EN
เกรดเหล็กตัวถังรถยนต์อธิบายไว้อย่างไร: AHSS และ UHSS ช่วยเพิ่มความปลอดภัยในการชนและประหยัดเชื้อเพลิงได้อย่างไร
เหล็กตัวถังรถยนต์ เป็นแกนหลักของการออกแบบรถยนต์ ที่ต้องสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรง น้ำหนัก และต้นทุน ตลอดหลายปีที่ผ่านมา เกรดเหล็กสำหรับตัวถังรถยนต์ได้พัฒนาขึ้นมา จากเหล็กอ่อนพื้นฐานไปจนถึงเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงขั้นสูง สองวัสดุหลักที่ใช้ในงานออกแบบรถยนต์ยุคใหม่คือ AHSS (Advanced High-Strength Steel) และ UHSS (Ultra-High-Strength Steel) เกรดเหล็กเหล่านี้กำลังเปลี่ยนโฉมรถยนต์ให้มีความปลอดภัยมากขึ้นในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ และประหยัดเชื้อเพลิงมากยิ่งขึ้น ขออธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับ เหล็กตัวถังรถยนต์ เกรดหลัก โดยเน้นว่า AHSS และ UHSS ช่วยสร้างประโยชน์เหล่านี้ได้อย่างไร
1. ความเข้าใจเกี่ยวกับเกรดเหล็กตัวถังรถยนต์
เหล็กตัวถังรถยนต์มีหลายเกรด แต่ละเกรดมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ประเภทหลักจากอ่อนที่สุดไปจนถึงแข็งแรงที่สุดมีดังนี้:
- เหล็กอ่อน เหล็กตัวถังรถยนต์พื้นฐานที่สุด มีความแข็งแรงต่ำ (ความแข็งแรงทนแรงดึง 270–350 MPa) แต่มีความยืดหยุ่นสูง ราคาถูกและรูปทรงง่าย ใช้ในชิ้นส่วนที่ไม่สำคัญ เช่น แผ่นตัวถังหรือฝากระโปรงท้าย อย่างไรก็ตาม มีน้ำหนักมากและให้การป้องกันการชนได้จำกัด
- เหล็กความแข็งแรงสูง (HSS) มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กอ่อน (350–600 MPa) และเบากว่าเล็กน้อย ใช้ในชิ้นส่วนที่ต้องการความทนทานมากขึ้น เช่น กรอบประตูหรือพื้นห้องโดยสาร HSS มีสมดุลระหว่างราคาและสมรรถนะ แต่ไม่แข็งแรงพอสำหรับชิ้นส่วนความปลอดภัยที่สำคัญ
- เหล็กความแข็งแรงสูงขั้นสูง (AHSS) เป็นเหล็กกลุ่มหนึ่งที่มีความแข็งแรงระหว่าง 600–1,300 MPa สิ่งที่ทำให้ AHSS โดดเด่นคือการผสมผสานระหว่างความแข็งแรงและความเหนียว (ความสามารถในการงอโดยไม่แตกหัก) ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้มันสามารถดูดซับพลังงานขณะเกิดอุบัติเหตุได้
- เหล็กความแข็งแรงสูงพิเศษ (UHSS) เหล็กกล้าโครงสร้างรถยนต์ที่มีความแข็งแรงที่สุด ซึ่งมีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า 1,300 เมกะพาสคัล มีความแข็งแกร่งและน้ำหนักเบา ถูกออกแบบมาเพื่อปกป้องห้องโดยสารผู้โดยสารในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุรุนแรง
ปัจจุบัน รถยนต์ส่วนใหญ่ใช้เหล็กกล้าผสมหลายเกรด แต่เหล็ก AHSS และ UHSS มีแนวโน้มเป็นวัสดุหลักมากขึ้น โดยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 60% ของเหล็กโครงสร้างรถยนต์ในรถยนต์รุ่นใหม่
