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汽车轻量化对钢材的要求在提升

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在日前一次以“新材料与装备制造”为主题的“技术创新·企业发展”论坛上中国汽车工程研究院有关专家在《汽车轻量化节能减排实现可持续发展》的专题报告中就汽车轻量化及节能减排,对钢材等材料提出新要求等情况进行分析预测,引起钢铁业人士的关注。

自1953年建立“一汽”以来,到2009年,我国汽车工业走过了56年里程,从当年的年产汽车100万辆发展到2011年的1864万辆,汽车保有量超过1亿辆,我国汽车工业快速发展,汽车工业已成为名符其实的支柱产业。然而,汽车工业发展、汽车产量增多、汽车保有量的加大带来了三大问题:油耗、环保和安全。2010年,我国加工原油4.23亿吨,进口原油2.4亿吨;我国汽车燃油占国内石油消耗总量的65%,其中车用汽油占全国汽油消耗量的86.4%,车用柴油占全国柴油消耗量的45%,农用车对柴油消耗达到15%。中国石油对外依存度超过55%。在各行业的石油消耗中,汽车工业是耗油大户。因此,节能减排是汽车工业发展的必然趋势。

业内专家指出,约75%的油耗与整车质量有关,降低汽车质量就可有效降低油耗以及排放。大量研究表明,汽车质量每下降10%,油耗下降8%,排放下降4%。对商用车的研究表明,汽车质量每减少1000kg,油耗可降低6%~7%。油耗的下降,意味着CO2、氮氧化物(NOx)等有害气体排放量的下降。每消耗1升燃油,将产生CO22~2.5kg。因此燃油消耗的降低,就意味着温室气体和其他有害气体排放的下降。统计分析表明,商用车油耗占我国汽车总油耗的65%~70%。在商用车中,长途拖车的油耗占商用车总油耗的65%~70%,因此,商用车节能减排意义更大。而汽车行业节能减排除了改善发动机效率、传动系统效率与汽车风阻等提高燃油经济性的措施之外,轻量化是必不可少的手段。

一般讲自重减少10%,燃油经济性提高6%--8%;我国汽车目前自质量相对国外同类汽车重,轿车重8—10%,商用车重10%以上;考虑国际汽车发展趋势,到2020年我国汽车相对2005年应减重30—35%,减重将使平均单车油耗下降20—25%。

由国际钢铁协会组织的全世界34家钢铁公司联合进行了超轻量钢车身(ULSAB)项目就是功能、材料、减重、成本的结合。超轻钢车身、超轻钢汽车覆盖件(ULSAC)和超轻钢汽车悬架(ULSAS)的汽车轻量化设计项目虽然其目标不同,但也都是类似ULSAB-AVC(advancedvehicleconcept)超轻钢车身先进轻量化设计概念,其实施也是设计、功能、材料、减重和成本的综合,使项目达到最优性价比。

钢材是汽车安全、长寿及低成本、节能减排的关键。汽车用钢品种主要包括钢板、优质钢、型钢、带钢、钢管、金属制品等。汽车用钢中的板材(包括热轧、冷轧钢板和镀层板)是生产汽车的最主要原材料,制造一辆轿车约需使用薄钢板600kg~800kg。钢材在相当长的时间内仍是汽车最主要的原材料,并长期稳定在60%~70%的比例。因此,汽车的轻量化,达到节能减排的目标,就要求汽车所采用的钢材等材料必须自重轻,强度高,采用高强度钢和超高强度钢,这类钢材主在用于汽车的保险杠、加强板、门防冲柱、车顶盖、发动机、盖板、门外板。

业内人士指出,新一代高强度钢的可应用性评价已经展开。新材料产业规划将成为“十二五”七大战略性新兴产业中首个发布的规划。主攻六方向,高性能钢将成为急先锋宝钢、太钢已分别试生产出20和30GMPa%第三代高强度钢;并与一汽、上汽、中国汽车工程院等单位合作制定了可应用性评价计划。

高强度钢和超高强度钢可以使实现汽车轻量化,含有白车身的轻量化、覆盖件的轻量化、悬架系统的轻量化、发动机的轻量化和传动系统的轻量化以及运动构件车轮等的轻量化。目前汽车轻量化技术包括先进的设计技术、高强度轻量化的材料的应用,先进的加工成形技术、检测评价技术等方面已经取得了一些进展,但仍有大量的问题和课题需要深入研究。应用高强度的轻量化的材料以及先进的成形技术,包括热冲压成形、液压成形、激光拼焊板、差厚板技术、辊压成形等,达到减少零件数量和焊点,降低零件成本,又保证提高零件的强度和功能。

钢材的高强度是汽车轻量化及节能减排的必然趋势,如双相钢是车身部分使用较多一种钢材,有马氏体和铁素体两种晶体类型。厚度一般1.2mm,达到主要结构件所需的强度。此外,我国已成功开发了抗拉强度为540MPa、590MPa和640MPa等级别的DP钢,但是产量低,在汽车中的应用范围有待进一步扩大。用于汽车的新型钢材还有IF钢(无间隙原子钢,在超低碳钢中加入适量的钛或铌,使钢中的碳、氮间隙原子完全被固定成碳、氮化物,钢中没有间隙原子存在)、TRIP钢(相变诱发塑性变形钢)等,这些钢材都是属于能够减薄使用的高强度钢。目前,国内宝钢、武钢等钢企已经能够批量生产冷轧TRIP钢,并已应用于国产轿车,但强度级别低于国外先进水平,研发创新能力有待进一步加强。

轻金属、复合材料等是汽车车身材料的发展趋势,目前各国都广泛开展对于这些新材料车用化的研究,特别是要求轻量化的小型乘用车。相信未来一段时间车身材料会有一个飞跃式的发展,并且更加向航空领域贴近,更轻、更强仍然是车身材料的发展方向。

在“十二五”期间,新能源汽车将会得到大力发展,将拉动钢材的需求。汽车业内预测,到2015年新能源汽车的年销量将达到100万辆左右。未来几年内,高强度钢在汽车中的应用将迅速增长,年增长率达到5%。以通用汽车公司为例,预计在车身所用的材料中,双相钢可能约占45%,中强度钢约占33%,低碳钢和马氏体钢各约占10%。


  • 钢材价格指数
  • 情绪指数
综合 长材 扁平材
综合指数
长材指数
扁平材指数
品种 日期 指数 周环比
综合指数 05-14 140.76 -0.22
长材指数 05-14 158.54 -0.01
扁平材指数 05-14 123.76 -0.42
品种 日期 指数 周环比
螺纹钢情绪 05-10 39.77 -18.58
热卷情绪 05-10 46.21 -8.54
冷卷情绪 05-10 48.45 -1.55
数据来源:钢联数据免费下载

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