در این مقاله ۱۵ نوع فولاد پرکاربرد در ساخت قطعات خودرو معرفی و ویژگی‌های فنی هرکدام بررسی می‌شود.

1. فولاد کم‌کربن

فولادهای کم‌کربن با درصد کربن کمتر از ۰.۲۵٪ شناخته می‌شوند. این نوع فولادها از نظر متالورژیکی ساختاری فریتی یا فریتی-پرلیتی دارند که باعث می‌شود شکل‌پذیری و جوش‌پذیری آن‌ها بسیار بالا باشد. در صنعت خودرو از فولاد کم‌کربن برای ساخت بدنه، درب‌ها، کاپوت، گلگیرها و قطعات تزئینی استفاده می‌شود. دلیل اصلی کاربرد آن‌ها وزن پایین، هزینه کم و مقاومت مناسب در برابر تغییر شکل است. علاوه بر این، با پوشش‌دهی گالوانیزه، مقاومت در برابر خوردگی نیز افزایش می‌یابد که برای شرایط آب‌وهوایی مرطوب حیاتی است.

2. فولاد با استحکام بالا

فولادهای HSLA با افزودن عناصر آلیاژی مانند منگنز، نیوبیوم، وانادیم و تیتانیوم تولید می‌شوند. این فولادها نسبت به فولادهای معمولی استحکام کششی بیشتری دارند ولی همچنان قابل شکل‌دهی هستند. در خودروسازی از آن‌ها در ساخت شاسی، ستون‌های تقویتی (A و B Pillar) و تیرهای عرضی استفاده می‌شود. وجود کاربیدهای ریز نیوبیوم در ساختار باعث افزایش مقاومت تسلیم می‌شود. این فولادها در فرایند نورد گرم و سرد قابل کنترل هستند و به مهندسان اجازه می‌دهند بین استحکام و وزن تعادل بهینه ایجاد کنند.

3. فولاد کربنی متوسط

این گروه از فولادها حدود ۰.۳ تا ۰.۶ درصد کربن دارند و تعادل مناسبی بین سختی و چقرمگی ایجاد می‌کنند. در خودروها از فولادهای متوسط کربن برای ساخت قطعاتی مانند میل‌لنگ، محور چرخ، دنده‌ها و بازوهای تعلیق استفاده می‌شود. پس از انجام عملیات حرارتی نظیر تمپر و کوئنچ، مقاومت خستگی این فولادها به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. فولاد AISI 1045 یکی از پرکاربردترین انواع در این دسته است که استحکام کششی حدود ۶۰۰ تا ۸۰۰ مگاپاسکال دارد و قابلیت ماشین‌کاری خوبی نیز دارد.

4. فولاد پرکربن

با افزایش درصد کربن به بالاتر از ۰.۶٪، ساختار فولاد سخت‌تر ولی شکننده‌تر می‌شود. فولادهای پرکربن در خودرو بیشتر برای ساخت فنرهای مارپیچی، فنر سوپاپ و سیم‌های کششی استفاده می‌شوند. عملیات حرارتی دقیق در این نوع فولاد اهمیت بالایی دارد تا همزمان استحکام و انعطاف لازم حفظ شود. خواص مکانیکی بالا در کنار مقاومت سایشی مناسب، این نوع فولاد را برای قطعاتی که تحت تنش‌های تکراری قرار دارند، ایده‌آل می‌سازد.

5. فولاد ضدزنگ (Stainless Steel)

فولادهای زنگ‌نزن با داشتن حداقل ۱۰.۵٪ کروم، مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر خوردگی دارند. در خودروها از انواع 304، 316 و 316L برای ساخت سیستم اگزوز، مبدل کاتالیستی، لوله‌های سوخت، قطعات تزئینی و بست‌ها استفاده می‌شود. فولاد 316L به‌دلیل وجود مولیبدن و درصد کمتر کربن، مقاومت بسیار خوبی در برابر محیط‌های خورنده دارد و در خودروهای لوکس و دریایی کاربرد ویژه‌ای دارد. این فولادها علاوه بر دوام بالا، ظاهر براق و تمیز خود را در طول زمان حفظ می‌کنند.

6. فولاد بور دار

افزودن مقدار کمی بور (حدود ۰.۰۰۱ تا ۰.۰۰۳٪) به فولاد باعث افزایش چشمگیر سختی پس از عملیات حرارتی می‌شود. فولاد بور دار در صنعت خودرو برای ساخت تیرهای تقویتی درب، ستون‌های جانبی و سپرها کاربرد دارد. این فولادها قابلیت پرس گرم دارند و پس از سرد شدن در قالب، ساختار مارتنزیتی با استحکام بسیار بالا ایجاد می‌کنند. به همین دلیل در خودروهای ایمن جدید از فولاد بور دار به‌طور گسترده استفاده می‌شود.

7. فولاد منگنز-بور

این فولادها ترکیبی از منگنز و بور هستند و در فرآیند Hot Stamping به کار می‌روند. فولاد منگنز-بور پس از حرارت‌دهی و شکل‌دهی سریع، سختی بیش از ۱۳۰۰ مگاپاسکال پیدا می‌کند. این خاصیت باعث شده در ساخت ستون‌های سقف، رکاب‌ها و تیرهای جانبی از آن استفاده شود. ترکیب منگنز با بور به فولاد کمک می‌کند تا علاوه بر استحکام بالا، مقاومت در برابر ترک حرارتی نیز داشته باشد.

