Légèreté des composants des camions en acier AHSS

Pour de nombreux transporteurs, réduire le poids des véhicules n’est pas tant une question de consommation de carburant que de coût total et d’efficacité du transport. L'objectif est de générer plus de revenus en transportant davantage, tout en restant sous les limites légales de poids sur les routes. Certains composants de camion d'abord produits en aciers au carbone classiques, puis en aluminium léger, ou même en polymères renforcés à la fibre de carbone (PRFC), sont à présent de bons candidats pour des aciers avancés à haute résistance (AHSS) plus économiques et plus durables.

Suivre le leader de l'allègement de l’industrie automobile

L’utilisation d’aciers AHSS et UHSS (aciers à ultra haute résistance) dans les voitures ne cesse d’augmenter à chaque nouvelle introduction ou mise à jour de modèle. L'un des objectifs de cette utilisation des aciers AHSS/UHSS est de pouvoir mieux respecter des normes plus strictes en matière de sécurité/collision. Mais, la réduction du poids est probablement la première raison de ce choix et les exemples de l’industrie automobile donnent de bonnes indications sur les possibilités d'allègement des camions.

Protection de bloc de batterie en acier UHSS pour camions électriques

Pour atteindre les objectifs climatiques convenus à l’échelle du monde, tous les camions, même les poids très lourds sur de longues distances, finiront par devoir utiliser des batteries électriques, des piles à combustible ou de l’hydrogène. Mais, avant que ces camions électriques se démocratisent, l’industrie du transport routier (au moins aux États-Unis) doit élaborer des normes de crash tests pour les blocs batterie.

Le problème est qu’il n’existe pas de norme connue pour tester la tenue dans le temps des blocs de batterie (pour camions lourds), comme les essais d'impacts, et qu’il n'y a pas non plus de norme de spécifications de protection des batteries. Dans l’idéal, les batteries pourraient être insérées dans les rails de la structure et protégées du trafic, sans qu'il y ait besoin de structure (et donc de poids) supplémentaire, mais cela ne semble pas faisable dans les cycles de service et le volume de batteries actuels.

Déclaration de la NACFE (North American Council for Freight Efficiency)

En fait, les constructeurs de camions peuvent tirer parti de certains des travaux novateurs déjà effectués pour l’industrie automobile, laquelle dispose de normes de protection des batteries pour les véhicules tout électrique. Les voitures électriques d’aujourd’hui présentent des logements de batterie (c’est-à-dire des plateaux de batterie, cages ou cadres) qui utilisent, de manière innovante, de l’aluminium léger et/ou de l’acier AHSS.

La norme de sécurité en cas de collision la plus difficile à respecter pour une voiture tout électrique est l’essai d’impact latéral sur poteau. Les éléments à prendre en compte incluent le lourd poids des batteries des véhicules électriques, leur grande taille et l'exigence de résistance à une collision pour éviter les incendies par emballement thermique de la batterie – quasiment impossibles à éteindre.

Les concepteurs de véhicules tout électrique ont pu relever ces défis en installant les batteries sous le plancher du compartiment passagers et donc faire du logement un composant structurel majeur et multifonctionnel des caisses en blanc. De son côté, SSAB a proposé son concept EV Design qui suggère, entre autres, un logement de batterie avec traverses de bas de caisse à absorption d’énergie, traverses de plancher transférant l’énergie et structure porteuse de batterie en 3D en acier martensitique Docol® à 1700 MPa. Le cadre autour du support de batterie des véhicules électriques ne protège pas seulement le bloc contre les impacts : c’est également une structure stabilisatrice à rigidité torsionnelle... et une source d’inspiration pour les conceptions futures de camions électriques.

camion électrique

Aciers AHSS Docol® pour logements de batterie de véhicules électriques, piles à combustible et stockage d’hydrogène

Graphique sur les nuances AHSS adaptées aux logements de batterie de véhicules électriques, les ventes de carburant et le stockage de l’hydrogène
Nuances AHSS adaptées pour les applications indiquées par un fond gris foncé. Les textes en jaune indiquent les nuances en cours de développement.

