28.5.2014

1

Ruostumattomienterästen käyttöajoneuvoteollisuu-dessa

Hannu-Pekka Heikkinen

Tutkimusinsinööri, IWE

Stainless EMEA, R&D Tornio

Outokumpu

Puukomposiittiauto BIO-4 saapuu Kemiin

19.5.2014 Kemi

5/28/2014 2

Contents

1. Outokumpu lyhyesti

2. Ruostumaton teräs

3. Auto- ja kuljetusvälineteollisuuden käyttösovelluksia

4. Yhteenveto

28.5.2014

2

Maaliskuu 2013 3

Outokumpu toimii eri puolilla maailmaa

Shanghai

Tornio

Kemi

Sheffield

New Castle

Richburg

San Luis Potosí

Calvert

Kloster

Avesta

Degerfors

Nyby

Wildwood

BochumKrefeld & Benrath

Dahlerbrück

Dillenburg

Integroitu sulatto, kuuma- ja kylmävalssaamo

Muut tehtaat

Palvelukeskus

Kaivos

Suunniteltu sulkeminen

Outokummun markkina-asema

• Outokummun markkinaosuus

(31.12.2013)

o Eurooppa 35 %

o NAFTA-alue 20 %

o Koko maailma 8 %

• Outokumpu on duplex-lajeissa

markkinajohtaja globaalisti ja

Euroopassa

Ruostumattoman teräksen Ruostumattoman teräksen Ruostumattoman teräksen Ruostumattoman teräksen

tuottajat 2013*tuottajat 2013*tuottajat 2013*tuottajat 2013*

Posco 4,2

Outokumpu 3,7

Baosteel 3,7

Tisco 3,5

Yusco 3,0

Aperam 2,7

Acerinox 1,9

*) Arvioitu aihiokapasiteetti, lähde: SMR.

Vain Outokummun jatkuvat toiminnot

Maaliskuu 2013 4

28.5.2014

3

5/28/2014 5

Ruostumattoman teräksen loppukäyttökohteet

Lähde: SMR, ruostumattomien terästuotteiden kulutus maailmassa 2010

Maailman loppukäyttökohteet Outokummun myynti loppukäyttökohteittain

Lähde: Outokummun myynti loppukäyttökohteittain 2010

17%

13%

19%

38%

11%2%

Rakentaminen

Kuljetus

Prosessiteollisuus ja raaka-aineet

Ravintolat ja kotitaloudet

Kemian sekä petrokemian teollisuus ja energia

Muut

18%

15%

37%

14%

16%

Rakentaminen

Kuljetus

Prosessiteollisuus ja raaka-aineet

Ravintolat ja kotitaloudet

Kemian sekä petrokemian teollisuus ja energia

5/28/2014 6

Contents

1. Outokumpu lyhyesti

2. Ruostumaton teräs

3. Auto- ja kuljetusvälineteollisuuden käyttösovelluksia

4. Yhteenveto

28.5.2014

4

Maaliskuu 2013 7

Ruostumaton teräs materiaalina

Esteettinen

HygieeninenKorroosionkestävä

Lämmönkestävä

Luja ja kestävä

100 %:n kierrätettävä

Ruostumaton

teräs

Kierrätyssisältö yli 85 %

Kustannustehokas

5/28/2014 8

Ruostumaton teräs

• Kromi reagoi hapen kanssa

→ Teräksen pinnalle muodostuu ohut, muutaman nanometrin paksuinen

passiivikalvo, joka suojaa terästä korroosiolta

• Ruostumattomat teräkset luokitellaan niiden kiderakenteen perusteella

• Austeniittiset (γ-rauta)

• Ferriittiset (α-rauta)

• Duplex (austeniittis-ferriittiset)

• Martensiittiset

Ruostumaton teräs = teräs, jossa vähintään ~11 % kromia

pkkfcc-latticea0=bo=coα=β=γ=90°

tkkbcc-latticea0=bo=coα=β=γ=90°

ferritic steels austenitic steels ferritic-austenitic steels

martensitic steels

28.5.2014

5

9

Ruostumattomat teräkset -

Mekaaniset ominaisuudet

60

0

10

20

30

40

50

200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Ve

nym

ä(%

)

Murtolujuus Rm (MPa)

1100 1200 1300 1400 1500

70

1600100

Austenitic stainless steels(1.4301 / 1.4310 / 1.4318)

( 304 / 301 / 301LN)

H400 (CrMn)

Lujitusvalssatut

austeniittiset ruostumattomat(1.4310 2H, 1.4318 2H)

Ferriittiset ruostumattomat teräkset(1.4003 / 1.4589)

Duplex stainless steels(1.4362 / 1.4462, LDX 2101)

Hiiliteräkset

5/28/2014 10

• Eurooppalaisessa ruostumattomien terästen materiaalistandardissa EN 10088-1 on esitetty yli 130 eri teräslajia.

