據外(wai)媒報(bao)道(dao),如今各(ge)大車企紛(fen)紛(fen)繼續加大材料(liao)研(yan)發費(fei),旨(zhi)在研(yan)發新款合金及(ji)材料(liao),同(tong)(tong)時提升(sheng)其性能表現(xian).此外(wai),車企還(huan)紛(fen)紛(fen)改善其最新的(de)焊接及(ji)成形(xing)技術(shu),為各(ge)類(lei)材料(liao)及(ji)合金的(de)制作提供支持.這類(lei)投入都有一個相同(tong)(tong)的(de)目標:在實現(xian)輕量化的(de)同(tong)(tong)時降低排放量.由于(yu)汽(qi)車行業將要(yao)滿(man)足越發嚴苛的(de)排放標準,最佳應對方式無疑是減輕車身重量(輕量化).為此,需要(yao)結合使用各(ge)類(lei)鋁合金及(ji)高強度鋼(gang)、鎂(mei)、復合材料(liao)(如:碳纖維(wei))及(ji)各(ge)類(lei)塑料(liao).

    鋼(gang)材PK鋁材 誰將成為汽車輕量(liang)化的贏家?

    鋼(gang)材(cai)PK鋁材(cai) 誰將成(cheng)為汽車(che)輕量化的贏家?

    鋼材(cai)、鋁材(cai)行(xing)業(ye)的技術研發與應對

    由于對提升(sheng)產(chan)量及生(sheng)產(chan)效率(lv)的需(xu)求早(zao)有(you)預(yu)料,從事鋼(gang)材(cai)、鋁材(cai)生(sheng)產(chan)的軋制(zhi)工(gong)(gong)業(ye)(rollingindustry)于近年(nian)內加大投資力度,旨(zhi)在(zai)(zai)提升(sheng)其(qi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu).例如:美(mei)國鋁業(ye)公司(Alcoa)的最(zui)新技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)突破是Micromill連鑄(zhu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(continuouscastingtechnology),該(gai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)可大幅降低成本,縮小高強度鋼(gang)與鋁質車(che)身(shen)薄(bo)板(ABS)間(jian)的差(cha)距(ju).據該(gai)公司透露(lu),該(gai)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的生(sheng)產(chan)速率(lv)更(geng)快,只需(xu)20分鐘就能將熔(rong)融金屬(shu)(moltenmetal)加工(gong)(gong)為鋁質卷(juan)材(cai).相較之(zhi)下,若按傳統軋制(zhi)工(gong)(gong)藝,則需(xu)要20天.該(gai)項技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)進步或將在(zai)(zai)力挽狂瀾,刺(ci)激許多制(zhi)造商也紛紛轉向ABS.

    未來汽車(che)行(xing)業(ye)領(ling)(ling)軍(jun)材(cai)料(liao)的(de)爭奪戰將在鋁材(cai)與鋼材(cai)之(zhi)間(jian)打響.目前(qian),鋁材(cai)在汽車(che)應用(yong)上的(de)占(zhan)比在不(bu)斷提升.而鋼材(cai),則(ze)力圖憑借(jie)汽車(che)用(yong)先進(jin)高(gao)強度鋼(AHSS)的(de)各類產品,與鋁材(cai)爭奪汽車(che)材(cai)料(liao)的(de)領(ling)(ling)軍(jun)位置.

    除涉(she)及安全性(xing)的客(ke)艙(車(che)(che)頂縱梁(liang)(liang)、前(qian)后縱梁(liang)(liang))等個(ge)別重要車(che)(che)輛(liang)區域外,目前(qian)車(che)(che)企已擁有采(cai)用鋁材制造整(zheng)個(ge)白車(che)(che)身(shen)(未上漆的車(che)(che)身(shen))的能力,其旨在實(shi)現大幅(fu)減重并提升車(che)(che)輛(liang)性(xing)能.

    鋼材(cai)PK鋁材(cai) 誰將成為汽(qi)車(che)輕(qing)量化的(de)贏家?

