Сталь в автомобилестроении

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 29 Августа 2024

Хотя в автомобильной промышленности все чаще применяются современные композиты и синтетические материалы, производители продолжают использовать сталь – проверенный и традиционный материал.

В обозримом будущем отказа от этого многовекового материала не ожидается. Более того, современная автомобильная промышленность не только остается одним из крупнейших потребителей высококачественной стали, но и стимулирует развитие множества инновационных и передовых решений в металлургии.

В современных автомобилестроительных технологиях применяются особые марки высокопрочной стали.

Широкое применение стали в автомобилестроении объясняется множеством значительных преимуществ по сравнению с другими материалами:

• Высокая жесткость и способность сохранять форму.
• Отличные прочностные свойства.
• Широкие возможности для формования.
• Невысокая себестоимость.
• Удобство в ремонте.

Однако использование стальных материалов в автомобильной отрасли имеет и свои минусы, главным из которых является подверженность металлических поверхностей коррозии. Тем не менее, современные производители автомобилей решают эту проблему с помощью специальных защитных покрытий или применением нержавеющих сталей, устойчивых к коррозии.

Безусловно, стальной прокат, который используется в автомобилестроении в наши дни, сильно отличается от металла, применяемого в этой отрасли несколько десятилетий назад. Современные автопроизводители предъявляют довольно специфические (и иногда противоречивые) требования к металлическому сырью.

Сталь для автомобилей: прошлое и настоящее

Сорта стали, используемые в современной автомобильной промышленности, значительно отличаются от металлопроката, применяемого в других отраслях, к примеру, в строительстве. Более того, текущие виды автопромышленных сталей существенно отличаются и от тех, что использовались десятилетия назад для производства транспортных средств.

Побуждающими факторами для создания и внедрения новых сплавов и марок стали усиление экологических нормативов, увеличение мощности автомобильных двигателей, повышенные требования к безопасности пешеходов, водителей и пассажиров, а также другие значимые моменты.

Например, до 80-х годов прошлого века около 90 % конструкции легковых автомобилей было изготовлено из мягких сталей с невысокой прочностью, обозначаемых в международной классификации как Mild. Однако с тех пор разработчики начали осознавать необходимость снижения массы транспортных средств за счет внедрения новых материалов и передовых технологий металлообработки.

Итак, на рынке введены углеродисто-марганцевые стали (CMn), характеризующиеся повышенной прочностью, а также стальные сплавы, которые усиливают свою прочность при сушке лакокрасочного покрытия транспортных средств (BH).

Логичным шагом после этого стало развитие высокопрочных сортов стали (HSS), созданных при участии ведущих мировых сталелитейных концернов и Международного института чугуна и стали. Эти марки превосходно удовлетворяют потребности автомобильной промышленности, объединяя такие, на первый взгляд, несовместимые свойства, как прочность и пластичность.

Введение данного материала стало катализатором для развития и изменения автомобильной индустрии – например, в современных автомобилях доля мягких сталей в каркасных конструкциях не превышает 30 %, а большую часть составляют современные высокопрочные стали с улучшенными характеристиками. В ближайшие двадцать лет планируется снизить долю мягких сталей в авто производстве до 3 %.

При производстве кузовов для современных автомобилей производители используют новейшие технологии и высокопрочные стали, такие как усовершенствованные высокопрочные стали (AHSS) и горячечеканые стали (PHS). Эти материалы обладают улучшенными механическими характеристиками, что позволяет повысить безопасность и уменьшить вес автомобилей, что в свою очередь способствует снижению расхода топлива и выбросов CO2.

Еще одним значимым направлением является внедрение сверхвысокопрочных сталей (UHSS), позволяющих уменьшить толщину стальных листов, сохраняя при этом прочность и долговечность конструкции. Увеличение использования этих сталей не только улучшает безопасность автомобилей, но и дает возможность для более гибкого и эффективного дизайна кузова.

Сегодня многие ведущие автопроизводители сотрудничают с металлургическими компаниями для разработки индивидуальных марок стали, которые соответствуют специфическим требованиям новых моделей автомобилей. Это сотрудничество предусматривает использование компьютерного моделирования и передовых методов испытаний, чтобы гарантировать надежность и безопасность новых сплавов в реальных условиях эксплуатации.

Требования к сталям, применяемым в автомобилестроении

В автомобильной промышленности стальной прокат в основном используется для создания кузовов транспортных средств: каркаса, внешней обшивки, крепежных и других конструктивных элементов. Использование такого материала направлено на решение ряда важных задач, стоящих перед разработчиками и производителями автомобилей, что существенно влияет на требования к маркам стали, применяемым в этом производстве.

Производство штампованных деталей сложной формы

Современные автомобили предъявляют высокие аэродинамические и эстетические требования, которые значительно влияют на характеристики используемых материалов в автомобилестроении. Производителю нужен металл, обладающий достаточной прочностью и подходящий для штамповки, чтобы создать сложные обтекаемые формы кузова. Иными словами, стальной лист должен легко формоваться и сохранять заданную форму после штамповки.

Обеспечение безопасности пассажиров в автомобиле

При повышенных потребностях в гибкости используемый в автомобильной индустрии металл должен обладать и достаточной прочностью, чтобы защитить водителя и пассажиров транспортного средства. Для минимизации деформации корпуса при авариях разработчики применяют самые современные конструктивные решения, но физические характеристики стали, используемой в производстве, также играют существенную роль в обеспечении безопасности людей.

Гарантирование безопасности пешеходов

Для смягчения последствий столкновения транспортного средства с пешеходом дизайнеры используют для некоторых элементов внешней оболочки автомобиля мягкую и тонкую листовую сталь. В случаях аварий такие элементы складываются или деформируются, что уменьшает вред для пешехода и повышает шансы на спасение его жизни.

Повышение экологической безопасности транспортного средства

Данный показатель непосредственно зависит от веса автомобиля – чем больше масса, тем больше топлива требуется для его эксплуатации, что приводит к увеличению количества вредных выбросов в атмосферу. Для уменьшения веса транспортного средства производители применяют более тонкий металл. Однако это делается без ущерба для безопасности водителя и пассажиров, в результате чего увеличивается доля использования высокопрочного стального проката в автомобильной индустрии.