• Eurooppalaisia EN-standardeja

o SFS-EN 10088-1:2005, ruostumattomien terästen luettelo

o SFS-EN 10088-2:2005, nauha- ja levytuotteet yleiseen käyttöön

o SFS-EN 10088-4:2009, nauha- ja levytuotteet rakennuskäyttöön

o SFS-EN 10028-7:2007, painelaiteteräkset

• Amerikkalaisia ASTM-standardeja

o ASTM A240, paineastiamateriaalit

o ASTM A666, yleinen käyttö ja muokkauslujitetut tuotteet

o ASTM A480, toimitustilat yms…

Ruostumattomien terästen yleisimmät

materiaalistandardit

28.5.2014

6

• Korroosionkesto

• Käyttölämpötila

• Mekaaninen lujuus – vaikutukset paksuuteen ja painoon

• Muut mekaaniset ominaisuudet (iskusitkeys, virumislujuus, ...)

• Valmistettavuus ja hitsattavuus

• Pinta ominaisuudet (puhdistettavuus, ulkonäkö,…)

• Fysikaaliset ominaisuudet

• Saatavuus, luottamus toimittajiin

• Tuttuus

• Hinta, Elinkaarikustannukset (LCC), Työkalukustannukset

• Kierrätettävyys, ympäristövaikutukset ja hyödyt

• Lainsäädäntö, standardit ja hyväksynnät

• Degree of comfort, (riskit, vakuutukset)

Materiaalin valintaOn olemassa monia erilaisia ruostumattomia teräslajeja. Kuten minkä tahansa muunkin materiaalin valinta, oikeiden terälajien valinta pitää olla tasapainossa monen tekijän ja vaatimuksien välillä:

• Esimerkiksi

o Catering ja kodinkoneet

• Pinnan ulkonäkö ja puhdistettavuus tärkeitä

• Vaatimukset korroosionkestolle ei niin korkeat (monissa tapauksissa säännöllinen ja perusteellinen puhdistus)

• Mekaninen lujuus voidaan vain harvoin hyödyntää

o Kuljetusvälineet

• Korkeat vaatimukset hapettumista vastaan (pakokaasu järjestelmät)

• Mekaaninen lujuus autonkorissa

o Kemian-, petrokemian- ja energiateollisuus

• Pinnan toimitustilalle ei useinkaan suuria vaatimuksia

• Usein kovat vaatimukset korroosionkestolle

• Paljon paineastioita ja suuria säiliöitä – Lujat teräslajit voidaan hyödyntää painonsäästössä

Materiaalin valintaperusteet vaihtelevat

teollisuusalojen välillä

28.5.2014

7

5/28/2014 13

Contents

1. Outokumpu lyhyesti

2. Ruostumaton teräs

3. Auto- ja kuljetusvälineteollisuuden käyttösovelluksia

4. Yhteenveto

• Käytetään laajasti pakoputkistoissa ja auton osissa, kuten letkusiteissä, turvavyön

komponenteissa, koristeosissa, kannentiivisteissä jne.

• Tulossa alusta ja jousitus komponetteihin, polttoainetankkeihin ja katalysaattori

sovelluksiin

• Vaihtoehto kantaviin rakenteisiin

• Tarjoaa:

o weight savings, enhanced ”crashworthiness”, corrosion resistant, it can be

recycled 100%

Ruostumattomat teräkset - Automotive and

Transport

14

28.5.2014

8

• Lujuus, muovattavuus ja energiansitomiskyky

• Painon säästö

• Parempi kolariturvallisuus (crashworthiness)

• Note: Strain rate sensitivity. Energy absorption depends on deformation speed

• Alhaisemmat päästöt

• Alhaisemmat elinkaarikustannukset (LCC)

• Korroosionkestävyys

• Maalausta ei välttämättä tarvita

• Huoltovapaa

• Lower LCC

5/28/2014 15

Stainless steel material for car

Porsche Panamera – cross member at

firewall

� Manufacturing process: hydro forming

� Material: tube, 2mm, H400

Quelle: Porsche

New desing

- Taylor-welded

blanks

- Hydroforming

Maaliskuu 2013 16

• HIGH STRENGTH austenitic stainless steels made by controlled cold rolling reduction

Saavutetut mekaaniset ominaisuudet riippuvat teräslajista ja käytetystävalssausreduktiosta

Standardien mukaiset merkinnät• EN: 2H

• ASTM: TR

Mitä on lujitusvalssaus?