    這也(ye)就(jiu)解(jie)釋了為何所(suo)有主(zhu)流車用鋁(lv)(lv)板(ban)制造商(如:諾貝(bei)麗斯、愛勵鋁(lv)(lv)業、Amag、肯(ken)聯鋁(lv)(lv)業等(deng))均大(da)力研發新款5xxx及(ji)6xxx車用鋁(lv)(lv)合(he)(he)金(jin),并竭力提升其(qi)抗拉強(qiang)度(性(xing)能提升了兩到三(san)倍).與此同時,上述制造商還不斷改善該(gai)材質的(de)其(qi)他性(xing)能(如:延展性(xing)、伸長性(xing)).上述產品特性(xing)對(dui)汽車應用而言,無疑是至(zhi)關重(zhong)要的(de).在大(da)多數情(qing)況下,這類鋁(lv)(lv)合(he)(he)金(jin)將成(cheng)為高(gao)強(qiang)度7xxx鋁(lv)(lv)合(he)(he)金(jin)的(de)替代品,其(qi)抗拉強(qiang)度高(gao)達(da)700MPa,且成(cheng)本已大(da)幅(fu)降低.

    汽車車身(shen)(白車身(shen)、發動機罩/閥蓋、車門燈)的(de)(de)制(zhi)造商們主要(yao)采用經加工硬化的(de)(de)5xxx系(xi)鋁鎂(mei)(錳)合金及熱(re)處(chu)(chu)理的(de)(de)6xxx系(xi)鋁鎂(mei)硅合金合金(AlMgSi-alloys).由于在軋制(zhi)后進行了熱(re)處(chu)(chu)理加工,AA6016或AA6111等熱(re)處(chu)(chu)理鋁板的(de)(de)材料強(qiang)度也得(de)到了大(da)幅提升.

    美國(guo)汽車研(yan)究中心的趨勢預測

    美國汽(qi)車(che)(che)研究中(zhong)心(CAR)在(zai)2017年(nian)的一份最(zui)新(xin)報(bao)告中(zhong)透露,其(qi)預計到(dao)2020年(nian),高強度鋼的用量(liang)(liang)(liang)將(jiang)達(da)到(dao)峰值,占整車(che)(che)重量(liang)(liang)(liang)的近(jin)15%.等(deng)到(dao)2040年(nian)時(shi),該占比(bi)將(jiang)逐(zhu)步跌至近(jin)5%,屆時(shi)其(qi)他輕量(liang)(liang)(liang)化材(cai)料(liao)(liao)也將(jiang)在(zai)汽(qi)車(che)(che)材(cai)料(liao)(liao)領域內(nei)占據一席之地.同時(shi),低(di)碳(tan)鋼(mildsteel)在(zai)整車(che)(che)重量(liang)(liang)(liang)中(zhong)的占比(bi)將(jiang)從55%(歷史新(xin)高)跌至近(jin)5%.

    在(zai)(zai)重(zhong)量較輕的(de)(de)材(cai)質中(zhong),超高強(qiang)(qiang)度鋼(UHSSsteel)及(ji)鋁(lv)材(cai)在(zai)(zai)車(che)輛中(zhong)的(de)(de)用(yong)量將(jiang)(jiang)呈(cheng)現(xian)(xian)平穩增(zeng)長,尤其是在(zai)(zai)安全設備(bei)類(lei)零部件中(zhong)的(de)(de)應用(yong),如車(che)架等(deng).第三代(dai)鋼材(cai)制品(3rdGenAHSS)的(de)(de)成形(xing)性能(neng)有所(suo)提(ti)升,該類(lei)鋼材(cai)的(de)(de)應用(yong)將(jiang)(jiang)呈(cheng)現(xian)(xian)劇(ju)增(zeng)態勢.鎂的(de)(de)用(yong)量也將(jiang)(jiang)呈(cheng)現(xian)(xian)上(shang)(shang)升趨勢,在(zai)(zai)儀(yi)表盤外(wai)梁上(shang)(shang)的(de)(de)應用(yong)上(shang)(shang)表現(xian)(xian)特別明顯(xian).碳纖維增(zeng)強(qiang)(qiang)塑料(CFRP)在(zai)(zai)汽(qi)車(che)上(shang)(shang)的(de)(de)應用(yong)也呈(cheng)現(xian)(xian)增(zeng)長態勢,但未來其增(zeng)幅將(jiang)(jiang)放(fang)緩,該材(cai)料主要將(jiang)(jiang)被用(yong)于大多數(shu)強(qiang)(qiang)化部件,而非面板.據美國汽(qi)車(che)研究中(zhong)心預計,截止至(zhi)2030年,96%的(de)(de)汽(qi)車(che)項目(mu)將(jiang)(jiang)考慮(lv)采用(yong)鋁(lv)材(cai)來制造白色車(che)身及(ji)其相關應用(yong).

