Việc chế tạo một chiếc xe là nghệ thuật của sự cân bằng. Vật liệu được sử dụng phải đủ chắc để chịu được những va chạm nhưng cũng phải càng nhẹ càng tốt để tối đa hoá hiệu quả nhiên liệu.
Nhiều sản phẩm công nghệ cao được ra đời để đáp ứng yêu cầu đó nhưng giá của chúng quá cao so với các loại xe thông thường. Để giải quyết vấn đề này, các nhà sản xuất đã chuyển sang sử dụng thép cường độ cao.

Loại thép này được sử dụng trên ô tô từ những năm 1970, khi một cuộc khủng hoảng nhiên liệu đã khiến các nhà sản xuất ôtô phải giảm trọng lượng xe xuống.
“Nghề luyện kim cũng giống như là nghề đầu bếp”
Đối mặt với các tiêu chuẩn ngày càng khắc khe về tiết kiệm nhiên liệu, khí thải và độ an toàn, các nhà cung cấp thép đang nghiên cứu để sản xuất ra những sản phẩm có độ chắc chắn cao hơn.
Ron Krupitzer, phó chủ tịch bộ phận phụ tùng ô tô tại Viện Nghiên cứu Phát triển Thép ở Michigan cho biết: “Bằng cách thêm vào một số hợp kim có thể khiến thép thường trở nên cứng hơn 50% so với trước đây. Loại thép mới rất phù hợp để làm các bộ phận như cản xe hoặc một số chi tiết trên khung xe. Ngày nay, người ta quá chú trọng vào việc giảm trọng lượng của xe vì vậy chúng tôi phải giới thiệu loại thép mới cứng hơn và có chất lượng tốt hơn để có thể tạo được nhiều bộ phận có độ bền cao hơn trước đây.”
Loại thép mới này có tên là thép cường lực hoặc thép AHSS. Độ bền kéo của thép được đo bằng đơn vị megapaskal (MPa), với thép bình thường thì độ bền kéo là khoảng 300 MPa. Ông Krupitzer cho biết thép cường độ cao thường từ 590 đến 780 MPa, trong khi đó loại thép cường lực có thể đạt tới 1.800 MPa.
Những loại thép cường độ cao nhất sẽ được sử dụng cho các bộ phận hay chịu va đập, chẳng hạn như cản xe và thanh chịu lực bên hông xe.

Thép cường độ cao được sử dụng để làm cản trước của xe tải RAM 2015.

Tỉ lệ hoàn hảo.
Có ba yếu tố tạo nên sức mạnh của thép. Đầu tiên là thành phần. Cho thêm mangan, silicon, bo hoặc các hợp kim khác vào sẽ làm tăng độ cứng của thép. Ông Krupitzer nói “Nghề luyện kim cũng giống như là nghề đầu bếp vậy. Bạn có nhiều nguyên liệu và chúng có nhiều đặc tính khác nhau.”
Thứ hai là cách xử lý thép. Thường thì từng mẻ thép nóng chảy sẽ được trộn chung với nhau và đổ vào khuôn, nhưng làm như vậy có thể tạo ra sự không đồng nhất trong sản phẩm hoàn thiện. Thép cường có độ bền cao được xử lý theo dòng chảy liên tục, để mỗi tấm thép đều chạy qua một hệ thống xử lý nhiệt và làm mát được điều khiển bằng máy tính. Điều này tạo ra cấu trúc cơ học bên trong thép giúp nó cứng hơn.
Cuối cùng, thép được “làm cứng hơn”. Đóng khuôn và làm nóng lớp ngoài cùng có thể thay đổi cấu trúc của thép và làm cho nó cứng hơn nhiều.
Thép cường lực đắt hơn thép thông thường. Nhưng bởi vì nó cứng hơn rất nhiều nên chỉ cần sử dụng một số lượng nhỏ cũng đủ chắc ngang với việc sử dụng một lượng lớn thép thường.
Tại sao không sử dụng rộng rãi?
Nếu nó cứng như vậy và có thể giúp giảm trọng lượng của xe, tại sao không sử dụng nó để chế tạo toàn bộ chiếc xe? Chúng ta cần phải phân tích từng bộ phận và xác định vật liệu tốt nhất để làm từng cái. Nếu như bộ phận nào đó không đòi hỏi độ cứng quá nhiều thì các vật liệu nhẹ và rẻ hơn sẽ được sử dụng. Ông Krupitzer nói: “Mui xe bằng nhôm luôn nhẹ hơn so với mui xe bằng thép và nó không yêu cầu một vậy liệu quá cứng hay nặng. Thép cường độ cao không phải là lựa chọn tối ưu đối với những bộ phận có kích thước nhỏ.”

Chiếc xe tương lai được chế tạo bằng thép cường độ cao.

Thép cường độ cao là lựa chọn hàng đầu để bảo vệ tính mạng của người trong xe khi xảy ra tai nạn, nó được sử dụng để hấp thụ hoặc làm đổi hướng năng lượng va chạm mà thép thông thường không thể có được. Nói như vậy không có nghĩa nó là loại thép phù hợp với tất cả các bộ phận. Các nhà sản xuất ôtô sử dụng các loại thép có độ cứng khác nhau cho mỗi bộ phận khác nhau. Loại thép chịu lực sẽ được sử dụng bên ngoài xe và những loại thép cứng nhất sẽ được dùng xung quanh cabin.
Một trong những sản phẩm mới hơn đó là thép TRIP, viết tắt của Transformation-Induced Plasticity. Loại thép sẽ bị móp méo khi va chạm để hấp thụ năng lượng, nhưng cực kỳ chắc chắn và bền. Một trong những đặc tính quan trọng nhất của nó đối với ngành công nghiệp ô tô là được chế tạo dễ dàng. Điều này khiến nó trở thành một sự lựa chọn tuyệt vời cho các bộ phận phức tạp mà thép cường độ cao truyền thống khó có thể làm được.
Trong khi nhôm phải được phân theo loại để tái chế hiệu quả nhất và tăng giá trị thì thép cường lực chỉ cần nấu chảy cùng với các loại thép phế liệu khác để tạo ra thép mới. Các hợp kim trong thép cường lực thử nghiệm có thể cần phải được phân loại trong tương lai, tuy nhiên hiện nay nồng độ hợp kim trong loại thép này khá thấp nên cũng không ảnh hưởng nhiều.
Các ga-ra sửa chữa thân xe phải đặc biệt chú ý đối với thép cường lực nhiều lớp không thể được làm nóng và làm thẳng. Thay vào đó, các bộ phận bị hư hỏng phải được thay thế bằng bộ phận mới, sử dụng các phương pháp đặc biệt để cắt và hàn.
Các nhà sản xuất thép cũng phải làm việc chặt chẽ với các nhà sản xuất ô tô, vì các loại thép mới và công thức phải được kiểm tra các đặc điểm như chống ăn mòn, độ bám sơn, chất lượng bề mặt và cách nó được dập khuôn hoặc được hàn. Krupitzer nói: “Chúng tôi không thể sản xuất một loại thép mới và đưa nó cho các công ty xe hơi. Chúng tôi đang từng bước nâng cấp độ đàn hồi của thép và mỗi cấp độ đều phải trải qua nhiều thử nghiệm do các hãng ô tô thực hiện, trước khi được công nhận. Bạn có thể hài lòng về độ giảm trọng lượng của xe và sử dụng nhiều thép. Các nhà sản xuất ô tô vẫn đang đau đầu suy nghĩ cách để giảm trọng lượng của xe xuống một nửa để tiết kiệm nhiên liệu gấp đôi.”