2. AHSS เพิ่มความปลอดภัยในการชนได้อย่างไร
AHSS สร้างความเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ให้กับความปลอดภัยในการชน เนื่องจากมีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นรวมกัน ซึ่งช่วยให้วัสดุสามารถดูดซับพลังงานจากการชนได้ ในขณะเดียวกันก็ปกป้องพื้นที่ห้องโดยสาร
- การดูดซับพลังงาน เมื่อเกิดการชน AHSS จะเกิดการงอและเปลี่ยนรูป (กระบวนการที่เรียกว่า "การเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก") เพื่อดูดซับพลังงาน ตัวอย่างเช่น กันชนด้านหน้าและพื้นที่ยุบตัว (ส่วนของรถยนต์ที่ออกแบบมาให้พังทลายลง) มักทำจาก AHSS เมื่อรถยนต์ชนกับวัตถุ พื้นที่ดังกล่าวจะยุบตัวลง ทำให้แรงกระแทกช้าลง และลดแรงกระทำที่กระทำต่อผู้โดยสาร
- การ distort ที่ควบคุมได้ : ต่างจากเหล็กกล้าอ่อนที่อาจฉีกขาดหรือหักเมื่ออยู่ภายใต้แรงกดดัน AHSS จะเกิดการเปลี่ยนรูปแบบที่คาดการณ์ได้ ซึ่งช่วยให้บริเวณยุบตัวทำงานได้ตามแบบที่ออกแบบไว้ ในขณะที่ห้องโดยสารผู้โดยสาร (ที่ผลิตจาก AHSS ที่มีความแข็งแรงสูงกว่า) ยังคงสภาพสมบูรณ์ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่ารถยนต์ที่ใช้ AHSS ในตำแหน่งสำคัญสามารถลดความเสี่ยงของอาการบาดเจ็บลงได้ 20–30% ในกรณีเกิดการชนด้านหน้า
- การป้องกันในกรณีถูกชนด้านข้าง : การชนด้านข้างมีพื้นที่น้อยในการดูดซับพลังงาน ดังนั้นแผงประตูและเสา B (ซึ่งเป็นโครงยึดแนวตั้งระหว่างประตูด้านหน้าและด้านหลัง) จึงต้องมีความแข็งแรง วัสดุ AHSS ในบริเวณนี้ช่วยต้านทานการงอและป้องกันไม่ให้ตัวรถพังทลายเข้าด้านใน การศึกษาโดยสถาบันความปลอดภัยบนทางหลวง (IIHS) พบว่าวัสดุ AHSS ในโครงสร้างด้านข้างช่วยลดอาการบาดเจ็บรุนแรงลงได้ถึง 45%
AHSS ไม่เพียงแค่ทำให้รถยนต์แข็งแรงขึ้นเท่านั้น แต่ยังทำให้รถยนต์มีความชาญฉลาดมากขึ้นในการรับมือกับอุบัติเหตุ
3. UHSS: โล่ป้องกันสำหรับอุบัติเหตุรุนแรง
UHSS มีความแข็งแรงสูงขึ้นไปอีกระดับ โดยมีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า 1,300 MPa (เกรดบางชนิดสามารถสูงถึง 2,000 MPa) วัสดุชนิดนี้ถูกใช้ในบริเวณสำคัญที่ต้องการความแข็งแรงเพื่อปกป้องผู้โดยสาร
- ความสมบูรณ์ของห้องโดยสารผู้โดยสาร โครงสร้างรอบตัวผู้ขับขี่และผู้โดยสาร (พื้น หลังคา และเสา) ใช้เหล็ก UHSS เพื่อป้องกันการบุบอัด ในกรณีเกิดอุบัติเหตุพลิกคว่ำ หลังคาที่เสริมด้วย UHSS สามารถรับน้ำหนักได้ถึง 5–6 เท่าของน้ำหนักรถยนต์ ช่วยป้องกันไม่ให้หลังคาถล่มลงมา ลดความเสี่ยงบาดเจ็บที่ศีรษะและคอลง 50% เมื่อเทียบกับเหล็กธรรมดา
