فولاد استحکام بالای پیشرفته یا Advanced High Strength Steel (AHSS) به نسل جدیدی از فولاد گفته می‌شود که دارای مقاومت بالا (تا 2000 مگاپاسکال) و همچنین دوام بالا با حفظ خواص کارگاهی هستند، مساله‌ای که در فرآیند تولید بسیار مهم است.
فولاد استحکام بالای پیشرفته در حال حاضر به عنوان پیشرویی در صنعت خودرو تولید می‌شود. این خبر برای تولیدکنندگان قطعات شاسی اتومبیل بسیار قابل توجه است.
فولادهای استحکام بالای پیشرفته که در دهه‌های گذشته توسعه یافته و تجاری شده‌اند، به منظور کاهش وزن خودروها با حفظ ایمنی مسافران طراحی گردیده‌اند تا به شرکت‌های خودروسازی کمک کنند. این فولاد عمدتاً در قالب ورق عرضه می‌شود و انتظار می‌رود در آینده نه چندان دور سهم قابل توجهی را در خودروها، به ویژه در سازه و اسکلت آنها، داشته باشند. در حال حاضر صنعت خودروسازی با بهره‌گیری از پیشرفته‌ترین ماشین‌های نورد گرم و تاریخچه و شهرت طولانی در توسعه فولادهای استحکام بالای پیشرفته، در حال پیشرفت و بهره‌وری است. در مرکز این پیشرفت، اجزای شاسی اتومبیل قرار دارد. این فولادها با ترکیبی عالی از استحکام بالا و انعطاف‌پذیری، بسیار شکل‌پذیر هستند. برای داشتن طرح و ساخت موفق در خودرو باید دانش و آگاهی ویژه‌ای نسبت به گریدهای فولاد استحکام بالای پیشرفته داشت.
آغاز عصر فولاد استحکام بالای پیشرفته
صنعت خودرو همواره به دنبال بهبود بهره‌وری تولید بوده است. درعین حال، سازندگان خودرو به رواج محصولاتشان میان مشتریان بسیار اهمیت می‌دهند. تا چندی پیش تقاضای چندانی برای اتومبیل‌های ایمن‌تر پیش نیامده بود، تا زمانی که برخی شرکت‌های ماشین‌سازی بزرگ، ایمنی را به عنوان یک استدلال فروش به میان آوردند. این موضوع موجب شد طراحی ماشین‌های محکم‌تر و ایمن‌تر که بتوانند در برابر ضربات و برخوردهای ناهنجار ناشی از تصادفات مقاومت داشته باشند، توجه سازندگان خودرو را به خود جلب کند.
متریال شاسی
وقتی صحبت بر سر اجزای شاسی باشد، بسیاری از این اجزاء ویژگی‌های طراحی‌ای دارند که در آن فولاد نورد گرم مناسب‌تر از فولاد نورد سرد است و دلیل اصلی آن، ضخامت می‌باشد. فولاد نورد سرد به طور کلی تنها با ضخامت‌های 0.5 تا 2.1 میلی‌متر در دسترس است، در حالی که محصولات فولاد نورد گرم از 2.0 تا 6.0 میلی‌متر فراتر می‌روند.
علاوه بر طیف گسترده ضخامت، فولاد استحکام بالای پیشرفته نورد گرم شده علاوه بر افزایش استحکام کششی در اجزاء، مقدار متریال مورد نیاز برای تولید را نیز کاهش می‌دهد. این امر می‌تواند با وجود عملکردی مشابه موجب کاهش قابل توجه وزن شده و به دلیل استفاده از متریال کمتر به طور کلی هزینه‌ها را نیز کاهش دهد.
امروزه اکثر برندهای مطرح اتومبیل، از فولاد استحکام بالای پیشرفته برای دستیابی به نتایج عالی در آزمون‌های تست ضربه NCAP Euro استفاده می‌کنند. در برخی از اتومبیل‌ها هنوز هم متریال‌های دیگری مانند آلومینیوم یا کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود، اما فولاد استحکام بالای پیشرفته همچنان ارزان‌ترین انتخاب برای ساخت اتومبیل‌های ایمن می‌باشد. این حقیقت را می‌توان در مطالعه مفهوم خودروهای فولادی آینده (FSV – Future steel vehicle) که توسط انجمن جهانی فولاد (WorldAutoSteel) انجام می‌شود دید.
