-1,25%Acero inoxidable: una familia versátil de materiales de ingeniería para vehículos eléctricos de batería
Las prioridades de diseño de las carcasas de baterías para vehículos eléctricos incluyen resistencia a los choques, seguridad contra incendios y, cada vez más, reciclabilidad, tal como lo exigen las próximas normativas de la UE. El acero inoxidable presenta un gran potencial aún no explotado en este campo. Aperam ha desarrollado prototipos para demostrar estas capacidades.
Las aplicaciones incluyen carcasas de celdas, módulos, cubiertas superiores y componentes estructurales de seguridad crítica. Las propiedades mecánicas y físicas de los aceros inoxidables los hacen altamente adecuados para estos usos. Los aceros inoxidables comprenden varias familias, cada una con microestructuras específicas y propiedades correspondientes. Tres son particularmente relevantes para aplicaciones automotrices:
- Calidades austeníticas: principalmente aleadas con níquel, altamente resistentes a la corrosión, con excelentes características de conformado y soldadura.
- Calidades ferríticas: típicamente sin níquel, más económicas, valoradas por su resistencia al calor y sus buenas propiedades de embutición profunda.
- Calidades dúplex: combinan estructuras austeníticas y ferríticas, ofreciendo alta resistencia a la corrosión y buena resistencia mecánica a un costo moderado.
Contención de incendios y aislamiento térmico
La capacidad del acero inoxidable para contener incendios está bien establecida en el sector aeroespacial, donde se utiliza para carcasas de baterías de iones de litio. Su resistencia mecánica a altas temperaturas aumenta significativamente el tiempo disponible para la intervención en caso de incidentes térmicos. El acero inoxidable tiene un punto de fusión superior a 1.500 °C, mientras que los metales ligeros se funden a unos 660 °C. Además, conserva el 70% de su resistencia original a 800 °C, en comparación con solo el 15% de los aceros al carbono a la misma temperatura.
Otro factor crítico es la conductividad térmica. Las calidades austeníticas presentan la conductividad más baja, lo que ayuda a minimizar la influencia de las fluctuaciones de temperatura externa en las carcasas de las baterías, reduciendo así los requerimientos energéticos del vehículo para la gestión térmica.
Resistencia combinada con conformabilidad
Las calidades de acero inoxidable pueden adaptarse a requisitos mecánicos específicos. En condición recocida, el acero inoxidable austenítico es particularmente dúctil, alcanzando elongaciones a la fractura superiores al 50% en grados estándar como 304 y 316L. Sus altos cocientes de límite de embutición (LDR), a veces superiores a 2,15, confirman una excelente conformabilidad para componentes embutidos en profundidad.
Endurecimiento por deformación para mayor seguridad y reducción de peso
Los aceros inoxidables austeníticos se endurecen por deformación bajo esfuerzo, absorbiendo energía de deformación y aumentando la resistencia durante procesos como el perfilado en frío o el embutido profundo. Esta propiedad permite paredes más delgadas y diseños más ligeros sin comprometer la integridad estructural. El material está disponible en varios estados de endurecimiento por trabajo. Incluso las calidades “full hard”, con resistencias a tracción de alrededor de 1.000 MPa, siguen siendo suficientemente conformables para uso automotriz, lo que permite ahorrar peso y costes.
Prototipos desarrollados en cooperación con Ricardo han demostrado que las carcasas de baterías de acero inoxidable pueden funcionar como partes estructurales integrales. Superaron pruebas de impacto lateral y de perforación del piso. Aperam ofrece flejes y chapas de acero inoxidable en anchos de hasta dos metros. Combinado con su alta conformabilidad, esto permite la producción de componentes grandes y complejos mediante un proceso de fabricación simplificado. Todas las técnicas estándar de unión automotriz son compatibles con el acero inoxidable, incluidas las conexiones atornilladas, que mejoran la reparabilidad de los paquetes de baterías. Se dispone de medidas protectoras para uniones con metales disímiles a fin de evitar la corrosión galvánica. También son factibles diseños multimateriales que incorporan polímeros y compuestos.
Compatibilidad y resistencia a la corrosión
Inherentemente resistente a la corrosión, el acero inoxidable elimina la necesidad de recubrimientos protectores adicionales, simplificando la logística y reduciendo riesgos en bordes cortados y zonas fuertemente conformadas. Ensayos de exposición prolongada bajo condiciones severas, como muestras montadas en camiones, no mostraron corrosión tras dos años. El acero inoxidable también es compatible con el entorno químico de las baterías de vehículos eléctricos, resistiendo el ataque de fluidos dieléctricos. El departamento de I+D de Aperam apoya a los fabricantes en la selección de grados especificados adecuadamente.
Aunque el coste en €/t del acero inoxidable es más alto que el de otros materiales metálicos, un enfoque sistémico demuestra que ofrece el coste total de propiedad (TCOE) más ventajoso junto con un rendimiento técnico superior. Para mejorar aún más la competitividad, Aperam ha desarrollado el 316A, una variante optimizada en costes del 316L. Aprovechando la sinergia entre silicio y otros elementos de aleación en la capa pasiva, el 316A reduce el contenido de molibdeno manteniendo la resistencia a la corrosión y las características de procesado del 316L.
Potencial de aplicación para calidades ferríticas y dúplex
Los calidades ferríticas, libres de níquel, ofrecen una alternativa más económica y presentan mayor conductividad térmica, lo que las hace adecuadas para sistemas de refrigeración de baterías. También muestran una resistencia superior a altas temperaturas en escenarios de fuga térmica. Las calidades dúplex combinan una resistencia a la corrosión excepcional con una resistencia mecánica significativamente mayor que las alternativas austeníticas o ferríticas. Aperam suministra acero inoxidable dúplex en espesores de hasta 0,5 mm, adecuado para cubiertas de carcasas de baterías.
Soluciones europeas bajas en carbono
Los aceros inoxidables de Aperam para el mercado europeo se producen en Francia y Bélgica utilizando hornos eléctricos de arco y con hasta un 98% de contenido reciclado (gama Aperam infinite™). Su proximidad a los clientes automotrices permite plazos de entrega cortos y suministros flexibles. Además, los centros de servicio de acero inoxidable de Aperam en toda Europa simplifican la logística, garantizando capacidad de respuesta y fiabilidad del suministro.
A través de su filial de reciclaje ELG, Aperam recoge chatarra de producción de los clientes y la devuelve a sus acerías para su reprocesamiento. Desde el rendimiento mecánico hasta la seguridad contra incendios, pasando por la resistencia a la corrosión y la reciclabilidad, el acero inoxidable ofrece una solución técnica y económicamente eficiente para carcasas de baterías de vehículos eléctricos, apoyando al sector automotriz en el abordaje de los retos de diseño, fabricación y sostenibilidad.
