فولاد پیشرفته پیشرفته (AHSS) به گریدهای فولادی با ترکیب عالی اشاره دارد شکل پذیری، سختی و استحکام – قدرت که به آنها اجازه می دهد تا به ورق های نازک تر تبدیل شوند که استحکام کششی بالاتری نسبت به فولاد سنتی دارد.

فولاد ماده ای است که در سطح جهانی مورد استفاده قرار گرفته و عامل اصلی پیشرفت جوامع و اقتصادها بوده است. این انقلاب صنعتی را شعله‌ور کرد و یک واحد ساختمانی اساسی برای مسکن، زیرساخت‌ها، تولید و سیستم‌های حمل‌ونقل بوده است. صنعت خودرو بزرگترین مصرف‌کننده و محرک پیشرفت‌های فولاد است، زیرا توسعه گریدهای فولادی سبک وزن برای رعایت استانداردهای کیفیت و کارایی سخت‌گیرانه‌تر ضروری است. افزایش عملکرد خودرو، کاهش وزن، هزینه، قابلیت اطمینان و بهره وری سوخت مورد نیاز صنعت خودرو را می توان حداقل تا حدی با پذیرش گسترده AHSS برآورده کرد. [1].

در اینجا، با این موارد آشنا خواهید شد:

• نامگذاری فولادهای پیشرفته با استحکام بالا
• درجات مختلف AHSS
• مشارکت AHSS در صنعت خودرو

نامگذاری

نامگذاری فولادهای پیشرفته با استحکام بالا زمانی در دسترس قرار گرفت بدنه خودرو از فولاد بسیار سبک – مفهوم خودرو پیشرفته (ULSAB-AVC) کنسرسیوم استاندارد شناسایی را اتخاذ کرد که استحکام کششی نهایی (UTS) و استحکام تسلیم (YS) را مشخص می کرد. [1].

نامگذاری AHSS از این سیستم پیروی می کند:

XX aaa/bbb

جایی که،

XX = نوع فولادی

aaa = حداقل مقدار قدرت تسلیم (YS)

bbb = حداقل مقدار مقاومت کششی نهایی (UTS)

درجه AHSS	طبقه بندی
فولاد دوفاز	DP
فولاد فاز پیچیده	CP
فولاد مارتنزیتی	ام‌اس
پلاستیک ناشی از تبدیل	سفر
پلاستیسیته ناشی از دوقلو	TWIP
فولاد ضد زنگ آستنیتی	AUST SS

درجه بندی AHSS

نمرات پیشرفته فولاد استحکام بالا را می توان به انواع نسل اول و دوم طبقه بندی کرد.

نسل اول خانواده AHSS

فولاد دوفاز

فولاد دوفاز (DP) به دلیل ترکیبی از استحکام و شکل پذیری عالی، در صنعت خودروسازی همه کاره است. همانطور که از نام آن پیداست، فولادهای DP از یک ریزساختار دوگانه از یک ماتریس فریت نرم و 10 تا 40 درصد حجم مارتنزیت تشکیل شده‌اند. فولادهای DP با ریزساختار دوبلکس به استحکام کششی 500 تا 1200 مگاپاسکال می رسند. [1]، [2].

فولاد فاز پیچیده

فولادهای فاز پیچیده (CP) از یک ماتریس ریزساختاری فریت – بینیت با قطعات کوچک مارتنزیت فاز سخت، آستنیت باقی‌مانده و پرلیت تشکیل شده‌اند. فولادهای CP دارای استحکام نهایی بیش از 800 مگاپاسکال و استحکام کششی 420 تا 1030 مگاپاسکال هستند، با شکل‌پذیری و جذب انرژی بالا، گزینه مناسبی برای مقابله با نیروهای تصادف خودرو هستند. [1].

پلاستیسیته ناشی از تبدیل

فولادهای پلاستیسیته ناشی از تبدیل (TRIP) گریدهای جدید AHSS هستند که برای استحکام، شکل پذیری و شکل پذیری بالا توسعه یافته اند. پلاستیسیته ناشی از تبدیل به مکانیسم هایی اشاره دارد که در آن آستنیت نرم با تغییر شکل پلاستیک به مارتنزیت سخت تبدیل می شود. فولادهای TRIP معمولاً حاوی 0.1 تا 0.4 درصد وزنی کربن و سایر عناصر آلیاژی مانند آلومینیوم، تیتانیوم، سیلیکون، نیکل و وانادیم هستند. استحکام کششی TRIP از 500 تا 1050 مگاپاسکال، با نرخ کشیدگی کل بین 12 تا 32 درصد است. [1]، [2].

