汽車(chē)用先進(jìn)高強(qiáng)鋼生產(chǎn)與研發(fā)進(jìn)展 " 在汽車(chē)制造領(lǐng)域，鋼與鋁及鎂合金等的競(jìng)爭(zhēng)已進(jìn)入了一個(gè)新的階段。同時(shí)，汽車(chē)制造商也對(duì)鋼鐵材料的性能和成本提出了更高的要求，汽車(chē)用先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS，AdvancedHighStrengthSteel）的研發(fā)與生產(chǎn)就顯得特別迫切。為滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)更安全、更輕量化、更環(huán)保和更經(jīng)濟(jì)油耗的需求，鋼鐵企業(yè)加大了汽車(chē)用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的研發(fā)與投資建設(shè)，生產(chǎn)與應(yīng)用也取得了顯著進(jìn)展。
先進(jìn)高強(qiáng)鋼產(chǎn)線投產(chǎn)進(jìn)入高峰期
2015年—2017年是先進(jìn)高強(qiáng)鋼產(chǎn)線投產(chǎn)的高峰期。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2015年以來(lái)投產(chǎn)或在建的高強(qiáng)鋼產(chǎn)線有20余條，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1000多萬(wàn)噸，產(chǎn)品定位多以先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS）為主，如浦項(xiàng)光陽(yáng)廠新建的7號(hào)連續(xù)鍍鋅線、鞍鋼與神戶(hù)制鋼所合資的冷軋連退產(chǎn)線等。另外，統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)線中以高強(qiáng)度熱鍍鋅產(chǎn)線居多。車(chē)身的耐環(huán)境腐蝕和耐環(huán)境老化性能是汽車(chē)選材及加工工藝應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)汽車(chē)防腐性能提出了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如美國(guó)、日本提出了車(chē)身表面耐腐蝕為5年，耐穿孔腐蝕為10年，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔耐腐蝕極限為2年。鹽霧試驗(yàn)表明，鍍鋅板的耐鹽霧腐蝕時(shí)間一般是普冷板的2倍—3倍，因此，車(chē)身的外露部件大量使用鍍鋅板是提高車(chē)身抗腐蝕性能的最有效途徑之一。
我國(guó)目前還沒(méi)有官方的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。在沒(méi)有規(guī)范的約束之下，自主品牌汽車(chē)鍍鋅板使用率較低。2015年5月，第三屆中國(guó)汽車(chē)防腐蝕與老化技術(shù)論壇上發(fā)布了“汽車(chē)防腐蝕與老化技術(shù)規(guī)范體系”，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)汽車(chē)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品抗腐蝕耐老化性能的提高將帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品檔次的提升、官方防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)等，我國(guó)汽車(chē)用鍍鋅板有較大發(fā)展?jié)摿?，成為各大鋼廠投資建設(shè)的重點(diǎn)。
先進(jìn)高強(qiáng)鋼材料研發(fā)進(jìn)步明顯
近年來(lái)，鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料等輕質(zhì)非鋼材料在國(guó)際高端品牌汽車(chē)中的用量呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)。如歐洲車(chē)企正在其高利潤(rùn)率車(chē)型中擴(kuò)大鋁材料的應(yīng)用，福特旗下采用全鋁車(chē)身的F-150皮卡已投產(chǎn)，特斯拉ModelS也是全鋁車(chē)身行列的一員。2016年1月，上汽通用凱迪拉克旗下首款國(guó)產(chǎn)豪華大型車(chē)凱迪拉克CT6正式上市，車(chē)身框架的64%由鋁合金材料進(jìn)行打造。