    鋼材(cai)PK鋁材(cai) 誰(shui)將成為汽車(che)輕量化的(de)贏(ying)家?

    車企為減重(輕量化)而(er)支付的材料(liao)成本(ben)將上升(sheng)

    對于(yu)車(che)身而言,先進高強度鋼(gang)(AHSS)的(de)(de)(de)減(jian)(jian)重(zhong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)在2-1.5美(mei)元/千克(ke)(ke)(ke),其減(jian)(jian)重(zhong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)主要取決于(yu)鋼(gang)材的(de)(de)(de)類型與品級(ji).鋁合(he)金(jin)的(de)(de)(de)減(jian)(jian)重(zhong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)在3-6美(mei)元/千克(ke)(ke)(ke),鎂的(de)(de)(de)減(jian)(jian)重(zhong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)在5-12美(mei)元/千克(ke)(ke)(ke),碳纖維的(de)(de)(de)減(jian)(jian)重(zhong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)在近(jin)16美(mei)元/千克(ke)(ke)(ke).撇開成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)不談,各材料也有其獨有的(de)(de)(de)材料特性.

    未來(lai),各(ge)大(da)車(che)(che)(che)(che)(che)(che)企(qi)(qi)(qi)愿(yuan)意(yi)為輕(qing)量化支付(fu)更高(gao)額的成(cheng)本(ben)(ben),因為排放(fang)法規變得(de)越(yue)發嚴(yan)苛,其他(ta)(ta)備選材料也(ye)面(mian)臨原材料枯竭的風險,而(er)電動車(che)(che)(che)(che)(che)(che)的銷(xiao)量也(ye)呈現出上(shang)升態勢.盡管(guan)在(zai)過去,車(che)(che)(che)(che)(che)(che)企(qi)(qi)(qi)只(zhi)愿(yuan)意(yi)為車(che)(che)(che)(che)(che)(che)身減(jian)重(zhong)(zhong)而(er)支付(fu)1-2美元(yuan)/千(qian)克(ke),如(ru)今他(ta)(ta)們(men)支付(fu)的減(jian)重(zhong)(zhong)成(cheng)本(ben)(ben)在(zai)4-12美元(yuan)/千(qian)克(ke),視(shi)各(ge)行業(ye)及(ji)各(ge)細分(fen)市(shi)場內對應的車(che)(che)(che)(che)(che)(che)型(xing)而(er)異.據(ju)分(fen)析師們(men)預計,未來(lai)各(ge)大(da)車(che)(che)(che)(che)(che)(che)企(qi)(qi)(qi)將(jiang)愿(yuan)意(yi)支付(fu)20美元(yuan)/千(qian)克(ke)的減(jian)重(zhong)(zhong)成(cheng)本(ben)(ben),但該上(shang)限值主要適用(yong)于(yu)豪車(che)(che)(che)(che)(che)(che)及(ji)高(gao)性(xing)能車(che)(che)(che)(che)(che)(che)輛.對車(che)(che)(che)(che)(che)(che)企(qi)(qi)(qi)而(er)言,中檔豪車(che)(che)(che)(che)(che)(che)的可接受(shou)減(jian)重(zhong)(zhong)成(cheng)本(ben)(ben)大(da)致在(zai)5-15美元(yuan)/千(qian)克(ke),小型(xing)車(che)(che)(che)(che)(che)(che)的減(jian)重(zhong)(zhong)成(cheng)本(ben)(ben)在(zai)3美元(yuan)/千(qian)克(ke).