فولادهای مارتنزیتی

فولادهای مارتنزیتی (MS) زمانی تولید می شوند که خنک شدن سریع آستنیت کربن را به دام می اندازد. اتم کربن که قادر به انتشار نیست، ساختارهای کریستالی مکعبی رو به مرکز را به ساختارهای کریستالی مکعبی بدن محور تبدیل می کند. این سخت ترین تبدیل آستنیت است، بنابراین فولادهای مارتنزیتی باید برای نرم شدن و بهبود شکل پذیری مورد استفاده قرار گیرند. استحکام کششی این گرید فولادی AHSS از 720 تا 1680 مگاپاسکال است [1].

نسل دوم خانواده AHSS

پلاستیسیته ناشی از دوقلو

فولادهای پلاستیسیته دوقلویی (TWIP) دارای محتوای منگنز بالایی بین 22 تا 30 درصد هستند و علاوه بر آهن از عناصر دیگری مانند کربن، سیلیکون و آلومینیوم تشکیل شده‌اند. این انواع AHSS دارای استحکام و شکل پذیری عالی هستند. استحکام کششی از 1100 تا 1650 مگاپاسکال و ازدیاد طول از 60 تا 90 درصد متغیر است. همانطور که از نام آن پیداست، TWIP ها از دوقلو مکانیکی نامگذاری شده اند که با تغییر شکل و ناپیوستگی های متقارن توسط دو ناحیه کریستالی مشخص می شود که از نظر ساختاری یکدیگر را منعکس می کنند. [1].

فولاد ضد زنگ آستنیتی

فولاد ضد زنگ آستنیتی (AUST SS) از بیش از 50 درصد آهن، 16 تا 26 درصد کروم و کمتر از 35 درصد نیکل تشکیل شده است. AUST SS با مقاومت در برابر خوردگی عالی، شکل پذیری بالا و استحکام خستگی خوب مشخص می شود. استحکام تسلیم این گرید فولادی بین 200 تا 1400 مگاپاسکال است و محدوده مقاومت کششی آن بین 900 تا 1200 مگاپاسکال است. [1].

AHSS در صنعت خودرو

محرک اصلی بازار AHSS صنعت خودروسازی است. یکی از ویژگی های کلیدی فولاد با استحکام بالا پیشرفته در صنعت خودروسازی، قابلیت تصادف آن است. این توانایی یک وسیله نقلیه برای تغییر شکل است در حالی که فضای کافی برای بقای سرنشینان در تصادفات از جلو و جانبی فراهم می کند. یک وسیله نقلیه ممکن است به مناطق ایمنی و خرد کردن تقسیم شود. منطقه ایمنی محفظه ای است که سرنشینان و راننده آن را اشغال می کنند و بنابراین باید از استحکام بالایی برخوردار باشند. منطقه خرد کردن برای دریافت ضربه، تغییر شکل و جذب انرژی تصادف برای محافظت از مسافران طراحی شده است [3].

[1] دمری من، فولادهای پیشرفته پیشرفته: علم، فناوری و کاربردها، OH: ASM International، 2013.

[2] DJ Schaeffler، “مقدمه ای بر فولادهای پیشرفته با استحکام بالا – قسمت اول”، 2005 [Online]. در دسترس: https://www.thefabricator.com/stampingjournal/article/metalsmaterials/introduction-to-advanced-high-strength-steels—part-i [Accessed on Nov. 11, 2019]

[3] H. Safari و H. نحوی، “بهبود قابلیت تصادف خودرو با استفاده از فولادهای پیشرفته با استحکام بالا” مجله بین المللی Crashworthiness، جلد 23 (6)، ص 645-659، 2017.

مراجع محتوای نوار کناری:

[a] W. Bleck، “فولادهای پیشرفته با استحکام بالا برای صنعت خودرو – از ریزساختارها تا نانوساختارها”، فولاد و آهن، 134، 7، صص 25-34، 2014.

[b] C. Lesch، N. Kwiaton، و FB Klose، “فولادهای پیشرفته با استحکام بالا (AHSS) برای کاربردهای خودرو – ویژگی‌های متناسب با تنظیمات ریزساختاری هوشمند،” تحقیقات بین المللی فولاد، 88، 10، ص 1-21، 2017.