新能源汽車輕量化的鋼材解決方案(一)

  日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染及能源緊缺問題,使全球新能源汽車的研發(fā)和推廣前所未有地受到各國政府的關(guān)注與重視,美國和日本等國已經(jīng)把新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提高到國家戰(zhàn)略高度,采取多種扶持政策大力推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。中國在2012年出臺了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》,為中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展指明了方向。

  新能源汽車發(fā)展對鋼材的影響

  截至2013年底,全球新能源汽車保有量已超過40萬輛。保有量排名前3名的國家分別為美國、日本和中國,分別為17.4、6.8、4.5萬輛。到2020年,在歐、美、日、韓及中國新能源汽車年產(chǎn)量預(yù)計占乘用車總量的9%—20%,將達(dá)120—240萬輛。

  新能源汽車的興起,無論在鋼材需求或是質(zhì)量方面都提出了更高的要求。出于對汽車的安全和節(jié)能等性能的高要求,新能源汽車更加看重車身的輕量化。輕型車身要平衡電池引起的質(zhì)量增加,沒有一定輕量化水平的電動汽車是沒有市場競爭力的。相比于傳統(tǒng)汽車,新能源汽車對于輕量化技術(shù)的要求更為迫切。歐美等地區(qū)和國家的汽車制造商都在汽車輕量化項目上投入了大量的資源。鋼鐵企業(yè)要想在新能源汽車市場抓住機(jī)遇,就必須有針對性地研發(fā)和生產(chǎn),以滿足新能源汽車對輕量化鋼材的要求。

  鋼鐵企業(yè)新能源汽車輕量化的鋼鐵解決方案

  汽車輕量化是在滿足汽車使用要求、安全性和成本控制的條件下,將結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與輕量化材料、輕量化制造技術(shù)集成應(yīng)用所實現(xiàn)的產(chǎn)品減重。先進(jìn)鋼鐵企業(yè)不僅提供材料、而且致力于提供包括模型設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用技術(shù)和評價技術(shù)等一體化的解決方案,通過整合鋼鐵企業(yè)在材料、成形、焊接等應(yīng)用技術(shù)以及評價等領(lǐng)域的知識和技術(shù),積極和汽車企業(yè)開展EVI(EarlyVendorInvolevment,先期介入)合作,提供用戶需求的解決方案。

  FSV項目。FSV(FutureSteelVehicle,未來鋼質(zhì)汽車)項目是2007年國際鋼協(xié)汽車用鋼聯(lián)盟開展的針對2015—2020年比較成熟的先進(jìn)鋼鐵材料和制造技術(shù)的研究項目。該項目目標(biāo)是為緊湊型純電動汽車提出一個能制造出完全不同的鋼制車身結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計構(gòu)思,也確認(rèn)了為適應(yīng)大的插電式混合動力車(PHEV)或燃料電池車(FCEV)車身結(jié)構(gòu)的改變。FSV項目主要涉及到4種不同的汽車型號,純電動汽車(BEV)和插電式混合動力汽車(PHEV—20)屬于A/B級汽車;插電式混合動力汽車(PHEV—40)和燃料電池汽車(FCEV)屬于C/D級汽車。

  FSV項目設(shè)定的方案目標(biāo)參數(shù)有車身質(zhì)量、制造成本及全生命周期的CO2等效排放量。車身質(zhì)量的目標(biāo)是190kg。與先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)相結(jié)合,F(xiàn)SV的用鋼方案采用了比以前其他項目更先進(jìn)的高強(qiáng)鋼及其成形技術(shù),以求達(dá)到車身輕量化和在整個汽車生命周期溫室氣體排放的大幅降低。它使用了20多個最新的先進(jìn)高強(qiáng)鋼種,這些鋼材預(yù)計2015到2020年將會批量生產(chǎn)。

  FSV項目表達(dá)了超高強(qiáng)鋼的發(fā)展以滿足車身性能和進(jìn)一步輕量化的需求,F(xiàn)SV使用了平均0.98mm的厚度、平均789MPa抗拉強(qiáng)度的材料方案,而1999年啟動的ULSAB項目(UltraLightSteelAutoBody,超輕鋼車身)的用鋼為平均厚度1.16mm和平均抗拉強(qiáng)度413MPa,ULSAB—AVC(超輕鋼車身先進(jìn)車概念)項目為平均厚度1.00mm和平均抗拉強(qiáng)度758MPa。

  FSV項目高強(qiáng)度鋼板占整體車身用鋼的97.4%,其中一半在1000MPa以上。與ULSAB—AVC相比,340MPa鋼與1500MPa鋼的比例大幅增加,800MPa鋼驟減,其他級別鋼種則小幅減少。此次選擇鋼板的大方針是:碰撞后可被壓扁的骨架類采用1000MPa級產(chǎn)品,不能壓扁的骨架類采用1500MPa級產(chǎn)品。另外,不需要承受很大應(yīng)力的地板及頂棚等均采用了目前所能采購到的最薄產(chǎn)品——0.5mm鋼板。其中DP鋼約占30%;TRIP鋼約10%;HF鋼約占10%;CP鋼約占10%。整個高強(qiáng)度鋼用鋼比重超過65%。如果算上超高強(qiáng)鋼,整個汽車車身高強(qiáng)鋼的比重將達(dá)到97.4%,軟鋼的比重將顯著減少。

  此外,隨著高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用比重增加,相應(yīng)的成形技術(shù)要求也在提高。針對高強(qiáng)度汽車用鋼在汽車上的應(yīng)用,國際鋼協(xié)在FVS項目中廣泛采用了激光拼焊板、熱沖壓成形、液壓成形、變截面板的液壓成形、激光拼焊制管、激光拼焊和變截面板的輥壓成形及一般輥壓成形等技術(shù)手段,使高強(qiáng)度鋼板得以應(yīng)用,有效地降低汽車車身重量,汽車的車身剛度和安全性能也得以提高。

  在制造成本的評估上,F(xiàn)SV使用了技術(shù)成本模型,并且用改進(jìn)的溫室效應(yīng)排放模型進(jìn)行全生命周期(LCA)的CO2排放評估,與對標(biāo)車型比較,減少了56%的CO2排放量。用生命周期評估的方法來幫助汽車制造商為其生產(chǎn)過程評估與降低總能耗和在整個生命周期內(nèi)溫室氣體的排放量。只考慮在車輛使用階段從排氣管排放的溫室氣體的法規(guī),將會鼓勵低密度、溫室氣體密集材料的使用,在某些應(yīng)用中這些材料可使零部件的重量更輕以提高燃油的經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣的排放量,但是這在汽車的整個生命周期內(nèi)對于溫室氣體排放的增加會有意想不到的后果。

  浦項PBC—EV。為了提供低成本的鋼鐵解決方案,韓國浦項開發(fā)了名為PBC—EV的輕量化鋼制車身。據(jù)了解,浦項從2010年開始研發(fā)這類鋼種,于2012年初研發(fā)成功并通過了國際安全碰撞試驗,有望于2015年用在電動汽車上。

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