Trong cuộc cách mạng vật liệu, các hãng sản xuất thép đang tìm mọi cách để giảm trọng lượng mà vẫn đảm bảo độ cứng.

Áp lực mà loại thép cứng nhất của Nippon Steel chịu được có thể ví với sức nặng của 24 con voi cùng đè xuống một điểm nhỏ cỡ một chiếc tem thư. Công ty Nhật Bản đang nỗ lực vượt qua giới hạn để thích ứng được với ngành công nghiệp ôtô sau bao thăng trầm, theo Bloomberg.

Thép đã trở thành vật liệu cốt yếu của ôtô kể từ khi Henry Ford bắt đầu sản xuất xe hơi cách đây 100 năm. Nhưng thứ kim loại nặng này đang dần hết được ưa chuộng, bởi các nhà sản xuất ôtô không thể đáp ứng được các tiêu chuẩn về hiệu suất nhiên liệu mới hay chế tạo được những chiếc xe điện chạy đường dài mà không bỏ đi vài kg quý báu. Vài năm trước, Ford quyết định chế tạo dòng pick-up bán chạy nhất F-150 với hầu hết các bộ phận bằng nhôm – và các công ty thép hoang mang kể từ đó. 

Điều này giải thích tại sao Nippon Steel, vào tháng 4 vừa qua, mở thêm một bộ phận nghiên cứu nhằm tìm ra giải pháp giúp ôtô nhẹ hơn trong khi vẫn sử dụng loại vật liệu siêu cao cấp được tôi luyện từ 118 năm nay. Vào tháng 1, công ty công khai thành quả của phương pháp mới: thân xe hoàn toàn bằng thép, sản xuất in-house, cắt giảm được 30% khối lượng, đạt chất lượng tương đương với nhôm.

“Ai đó có thể cho rằng thép là một loại vật liệu lỗi thời, nhưng hoàn toàn không phải vậy”, người đứng đầu phòng thí nghiệm nghiên cứu, Nobuhiro Fujita, nói trong buổi giới thiệu ở Yokohama tuần trước.

Theo công ty tư vấn ôtô A2Mac1, trong nhiều năm, ôtô chỉ tăng cân mà không giảm khi đã nặng thêm khoảng 400 kg chỉ trong 2 thập kỷ gần đây. Hệ thống khung dầm và cột trụ lực lưỡng hơn để tăng cường khả năng bảo vệ khi va chạm. Nhiều tiện nghi như ghế chỉnh điện bị cho là thủ phạm chính, cùng với đó là sự phổ biến của các loại bán tải và SUV cỡ lớn.

Nhưng hiện nay các quy định về khí thải chặt chẽ hơn buộc các nhà sản xuất phải cân nhắc tới việc “kiêng khem”. Ngay cả ở Bắc Mỹ, nơi các mục tiêu hiệu suất nhiên liệu ít tham vọng hơn ở châu Âu và Trung Quốc, việc kiềm chế trọng lượng của các phương tiện mới sẽ rơi vào khoảng 7%, hay 123 kg, từ năm 2015 đến 2025, công ty nghiên cứu thị trường Ducker Worldwide cho biết.

Áp lực này sẽ chỉ tăng lên khi các hãng ôtô sản xuất ra nhiều xe điện hơn, bởi pin không đủ sức mạnh để vừa tải thêm được khối lượng thừa mà vẫn đưa ôtô đi được quãng đường xa.

Qua thời gian, điều này sẽ có nghĩa là nhiều nhôm, nhiều vật liệu ngoại lai như sợi carbon và magie – và ít thép. Đến 2025, thép sẽ chỉ chiếm 62% khối lượng của một chiếc xe trung bình, giảm từ 70% ở năm 2015, Akihito Fujita, nhân viên tư vấn của Viện nghiên cứu Nomura tại New York, cho biết. Anh cũng nói thêm: “Từ bỏ thép là không thể tránh khỏi”. Vậy ai sẽ là nhà vô địch hạng nặng?

Những thay đổi này khó khăn đối với Nippon Steel hơn ai hết. Cuộc đua tranh với các đối thủ giá rẻ từ Trung Quốc khiến việc thu lợi nhuận từ hoạt động bán các vật liệu xây dựng trở nên khó khăn hơn và Nippon Steel hiện nay dựa vào ngành công nghiệp ôtô để mua khoảng 30% sản phẩm đầu ra của công ty này, Takeshi Irisawa của công ty Tachibana Securities tại Tokyo cho biết. (Nippon Steel không công bố các số liệu trong báo cáo tài chính).

“Họ không có lựa chọn thay thế nào khác cho ôtô”, Irisawa nói. Tuy vậy, nhôm có ít hướng phát triển hơn kỳ vọng kể từ khi dòng bán tải F-150 của Ford ra đời năm 2015. General Motors từng chế giễu độ bền của vật liệu này trên một quảng cáo cho thấy thân chiếc F-150 gẫy đôi khi bị vật nặng rơi vào.

Đòn giáng khác vào nhôm đến vào năm 2017, khi Tesla chuyển sang sử dụng thép cho thân của chiếc ôtô đầu tiên nhắm tới thị trường đại chúng, sau khi dùng nhôm cho các mẫu xa xỉ trước đó. Nissan cũng chọn thân xe chủ yếu bằng thép cho Leaf, chiếc xe điện bán chạy nhất thế giới của hãng. Toyota, khách hàng chủ chốt của Nippon Steel, cũng làm tương tự với chiếc plug-in hybrids của mình.

“Chúng tôi phải hạn chế chi phí”, người đứng đầu trung tâm nghiên cứu và phát triển của Toyota, Shigeki Terashi, tháng trước cho biết. Để thuyết phục khách hàng trung thành với mình, Nippon Steel đang cố chứng tỏ rằng thép cũng có thể tiết kiệm trọng lượng, nếu nó siêu cứng và được sử dụng một cách thông minh.

Thân chiếc xe trưng bày tại hội chợ triển lãm Tokyo vào tháng 1 được cắt giảm 30% trọng lượng bằng cách sử dụng 6 loại thép ở các cấp độ khác nhau. Loại cứng nhất có giới hạn bền 2.000 mega pascal, nghĩa là có thể chịu được 20.400 kg/cm2 – gấp vài lần so với loại thép cao cấp thường được sử dụng cho ôtô hiện nay – mà không bị nứt vỡ.

Các kỹ sư của Nippon Steel cũng đã tìm ra phương pháp tính toán lại các thành phần để chúng có thể được tạo ra với ít nguyên vật liệu hơn. Chẳng hạn, họ dùng một tổ hợp các tấm thân và các thanh cốt thép mỏng hơn để giảm bớt 20% khối lượng của các mô đun cửa, mà không cần phải hy sinh độ bền. 

Mục tiêu tiếp theo là chứng minh rằng thép cao cấp có thể được sử dụng để cắt giảm trọng lượng thân xe xuống còn một nửa. Điều này có lẽ cần đến sự thỏa hiệp nào đó, bởi thép thì chỉ có thể bền hoặc nhẹ như vậy. Để vươn tới các giới hạn, Nippon Steel đang thí nghiệm trộn một khối lượng nhỏ nhựa vào loại thép mà họ đã sản xuất hàng thập kỷ.

“Chúng tôi muốn làm tất cả những gì tốt nhất có thể với thép”, Fujita – người đứng đầu phòng thí nghiệm của công ty, nói, “nhưng chúng tôi chắc chắn không xem thường cuộc cạnh tranh này”.

Mai Huyền dịch/VNE
Theo Bloomberg