鋼之家訊 當(dāng)前，汽車行業(yè)正發(fā)生著一場關(guān)于輕量化的深刻變革，這場變革對鋼鐵企業(yè)、鋼鐵產(chǎn)品提出了多方面的要求。面對這場變革，中國鋼鐵業(yè)將如何應(yīng)對？本期《業(yè)界追蹤》從汽車、鋼鐵兩個(gè)行業(yè)的角度入手，對汽車輕量化的實(shí)現(xiàn)方式、材料的選擇、應(yīng)用等方面進(jìn)行了較為深入的研究。希望能為我國相關(guān)鋼鐵企業(yè)抓住變革機(jī)遇，與汽車制造企業(yè)共同實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供參考。
1 輕量化，汽車業(yè)在行動(dòng)
為實(shí)現(xiàn)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012年～2020年）》提出的2020年乘用車燃料消耗量達(dá)到5升/100公里的目標(biāo)，今年我國完成了乘用車燃料經(jīng)濟(jì)性第四階段標(biāo)準(zhǔn)的起草，包括《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)草案，并計(jì)劃于2016年開始實(shí)施。
按《乘用車燃料消耗量限值》《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》，到2020年，重量在980公斤～1090公斤的傳統(tǒng)轎車百公里油耗將降到4.5升。
不僅是我國，世界一些重要經(jīng)濟(jì)體都明確了汽車節(jié)油減排的目標(biāo)：日本提出到2020年乘用車平均燃料經(jīng)濟(jì)性水平達(dá)到每升油行駛20.3公里，比2009年的16.3公里下降約20.3%；歐盟則于2009年通過強(qiáng)制性的法律手段取代自愿性減排協(xié)議，要求乘用車二氧化碳排放達(dá)到2015年每公里130克、2020年每公里95克的目標(biāo)。
據(jù)有關(guān)專家分析，中國百公里油耗5升的水平，對應(yīng)的二氧化碳排放量約為每公里120克，這與2020年全球汽車油耗水平基本相當(dāng)，低于歐洲標(biāo)準(zhǔn)，但高于美國標(biāo)準(zhǔn)。
據(jù)有關(guān)專家分析，目前市場上在售的車型有40%~50%可以達(dá)到新國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。要實(shí)現(xiàn)2020年的油耗目標(biāo)，任務(wù)還很艱巨。
輕量化成為節(jié)能減排的不二選擇
實(shí)驗(yàn)證明，傳統(tǒng)汽車整車重量每降低10%，燃油效率就可提高6%～8%；運(yùn)動(dòng)部件每減輕1%，可節(jié)油2%；汽車整車質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3升～0.6升。對于年產(chǎn)2000多萬輛的中國汽車業(yè)來說，輕量化理所當(dāng)然成為節(jié)能減排的“法寶”之一。
汽車業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，可以從4個(gè)方面實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。
一是設(shè)計(jì)上輕量化。
如選取輕量的汽車形式和總成部件結(jié)構(gòu)形式，減少傳動(dòng)裝置的長度以減重；采用超輕懸架結(jié)構(gòu)；采用整個(gè)車身都參與承載的承載式車身結(jié)構(gòu)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，轎車車身、底盤(含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動(dòng)機(jī)3大件約占一輛轎車總重量的65%，對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化，可減輕車身骨架、車身鋼板的重量。
二是采用輕質(zhì)材料替代鋼鐵材料。
如鋁合金、鎂合金、增強(qiáng)塑料、玻璃纖維、碳纖維復(fù)合材料等。
三是制造工藝改進(jìn)。
如采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，減少中間搭接、接頭拼縫，局部增強(qiáng)，采用激光拼焊，包括熱成型的制造工藝等。
