فولاد به دلیل ماهیت قوی و استحکام بالا، همچنان در زمینه تولید خودرو پیشرو است. انواع ورقهای فولادی از جمله ورق سیاه ، ورق گالوانیزه و ورق روغنی در صنایع خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ بنابراین قیمت آهن و فولاد روی قیمت بسیاری از محصولاتی که با آهن و فولاد ساخته می‌شوند تأثیر مستقیم دارد. در ادامه به بررسی کاربرد فولاد و آهن در خودروسازی می‌پردازیم.
کاربرد آهن در صنعت خودروسازی
انواع فولاد در بخش‌های مختلف خودروسازی به کار می‌رود که در زیر به مهمترین کاربرد آهن در صنعت خودروسازی اشاره شده است:
1. ورق گالوانیزه: ساخت بدنه خودرو
2. فولاد ضدزنگ آلیاژی 304: ساخت قطعاتی مانند تسمه، فویل، ورقهای فولادی، سیم و لوله
3. ورق روغنی: ساخت مقاطع چهارگوش شاسی خودرو
4. ورق ASTM A36: ساخت بدنه خودرو
5. ورق :C1010 ساخت اجزایی از بدنه خودرو
6. ورق کربن متوسط:
فولاد 1045: ساخت اکسل خودروها
فولاد 1141: ساخت اکسل خودروهای سنگین‌تر
7. ورق فولادهای TRIP: ساخت بدنه خودروهای جدیدتر
8. ورق فولادی DP: ساخت بدنه خودرو
9. لوله فولادی بدون درز: ساخت سیستم‌های اگزوز، لوله تهویه مطبوع و سنسور لوله، کولرگازی خنک‌کننده و لوله آب سرد‌کننده اصلی و لوله محور برای شاسی
به گفته انجمن جهانی فولاد، استفاده از فولاد در خودروسازی مزایای بسیاری دارد که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- > فولاد قابلیت بازیافت داشته و این قابلیت به‌طور نامحدود است.
- > میزان انتشار CO2 کمتری نسبت به سایر مواد استفاده‌شده در خودرو دارد.
- > فولاد امکان ساخت بدنه خودرو مقاوم در برابر تصادف را فراهم می‌سازد.
- > در حال حاضر وجود فولادی با استحکام بالاتر، امکان ساخت وسایل نقلیه سبک‌وزن و در عین حال مقاوم‌تر، ایمن‌تر و کارآمدتر ازلحاظ مصرف سوخت را فراهم می‌کند.
- > تعمیرات قطعات فولادی با تکنیک‌ها و تجهیزات آسانی میسر است و تعمیر آن مقرون‌به‌صرفه‌تر خواهد بود.
- > فولاد با منعطف بودن، امکان طراحی خلاقانه را برای طراحان خودرو فراهم می‌سازد.
البته کاربرد آهن و فولاد در صنایع مختلف بسیار متنوع بوده و تنها محدود به صنعت خودروسازی نمی‌شود.
علت استفاده از فولاد در بدنه خودرو چیست؟
یکی از علتهای استفاده از فولاد در بدنه خودرو کارکرد آسان آن است زیرا میتوان ورقهای فولادی را بهراحتی تا کرد یا با پرس به آنها شکل داد. همچنین تولید فولاد برای محیط‌زیست خطر کمتری در مقایسه با دیگر فلزات ازجمله آلومینیوم دارد.
یک علت دیگر استفاده از فولاد در بدنه خودرو این موضوع است که فولاد به کار رفته در ساخت بدنه خودرو قابل بازیافت بوده و میتوان در ساخت اتومبیل‌های دیگر آن را به کار برد.
در مجموع فولاد ارزانترین فلزی است که در ساخت خودرو و قطعات مختلف آن استفاده می‌گردد و تعمیر آن هزینه‌ی چندانی ندارد. به‌طور خلاصه علل استفاده از فولاد در بدنه خودرو را میتوان به‌صورت زیر بیان کرد:
1. شکل‌پذیری بالا
2. ایمنی بالا
3. دوام بالا
4. قابلیت تعمیر بالا
5. قابلیت بازیافت
فولاد پیشرفته با استحکام بالا - فولاد AHSS چیست؟
تفاوت اصلی بین فولاد معمولی و AHSS ساختار آن‌هاست. فولادهای پیشرفته با استحکام بالای AHSS، مواد پیچیده‌ای هستند که ترکیبات شیمیایی آنها بسیار با دقت انتخاب شده است. این فولادهای پیشرفته با استحکام بالا دارای ریزساختارهای چند فاز هستند که از طریق فرایندهای گرمایش و سرمایش به‌صورت دقیق کنترل می‌شوند.
فولادهایی که سطح مقاومت در آنها بیش از 550 مگاپاسکال است، به‌طورکلی AHSS خوانده می‌شوند. این فولادها همچنین گاهی اوقات دارای مقاومت کششی بیش از 780 مگاپاسکال هستند که در این صورت به‌عنوان فولادهای دارای مقاومت فوق‌العاده بالا شناخته می‌شوند.