隨著國(guó)內(nèi)日趨嚴(yán)格的排放規(guī)定和新能源汽車(chē)的迅速發(fā)展，鋁合金、復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)自主品牌的應(yīng)用也開(kāi)始增多。2015年上海車(chē)展上，北汽新能源推出微型純電動(dòng)汽車(chē)——EX概念車(chē)，采用全新鋁合金框架式的車(chē)身結(jié)構(gòu)，量產(chǎn)車(chē)將于2017年上市。2015年3月上市的別克英朗采用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋，開(kāi)10萬(wàn)元級(jí)緊湊型轎車(chē)應(yīng)用先河。在此背景下，鋼鐵企業(yè)都在傾力打造滿(mǎn)足汽車(chē)輕量化需求的高端汽車(chē)板產(chǎn)品。2015年以來(lái)，寶鋼、浦項(xiàng)、JFE、蒂森克虜伯等重點(diǎn)汽車(chē)板生產(chǎn)企業(yè)在先進(jìn)高強(qiáng)鋼的研制方面取得了顯著進(jìn)展。
寶鋼。2015年2月，寶鋼QP1180GA先進(jìn)汽車(chē)高強(qiáng)鋼全球首發(fā)，第一卷QP1180GA鋼成功下線。QP1180GA鋼板首次實(shí)現(xiàn)了980MPa強(qiáng)度以上級(jí)別高強(qiáng)鋼的鋅層合金化，在達(dá)到了1200MPa的超高強(qiáng)度的同時(shí)，具有15%以上的高延展率，具有更好的焊接性能、涂著性能、耐熱性和耐腐蝕性，為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化發(fā)展提供了有力支撐。
2015年6月，寶鋼第三代汽車(chē)用鋼中錳鋼，實(shí)現(xiàn)了材料和零件雙全球首發(fā)。該材料包括了冷軋CR980MPa級(jí)、熱鍍鋅GI980MPa級(jí)和熱鍍鋅GI1180MPa級(jí)等系列鋼種；目前已用于后地板左右連接板零件的工業(yè)試制。980MPa級(jí)和1180級(jí)中錳鋼擁有超高強(qiáng)塑性匹配，屈服強(qiáng)度為760MPa—1100MPa，抗拉強(qiáng)度為980MPa—1250MPa；成型性好：伸長(zhǎng)率≥30%；減重能力佳：減重≥15%。因此，其適用范圍比一般超高強(qiáng)鋼更為廣泛，應(yīng)用前景包括汽車(chē)A柱、B柱、防撞梁和門(mén)檻加強(qiáng)件等眾多車(chē)身結(jié)構(gòu)件。
2015年11月，寶鋼發(fā)布了自主研發(fā)的超輕型白車(chē)身BCB（BaosteelCarBody），這是國(guó)內(nèi)鋼企首次發(fā)布完整的車(chē)身產(chǎn)品。BCB用材涵蓋寶鋼第一代、第二代和第三代汽車(chē)用鋼，包括最新開(kāi)發(fā)的1180QP、1500MS、950TWIP等新材料，高強(qiáng)鋼應(yīng)用比例達(dá)77.5%，鍍鋅板達(dá)75%。在成型工藝方面，應(yīng)用了寶鋼熱沖壓成型、液壓成型、輥壓成型、VRB板成型和激光拼焊板成型等先進(jìn)成型技術(shù)，安全性、舒適性和輕量化達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
浦項(xiàng)。浦項(xiàng)開(kāi)發(fā)的低密度高強(qiáng)鋼產(chǎn)品從2015年7月開(kāi)始進(jìn)行試生產(chǎn)，這一新鋼種名為“HighSpecificStrengthSteels”（簡(jiǎn)稱(chēng)HS），由浦項(xiàng)科技大學(xué)研究小組開(kāi)發(fā)，密度僅相當(dāng)于普通鋼材的15%，卻具有普通鋼材不可比擬的高強(qiáng)度。HS低密度鋼并不是普通的鐵—鋁合金混合物，而是一種全新的化合物。鐵、鋁、碳、錳等元素在適當(dāng)?shù)臒崽幚頊囟认滦纬山饘倩セ?，?70℃—920℃的特殊條件下，對(duì)金屬互化物采用鎳調(diào)節(jié)，金屬互化物的尺寸減小至幾十納米到幾百納米之間，在合金內(nèi)均勻分布。與鈦相比，這一鋼材體積更小，但強(qiáng)度卻幾乎相同，制造成本僅相當(dāng)于鈦的十分之一，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)突出。除了作為汽車(chē)輕量化材料使用之外，該產(chǎn)品在未來(lái)還有望應(yīng)用于造船、土木、防彈裝甲車(chē)、無(wú)人飛機(jī)等領(lǐng)域，前景非常廣闊。
JFE。2015年12月，JFE開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有良好延展性和擴(kuò)孔性的980MPa級(jí)高強(qiáng)冷軋鋼板，這在業(yè)界屬首例。
為提高超高強(qiáng)鋼的延展性，需在鋼板的金屬組織中同時(shí)存在富有延展性的軟質(zhì)相和保證強(qiáng)度的硬質(zhì)相。因此，較大的硬度差成為缺陷源，造成延展翻邊、成型性能變差。而擴(kuò)孔性良好的超高強(qiáng)鋼金屬組織為單一的硬質(zhì)相，延展性較差。JFE采用獨(dú)有的熱處理技術(shù)，不僅在金屬組織中有軟質(zhì)相和硬質(zhì)相，還分散有中間硬度相，成功地降低了組織中的硬度差，提高了高延展性材料的擴(kuò)孔性。