四是提高現(xiàn)有材料特別是鋼材的強(qiáng)度等性能，減少材料的重量。
兩方面實(shí)現(xiàn)用鋼輕量化
從以上這4個(gè)方面可以看出，對汽車用鋼輕量化而言，核心有兩條：一是用其他輕質(zhì)材料替代，二是通過制造工藝改進(jìn)、提高鋼材強(qiáng)度等性能減重。
多種替代材料可供選擇。業(yè)內(nèi)研究表明，采用碳纖維車身和底盤比采用鋼結(jié)構(gòu)能減重40%~60%，抗拉強(qiáng)度可提高6倍~9倍，但價(jià)格要貴20倍。目前，碳纖維材料主要用于高檔車、賽車上。鎂的密度約為鋁的2/3，在實(shí)際應(yīng)用的金屬中是最輕的，且鎂合金的吸振能力強(qiáng)、切削性能好、金屬模鑄造性能好，很適合制造汽車零部件。鋁合金用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和底盤，可減重400公斤~500公斤。
據(jù)日本鋁業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測，全球轎車平均用鋁量將從2010年的150公斤上升到2025年的250公斤，目前中國轎車平均用鋁量約為100公斤。
據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長許艷華介紹，一些企業(yè)的研究人員正在進(jìn)行用鋁合金制造轎車四門兩蓋的研究，一部分汽車的懸掛件等結(jié)構(gòu)件也可能用鋁來替代。
一汽公司技術(shù)中心的材料專家王敢利在接受《中國冶金報(bào)》記者采訪時(shí)證實(shí)，一汽公司正在就轎車四個(gè)車門、前后兩塊蓋板采用鋁合金制造的問題展開研發(fā)。目前一汽生產(chǎn)的高檔汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體缸蓋、變速箱的缸體等都已經(jīng)用鋁合金制造；少數(shù)自主品牌汽車的部分發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋實(shí)現(xiàn)了鋁合金替代；油箱材質(zhì)已經(jīng)全部由鋼材改為塑料；保險(xiǎn)杠骨架仍用鋼材制造，起吸能防撞的作用；風(fēng)扇已經(jīng)全用塑料制造；汽車內(nèi)飾大量采用各種復(fù)合塑料材料制造。
據(jù)許艷華介紹，寶馬的一款純電動(dòng)車的鋼材重量占整車重量的比重已經(jīng)由傳統(tǒng)的70%降到7%?！吨袊苯饒?bào)》記者從寶馬中國公司得到證實(shí)，這款即將在我國上市的名為I3的純電動(dòng)車，車重為1.255噸，最高時(shí)速達(dá)到150公里。在該款純電動(dòng)車上，鋼材用量已經(jīng)降到7%，鋁合金占20%，碳纖維復(fù)合材料和增強(qiáng)性塑料占50%。許艷華認(rèn)為，在這款車上體現(xiàn)的汽車輕量化的趨勢值得各行業(yè)加以重視。
由于成本壓力，性能要求，通過提高鋼材的強(qiáng)度等性能實(shí)現(xiàn)輕量化仍是許多汽車企業(yè)的重點(diǎn)選擇之一。王敢利表示，一汽正與一些鋼廠合作，在汽車軸、桿、齒輪方面提升材料性能，實(shí)現(xiàn)減重。一汽生產(chǎn)的卡車的重梁、橫梁，原來采用的鋼材強(qiáng)度是500兆帕、600兆帕的，現(xiàn)在已經(jīng)提到1000兆帕以上了，用來沖壓的鋼板可顯著減厚。
長安汽車(000625,股吧)研究總院先期技術(shù)研究所室主任劉波在接受《中國冶金報(bào)》記者采訪時(shí)表示，長安擬用兩代車型研發(fā)周期，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，平均減重100公斤。在材料選擇上，長安首先關(guān)注的是用更多的超高強(qiáng)度鋼板，采用更新的成型工藝，通過減薄等方式，挖掘減重空間；設(shè)計(jì)階段更多地考慮結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。其次考慮用鋁合金、鎂合金、復(fù)合材料來實(shí)現(xiàn)減重。
2 輕量化帶來汽車用鋼升級(jí)機(jī)遇
從目前情況看，在汽車制造選材方面，鋼鐵材料在與有色合金和高分子材料的競爭中擁有著價(jià)格便宜、工藝成熟的優(yōu)勢，并通過高強(qiáng)度化措施發(fā)揮著潛力。
業(yè)內(nèi)人士表示，中國鋼鐵企業(yè)要加大對汽車用鋼的研發(fā)力度，抓住這一輪汽車業(yè)發(fā)展變革的機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)自身的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。