8. فولاد آلیاژی MO40 (فولاد 4140)

فولاد MO40 یکی از پرکاربردترین فولادهای آلیاژی در صنعت خودرو است که در استاندارد آمریکایی به نام AISI 4140 شناخته می‌شود. این فولاد حاوی مقادیر قابل توجهی کروم و مولیبدن است و ترکیب شیمیایی آن معمولاً شامل ۰.۴٪ کربن، ۱٪ کروم و ۰.۲۵٪ مولیبدن می‌باشد. خواص مکانیکی فولاد MO40 شامل استحکام بالا، مقاومت خستگی عالی و چقرمگی مطلوب است. به‌دلیل قابلیت ماشین‌کاری و عملیات حرارتی دقیق، از این فولاد در ساخت میل‌لنگ، محورهای انتقال نیرو، بازوهای تعلیق، چرخ‌دنده‌ها و بوش‌های تحت بار استفاده می‌شود. همچنین در خودروهای سنگین برای قطعات تحت فشار و ضربه نیز کاربرد دارد.

9. فولاد آلیاژی VCN150 (فولاد Ni-Cr-Mo)

فولاد VCN150 از دسته فولادهای آلیاژی نیکل-کروم-مولیبدن است که به‌دلیل چقرمگی بسیار بالا و مقاومت در برابر سایش، در قطعات حیاتی خودرو به‌کار می‌رود. ترکیب شیمیایی آن شامل حدود ۰.۴۵٪ کربن، ۱.۳٪ کروم، ۱.۵٪ نیکل و ۰.۲۵٪ مولیبدن است. این ترکیب باعث می‌شود فولاد VCN150 پس از کوئنچ و تمپر، ساختاری مارتنزیتی-باینیتی با مقاومت خستگی بالا داشته باشد. از آن برای ساخت شافت‌های انتقال قدرت، دنده‌های گیربکس، پین‌های پیستون، چرخ‌دنده‌های فرمان و قطعات موتورهای دیزل استفاده می‌شود. در مقایسه با MO40، این فولاد سخت‌تر و مقاوم‌تر در دماهای بالاتر است.

10. فولاد کروم-مولیبدن (Chromoly Steel 4130)

فولاد 4130 از خانواده فولادهای کروم-مولیبدن است و از نظر خواص به MO40 شباهت زیادی دارد ولی کربن کمتری دارد (حدود ۰.۳٪). در خودروهای مسابقه‌ای و شاسی‌های سبک از این فولاد استفاده می‌شود زیرا ضمن وزن پایین، مقاومت خستگی بالایی دارد. قابلیت جوشکاری و ماشین‌کاری عالی این فولاد آن را برای ساخت رول‌کیج و سازه‌های ایمنی ایده‌آل کرده است.

11. فولاد فنری (Spring Steel)

فولادهای فنری نظیر AISI 5160 و 9260 برای ساخت انواع فنرهای تخت و مارپیچی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فولادها پس از عملیات حرارتی دارای خاصیت الاستیک عالی هستند و انرژی ضربه را به‌صورت برگشت‌پذیر ذخیره و آزاد می‌کنند. در سیستم تعلیق خودرو، این فولادها نقش کلیدی در جذب ارتعاشات و حفظ پایداری خودرو دارند.

12. فولاد دوفازی

DP Steel ترکیبی از فریت نرم و مارتنزیت سخت است که تعادلی بین استحکام و شکل‌پذیری ایجاد می‌کند. این فولادها در ساخت بدنه خودروهای جدید، مخصوصاً در نواحی جذب انرژی هنگام تصادف، استفاده می‌شوند. استحکام کششی آن‌ها حدود ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ مگاپاسکال است و قابلیت کشش و خم‌کاری بالایی دارند.

13. فولادTRIP

فولاد TRIP دارای ساختار چندفازی (فریت، بینیت و آستنیت باقیمانده) است که هنگام تغییر شکل، آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود و استحکام افزایش می‌یابد. این ویژگی باعث می‌شود در تصادفات انرژی زیادی جذب کند. در قطعاتی مانند تیرهای جانبی و قاب کف خودرو از TRIP استفاده می‌شود.

14. فولادTWIP

این فولاد با درصد بالای منگنز (۱۵ تا ۳۰٪) و نیکل، دارای قابلیت تغییر شکل بسیار زیاد است. در خودروهای سبک‌وزن و ایمن مدرن از فولاد TWIP استفاده می‌شود تا بدنه ضمن حفظ استحکام، قابلیت جذب انرژی بالا داشته باشد.

15. فولاد گالوانیزه

فولاد گالوانیزه با پوشش روی (Zn) در برابر زنگ‌زدگی مقاوم است و در بدنه بیرونی خودرو کاربرد فراوان دارد. این پوشش به روش غوطه‌وری گرم یا الکتروگالوانیزه اعمال می‌شود و از خوردگی در شرایط مرطوب جلوگیری می‌کند.

جمع‌بندی

هر یک از فولادهای معرفی‌شده نقش خاصی در عملکرد خودرو دارند. فولادهای ساختاری مانند MO40 و VCN150 در قطعات تحت تنش و فشار بالا استفاده می‌شوند، در حالی‌که فولادهای سبک و مقاوم نظیر DP، TRIP و TWIP در طراحی بدنه‌های ایمن و کم‌مصرف به‌کار می‌روند. انتخاب درست نوع فولاد نه‌تنها بر دوام و ایمنی خودرو تأثیر دارد بلکه در کاهش وزن، مصرف سوخت و هزینه تولید نیز نقشی کلیدی ایفا می‌کند.