蒂森克虜伯。2015年5月，蒂森克虜伯在日本橫濱太平洋國(guó)際會(huì)展中心舉行的“2015人與車(chē)科技展”上展出了用兩種高張力鋼板組合而成的復(fù)合鋼板制造的車(chē)身骨架部件。此次展出的是采用熱成型工藝制造的中柱試制品，預(yù)計(jì)該鋼板最早將于2017年被多家歐洲汽車(chē)廠商采用。
該復(fù)合鋼板TriBond分為中柱用途和前大梁用途兩種類(lèi)型，采用兩塊拉伸強(qiáng)度為500MPa級(jí)的高張力鋼板夾住一塊1.5GPa級(jí)高張力鋼板的三層構(gòu)造。
中柱用鋼板的抗拉強(qiáng)度為1.3GPa，可進(jìn)行角度為85°的彎曲加工，可加工性比以前的1.5GPa級(jí)熱成型材料還要好。雖然材料成本比1.5GPa級(jí)熱成型材料高出5%左右，但可加工性良好，因此能夠減少材料用量，從而使重量減輕約8%。前大梁用鋼板的抗拉強(qiáng)度為1.1GPa，可進(jìn)行135°彎曲加工。為了在車(chē)輛發(fā)生碰撞后容易吸收沖擊能量，該鋼板的強(qiáng)度低于中柱用鋼板，因而更易發(fā)生變形。蒂森克虜伯通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，受到撞擊后，該鋼板只會(huì)翻折變形而不會(huì)發(fā)生破裂。
復(fù)合鋼板首先通過(guò)熱軋和冷軋工藝軋薄三層重疊的材料，然后再制成環(huán)形中間材料，以中間材料的形式向汽車(chē)廠商等供貨。采用熱軋工藝將厚度約為250mm的初軋板坯軋薄至約30mm時(shí)，三層鋼板會(huì)牢固地接合在一起。
強(qiáng)度和可加工性可通過(guò)改變?nèi)龑愉摪宓暮穸缺壤齺?lái)調(diào)整。如果是中柱用鋼板，兩塊500MPa級(jí)鋼板的厚度比例各為10%，而1.5GPa級(jí)鋼板的厚度比例為80%。如果是前大梁用鋼板，兩塊500MPa級(jí)鋼板的厚度比例各為20%，而1.5GPa級(jí)鋼板的厚度比例為60%。
日本。對(duì)層壓復(fù)合鋼板的開(kāi)發(fā)，是日本文部科學(xué)省“以超精加工技術(shù)材料為中心融合新興領(lǐng)域”的研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，該項(xiàng)目以開(kāi)發(fā)使汽車(chē)進(jìn)一步輕量化的新超高強(qiáng)度、高延展性材料為目標(biāo)。研究成果顯示，通過(guò)將硬質(zhì)組織與軟質(zhì)組織層狀組合，可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和高延展性的統(tǒng)一，即在保持超高強(qiáng)度的同時(shí)，層壓復(fù)合可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有單一材料難以實(shí)現(xiàn)的高水平的延展性。一直參與項(xiàng)目的新日鐵住金和JFE鋼鐵公司將把這些經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于汽車(chē)用高比強(qiáng)度材料的開(kāi)發(fā)中。
日本政府主導(dǎo)的科研項(xiàng)目“創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)材料研究開(kāi)發(fā)”中的子項(xiàng)目“超高張力鋼板開(kāi)發(fā)”有望縮短預(yù)期的研發(fā)時(shí)間，于2017年提前完成。項(xiàng)目的目標(biāo)是在2020財(cái)年開(kāi)發(fā)出能同時(shí)實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度1.5GPa和延伸率20%的超高強(qiáng)鋼板，以新日鐵住金、JFE鋼鐵和神戶(hù)制鋼所為主導(dǎo)的日本鋼企開(kāi)展了該項(xiàng)目的研究。項(xiàng)目中期目標(biāo)是在2015財(cái)年研發(fā)出抗拉強(qiáng)度1.2GPa、延伸率15%的鋼板，但在2014財(cái)年，這3家公司就已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室試制成功。
韓國(guó)。韓國(guó)政府非常支持“常溫成型延伸率25%以上、密度7.05g/cm3以上的GPa級(jí)低密度輕量鋼材”的開(kāi)發(fā)工作。浦項(xiàng)和現(xiàn)代制鐵正在加快研制具有2GPa級(jí)強(qiáng)度的汽車(chē)板。浦項(xiàng)為了滿(mǎn)足客戶(hù)需求，正在致力于開(kāi)發(fā)質(zhì)量?jī)?yōu)秀的超高強(qiáng)度馬氏體鋼，以及拉伸強(qiáng)度為1.8GPa—2GPa級(jí)熱成型鋼。現(xiàn)代制鐵稱(chēng)，正在開(kāi)發(fā)1.8GIGA—2GIGA級(jí)熱成型鋼和780MPa級(jí)底盤(pán)用熱軋鍍鋅板，而980MPa級(jí)底盤(pán)用熱軋鍍鋅板產(chǎn)品還在研究之中。