علاوه بر موارد گفته شده، مُدول یانگ برای فولاد عالی است و در ترکیب با یک فرمول خوب، می‌تواند سختی بالا را در اجزای سازنده بدست آورد. استحکام کششی بالا و ریزساختار بهینه نیز خواص ضد سایش عالی را ارائه می‌دهد. شما همچنین خواص فرم دهی خوبی را از فولاد نورد گرم بدست می‌آورید. فولاد همچنین به صرفه‌ترین متریال سبک وزن است. به طور کلی، پیچیدگی و سطح ادغام بالا که شاسی تا به امروز نیاز دارد، می تواند با فولاد حل شود.
وزن
طراحان این ورق‌ها، موفق به کاهش وزن خودرو تا بیش از 35٪ در مقایسه با خودروی استاندارد شده‌اند. درنتیجه این ویژگی برای مشتری نهایی نیز سودمندتر است، زیرا در طول عمر وسیله نقلیه، وزن کم باعث کاهش مصرف سوخت می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از مطالعات FSV و فن‌آوری‌های تولید، شرکت‌های خودروسازی می‌توانند از دستیابی به جایگزین‌های گران قیمت، طرح‌های پیچیده و استفاده از چند متریال مختلف برای رسیدن به اهداف خود پرهیز کنند.
فولادهای استحکام بالای پیشرفته بیش از 20 سال است که در بازار موجود می‌باشند. اما هنوز هم خودروهای زیادی وجود دارند که در ساخت آنها از فولاد ساده کربنی استفاده می‌شود. این موضوع بیشتر در کشورهای در حال توسعه دیده می‌شود. هنگامی که قیمت از ایمنی و مسائل زیست محیطی اهمیت بیشتری داشته باشد، سرمایه‌گذاری برای متریال بهتر و روش‌های نوین دشوار است. به منظور کاهش وزن تولیدکنندگان همواره در تلاش هستند تا از کمترین متریال استفاده کنند، اما این متریال‌ها انتظارات و نیازهای OEM را برآورده نمی‌کند. در اینجاست که فولاد استحکام بالای پیشرفته، تنها متریالی است که کیفیت تولید، ایمنی و عملکرد خودرو را با هزینه ناچیز برای تولیدکننده ارائه می‌دهد.
کم کردن ضخامت زمانیکه متریال شما دارای تلرانس بسته باشد، ضخامت یکنواختی را ارائه داده و کیفیت مواد ثابتی خواهد داشت؛ در نتیجه ریسک کمتری را به دنبال دارد. برخی شرکت‌های تولیدکننده فولاد، همیشه گریدهای یکسان فولاد استحکام بالای پیشرفته (مانند مارتنزیت، فاز دوگانه و غیره) با یک روش کربنی یکسان تولید می‌کنند، در نتیجه تلرانس بسته و کیفیت ثابتی را در محصولات خود دارند. از دیگر ویژگی‌های ضخامت بسته فولادهای استحکام بالا می‌توان به این موضوع اشاره کرد که اجزای نهایی از لحاظ ابعاد و ظاهر بسیار دقیق هستند و در نتیجه مونتاژ کردن، بخصوص در مونتاژ‌های خودکار راحت‌تر خواهد بود.
برای حفظ قدرت هنگامی که از فولادهای استحکام بالای پیشرفته کمتری استفاده می‌شود، احتمالا طرح پیچیده‌تر خواهد شد. در هنگام کار با فولادهای استحکام بالای پیشرفته باید در نظر داشت که متریال، فرم‌پذیری موضعی و کیفیت برش لبه مطلوبی را نسبت به طرح مد نظر داشته باشد. مزایای استفاده از فولاد نورد گرم جهت مقاومت در برابر اجزای شاسی مانند تیرهای پیچشی، بازوهای کنترل و قاب‌های شاسی بیشتر است.
طراحی برای زندگی بهتر
از آنجاییکه نیاز به کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای بسیار مهم است، فولاد استحکام بالا به طراحان خودرو برای به حداکثر رساندن بهره‌وری از طرح‌های خود کمک می‌کند. فرآیندهای تولید و انتخاب مواد نه تنها بر روی انتشار گازهای خروجی از اگزوز (که به کاهش وزن برای افزایش راندمان سوخت منجر می‌شود)، بلکه در نهایت در کربن نشر یافته در حین تولید تاثیر می‌گذارد. از سوی دیگر زمانی که پای اطمینان و اعتماد در میان است، استحکام و ایمنی در رأس قرار می‌گیرند.