Rp0,2 = 260 MPa Rp0,2 = 350-1100 MPa

muokkauslujittuminen

28.5.2014

9

Maaliskuu 2013 17

Muokkauslujittumisen hyödyntäminen

Mikäli lujitusvalssatun materiaalin lujuusominaisuudet eivät täytä

tuotteelta vaadittua lujuutta

Valmistetaan prototyyppi

Lopputuotteelta vaadittavat lujuusominaisuudet

saavuttavat vaadittavan tason

Muokkauslujittumista tapahtuu myösmuovausprosessissa

18

Lujitusvalssatun austeniittisen ruostumattoman

teräksen sovelluksiaNirosta® 4310 C1000

HyTens 1200 (AISI 301 C1200), t = 0.6 mm

Quelle: Titgemeyer

Truck trailer – underride guard (side and rear end)

� Material: 2 – 3 mm, Nirosta® 4310 C1000

� Protective function and design element

� Lightweight potential

� Unpainted

HyTens 1200 (AISI 301 C1200), t = 0.6 mm

Rullamuovattu ja laserhitsattu profiili

28.5.2014

10

Excerpt from press releaseExcerpt from press releaseExcerpt from press releaseExcerpt from press release

Geneva International Motor ShowGeneva International Motor ShowGeneva International Motor ShowGeneva International Motor Show 2011

• An innovative, stainless steel fuel tank is fitted. It is made from HyTens® steel, up to five times

stronger than standard carbon steel, which allows the walls to be as thin as 0.5 mm, making

the tank 3 kilos lighter than a conventional plastic tank of the same volume. Developed by

Saab and steel manufacturer Outokumpu, the tank is 100% recyclable and has a production

cost about 50% less than a plastic one.

Saab Phoenix concept car

MaterialMaterialMaterialMaterialo 0,6 mm 0,6 mm 0,6 mm 0,6 mm austenitic stainless steel austenitic stainless steel austenitic stainless steel austenitic stainless steel HyTensHyTensHyTensHyTens----X ® X ® X ® X ®

((((EN 1.4310 EN 1.4310 EN 1.4310 EN 1.4310 steelsteelsteelsteel (AISI 301))(AISI 301))(AISI 301))(AISI 301))

o ~0,5 mm ~0,5 mm ~0,5 mm ~0,5 mm afterafterafterafter formingformingformingforming

WeightWeightWeightWeight savingsavingsavingsavingo n.n.n.n. 3 kg for 55l tank3 kg for 55l tank3 kg for 55l tank3 kg for 55l tank

IncreaseIncreaseIncreaseIncrease in in in in volumevolumevolumevolumeo n. 3 litern. 3 litern. 3 litern. 3 liter

No No No No coatingcoatingcoatingcoating

PricePricePricePriceo competitive compared to a plastic tankcompetitive compared to a plastic tankcompetitive compared to a plastic tankcompetitive compared to a plastic tank

20

Duplex-teräksen lujuuden hyödyntäminen

• Säiliö AdBlue -lisäaineelle (urea + vesi)

• NOx-päästöjen vähentäminen

• LDX 2101®:

• Kevyempi kuin perinteinenruostumaton teräsrakenne

• Alumiinisäiliö aiheutti suodattimientukkeutumista

• Terässäiliö voi olla suurempi kuinmuovisäiliö

5/28/2014

28.5.2014

11

5/28/201421

Esimerkkejä duplex-terästensäiliösovelluksista

• Duplex-teräkset korvaavat austeniittisiaruostumattomia ja hiiliteräksiä

• Korroosionkestävyys• Painonsäästö

2304LDX 2101

5/28/2014 22

Performance of ferritic stainless steels

� 4003+ with Rp0,2 > 380MPa

� 4589 with Rp0,2 > 420MPa

� Good welding properties

Customer benefit

� Weight reduction (compared to S355)

� Cost reduction by thinning of material thickness, due to higher strength

� Increased corrosion resistance, therefore reduction of paint on the inner side of the car body possible � cost reduction

Materials for car & truck applications1.4003 / 1.4589

1.4003

1.4589

Corrosion behavior after one year exposing to the atmosphere (Cuxhaven)

Cr 11-14% + Ni, Mn, Cu, Mo

28.5.2014

12

5/28/2014 23

Materials for car & truck applications4003 / 4589

Busses – Stainless Steel body shell

� Material: 4003, 1 – 3 mm plate

� Good corrosion resistance (compared to S355)