    第(di)三(san)代先(xian)進(jin)高(gao)強度鋼(3rdGenAHSS)強勢(shi)崛起

    期盼(pan)已久的第三代高強度鋼即為(wei)人們(men)所熟(shu)知的納(na)米鋼(NanoSteel),目前亟待進入汽(qi)車行(xing)業(ye).納(na)米鋼的強度高,符合汽(qi)車工程師的要求(抗拉強度在1,000MPa以上),同時具有(you)極佳的延展性(xing)及延伸性(xing).上述特性(xing)使(shi)得該(gai)鋼材可被加(jia)工為(wei)任意幾何形態,使(shi)設計師們(men)能夠制造結構超復(fu)雜的鋼板.

    通常(chang),常(chang)規低碳(tan)鋼也能提供超強(qiang)(qiang)的延展(zhan)(zhan)性(xing),但(dan)其(qi)強(qiang)(qiang)度不(bu)夠,上一代先進高剛強(qiang)(qiang)度鋼則正好相(xiang)反,其(qi)強(qiang)(qiang)度表現(xian)相(xiang)當出色(se),但(dan)延展(zhan)(zhan)性(xing)及(ji)延伸性(xing)不(bu)足(zu).第三代先進高強(qiang)(qiang)度鋼彌補了此前的差(cha)距,同時(shi)兼(jian)顧了前度及(ji)延展(zhan)(zhan)性(xing).

    最近(jin),安(an)塞樂米塔爾(ArcelorMittal)發布了(le)首款(kuan)(kuan)第三代(dai)先進(jin)高強度鋼(gang)制品,可供冷沖壓加工(gong),并為該款(kuan)(kuan)產品取名為HF1050.這是該公司今年發布的首款(kuan)(kuan)具有高成(cheng)形性(xing)能(neng)的3rdGenAHSS產品.該材料的抗拉強度接(jie)近(jin)1200MPa,其測得的延(yan)展(zhan)性(xing)達到伸長性(xing)的50%.

    與現有(you)的雙相級(ji)鋼(gang)相比,這款新(xin)材料使(shi)得汽(qi)車零(ling)部件的減重幅度(du)高達(da)10-20%.起(qi)亞(ya)汽(qi)車最近在(zai)2017年(nian)日內瓦(wa)車展上發布(bu)了(le)(le)4款新(xin)車型,其(qi)中的全新(xin)起(qi)亞(ya)Picanto就采用了(le)(le)第三代先進高強度(du)鋼(gang).

    盡(jin)管(guan)第三代(dai)先進高(gao)(gao)強度(du)(du)鋼(gang)在輕量化(hua)及(ji)成形(xing)性能(neng)方面占據明(ming)顯的(de)(de)優勢,可完勝(sheng)前代(dai)產品,但最新款鋁(lv)材(cai)也表現不俗(su).許多較(jiao)大型車(che)輛均(jun)采用了鋁(lv)材(cai),因(yin)為鋁(lv)材(cai)為汽車(che)減重10-15%,而(er)且可被加工為各種形(xing)狀(zhuang),設計空間大.隨著時(shi)間的(de)(de)推(tui)移,第三代(dai)先進高(gao)(gao)強度(du)(du)鋼(gang)及(ji)超高(gao)(gao)強度(du)(du)鋼(gang)將在較(jiao)小(xiao)型車(che)輛中保持其(qi)強勢地位.

    鋼材PK鋁(lv)材 誰將(jiang)成(cheng)為汽車輕量化的贏家(jia)?

    此(ci)外(wai),盡管第(di)三代(dai)超高強(qiang)度鋼(gang)仍處于研發階段,最(zui)(zui)新款的(de)鋁(lv)材卻(que)已經(jing)投(tou)入使用(yong).最(zui)(zui)后,隨著安(an)全性(xing)能的(de)提升,采用(yong)鋁(lv)材的(de)車輛將更受青(qing)睞(lai),這(zhe)與(yu)鋼(gang)鐵行(xing)業能否提供(gong)抗拉強(qiang)度更大(da)的(de)金屬沒有(you)直接(jie)相關(guan)性(xing).

