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》記者采訪時證實(shí),一汽公司正在就轎車四個車門、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%。《中國冶金報》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的純電動車,車重為1.255噸,最高時速達(dá)到150公里。在該款純電動車上,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》記者采訪時表示,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。
輕量化帶來汽車用鋼升級機(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,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?,甚至要爭?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)險的能力還有待不斷提升;對下游行業(yè)小批量個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,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)會的專家盧先利表示,目前他正在推動包鋼、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。