فولادهای با استحکام خیلی بالا (تا حدود 1100 مگاپاسکال) در حالت کلی توسط فرایندهای عملیاتی حرارتی کونچ- تمپر تولید می‌گردند. ایجاد مقاومت در فولاد همیشه با چالش افزایش عناصر آلیاژی در فولاد همراه است. افزایش این عناصر منجر به افزایش سختی‌پذیری فولاد میشود اما نکته مهم این است که اگر این عناصر آلیاژی به صورت کنترل نشده افزایش یابد، منجر به افزایش ریسک شکست و ترک هیدروژنی در سازه‌های جوشکاری شده خواهد شد؛ اما در نسل‌های جدید فولاد پیشرفته با استحکام بالا یا همان فولاد AHSS تلاش شده است که این مشکل نیز به بهترین نحو حل می‌گردد.
انواع فولاد پیشرفته با استحکام بالا
ازجمله فولادهای پیشرفته با استحکام بالای AHSS، میتوان به TWIP،TRIP،DP و فولادهای CP اشاره نمود. فولادهای DP به علت فرایند تولید ساده‌تر و هزینه تولید کمتر نســبت بــه فولادهای TRIP و TWIP برای کاربردهای صنعتی مناسب‌تر خواهند بود.
1.نسل اول فولاد پیشرفته با استحکام بالا (HSLA)
نسل اول فولادهای پیشرفته با استحکام بالا با اضافه کردن عناصر آلیاژی به فولادهای کم‌کربن ساخته شد. این نوع از فولاد با استحکام بالا به فولادهای استحکام بالای کم آلیاژ شهرت یافتند که توسط مکانیسم‌های استحکام‌دهی متفاوتی تولید می‌شدند. این نوع فولاد با وجود داشتن استحکام بالا، انعطاف‌پذیری کمی داشت که مطلوب نبود. به همین دلیل فعالان عرصه فولاد، نسـل دوم فولاد با استحکام بالا را معرفی کردند که هــم اســتحکام و هــم انعطاف‌پذیری قابل قبولی داشــت.
2.نسل دوم فولاد پیشرفته با استحکام بالا
نسل دوم فولادهای پیشرفته استحکام بالا با استفاده از مقادیر زیادی از عناصر آلیاژی تولید می‌شوند. فولادهای پیشرفته با استحکام بالا از نوع TWIP و فولادهای ضدزنگ آستینتی از این جمله بودند. با وجود استحکام و انعطاف‌پذیری بالایی که این نوع از فولادهای پیشرفته با استحکام بالا داشتند، به صنعت خودروسازی راهی پیدا نکرد. از دلایل عدم موفقیت این نوع فولاد میتوان به هزینه بالای تولید و وجود چالش‌هایی در مورد اتصال این نوع فولاد به سایر گریدهای فولاد نام برد.
3.نسل سوم فولاد پیشرفته با استحکام بالا
همان‌طور که پیش‌تر نیز ذکر شد نســل اول و دوم فولادهای پیشــرفته بــا اســتحکام بالا دارای محدودیت‌هایی بودند؛ اما در ادامه با پیشرفت‌هایی که در تولید فولاد مقاوم صورت گرفت، نسل سوم این نوع فولاد معرفی شد. نسل سوم فولادهای پیشــرفته بــا اســتحکام بالا، ازجمله موادی هستند که صنعت خودرو میتواند برای برآورده کردن خواسته‌های خود بر روی آن حساب کند. این نسل از فولادهای پیشرفته با استحکام بالا علاوه بر مقرون‌به‌صرفه بودن، چالش‌های پیش روی نسل دوم در مورد اتصال را برطرف نمودند. دانشمندان صنعت فولاد برای تولید نسل سوم فولادهای پیشرفته با استحکام بالا از تکنیک‌های مختلفی ازجمله شیمی LEAN و تکنیک آنیل کردن استفاده کرده‌اند. این نوع فولاد علاوه بر اســتحکام، انعطاف‌پذیری و جوش‌پذیری بالا، هزینــه تولیــد پایینی نیز دارد. به‌نحوی‌که هزینه تولید آن نسبت به نسل دوم فولادهای پیشرفته با استحکام بالا تا 30 درصد کمتر است. این نوع فولاد در صنعت خودروسازی به‌کار برده شده است و خودروسازان را قادر به ساخت خودروهایی مقاوم و درعین‌حال سبک‌وزن کرده است که پیشرفت عظیمی در صنعت فولاد و خودروسازی محسوب میشود.
فولاد پیشرفته با استحکام بالا AHSS در حال تبدیل‌شدن به نوع فولادی است که شرکت‌های بزرگ فولادی تولید می‌کنند تا بتواند خواسته‌های صنعت خودرو را برآورده سازند. صنعت خودروسازی خواستار توسعه و تولید مداوم فولاد پیشرفته با استحکام بالاست تا ضمن افزایش ایمنی و کاهش وزن، جایگزین مناسبی برای آلیاژهای گران‌قیمت آلومینیوم داشته باشند.