� 4589 established in trams

due to higher strength compared

to 4003

Quelle: Stadler / Solaris

5/28/2014 24

Stainless Steels for

automotive exhaust systems

28.5.2014

13

25

• Relevant corrosion forms:

o Pitting corrosion

o Crevice corrosion

o Corrosion at welds

o Galvanic corrosion

• Typical environment:

o Acidic exhaust gascondensate from theinside

o De-icing salt depositsfrom the outside

o Strong temperature variation depending on drivingconditions and weather

o Alternating wet-dry cycles inside and outside

Wet corrosion of stainless steel in exhaust

systems

Source: ASM Handbook

Very different constraints Very different constraints Very different constraints Very different constraints

Hot end Hot end Hot end Hot end ���� Cold endCold endCold endCold end

Fabricated Manifold (950Fabricated Manifold (950Fabricated Manifold (950Fabricated Manifold (950°°°°C)C)C)C)

High Temp resistance

Panel: 439 < 441 < 309

Catalytic converter / DPFCatalytic converter / DPFCatalytic converter / DPFCatalytic converter / DPF

Temperature + Corrosion

Panel: 409 < 441

Front Muffler (Front Muffler (Front Muffler (Front Muffler (750750750750°°°°C)C)C)C)

Temperature + Corrosion

Panel: 409 < 439 < 441

Rear Muffler (Rear Muffler (Rear Muffler (Rear Muffler (600600600600°°°°C)C)C)C)

Wet Corrosion (internal +

external)

Panel: 409 < 439 < 436 < 304

+ Aluminized steels (USA)

PipesPipesPipesPipes

Corrosion + Temperature

Panel: 409 < 441 < 304

Stainless Steel in Emissions Control

28.5.2014

14

5/28/2014 27

Steels for automotive exhaust systemsManifold1.4509, 1.4607,

1.4541, 1.4828, 1.4835

Front pipe14 Cr, 1.4509, 1.4607,

1.4301, 1.4541, 1.4828

Catalytic converter1.4509, 1.4607,

1.4541, 1.4828

Connection pipe1.4512, 14 Cr, 1.4509, 1.4607,

1.4301, 1.4640

Rear silencer1.4512, 1.4512 Al, 14 Cr, 1.4513, 1.4113,

1.4301, 1.4640, 1.4541

Tailpipe1.4301, 1.4640, 1.4401,

part. 1.4113 (black chrome-plated, painted)

Connecting pipe1.4512, 1.4512 Al, 14 Cr,

1.4301

Central silencer1.4512, 14 Cr, 1.4510, 1.4513,

1.4301, 1.4640, 1.4541

High temperature exposure of part to over 900°C. Strong vibrations, thermal expansion,

high-temperature corrosion, high-temperature strength needed

Pipes are often thermally insulated. High temperatures, strong vibrations,

high-temperature corrosion, high-temperature strength needed.

Temperatures as for front pipe. Strong vibrations, temperature shocks.

High temperatures due to temperature rise behind the catalytic

converter. Little corrosion exposure.

High corrosion exposure of inside and outside parts, less

temperature exposure. Sometimes optical requirements.

High corrosion exposure during short-haul operation, less

temperature exposure.

Critical part, as corrosion is likely during short-haul operation; on

the other hand high temperatures during long journeys.

High corrosion exposure. High optical requirements.

5/28/2014 28

Contents

1. Outokumpu lyhyesti

2. Ruostumaton teräs

3. Auto- ja kuljetusvälineteollisuuden käyttösovelluksia

4. Yhteenveto

28.5.2014

15

• For most applications, there are several stainless steel grades which could do the job

• Different groups of stainless steel have different properties

• To work out together with the customer the most appropriate solution, we need to

understand the application

• Outokumpu provides good aids for material selection

• R&D can support with more detailed information

Yhteenveto

• Data sheets andbrochures

• Corrosion Handbook

• Welding handbook

• Segment and application brochures

Outokumpu aids for material selection

28.5.2014

16

• Euroinox www.euro-inox.org

o brochures and other publications in local languages

o links to member associations

• Nickel Institute (NiDi) http://www.nickelinstitute.org

• ISSF www.worldstainless.org

• Finnish Constructional Steelwork Association

http://www.terasrakenneyhdistys.fi

• ….

Webpages contain useful information, often as downloads

Public information for Material Selection

”This advice and assistance is provided without charge and in good faith without any undertaking,

representation or warranty and Outokumpu will obtain no liability – neither compensatory or

consequential – for advice or assistance given”

Further information

Concluding remarks - disclaimer

28.5.2014

17

Maaliskuu 2013 33