از طرفی برخی از کشورها در حال حاضر معتقدند که 95٪ ماشین‌ها باید قابل بازیافت باشند، در نتیجه استفاده از مواد سبک وزن مانند پلاستیک‌های تقویت شده با فیبر کربن (CFRP – carbon fiber-reinforced plastic) را کاهش داده یا از بین می‌برند. این گرایش‌ها به این معناست که طراحان باید در جست و جوی سبک‌ترین، قوی‌ترین و قابل بازیافت‌ترین متریال‌هایی باشند که برای تولید، پردازش و ساخت قطعات نهایی نیز کمترین کربن را تولید کنند. به عنوان مثال، مهندسین تولید مایل به استفاده از قالب‌سازی سرد برای ساخت قطعات فولادی هستند، زیرا با استفاده از انرژی کمتر و انعطاف پذیری بدون مراحل اضافی مانند گرمایش اجزا و برش لیزری در این فرآیند، خط تولید را بهبود می‌بخشند.
فرم‌پذیری موضعی بسیار زیاد
برخی از این فولادها دارای ریز ساختار دقیق‌تر و انعطاف‌پذیری لبه بیشتر هستند، به این ترتیب احتمال خرابی، شکست و ترک‌خوردگی میکرو را در قطعاتی با لبه‌های برش خورده کاهش می دهد. این نکته نه تنها باعث می‌شود اجزای پایدارتری در دراز مدت داشت، بلکه باعث کاهش ضایعات و جلوگیری از خرابی در هنگام تولید نیز می‌شود. این فولادها به طور خاص برای کاربردهای بسیار سخت و شرایط تولید در صنعت خودرو طراحی شده‌اند. ریز ساختار اصلاح شده آنها باعث ارتقاء داکتیلیتی لبه‌ها، اجازه برش لبه اجزاء بدون ایجاد ترک‌های کوچک، خرابی و شکستگی می‌شود. همچنین برای تولیدکنندگانی که با چالش‌های فنی در تولید مواجه هستند بسیار مناسب است.
ترکیبات کم آلیاژ به طور کلی باعث افزایش شکل‌پذیری می‌شوند و همچنین زمانی که تکنیک‌های جوشکاری معمولی استفاده می‌شوند افزایش قابلیت جوش‌پذیری را به همراه دارند. اگر اجزاء نیاز به جوش داشته باشند، انتخاب فولاد استحکام بالای پیشرفته ممکن است بر مقدار عناصر آلیاژی موجود در فولاد تاثیر بگذارد. تامین‌کننده شما می‌تواند شما را در زمینه اینکه کدام روش جوشکاری به کدام کار می‌آید، راهنمایی کند. (برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید)
مشتریان از طراحان چه می‌خواهند؟
مشتریان از طراحان قطعات خودرو انتظاراتی دارند که شامل موارد زیر می‌باشد:
انتظار رانندگی راحت و بی‌خطر در رأس تمامی موارد مد نظر قرار می‌گیرد، که اجزای سخت‌تر با خواص جذب بهتر در تصادفات بسیار کمک می‌کنند. همچنین اجزای فولادهای استحکام بالای پیشرفته با مقاومت بالا می‌تواند در کاهش ارتعاشات بسیار موثر عمل کند.
از دیگر مواردی که مشتریان مطرح می‌کنند بیشترین میزان بازدهی سوخت است که این موضوع از طریق کاهش وزن میسر می‌شود.
با کاهش مصرف سوخت فسیلی و برق تولید شده توسط سوخت‌های فسیلی در حین تولید خودرو و متریال مصرفی آن، کربن منتشر شده در حین تولید کاهش می‌یابد و در نهایت مصرف‌کننده نهایی یا همان خریدار در هنگام خرید هزینه کمتری را پرداخت می‌کند، زیرا هزینه‌های ناشی از کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز در این فرآیند کاهش یافته است.
فولادهای استحکام بالای پیشرفته به طور استثنایی قوی می‌باشند و در تست تصادف بسیار عالی عمل کرده‌اند. در نتیجه خریداران و مصرف‌کنندگان حق بیمه کمتری را برای خودروهای تولید شده با فولاد استحکام بالای پیشرفته نسبت به خودروهای معمولی پرداخت می‌کنند.