Châssis de camion et rails de châssis en acier UHSS

Pour les concepteurs de cadres de camion, la résistance, la rigidité et la résistance à la fatigue des matériaux sont les principales préoccupations. En effet, les châssis de camion sont constamment soumis à des impacts et à des torsions.

La structure classique de base pour les classes 8 (États-Unis) est une construction en acier de 120 ksi (827 MPa). Transformer le cadre du camion en optant pour de l'acier martensitique 1100M laminé à froid 160 ksi (1100 MPa) Docol® permet par exemple de réduire l’épaisseur des tôles et d’économiser 90 kg.

Pour réduire encore plus le poids, les concepteurs de camions cherchent à adapter les épaisseurs de l’acier sur toute la longueur du rail du châssis, pour optimiser la résistance de l’AHSS là où c'est nécessaire. Ils peuvent également analyser les coûts et bénéfices de l'utilisation d'aciers UHSS encore plus résistants, par exemple Docol® laminé à chaud et formé à froid 1200M.

La NACFE rapporte qu’un équipementier a récemment cessé de proposer des rails de cadre en aluminium, probablement à cause de leur manque de résistance. Un participant à l’enquête de la NACFE a déclaré : « Ce n'est pas qu'ils (les rails de cadre en aluminium) subissent les effets de la fatigue, c'est qu'ils échouent catastrophiquement. » (NACFE Confidence Report: Lightweighting 2021.)

Le rapport poursuit en notant que l’élasticité limitée de l’aluminium (sa rigidité) et les fléchissements qui en découlent sont un problème courant qui ne concerne pas l'acier. Des rails en aluminium pour le cadres des camions où le poids est crucial, comme les camions-citernes, sont donc exclus.

Rendre les longerons de camion plus résistants

Alors que les longerons en aluminium légers gagnent en popularité, de nombreux équipementiers ont les mêmes inquiétudes que pour les cadres en aluminium : à savoir, l’absence de résistance à long terme de l’aluminium en termes de rigidité, de torsion et de fatigue. Les aciers AHSS pourraient être l’alternative la plus durable et la plus économique pour ces longerons.

Aciers AHSS Docol® pour les cadres et châssis de camions

Graphique sur les aciers AHSS adaptés aux cadres et châssis de camions
Nuances AHSS adaptées pour les applications indiquées par un fond gris foncé. Les textes en jaune indiquent les nuances en cours de développement.

Cabines légères pour camions en acier AHSS

Même les transporteurs de camions les plus à cheval sur le poids (transporteurs de vrac) ne veulent pas de traverses plus courtes pour diminuer le poids : le confort des chauffeurs est trop important à préserver si on souhaite qu'ils restent dans l'entreprise.

Du côté des indépendants, un administrateur de flotte explique : « La légèreté est synonyme de revenus (efficacité du fret)... Je n’embauche que des indépendants dont les tracteurs pèsent moins de 7 260 kg. »

Dans tous les cas, que l'on fasse appel à des salariés ou des indépendants, il est clair que le contrôle du poids de la traverse de cabine est essentielle, d'autant plus quand on les fait plus grandes, comme pour les cabines « habitables ou surélevées ».

Le rapport de la NACFE souligne qu'« Avec les nombreuses innovations en acier, il existe un potentiel important de réduction du poids sans rompre la supply chain. »

structure de cabine

Cadre de cabine.

Aciers AHSS Docol® pour les cabines de camions

Graphique sur les aciers AHSS adaptés aux cabines de camion

Nuances AHSS adaptées pour les applications indiquées par un fond gris foncé. Les textes en jaune indiquent les nuances en cours de développement.