一是要清楚認(rèn)識(shí)汽車用鋼的發(fā)展趨勢。
無論是開發(fā)新能源車，還是傳統(tǒng)汽車的輕量化，對鋼鐵行業(yè)而言，不僅關(guān)系到汽車用鋼材需求的增加或減少，更深的影響在于品種創(chuàng)新、質(zhì)量提升、性能提高。汽車用鋼生產(chǎn)企業(yè)要生產(chǎn)強(qiáng)度更高、更薄，沖壓性能、涂漆、焊接等性能更好的鋼材。
二是鋼企要由跟隨者變?yōu)橥姓撸踔烈獱幃?dāng)引路人。
目前，我國汽車用鋼生產(chǎn)企業(yè)在先期介入、產(chǎn)品聯(lián)合研發(fā)、售后服務(wù)等系列化服務(wù)方面與國外企業(yè)相比，仍有較大差距；與下游用戶分享利潤、共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的能力還有待不斷提升；對下游行業(yè)小批量個(gè)性化品種的定制化需求研究不夠，產(chǎn)品難以滿足用戶需求。業(yè)內(nèi)人士表示，中國鋼鐵企業(yè)在滿足汽車用鋼需求的同時(shí)，也要加緊超前研發(fā)，與國際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)比創(chuàng)新的功力、比超前性。汽車業(yè)內(nèi)人士同時(shí)呼吁，汽車輕量化需要鋼鐵行業(yè)配合，加大對高強(qiáng)度、輕量化汽車用鋼的研發(fā)力度。
三是占領(lǐng)需求的技術(shù)制高點(diǎn)。
劉波表示，目前，長安汽車正與寶鋼和武鋼等鋼鐵企業(yè)合作，不斷提升鋼材的性能指標(biāo)，努力占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)。他表示，以下幾個(gè)品種是汽車行業(yè)急需的：一是帶涂層的熱成型鋼板，目前這個(gè)品種在國內(nèi)還沒有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。二是變厚度鋼板，這種鋼目前國內(nèi)能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的只有合資企業(yè)。三是微合金鋼種。劉波認(rèn)為，釩在汽車鋼中的應(yīng)用研究較少，我國的釩有資源優(yōu)勢，但推廣力度沒有鈮應(yīng)用的力度大。中國稀土學(xué)會(huì)的專家盧先利表示，目前他正在推動(dòng)包鋼、寶鋼、鞍鋼等企業(yè)利用國家稀土專項(xiàng)資金，研究稀土在鋼中應(yīng)用的問題。他強(qiáng)調(diào)，稀土能大幅度提高材料的性能，如本鋼在載重汽車的輪輻鋼中加了稀土后，該產(chǎn)品的抗疲勞性能、強(qiáng)度、韌性等有顯著提高。如能在汽車用鋼材的研發(fā)中加強(qiáng)稀土應(yīng)用研究，對汽車輕量化可能起到較大的作用。
此外，第三代汽車鋼如何推廣應(yīng)用的問題也有待解決。第三代汽車鋼的強(qiáng)度、延伸率等都有大幅提高，但還沒有大量用于汽車、零件制造。汽車廠還沒找到哪些零部件適合用這種鋼材，在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、工藝上心里沒底，在工裝、模具上也要進(jìn)行調(diào)整。該鋼種的應(yīng)用還有待國家、行業(yè)、企業(yè)的聯(lián)合推進(jìn)。
有關(guān)專家建議，從國家層面，要建立相應(yīng)的汽車用鋼研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新體系，包括國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工程技術(shù)研究中心等；從行業(yè)層面，要通過構(gòu)建汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，促進(jìn)上下游的聯(lián)合技術(shù)研發(fā)；從企業(yè)層面，要不斷探索上下游產(chǎn)業(yè)在技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)性和互補(bǔ)性，加強(qiáng)企業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)、強(qiáng)化企業(yè)技術(shù)交流。
