汽車輕量化用鋼發(fā)展方向和汽車用鋼管市場需求分析

汽車輕量化用鋼的3個方向
 

新能源汽車使用輸電線增多，我們可以從有色金屬銅的用量看出新能源汽車重量輕量化的必要性。每輛燃油汽車用銅量約25公斤，而插電式混合動力汽車用銅量為40公斤~50公斤，純電動汽車用銅量為80公斤~100公斤。由此可見，電動汽車由于電動化導(dǎo)致汽車重量高于燃油汽車，就需要減輕其他部位的重量而實現(xiàn)車體輕量化。

汽車輕量化有3個發(fā)展方向，一是提高鋼材強度，二是改變鋼材成型方式，三是使用可替代鋼材的其他材料。
 

從具體操作上來看，在使用鋼材的前提下，一是采用薄規(guī)格超高強度汽車板及零部件，車身A柱、B柱、車頂縱梁及前圍板下方采用拉伸強度高達1500兆帕的高強度鋼，其他部位鋼材拉伸強度可達到1200兆帕。2018年9月25日，河鋼唐鋼生產(chǎn)出全球首卷1.8毫米厚的2000兆帕級熱成型汽車鋼，比1500兆帕級鋼材減重10%~15%。二是采用先進成型方式來減輕零部件重量，例如汽車軸類可改用中空結(jié)構(gòu)，其他成型方式可采用激光拼焊、熱壓、液壓成型等，可減輕40%的零部件重量。三是使用微合金非調(diào)質(zhì)鋼，其屬于環(huán)境友好型鋼材，廣泛應(yīng)用于零部件，可用于制作8.8級、9.8級、10.9級高強度螺栓。四是用鋁材代替高強度鋼，可減輕汽車重量約200公斤。美國特斯拉公司在新能源汽車電池殼的用材上，除了上蓋為厚度0.8毫米的鋼板外，其他部分均為鋁擠壓材制成。但由于鋁價高于鋼價，近年來特斯拉的電池殼材料也開始逐漸改用高強鋼。國產(chǎn)電池殼也有應(yīng)用高強度鋼（780兆帕~980兆帕）制作的實例。
 

中國汽車用鋼管走向精密化
 

燃油汽車（包括插電混合動力型汽車）要使用鋼管部件，以壓縮天然氣、液化天然氣和氫燃料為動力的汽車也要使用鋼管部件?？偟膩砜?，現(xiàn)階段除純電動汽車外，國內(nèi)汽車市場中約99%的汽車都要使用到鋼管部件。
 

按上篇預(yù)計，2019年汽車用鋼管約100萬噸，其中無縫鋼管約60萬噸、焊接鋼管約40萬噸。以轎車為例，每輛車用管量平均約40千克，其中無縫鋼管25千克、焊接鋼管15千克，國產(chǎn)轎車2019年預(yù)計產(chǎn)量為1200萬輛，則2019年轎車用鋼管量預(yù)計為48萬噸。
 

按降低成本和減輕重量的發(fā)展趨勢，精密鋼管是重點研制方向。但國內(nèi)目前在汽車用焊管領(lǐng)域存在一些短板，如轎車的懸臂架管、車轎用管、高精度和高強度的薄壁傳動軸管、超高強度的轎車側(cè)防撞桿、超高強度的穩(wěn)定桿用鋼管等，由于焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、焊縫熱處理不均勻等問題，大部分依賴進口。
 

此外，在汽車用鋼管品種中，排氣管為關(guān)注的一個重點。排氣系統(tǒng)位于汽車底部，連接發(fā)動機排氣端與大氣，其組成結(jié)構(gòu)由排氣岐管、前管、撓性管、催化轉(zhuǎn)換管、中心管、主消音器和末端管共7個零部件組成。位于高溫段的排氣岐管要求抗高溫氧化，位于中溫段的中心管要求耐高溫耐酸堿鹽腐蝕，位于排氣尾端的鋼管部件則要求耐各種腐蝕和焊接性能良好。
 

為此，國內(nèi)目前汽車排氣系統(tǒng)用鋼管主要采用不銹鋼，且80%以上為鐵素體不銹鋼。從鋼管品種來看，不銹鋼薄壁焊管（壁厚≤2.5毫米）和無縫鋼管都已應(yīng)用到汽車排氣管的生產(chǎn)制造中。我國寶鋼、太鋼、浙江久立特材公司、山東恒業(yè)金屬制品公司等多家企業(yè)都能生產(chǎn)汽車排氣系統(tǒng)用的鋼管部件，鐵素體不銹鋼的規(guī)格、品種、質(zhì)量已經(jīng)達到日本、美國等先進水平，且處于不斷革新中，向精密化發(fā)展。
 

汽車輕量化鋼與鋁孰優(yōu)孰劣
 

汽車輕量化是在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車的重量。目前，已有車企應(yīng)用鋁材代替鋼材來制造汽車，但考慮到汽車行業(yè)綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展，鋼材與鋁材孰優(yōu)孰劣？
 

不少人認(rèn)為，鋁材是未來可用來替代鋼材制造汽車的優(yōu)選，這也是有依據(jù)的。據(jù)統(tǒng)計，汽車自重每減少10%，油耗就降低6%~8%，二氧化碳排放量則減少13%，因此，國外部分車企使用鋁材代替鋼材，希望通過降低汽車自重來減少二氧化碳排放量。
 

然而，世界汽車用鋼聯(lián)盟采用生命周期評價（LCA）方法對不同汽車材料全生命周期的溫室氣體排放效果做出的評價稱，從輕量化角度出發(fā)，采用鋁材代替鋼材制作汽車部件，可以減少燃油消耗量，但所造成的環(huán)境污染是鋼的3倍。
 

這是因為與鋁、碳纖維等材料相比，鋼材在生產(chǎn)過程中可以減少7~20倍的碳排放量，所以，使用高強鋼制造汽車部件所產(chǎn)生的碳排放量少于用鋁材制造汽車部件所產(chǎn)生的碳排放量。同時，有關(guān)SUV車的測試數(shù)據(jù)也表明，汽車用鋁材代替普通鋼材制作汽車部件，全生命周期減少了1500公斤的二氧化碳排放量，而用高強鋼制作汽車部件，則可減少3000公斤的二氧化碳排放量。
 

由此看來，未來鋼鐵仍是綠色汽車產(chǎn)品的首選材料。