汽车轻量化用钢发展方向和汽车用钢管市场需求分析

国际金属加工网 2019年06月24日

汽车轻量化用钢的3个方向

新能源汽车使用输电线增多,我们可以从有色金属铜的用量看出新能源汽车重量轻量化的必要性。每辆燃油汽车用铜量约25公斤,而插电式混合动力汽车用铜量为40公斤~50公斤,纯电动汽车用铜量为80公斤~100公斤。由此可见,电动汽车由于电动化导致汽车重量高于燃油汽车,就需要减轻其他部位的重量而实现车体轻量化。

汽车轻量化有3个发展方向,一是提高钢材强度,二是改变钢材成型方式,三是使用可替代钢材的其他材料。

从具体操作上来看,在使用钢材的前提下,一是采用薄规格超高强度汽车板及零部件,车身A柱、B柱、车顶纵梁及前围板下方采用拉伸强度高达1500兆帕的高强度钢,其他部位钢材拉伸强度可达到1200兆帕。2018年9月25日,河钢唐钢生产出全球首卷1.8毫米厚的2000兆帕级热成型汽车钢,比1500兆帕级钢材减重10%~15%。二是采用先进成型方式来减轻零部件重量,例如汽车轴类可改用中空结构,其他成型方式可采用激光拼焊、热压、液压成型等,可减轻40%的零部件重量。三是使用微合金非调质钢,其属于环境友好型钢材,广泛应用于零部件,可用于制作8.8级、9.8级、10.9级高强度螺栓。四是用铝材代替高强度钢,可减轻汽车重量约200公斤。美国特斯拉公司在新能源汽车电池壳的用材上,除了上盖为厚度0.8毫米的钢板外,其他部分均为铝挤压材制成。但由于铝价高于钢价,近年来特斯拉的电池壳材料也开始逐渐改用高强钢。国产电池壳也有应用高强度钢(780兆帕~980兆帕)制作的实例。

中国汽车用钢管走向精密化

燃油汽车(包括插电混合动力型汽车)要使用钢管部件,以压缩天然气、液化天然气和氢燃料为动力的汽车也要使用钢管部件。总的来看,现阶段除纯电动汽车外,国内汽车市场中约99%的汽车都要使用到钢管部件。

按上篇预计,2019年汽车用钢管约100万吨,其中无缝钢管约60万吨、焊接钢管约40万吨。以轿车为例,每辆车用管量平均约40千克,其中无缝钢管25千克、焊接钢管15千克,国产轿车2019年预计产量为1200万辆,则2019年轿车用钢管量预计为48万吨。

按降低成本和减轻重量的发展趋势,精密钢管是重点研制方向。但国内目前在汽车用焊管领域存在一些短板,如轿车的悬臂架管、车轿用管、高精度和高强度的薄壁传动轴管、超高强度的轿车侧防撞杆、超高强度的稳定杆用钢管等,由于焊接质量不稳定、焊缝热处理不均匀等问题,大部分依赖进口。

此外,在汽车用钢管品种中,排气管为关注的一个重点。排气系统位于汽车底部,连接发动机排气端与大气,其组成结构由排气岐管、前管、挠性管、催化转换管、中心管、主消音器和末端管共7个零部件组成。位于高温段的排气岐管要求抗高温氧化,位于中温段的中心管要求耐高温耐酸碱盐腐蚀,位于排气尾端的钢管部件则要求耐各种腐蚀和焊接性能良好。

为此,国内目前汽车排气系统用钢管主要采用不锈钢,且80%以上为铁素体不锈钢。从钢管品种来看,不锈钢薄壁焊管(壁厚≤2.5毫米)和无缝钢管都已应用到汽车排气管的生产制造中。我国宝钢、太钢、浙江久立特材公司、山东恒业金属制品公司等多家企业都能生产汽车排气系统用的钢管部件,铁素体不锈钢的规格、品种、质量已经达到日本、美国等先进水平,且处于不断革新中,向精密化发展。

汽车轻量化钢与铝孰优孰劣

汽车轻量化是在保证汽车强度和安全性能的前提下,尽可能降低汽车的重量。目前,已有车企应用铝材代替钢材来制造汽车,但考虑到汽车行业绿色、健康、可持续发展,钢材与铝材孰优孰劣?

不少人认为,铝材是未来可用来替代钢材制造汽车的优选,这也是有依据的。据统计,汽车自重每减少10%,油耗就降低6%~8%,二氧化碳排放量则减少13%,因此,国外部分车企使用铝材代替钢材,希望通过降低汽车自重来减少二氧化碳排放量。

然而,世界汽车用钢联盟采用生命周期评价(LCA)方法对不同汽车材料全生命周期的温室气体排放效果做出的评价称,从轻量化角度出发,采用铝材代替钢材制作汽车部件,可以减少燃油消耗量,但所造成的环境污染是钢的3倍。

这是因为与铝、碳纤维等材料相比,钢材在生产过程中可以减少7~20倍的碳排放量,所以,使用高强钢制造汽车部件所产生的碳排放量少于用铝材制造汽车部件所产生的碳排放量。同时,有关SUV车的测试数据也表明,汽车用铝材代替普通钢材制作汽车部件,全生命周期减少了1500公斤的二氧化碳排放量,而用高强钢制作汽车部件,则可减少3000公斤的二氧化碳排放量。

由此看来,未来钢铁仍是绿色汽车产品的首选材料。


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