- พื้นที่รับแรงกระแทกสูง ส่วนประกอบอย่างเช่น โครงหน้าล่าง (ซึ่งยึดเครื่องยนต์ไว้) หรือคานกันกระแทกด้านหลัง ใช้เหล็ก UHSS เพื่อรับแรงกระแทกที่รุนแรง ในกรณีเกิดการชนด้วยความเร็วสูง เหล็ก UHSS จะไม่ค่อยเกิดการงอหรือแตกหัก ช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนหนักๆ เช่น เครื่องยนต์ เลื่อนเข้ามาในห้องโดยสาร
- ความเข้ากันได้กับอุปกรณ์ความปลอดภัย เหล็ก UHSS ทำงานร่วมกับถุงลมนิรภัยและเข็มขัดนิรภัย โดยการรักษารูปทรงห้องโดยสารให้มั่นคง ช่วยให้ถุงลมนิรภัยทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเข็มขัดนิรภัยสามารถยึดตัวผู้โดยสารไว้ในที่นั่งได้ ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ความปลอดภัยเหล่านี้ให้สูงสุด
เหล็ก UHSS ทำหน้าที่เหมือน 'กรงนิรภัย' แปลงโครงสร้างรถให้กลายเป็นเกราะป้องกันในกรณีเกิดอุบัติเหตุที่เลวร้ายที่สุด
4. เหล็ก AHSS และ UHSS ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการประหยัดเชื้อเพลิงได้อย่างไร
ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง (หรือระยะทางของรถยนต์ไฟฟ้า) ขึ้นอยู่กับน้ำหนักรถยนต์เป็นสำคัญ รถยนต์ที่เบากว่าใช้พลังงานน้อยกว่า และ AHSS/UHSS ช่วยลดน้ำหนักโดยไม่สูญเสียความแข็งแรง
- การออกแบบที่เบา aHSS และ UHSS มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กกล้าอ่อน ดังนั้ผู้ผลิตจึงสามารถใช้แผ่นโลหะที่บางลง (เช่น 0.8 มม. แทน 1.2 มม.) เพื่อผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ซึ่งช่วยลดน้ำหนักรถโดยรวมลง 10–15% การลดน้ำหนักลง 10% จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงได้ 5–7% ทำให้ผู้ขับขี่ประหยัดค่าใช้จ่ายในการเติมน้ำมัน สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า การลดน้ำหนักในระดับเดียวกันจะช่วยเพิ่มระยะทางได้ 8–10%
- การใช้วัสดุลดลง เนื่องจาก AHSS และ UHSS มีความแข็งแรงมากกว่า จึงต้องใช้วัสดุน้อยลง เช่น ฝากระโปรงหน้าที่ผลิตจาก AHSS จะใช้เหล็กน้อยลงถึง 30% เมื่อเทียบกับฝากระโปรงที่ทำจากเหล็กกล้าอ่อน แต่ยังคงความแข็งแรงเท่าเดิม การใช้วัสดุน้อยลงไม่เพียงแค่ช่วยลดน้ำหนัก แต่ยังช่วยลดต้นทุนการผลิตในระยะยาวด้วย
- ประสิทธิภาพภายใต้ทุกสภาวะการขับขี่ รถยนต์ที่เบากว่าต้องการพลังงานในการเร่งและเบรคน้อยลง ช่วยลดการสึกหรอของเครื่องยนต์และแบตเตอรี่ ในระยะอายุการใช้งานของรถยนต์ ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ด้วยการสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรงและน้ำหนัก AHSS และ UHSS ช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์สามารถสร้างรถยนต์ที่ทั้งมีประสิทธิภาพและปลอดภัย
