车企电动化转型路上为何都更青睐高强度钢?盘点我国钢企在车身用钢方面的技术突破

材料技术观察 2022-10-08
4130 字丨阅读本文需 10 分钟

9月13日,特斯拉CEO(首席执行官)埃隆·马斯克在社交平台上发文称:“今天购买的燃油车的剩余价值将比人们想象的低得多。用不了多久,我们就会像今天看待蒸汽机一样看待燃油车。”

华为常务董事、智能汽车解决方案BU CEO(事业部首席执行官)余承东也持类似观点,其在2022年粤港澳车展上表示:“纯燃油车时代会很快结束。现在买燃油车,无异于智能手机时代买功能机。”

近日,Polestar(极星,是沃尔沃汽车集团和浙江吉利控股集团共同拥有的全球高性能电动汽车品牌)发布的最新调研结果显示,消费者希望通过立法加速汽车的电气化转型, 其中有1/3的全球消费者支持在2030年或更早的时间点前禁售燃油车,若将时限放宽至2035年,这一比例则上升到47%(该调研样本为来自北美、亚太、欧洲等19个市场的1.8万名受访者)。

9月20日,国际能源署(IEA)呼吁,到2035年,在全球范围内禁止销售汽油和柴油汽车。此外,各国政府应商定一个时间表,决定所有新销售的道路车辆应在何时实现零排放。

在碳中和浪潮席卷全球,车企纷纷加快电动化、轻量化转型步伐的背景下,可以预见,世界范围内停售燃油车是大方向,只是时间早晚的问题。不过,与燃油车的命运不同,钢材作为汽车车身主要材料的地位短时间内难以撼动,尤其是热成型钢和先进高强钢逐渐成为汽车用钢的重点研发方向。这是在综合考虑车身对安全性能的要求、轻量化材料价格及加工技术水平等因素后得出的现实答案。

白车身用料,车企为何钟意高强钢?

长期以来,钢材是构成汽车的主要材料。据相关统计,生产一辆普通轿车,其主要材料的重量占比大致为:钢材占65%~70%,有色金属材料占10%~15%,非金属材料占20%左右。在新能源汽车制造过程中,钢材用量较传统汽车有所不同。其中,从纯电动汽车角度来看,其增加了电机用硅钢片的消耗,但由于没有发动机、变速箱及其他相关部件,其在这些部位的钢材消耗量明显减少(主要为调质钢、非调质钢、耐热钢、冷镦钢等)。而对于钢铁行业而言,汽车轻量化不仅意味着汽车整体用钢量的减少,还意味着先进高强钢及铝合金、镁合金、碳纤维等材料应用的增多。不过,总体来看,钢材仍是目前汽车制造需求量最大的一种材料,且这一情况在短期内不会改变。一汽高级工程师田洪福曾明确指出,在2025年,钢材在汽车中的应用比例仍会在50%以上。当然,这里所说的钢材更多指的是先进高强钢。

在大众的印象中,钢材是一种“传统”材料,似乎能耗也很高。但实际上,多年来的实践证明,无论是从安全、节能环保等刚性要求,还是从成本、技术水平等现实条件来看,先进高强钢都是实现汽车轻量化的首选材料,更是碳中和时代汽车产业不可或缺的材料。相较于铝合金、镁合金、碳纤维等材料,先进高强钢具有更高的强度和更好的防撞性能,生产过程更环保、更易回收和再利用,成本也更低。

拿汽车白车身(Body In White,BIW)来说,用铝合金可以减重,但成本会提高很多。前几年,一批纯电动汽车开发企业雄心勃勃地使用铝合金材料做车身,甚至使用更轻的碳纤维,以期实现最大化减重。但随着新能源汽车产业的发展,纯电动汽车销量增加,这些企业渐渐发现,他们已经无法承担这样昂贵的白车身材料成本了。全球电动车巨头特斯拉已经从一开始为Model S和Model X打造全铝车身,转变到了在Model 3上使用钢铝混合材料。同样,大众基于MEB纯电平台所打造的电动车和日产电动车LEAF,白车身用料也基本以钢材为主。“有些客户可以承担铝合金甚至碳纤维车身的价格,这当然很好。”SSAB(瑞典钢铁)汽车业务部主管Thomas Müller(托马斯·穆勒)表示,“但是对大众市场来说,铝合金甚至碳纤维车身成本过于昂贵。如果仔细观察,会发现这几年白车身用料正在从各种高级昂贵材料慢慢转向高强钢。”