    燃(ran)油標準對鋼(gang)材(cai)、鋁材(cai)的影響

    盡管(guan)特朗普(pu)總統(tong)最(zui)近重新評估了奧巴馬政府制定的燃(ran)油(you)經濟性標(biao)準,但該標(biao)準是(shi)否有(you)利于美國(guo)車企目前尚無法(fa)確定.車企將(jiang)繼續研發混動車及(ji)電(dian)動車,不管(guan)燃(ran)油(you)經濟性標(biao)準是(shi)否嚴苛,他們都面臨為車輛減重的壓力.因為車輛的重量越輕,其油(you)耗越少,用戶將(jiang)因此而(er)節省開支.

    最后,若燃料排(pai)放標準(zhun)被(bei)調低(di),要求較低(di)的排(pai)放標準(zhun)將使鋼鐵行業成為唯一獲益者,因為在面對鋁材及其他材料相比時(shi),鋼材仍保(bao)有其競爭(zheng)優勢(shi).

    研(yan)究結論

    鋁材(cai)(cai)在(zai)汽車(che)(che)內的應用(yong)占(zhan)(zhan)比在(zai)不斷(duan)提高,汽車(che)(che)行業(ye)正(zheng)致(zhi)力于為(wei)車(che)(che)輛(liang)減重(zhong)(輕量化),以滿足嚴苛的排放標準(zhun).從長遠(yuan)角度(du)(du)看(2025年以后),最有可能(neng)(neng)出現的情況是,車(che)(che)輛(liang)將采用(yong)多(duo)種材(cai)(cai)料(liao)(liao),將各類先進(jin)高強(qiang)度(du)(du)鋼(gang)、鋁合金、碳纖維、鎂、塑料(liao)(liao)、低(di)碳鋼(gang)將其他材(cai)(cai)料(liao)(liao)混合使用(yong),既降(jiang)低(di)其重(zhong)量,又能(neng)(neng)節(jie)省成本(ben)并提升性能(neng)(neng).然而,與早前一度(du)(du)占(zhan)(zhan)據(ju)主導地(di)位的低(di)碳鋼(gang)相較,目(mu)前并沒有某種材(cai)(cai)料(liao)(liao)能(neng)(neng)在(zai)汽車(che)(che)行業(ye)占(zhan)(zhan)據(ju)一家獨大,占(zhan)(zhan)據(ju)絕對主導地(di)位.人們對第三代先進(jin)高強(qiang)度(du)(du)鋼(gang)期盼已久,將于2017年末/2018年初實現該材(cai)(cai)料(liao)(liao)在(zai)汽車(che)(che)應用(yong)上(shang)(shang)的商業(ye)化,但該材(cai)(cai)料(liao)(liao)也只能(neng)(neng)取(qu)代上(shang)(shang)一代同類產品,卻無法替代鋁材(cai)(cai).

    不(bu)過有(you)一(yi)點是很清(qing)楚的(de)(de),鋁(lv)材(cai)和(he)鋼(gang)材(cai)(包括:先(xian)(xian)進高強度(du)鋼(gang)、第三代先(xian)(xian)進高強度(du)鋼(gang)及超高強度(du)鋼(gang))在(zai)(zai)未(wei)來將共同占據(ju)(ju)汽車(che)材(cai)料的(de)(de)主導(dao)(dao)地位,復合材(cai)料、鎂、塑料及其他材(cai)質則(ze)相對落后(hou),材(cai)料的(de)(de)最佳配取決于使用目的(de)(de)與材(cai)料本身(shen)的(de)(de)特性.綜上所述,未(wei)來鋁(lv)材(cai)將在(zai)(zai)大型車(che)(SUV、卡車(che)、皮卡)的(de)(de)用材(cai)方面占據(ju)(ju)主導(dao)(dao)地位,而先(xian)(xian)進高強度(du)鋼(gang)將在(zai)(zai)小型車(che)用材(cai)中占據(ju)(ju)主導(dao)(dao)地位.