Sécurité renforcée grâce aux pare-chocs de camion et barres anti-encastrement en acier AHSS

Les concepteurs de camions notent que les constructeurs automobiles et les fournisseurs de rang 1 commencent à concevoir et à déployer des aciers à ultra haute limite d’élasticité pour les systèmes de pare-chocs. Les nuances UHSS comme les aciers durcis sous presse Docol® PHS 1500 et PHS 2000 permettent de créer des pare-chocs légers et économiques véritablement performants en cas de collision.

Alléger les réservoirs d’air comprimé pour les freins de camion

En aluminium, ces réservoirs peuvent être jusqu’à 14 kg plus légers que les réservoirs classiques en acier doux. Mais, des aciers avancés à haute limite d’élasticité pourraient bien être aussi légers, mais pour des coûts nettement inférieurs.

Combiner réservoirs d’air et longerons

Volvo a construit un camion prototype où un réservoir d'air comprimé en aluminium sert de traverse. Dans ce prolongement, pourquoi ne pas utiliser l’acier AHSS Docol®, plus économique que l’aluminium, mais avec la même empreinte CO2 que l’acier recyclé, bien qu'il soit essentiellement fabriqué à partir de minerai de fer brut ?

Réduire les coûts de formage des carénages de toit de tracteurs

Les carénages de toit rendent les tracteurs plus aérodynamiques et donc plus économes en carburant. Mais, changer de matière pour de l'aluminium ou du plastique moulé par injection, peut tout simplement être hors de prix pour le marché relativement limité des camions de classe 8.

Selon la NACFE : « Un grand outil pour moulage par injection de carénage de toit peut coûter plus de 1 million de dollars US, et un outil d’emboutissage de carrosserie en aluminium peut se monter à 1,5 million de dollars US ». Plus rentable, un acier AHSS, formé par des équipements sans doute déjà utilisés par l'équipementier, peut être une meilleure manière de réduire le poids des carénages.

Augmenter la résistance de la cinquième roue grâce à l’acier AHSS

Les cinquièmes roues de tracteur sont en général des pièces robustes, conçues pour des attelages/ dételages fréquents. La NACFE note que l’aluminium n’est peut-être pas le meilleur choix pour les 5e roues quand « ... il est courant que le pivot soit décentré, causant des dégâts au niveau de la gorge (en aluminium) ou des rampes... Ces pièces sont (également) très chères comparées aux modèles en acier embouti ou en acier moulé et le taux d'adoption global (taux d’acceptation) est très faible. »

Les aciers AHSS qui pourraient être utilisés pour des 5e roues de tracteur estampées comprennent les nuances martensitiques Docol®.

Roues de camion rentables et légères

Ces dernières années, les fabricants de roues en acier et en aluminium ont réussi à réduire le poids de leurs produits. En augmentant encore les niveaux de résistance avec des nuances d’acier formées à froid pour étirer les bords, avec des rapports d’expansion de trous élevés, les fabricants ont pu arriver à un allègement supplémentaire à prix attractif.

Les nuances AHSS Docol® laminées à chaud adaptées aux roues incluent HR800CP, HR800HERou HR600FB.

Structures de tableau de bord

Si l’aluminium a remplacé certaines structures du tableau, le prix s'en est évidemment ressenti. « Remplacer la matière de remplacement » par de l’acier AHSS, par des tôles laminées à froid Docol® CR600DP et des tubes de précision, permettrait d'apporter la légèreté attendue à un prix compétitif.

Proposer des pièces de camion légères à des prix attractifs

Outre leur potentiel de résistance/légèreté et leur prix attractif par rapport à l’aluminium et aux PRFC, les AHSS et UHSS peuvent souvent être transformés sur des équipements de formage à froid déjà utilisés par les équipementiers, avec des outils légèrement modifiés. Les aciers Docol® AHSS/UHSS sont vraiment intéressants pour l'empreinte CO2, comme déjà démontré.

Êtes vous prêt à tirer parti des acquis des AHSS/UHSS pour alléger les pièces ? Contactez votre représentant local Docol®. Vos clients du transport de marchandises, soucieux de leur rentablité, vous remercieront.

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