高强钢用量增长汽车轻量化保障

汽车多用高强钢,万千零件来组装。据中信金属公司主管汽车新材料研发的路洪洲博士介绍:汽车通常是由车身、发动机、底盘和电气设备4大部分组成,其中车身、发动机、底盘强烈依赖于金属材料和制造工艺的发展。

回顾中国汽车轻量化发展的历程,前些年,自主品牌的乘用车车身高强度钢平均用量不足30%,很多自主品牌的乘用车车身高强度钢用量甚至少于10%,与国际先进水平存在巨大差距。经过汽车上下游行业单位和中信金属等的协同合作及多年耕耘,2021年中国自主品牌轿车先进高强度钢应用已达到60%以上,达到国际先进水平。

目前 ,汽车轻量化已上升到国家战略层面,不仅《中国制造2025》将轻量化列为节能与新能源汽车发展的核心技术,在工信部、国家发改委、科技部等国家部委相继发布的专项方案中,也多次对轻量化技术的发展提出了具体要求。

“绿水青山就是金山银山”,在汽车节能的诸多途径中,轻量化历来被认为是最为有效的、共性的实现方式之一。行业研究表明,汽车每减重10%,燃油节约6%-8%。乘用车整备质量减少100kg,百公里油耗可降低0.3L-0.6L。高强度钢的开发和应用是汽车轻量化的重要途径。

2010年中国铌微合金化汽车钢板的产量不足500万吨,到2021年,铌微合金化汽车钢板的产量近2000万吨以上,约占整体汽车用钢的40%,极大地支撑了中国汽车工业的发展以及汽车工业节能减排的进程。

国内钢企对汽车用钢的研发进度

近年来,我国汽车年产销量逐年攀高,尤其是新能源汽车发展异常耀眼。在汽车制造的原材料中,钢铁的比重占总消费量的60%~70%,无疑拉动了汽车用钢市场的快速发展。纵观钢铁行业,我国各大钢企不断加大对汽车用钢的研发力度,为汽车工业提供先进材料。

国内首家车轮钢研发实验室投用

近日,国内首家钢铁企业车轮钢材料及工艺实验室在梅钢建成投用。该实验室具备高强度、高疲劳车轮钢产品焊接成型技术研究、疲劳特性试验等能力,将有效提升梅钢车轮钢在产品开发、产品质量改进、用户技术研究等方面的能力,助力梅钢建成“宝钢股份精品车轮钢基地”。

作为重点打造产品,梅钢车轮钢近年来销量逐年增加,今年预计达到40多万吨。梅钢敏锐捕捉市场商机、成功研发的S420MC系列冷成形齿毂用钢,截至2022年6月,已向战略用户批量稳定供应高厚度精度齿毂用钢1万余吨,成为国内唯一具备冷成形齿毂用钢全系列供货能力的钢铁企业;同时,还一举突破了高厚度精度产品同板厚差60微米的最高控制能力,为国内传统热连轧机的最高水平。

宝马集团与河钢集团合作打造“绿钢”供应链

8月4日,宝马集团与河钢集团在沈阳签署《打造绿色低碳钢铁供应链合作备忘录》,携手打造绿色低碳汽车用钢供应链。根据协议,双方将共建绿色低碳钢铁材料供应链,围绕绿色低碳钢铁材料的研发及使用,基于宝马对钢铁材料的低碳需求,开发低碳、绿色汽车用钢材料并完成相关认证。

据估算,生产一辆中型纯电动汽车所用钢材的碳排放约占该车供应链端碳排放的20%,仅次于生产高压电池(26%)和轻金属材料(23%)。因此,生产和使用“绿钢”是降低汽车全生命周期二氧化碳排放的有效杠杆之一。河钢集团在业内率先发布绿色低碳发展行动计划,制定了清晰的技术路线图,并在业内率先启动全球首例120万吨氢冶金示范工程,形成了以“氢能产业化利用”为代表的低碳冶金领先优势。河钢将以此次签约为新的起点,与宝马共同推进“绿色低碳”材料技术的创新与应用,联手打造产业链“深度融合、绿色发展”的合作典范,为应对全球气候变化提供更好的解决方案、作出更大的贡献。

柳钢研产销三方发力,开辟新能源汽车用钢市场

7月,柳钢集团新能源汽车用钢订单超1万吨,环比增加225%,“跑赢市场”实现新突破。

8月3日,广西新能源汽车实验室正式揭牌,柳钢集团与上通五共建金属材料成型实验室,双方将依托优质行业技术资源,在新能源汽车发展需要面对的高品质汽车用钢技术与工艺应用等方向进行全面探索。

