استفاده از فولاد در صنعت خودرو

فولاد مدت ها است که مورد انتخاب خودروسازان در سراسر جهان است. استفاده از فولاد به تولید کنندگان خودرو اجازه داده است تا با هزینه های نسبتاً کم نسبت به سایر مواد ، به استانداردهای قدرت و ایمنی وسایل نقلیه خود برسند. با این حال ، با توجه به مقررات فشرده و سختگیرانه مربوط به تولید گازهای گلخانه ای خودرو و راندمان سوخت ، کاهش وزن خودروها به یک نکته بسیار مهم برای خودروسازان تبدیل شده است. قیمت ورق فولادی برای ساخت اتومبیل نیز به صرفه تر از سایر فلزات است.

فولاد با افزایش رقابت با آلومینیوم و سایر مواد روبرو است. زیرا سازندگان خودرو به منظور انطباق با این آیین نامه به دنبال کاهش وزن وسایل نقلیه خود هستند.

روند استفاده از فولاد در صنعت خودرو

طبق تخمین انجمن جهانی فولاد ، بخش خودرو تقریباً 12٪ از کل مصرف جهانی فولاد را تشکیل می دهد. ArcelorMittal یکی از تولید کنندگان نوظهور فولاد مورد استفاده در ساخت خودرو در جهاناست. این کمپانی حدود 16.7٪ از بازار ورق های فولادی جهان در سال 2014 را به خود اختصاص داد.

براساس اعلام سازمان بین المللی تولید کنندگان وسایل نقلیه موتوری ، در سال 2018 ، 95.6 میلیون دستگاه خودرو تولید شده است. به طور متوسط در هر وسیله نقلیه 900 کیلوگرم فولاد استفاده می شود. با این محاسبات سالانه مقدار زیادی فولاد در ساخت اتومبیل استفاده می‌شود.

فولاد ماده اصلی غالب در تولید خودرو است که تقریبا 65٪ از وزن متوسط خودرو را به خود اختصاص داده است. فولاد موجود در خودرو به شرح زیر در کل آن توزیع می شود:

• 34٪ فولاد مصرفی برای ساخت اتومبیل در ساختار بدنه ، چارچوب و درها استفاده میشود. این فلز برای استحکام بالا و جذب انرژی در صورت تصادف انتخاب میشود.
• 23٪ در قطار که متشکل از آهن چدن برای ساخت بلوک موتور و فولاد کربن قابل استفاده برای چرخ دنده های مقاوم در برابر سایش است، استفاده می شود.
• 12٪ آن در سیستم تعلیق با استفاده از تسمه فولادی با استحکام بالا استفاده میشود.
• باقیمانده آن نیز در چرخ ها ، لاستیک ها ، مخزن سوخت و سیستم فرمان یافت می شود.

فولاد مقاومت بالا (HSS)

امروزه فولادهای با استحکام بالا (HSS) تقریبا برای طراحی هر وسیله نقلیه جدید استفاده می شوند. HSS به اندازه 60٪ ساختار بدنه وسایل نقلیه امروزی را تشکیل می‌دهد. استفاده از آن در ساختار بدنه سبب سبک تر و بهینه شدن طراحی وسایل نقلیه میشود. این کار باعث افزایش ایمنی و بهبود راندمان سوخت می شود.

شرکت های بزرگ فولادی مانند ArcelorMittal و U.S Steel در حال سرمایه گذاری زیادی برای تولید فولادهای پیشرفته با استحکام بالا هستند تا بتوانند جایگاه فولاد را به عنوان ماده انتخابی برای صنعت خودرو حفظ کنند. فولادهای با استحکام بالا از حداقل مقاومت کششی 500 تا 800 مگاپاسکال (MPa) برخوردار هستند. این فولادها نسبت به فولادهای سنتی از استحکام قابل مقایسه و صرفه جویی در وزن قابل توجهی برخوردارند.

تاثیر فولاد در محیط زیست

صنعت حمل و نقل جهانی سهم بسزایی در انتشار گازهای گلخانه ای دارد. تقریباً 24٪ از کل انتشارات CO2 ساخته شده توسط انسان را تشکیل می دهد. کاهش تأثیرات زیست محیطی تولید فولاد از سالها پیش ماموریت مهمی در صنعت بوده است.

گریدهای جدید فولادهای پیشرفته با استحکام بالا باعث می شود خودروسازان وزن خود را در مقایسه با استفاده از فولاد معمولی 25-39٪ کاهش دهند. در هنگام استفاده از یک ماشین معمولی خانوادگی پنج سرنشین ، وزن کلی وسیله نقلیه 170 تا 270 کیلوگرم کاهش می یابد . این میزان کاهش وزن سبب صرفه جویی 3 تا 4.5 تن گازهای گلخانه ای در طول عمر خودرو میشود. این صرفه جویی در تولید گازهای گلخانه ای بیانگر بیشتر از CO2 منتشر شده است که در طول تولید تمام فولاد موجود در خودرو ساطع می شود.