علت تولید فولاد با استحکام بالا چه بود؟
به‌طور خلاصه میتوان اهداف اصلی در ساخت نسل سوم فولادهای پیشرفته با استحکام بالا را در دو مورد زیر خلاصه نمود:
1. کاهش هزینه‌های تولید فولاد به دلیل استفاده از موادی با محتوای آلیاژ کمتر
2. مقاومت و انعطاف‌پذیری بالا (مقاومت 1200 مگاپاسکال)
همچنین ادعا شده است که فولاد پیشرفته با استحکام بالا برای محیط‌زیست نیز مفید است. به گزارش انجمن جهانی فولاد، استفاده از فولاد AHSS منجر به کاهش قابل‌توجه در انتشار گازهای گلخانه‌ای در مقایسه با سایر نمرات فولادی میشود؛ زیرا وزن خودرو را در مقایسه با فولاد معمولی 35-40 درصد کاهش می‌دهد.
فولاد با استحکام بالا در خودروسازی چه کاربردهایی دارد؟
از فولاد با استحکام بالا در قسمت‌های مختلف خودروسازی ازجمله ساخت آرماتورهای آستانه، ستون‌های A، ستون‌های B، تیرهای ضربه‌ای جانبی، تقویت‌کننده‌های کمری، ضربه‌گیرها و کمان‌های سقفی و صندلی‌ها استفاده میشود. در ادامه به توضیح مهمترین کاربردهای فولاد پیشرفته با استحکام بالا در صنعت خودروسازی پرداخته میشود:
1.ضربه‌گیر و تقویت‌کننده
ضربه‌گیر اولین ابزار دفاعی خودرو در برابر هرگونه نیروی خارجی است؛ بنابراین ضربه‌گیرها باید در جذب نیرو بسیار مقاوم باشند. دوام و مقاومت فولادهای با استحکام بالا، آنها را به گزینه عالی برای سپر و ضربه‌گیر تبدیل کرده است.
بسیاری از قطعات دیگر خودرو نیز به مقاومت بالایی نیاز دارند. فولادهای استحکام بالا برای رفع این چالش‌ها مناسب هستند و ضخامت کاهش‌یافته آنها منجر به وزن سبک‌تر نیز میشود.
2.چارچوب‌ها و صندلی‌ها
چارچوب‌های خودرو نقشی مهم در افزایش استحکام خودرو در هنگام وارد آمدن ضربه ایفا می‌کنند که به همین دلیل بایستی در ساخت آنها از فولاد با استحکام بالا استفاده نمود. کاهش وزن در اینجا نیز یک نکته اساسی است. صندلی‌ها به‌طورمعمول بخشی از بدنه خودرو محسوب نمی‌شوند، اما برخی از سنگین‌ترین وسایل موجود در یک وسیله نقلیه مسافری هستند. به همین دلیل ساخت آنها با کمک فولاد AHSS میتواند بخش زیادی از وزن خودرو را کاهش دهد.
3.شاسی و فریم
فولاد با استحکام بالا قابلیت پشتیبانی از شاسی و فریم را دارا است. این شاسی در معرض برخی از شدیدترین فشارها بوده که از سمت هر یک از قطعات خودرو وارد میشود، بنابراین به خواص بسیار عالی مقاومتی مانند آن مقاومت موجود در فولاد با استحکام بالا نیاز دارد. با استفاده از فولاد AHSS، طراح خودرو اجازه خواهد داشت تا ضمن حفظ تمامیت ساختاری، اشکال پیچیده و سبکی را ایجاد کند.
دیگر کاربردهای فولاد با استحکام بالا
فولاد پیشرفته با استحکام بالا در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد:
- > حمل‌ونقل ریلی
- > انرژی
- > زیرساخت
- > صنایع کشتی‌سازی
- > هوافضا
- > ساخت سازه‌های فراساحل
- > ساخت سازه‌های مربوط به نیروگاه‌های آبی
- > صنعت ساختمان‌سازی
- > ساخت پل
آنچه مشخص است بیشترین رشد تقاضا در مصرف فولاد در سال‌های آینده مربوط به صنایعی است که نیاز به فولاد پیشرفته با استحکام بالا در آنها ضروری است. صنایعی ازجمله ساختمان‌سازی، خودروسازی، کشتی‌سازی، صنعت نفت و ساخت توربین‌ها به سمت استفاده از فولاد AHSS پیش می‌روند. در صنعت خودروسازی نیز استفاده از فولاد پیشرفته با استحکام بالا منجر به کاهش مصرف فولاد کم‌کربن و همین‌طور کاهش وزن خودروها خواهد شد؛ بنابراین به نظر می‌رسد متخصصان صنایع فولادی باید هرچه بیشتر به این نوع فولاد توجه داشته باشند و سعی کنند تا همگام با نیاز صنایع مختلف، دانش خود را به روز کنند.