5. พื้นที่ที่ AHSS และ UHSS ถูกนำมาใช้ในตัวถังรถยนต์
ผู้ผลิตรถยนต์จัดวางเหล็กกล้าเหล่านี้ไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุด:
- ตำแหน่งของ AHSS : โซนยุบตัว (ด้านหน้าและด้านหลัง) แผงประตู และราวหลังคา ความยืดหยุ่นของมันทำให้เหมาะสำหรับการดูดซับพลังงาน
- ตำแหน่งของ UHSS : เสา B ราวหลังคา และแผงกันไฟ (แบ่งแยกเครื่องยนต์ออกจากห้องโดยสาร) ความแข็งแรงของมันช่วยปกป้องพื้นที่โดยสาร
- การออกแบบหลากหลาย : รถยนต์ส่วนใหญ่ใช้วิธีการแบบ "หลายวัสดุ" ตัวอย่างเช่น รถยนต์แบบซีดานอาจใช้โซนยุบตัวด้านหน้าจาก AHSS เสา B จาก UHSS และเหล็กกล้าอ่อนสำหรับชิ้นส่วนที่ไม่สำคัญ เช่น ปีกหน้า — เพื่อสร้างสมดุลระหว่างความปลอดภัย ต้นทุน และน้ำหนัก
การใช้งานที่แม่นยำนี้ทำให้ทุกส่วนของเหล็กตัวถังรถยนต์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด
คำถามที่พบบ่อย
ความแตกต่างระหว่าง AHSS และ UHSS คืออะไร?
เหล็กความแข็งแรงสูงชนิดปรับปรุงความเหนียว (AHSS - 600–1,300 MPa) มีสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความยืดหยุ่น สามารถดูดซับพลังงานจากการชนได้ดี ในขณะที่เหล็กความแข็งแรงสูงมาก (UHSS - 1,300+ MPa) มีความแข็งแกร่งสูง ช่วยปกป้องห้องโดยสารผู้โดยสารในกรณีเกิดการชนรุนแรง
AHSS มีราคาแพงกว่าเหล็กธรรมดาหรือไม่
ใช่ AHSS มีราคาสูงกว่า 10–20% ในระยะแรก แต่การออกแบบที่มีน้ำหนักเบาช่วยประหยัดค่าเชื้อเพลิงในระยะยาวของรถยนต์ นอกจากนี้ ประโยชน์ด้านความปลอดภัยยังช่วยลดค่าประกันและค่าเสียหายที่อาจเกิดขึ้นสำหรับผู้ผลิตรถยนต์อีกด้วย
AHSS หรือ UHSS สามารถซ่อมแซมหลังเกิดอุบัติเหตุได้หรือไม่
ได้ แต่ต้องระมัดระวัง AHSS บางครั้งสามารถดัดกลับให้ตรงได้ แต่ UHSS (ซึ่งจะแข็งขึ้นเมื่อถูกความร้อน) อาจจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ ร้านซ่อมใช้เครื่องมือพิเศษในการซ่อมเพื่อไม่ให้เหล็กเสียคุณสมบัติ
รถยนต์ไฟฟ้า (EVs) ใช้ AHSS/UHSS มากกว่ารถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปหรือไม่
ใช่ EVs มีน้ำหนักแบตเตอรี่ที่มาก ดังนั้น AHSS/UHSS ที่มีน้ำหนักเบาจึงช่วยลดน้ำหนักรวม นอกจากนี้ยังต้องการการป้องกันเพิ่มเติมสำหรับชุดแบตเตอรี่ ซึ่งมักใช้ UHSS เพื่อปกป้องในกรณีเกิดการชน
รถยนต์ในอนาคตจะใช้เหล็กสำหรับตัวถังที่มีความแข็งแรงมากยิ่งขึ้นหรือไม่
ใช่ นักวิจัยกำลังพัฒนาเหล็กกล้า AHSS รุ่นที่สาม (third-generation AHSS) ที่มีความแข็งแรงสูงขึ้นและยืดหยุ่นได้ดีขึ้น ซึ่งอาจทำให้รถยนต์มีความปลอดภัยมากยิ่งขึ้นและมีน้ำหนักเบาลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพดีขึ้น