山钢这款“升级版”汽车用钢,顺利交付

近日,山钢集团日照公司首次调试生产的冷轧汽车用增强成形性双相钢CR330/590DH成功下线,顺利交付客户,标志着冷轧汽车双相钢产品开发登上新的台阶

冷轧汽车用增强成形性双相钢,是冷轧汽车高强钢系列的重要组成部分,适用于车身结构件、加强件等,是同级别冷轧双相钢的“升级版”。此次试制的CR330/590DH牌号DH钢。具有高延伸率、高硬化指数、高抗疲劳性能、高扩孔性能、高冲压成型性能等特点,在焊接、涂装、高速拉伸等方面有着良好的表现。为客户优化冲压成形工艺、降低生产成本、提供强力支撑。

日照公司2018年才开始批量供货汽车板,是名副其实的“后来者”。短短几年,产品从软钢到高强和超高强钢、从第一代汽车用钢到第三代QP等汽车用钢......目前,普冷和热镀锌汽车板具备全牌号系列生产能力,汽车板牌号实现最软级别DC07到最高强度1000MPa级别全覆盖。

鞍钢汽车桥壳用热连轧卷板首次供货一汽J6车型

日前,从鞍钢股份传来好消息,鞍钢汽车桥壳用热连轧卷板首次供货一汽J6车型,已完成供货近5000吨。该产品的成功研发和应用实现了鞍钢汽车桥壳用热连轧卷板零的突破,填补了该品种的生产空白,擦亮了鞍钢品牌,为企业创造更多效益增长点。

汽车桥壳是汽车行驶系统的主要构件之一,它支撑车架及车架总成重量,同时保护传动系统中的各部件。随着桥壳制造技术的发展以及汽车减重节能的需要,国内外汽车企业、特别是载重汽车生产厂逐渐使用热连轧卷板制作桥壳取代成本较高的铸造桥壳。该产品通过一汽解放汽车公司认证,检测结果表明产品性能优良,一汽解放汽车公司与鞍钢签订供货技术协议,每年需求量达万余吨。

多年来,鞍钢集团十分重视科技创新工作,始终坚持用科技创新驱动发展,用科技实力服务国家重大需求。

厉害!攀钢具备量产第三代先进高强汽车钢能力

日前,攀钢QP980钢在西昌钢钒板材厂试制成功,并完成冲压车型零件测试。这标志着攀钢已经具备批量生产第三代先进高强汽车用钢的能力。

QP980钢具有980MPa以上强度的抗拉性能,同时具有20%以上的延伸率,代表着冷轧产品结构顶端的系列产品。该钢种有良好的强度和塑形,特别适用于加工汽车结构件、防撞件及内部加强板,迎合了汽车用钢减薄发展趋势。作为第三代汽车用钢的典型代表之一,QP980钢以自身的优势,克服了第二代汽车用钢合金含量过高、生产成本太高等缺点,已经成为国内科研院所和钢铁企业争相研发的热点。

宝钢高等级新能源汽车齿轮钢多个品种实现独家供货

宝钢股份研制成功新能源汽车用系列齿轮钢产品,零部件通过大众等多家汽车主机厂认证,多个品种实现独家供货,技术引领打造了新的效益增长点。宝钢高等级新能源汽车齿轮钢订货量猛增,在新能源浪潮中乘风破浪。

另外,在8月2日,冶金科学技术奖奖励委员会公布了2022年冶金科学技术奖授奖公告。宝钢作为第一完成单位的“新能源汽车用高端硅钢产品创新与应用技术开发”,获得一等奖。

抚顺特钢--高端汽车用齿轮钢

抚顺特钢是中国国防军工、航空航天等高科技领域使用特殊钢材料的重要研发和生产基地。在汽车用特殊钢中,齿轮钢作为抚顺特钢规模化品种,集中于CrMo系列、MnCr系列、CrNiMo系列等中高端产品。

随着汽车向高速度、高载重量、低噪音和轻量化的方向发展,对齿轮用钢提出了更高的质量要求。抚顺特钢近几年在汽车齿轮钢纯净度、淬透性及组织均匀性方面展开产学研联合攻关,突破了齿轮钢纯净度控制、淬透性带宽控制、带状组织控制、高温渗碳奥氏体晶粒度控制等关键技术,齿轮钢的质量水平得到显著提升。

文章来源: 中国冶金报社,Today钢铁

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