助推双碳目标达成 高强钢贡献了怎样的力量?

(来源:中国汽车报,记者 赵玲玲)

 

钢铁、铝材和塑料是制造汽车的三大材料,其中钢铁是汽车车体的主要材料,也是性价比很高的材料,而先进高强钢作为一种优秀的车用轻量化材料,近年来发展飞速。

 

中国力争二氧化碳排放于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。大量开发应用先进高强钢不仅为汽车轻量化带来显著的效果,也对整体碳达峰和碳中和战略目标的实现具有重要意义。

 

先进高强钢进展快速

 

先进高强钢(AHSS)通常指强度在500MPa以上同时具有较好塑性的汽车钢,如双相钢(DP)、相变诱导塑性钢(TRIP)、马氏体钢(MS)、复相钢(CP)、热成形钢(PHS)和孪晶诱导塑性钢(TWIP),以及淬火配分钢(Q&P)、中锰钢(MMnS)等,先进高强钢及高效成形技术已经广泛应用于汽车工业,主要应用于汽车结构件、安全件和加强件。

 

中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司高级专家吴昊对记者表示,随着钢铁工业的发展,先进汽车钢的生产和应用强度级别不断提高。高强钢的生产能力及技术储备为汽车轻量化提供了更多的潜力。

 

当前,汽车钢材的应用发展到了更新换代的阶段,各大钢厂目前都已开发及规模性生产第三代高强钢来对应日益增长的强度、成型性和可用性的需求。

 

“得益于新钢种的不断创新和发展,第三代冷成形和热成形先进高强钢已经面世,汽车工业不需要转向铝、复合材料等更昂贵的材料。”安赛乐米塔尔(以下简称“安米”)相关负责人表示,热成形先进高强钢的研发比传统钢种复杂得多。这类钢种在生产完成时,并不会达到设计性能,只有按照精确的参数进行加工后方可实现最佳设计性能。因此,在热成形材料的研发中,安赛乐米塔尔还开发了从片料到最终零件的加工工艺,并与客户共享。

 

VAMA首席营销官Jurgen Cobbaut向记者表示,VAMA作为安赛乐米塔尔在中国的分支,自2014年投产以来一直致力于将全球领先的先进高强钢产品及技术带给中国客户,逐渐填补了国内高强度汽车用钢市场空白。VAMA二期建成后,将引进并生产安赛乐米塔尔第三代冷成形超高强钢及锌镁铝合金镀层产品,可进一步满足国内主机厂对超高强钢和高抗腐蚀性外板的需求。

 

助力新能源汽车跑得更远更安全

 

新能源汽车的续航问题一直备受业内关注,而新能源汽车自身的重量是影响续航能力的重要因素。为了降低动力电池成本投入、延长续航里程,新能源汽车轻量化势在必行。新能源汽车轻量化技术的应用不仅能降低电动汽车能耗,而且影响到未来汽车的设计理念,成为电动汽车技术革命的主要推力。

 

对于高强度钢来说,不仅可用于制造整车的保险杠、门梁、车身结构件、底盘件、悬挂系统零件、座椅,还可以做新能源汽车中的各种防护结构,提升安全性。

 

据Jurgen Cobbaut先生介绍,早在2015年,安米便推出了S-in motion®纯电动SUV轻量化解决方案并随着电动化的技术升级持续创新,其中包括全新的轻量化设计概念-钢制电池包轻量化解决方案,总体减重潜力相较于市场上基准车型而言大幅提升。解决方案中包含很多新材料、新工艺的应用,其中第二代铝硅涂层热成形钢Usibor®2000及Ductibor®1000产品,在第一代Usibor®1500及Ductibor®500产品基础上再次实现了热成形领域10%-15%的减重,进一步提升汽车轻量化系数、汽车动态安全性能和舒适性等。目前Usibor®2000、Ductibor®1000均已在VAMA实现本土化量产,并应用于已上市车型。

 

为适应新能源汽车的发展,高强钢发展出了有望快速落地的先进技术。吴昊表示,中汽研以及相关高校和科研院所在高强化车身一体化成形技术,高强钢与铝合金/CFRP等材料的复合连接技术,高强钢腐蚀与防护技术方面进行了大量的研究工作,相关技术成果已经得到业内的广泛关注,具备较好的应用价值。

 

仍需跨越降成本门槛

 

随着法律法规的不断更新完善以及日益严苛的市场竞争环境,各个车企以及次级供应商对乘用车的轻量化设计、安全性与成本控制都面临着非常大的挑战。如今各大整车厂以及零部件供应商将成本控制作为了最为重要的指标之一,先进的高强钢与良好的设计无疑是从设计至整车量产过程中进行整体成本控制的优质方案。

 

“从汽车厂角度来讲,除了需要加大超高强度钢的应用比例以适应车身轻量化及高安全性的发展要求,材料还要具有优异的加工性和连接性,以及多材料匹配应用的特性,满足性能要求情况下应具备高性价比,可实现材料及部件的低能耗生产及回收,实现全生命周期绿色供应链体系,因此,低成本化(包括原材料成本和零部件制造成本)是汽车钢主要发展趋势之一。”吴昊说。

 

对此,Jurgen Cobbaut指出,如果仅从单位重量的价格来看,先进高强钢确实比传统钢种单价高。一方面是由于先进高强钢的合金化和生产成本更高,另一方面高强钢的开发需要耗费的资源也更庞大。但如果从零件的成本来衡量则是另一个结果:由于先进高强钢的强度有极大地提高,零件的厚度可以减薄,从而重量减轻,单位重量的先进高强钢可以生成更多的零件,零件的重量减轻就已经抵消了材料单价的成本差额。“更重要的是,我们还为客户引入先进的钢材解决方案,如优化布料进行落料,减少零件生产过程中产生的废料;多个零件组合成一个零件,降低零件重量的同时从而节省加工成本等。”

 

中国汽车轻量化技术创新战略联盟研究员罗岩对记者表示,经过多年发展,我国高强度钢开发与应用取得多项国际领先成果,乘用车车身高强度钢应用达到国际领先水平。我国已具备340MPa~2GPa各强度级别高强钢的开发和生产能力。国内主流乘用车钢制车身的高强度钢比例均达到了50%,部分车型达到73%。2GPa热成形钢已率先在国际上实现产业化应用。

 

“随着产品设计技术、成形技术和连接技术的更加成熟,将出现多种技术和多种技术路线并存的格局,‘恰当的选择轻量化路线’是未来企业的核心要求。对于整车企业来说,在确定所采用的轻量化技术路线时,将更加注重综合考虑车辆的市场定位、用户需求、性能与成本、产品效益和供应链体系等因素的综合平衡。”罗岩说。