先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用獲得認(rèn)可
鋼鐵企業(yè)所付出的巨大努力也已經(jīng)獲得汽車(chē)行業(yè)的高度認(rèn)可，多款新品得到了應(yīng)用。
2016年，通用旗下邁銳寶、君越、新君威、XT5陸續(xù)推出，上述新車(chē)均采用通用最新中高級(jí)車(chē)平臺(tái)打造，相比之前，運(yùn)用更多全新技術(shù)、材料，致力于在保證安全的前提下提升輕量化水平。其中，邁銳寶XL在車(chē)身大比例應(yīng)用了高強(qiáng)度鋼和超強(qiáng)度鋼，在保證強(qiáng)度的情況下，成功實(shí)現(xiàn)減重。作為別克新一代高檔轎車(chē)的代表之作，全新一代君越車(chē)身高強(qiáng)度材料的使用比例達(dá)75%，其中超高強(qiáng)度鋼比例罕見(jiàn)性地達(dá)到41%。在A柱、B柱、門(mén)檻梁、車(chē)頂和車(chē)底等核心區(qū)域，屈服強(qiáng)度在900MPa—1500MPa的超高強(qiáng)度鋼和熱成型鋼被大量使用，極大地提高了整個(gè)乘員艙的強(qiáng)度。前后車(chē)門(mén)內(nèi)，同樣以最高規(guī)格的PHS熱成型鋼作為防撞梁。此前，通用雪佛蘭樂(lè)風(fēng)RV率先在國(guó)內(nèi)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用寶鋼第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，整車(chē)采用高強(qiáng)度車(chē)身安全結(jié)構(gòu)，其中超高強(qiáng)度鋼使用比例為6%，超過(guò)同級(jí)其他車(chē)型，成功實(shí)現(xiàn)相關(guān)零部件減重20%。2015年6月上市的上海通用新生代運(yùn)動(dòng)轎車(chē)別克威朗車(chē)身采用高強(qiáng)鋼比例達(dá)72%。2015年7月，上汽通用五菱汽車(chē)發(fā)布家用SUV“寶駿560”，車(chē)身高強(qiáng)鋼使用比例超過(guò)55%。2016年1月，北汽紳寶X55上市，車(chē)身高強(qiáng)鋼使用比例達(dá)到68%。
在歐洲，浦項(xiàng)與雷諾三星汽車(chē)近日聯(lián)合發(fā)布公告稱(chēng)，即將面世的車(chē)型SM6面板和內(nèi)部車(chē)體材料上已采用浦項(xiàng)生產(chǎn)的高強(qiáng)度汽車(chē)板。其中浦項(xiàng)生產(chǎn)的1000MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼板在該車(chē)上的比重高達(dá)18.5%，而在雷諾三星現(xiàn)有SM5、SM7車(chē)型上的比重僅為2%左右，有了大幅提高。在18.5%的應(yīng)用比重中，抗拉強(qiáng)度1300MPa級(jí)的超高強(qiáng)鋼板比重為16%，剩下的2.5%為1180MPa級(jí)的超高強(qiáng)鋼板，同時(shí)采用了TWB—HPF技術(shù)。
鋼鐵行業(yè)追求進(jìn)步的腳步從未停止。在可見(jiàn)的未來(lái)，鋼材仍是汽車(chē)輕量化的主角。鋼鐵企業(yè)近年取得的顯著進(jìn)展和先進(jìn)高強(qiáng)鋼在汽車(chē)企業(yè)的應(yīng)用情況也表明，鋼鐵仍然大有潛力可挖，鋼鐵材料的應(yīng)用仍大有可為，尤其先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用還將有較大的增長(zhǎng)空間。為了提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，汽車(chē)主機(jī)廠和鋼廠EVI合作會(huì)越來(lái)越重要。鋼鐵企業(yè)要進(jìn)一步提高作為材料供應(yīng)商對(duì)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的認(rèn)識(shí)，深層次理解汽車(chē)對(duì)材料的要求，引導(dǎo)汽車(chē)制造商使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼和先進(jìn)成型技術(shù)等，共同推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)鋼鐵材料研發(fā)和應(yīng)用的進(jìn)步。"
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