کاربرد آلیاژهای اتومبیل به دلیل افزایش تقاضا برای کاهش مصرف سوخت و آلودگی هوا در حال افزایش است. در حقیقت ، تقاضای فزاینده برای خودروهای با سوخت با کیفیت و وزن کم عامل مهمی است که باعث رشد آلیاژهای بازار خودرو می شود. مقررات سختی که دولت در مورد ایمنی محیط زیست وضع کرده است ، تقاضای این بازار را نیز تقویت می کند.

پایداری فولاد در خودرو

البته سؤالی که بسیاری از تولیدکنندگان در صنعت نگران آن هستند ، پایداری فولاد در بلند مدت است. این مساله یک مؤلفه مهم در صنعت خودرو است. علاوه بر این ، فولاد بسیار قابل بازیافت است. در واقع ، فولاد  را می‌توان بی نهایت بازیافت کرد و به ساختار اصلی خود بازگرداند. این خصوصیت یک مزیت بزرگ است، زیرا از وسایل نقلیه قدیمی نیز میتوان به عنوان منبع فولاد استفاده کرد. و این مسئله برخی از مسائل پایداری را از بین می برد. با این وجود کیفیت بهتر فولاد در روند بازیافت کاهش نمی یابد. از این فولاد که فولاد ثانویه  است، می توان برای ساختن هر تعداد محصول از جمله خودروهای بیشتر استفاده کرد.

جایگزین فولاد در ساخت اتومبیل

با این وجود احتمالاً سهم فولاد در ساخت خودرو کاهش می یابد ، به طوری که خودروسازان به دنبال رعایت مقررات سختگیرانه بر تولید گازهای گلخانه ای و بازده سوخت هستند. به دلیل نیاز به سبک تر شدن اتومبیل، تولید کنندگان بخش بیشتری از مواد سبک تر مانند آلومینیوم و کامپوزیت های پلاستیکی را در خودروهای خود گنجانده اند.

چندین ماده سبک تر برای جایگزین فولاد در ساخت اتومبیل وجود دارد. آلیاژهای منیزیومی فولاد منیزیم و فیبر کربن و کامپوزیتهای پلیمری دارای کمترین چگالی مصالح مورد استفاده در وسایل نقلیه هستند. استفاده گسترده از آنها پتانسیل کاهش وزن بیش از 60% قطعات  را دارد - اما پذیرش آنها به جای فولاد در ساخت خودرو ممکن نیست.

با توجه به شرایط نظارتی مطلوب ، قطعاً ورق آلومینیوم به عنوان ماده ای که در ساخت خودرو مورد استفاده قرار می گیرد جذابتر میشود. با این حال ، آلومینیوم یک فلز بسیار گرانتر از فولاد است. به همین ترتیب ، سایر مواد سبک تر مانند منگنز و کامپوزیت های پلاستیک حتی گران تر هم هستند. بنابراین ، بین کاهش وزن و افزایش هزینه ها یک تعادل برقرار است. فرصتی برای مواد جدید وجود دارد که هزینه کم با کاهش وزن را متعادل می کنند.

استحکام تسلیم منیزیم مشابه آلومینیوم است ، اما این فلز دارای کشش نهایی ، خستگی و مقاومت خزش پایین تر است. آلیاژهای آن دارای مدول و سختی کمتری بوده و احتمال شکست آن به دلیل به انعطاف پذیری کم را دارد. این فولاد مشکل ایجاد خوردگی و بازیافت و ... هستند. از این فلز در دمای پایین، به سختی میتوان ورق برش داد.

دلیل استفاده از فولاد در خودرو

برای طراحی چارچوب ماشین از فولاد استفاده می شود. آنها به تحمل در برابر فشار شدید ناشی از خودرو کمک می کنند. نوع فولادی که در اینجا استفاده می شود باید بسیار قوی و با بهترین کیفیت باشد و استانداردهای مطلوب وسیله نقلیه مورد نظر را برآورده کند. باید از مقاومت کششی بالایی برخوردار بوده و در مقابل فشار و نیروی فوق العاده مقاومت کند.

به طور مشابه ، فولاد در ساخت قاب دوچرخه هم استفاده می شود. استفاده از فولاد در تولید دوچرخه باعث افزودن استحکام عالی و ایمنی داخلی به آن میشود. همچنین ، صنعت حمل و نقل خصوصی و عمومی به میزان زیادی به عرضه فولاد بستگی دارد. بدنه های اتوبوس اغلب از فولاد با کیفیت بالا ساخته می شوند زیرا باعث افزایش وزن و قدرت به اتوبوس می شود و همچنین توانایی تحمل فشار شدید در جاده را دارد.

لوله های اگزوز در اتومبیل ها نقش اساسی دارند و جنس آنها فولادی هستند. شفتهای پروانه در وسایل نقلیه بیشتر فولادی هستند زیرا به موادی احتیاج دارید که دارای استحکام چرخشی بالایی باشند

تهیه شده توسط تیم تولید محتوای فولاد ایرانیان