamma di acciai
zincati altoresistenziali stampati a
caldo per l’automotive) e con i
produttori di autoveicoli sia per
garantirsi adeguate quote di
mercato nelle diverse aree mondiali, sia per trovare e sfruttare al
meglio le sinergie con i grandi
utilizzatori di acciaio innovativi.
In questa logica si inquadra l’acquisizione di ThyssenKrupp Steel
America da parte di ArcelorMittal e Nippon Steel & Sumitomo
Metal, che ha come obiettivo di
accrescere la quota di mercato nel settore automotive statunitense. La produzione di nuovi
tipi di acciaio ad alte prestazioni
richiederà consistenti investimenti in R&S, per cui la conoscenza
dei processi produttivi degli utilizzatori da parte di produttori di
acciaio sarà fondamentale per
raggiungere adeguati livelli produttivi, avere il controllo dei costi
e ottenere quindi soddisfacenti
livelli di redditività. I produttori di
acciaio dovranno quindi integrarsi in modo più proattivo nella
catena di fornitura dei produttori
di autoveicoli, attraverso accordi sia con loro (vedi gli accordi
di Nissan con Kobe Steel e Nippon Steel & Sumitomo Metal)
che con i componentisti di primo
e secondo livello. Ciò indurrà le
principali imprese siderurgiche
dei paesi sviluppati a creare unità produttive nei paesi emergenti o a stipulare accordi produttivi o distributivi con operatori di
questi paesi (vedi l’accordo tra
la giapponese Kobe Steel e la cinese Angang Steel per produrre
in Cina lamiere a freddo altoresistrenziali).
Gianfranco Tosini
Classe 1949, si è laureato in Economia e Commercio all’Università di Parma ed ha conseguito la
specializzazione in Economia del Territorio all’Università di Ginevra (Svizzera). É stato capo ripartizione dell’area Studi e Pianificazione della Provincia di Brescia ed è poi passato alla Banca San Paolo
dove per oltre vent’anni ha lavorato prima come ricercatore all’Ufficio Studi poi come responsabile
dell’area Studi, Pianificazione e Controllo di gestione. Nel 1999 è passato all’Associazione Industriale
Bresciana con l’incarico di responsabile del settore Economia e Centro Studi. Dal 2010 è responsabile dell’Ufficio Studi siderweb.
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CONFERENCE&EXHIBITION
MAY 2017
MILAN
THE INTERNATIONAL EVENT FOR TO THE STEEL INDUSTRY
FROM PRODUCTION TO FINAL APPLICATIONS
THREE DAYS OF BUSINESS AND CONFERENCES IN A MADE IN ITALY STYLE
let’s think
ABOUT STEEL OF TOMORROW
TOGETHER
WWW.MADEINSTEEL.IT
siderweb
by
THE ITALIAN STEEL COMMUNITY