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多萬噸，產(chǎn)品定位多以先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS）為主，如浦項(xiàng)光陽廠新建的7號連續(xù)鍍鋅線、鞍鋼與神戶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。車身的耐環(huán)境腐蝕和耐環(huán)境老化性能是汽車選材及加工工藝應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題之一，歐美等發(fā)達(dá)國家對汽車防腐性能提出了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如美國、日本提出了車身表面耐腐蝕為5年，耐穿孔腐蝕為10年，發(fā)動機(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，車身的外露部件大量使用鍍鋅板是提高車身抗腐蝕性能的最有效途徑之一。
我國目前還沒有官方的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。在沒有規(guī)范的約束之下，自主品牌汽車鍍鋅板使用率較低。2015年5月，第三屆中國汽車防腐蝕與老化技術(shù)論壇上發(fā)布了“汽車防腐蝕與老化技術(shù)規(guī)范體系”，這是國內(nèi)首個(gè)汽車領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，對國內(nèi)汽車產(chǎn)品抗腐蝕耐老化性能的提高將帶來深遠(yuǎn)影響。隨著我國汽車產(chǎn)品檔次的提升、官方防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)的出臺等，我國汽車用鍍鋅板有較大發(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，鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料等輕質(zhì)非鋼材料在國際高端品牌汽車中的用量呈現(xiàn)逐年增加趨勢。如歐洲車企正在其高利潤率車型中擴(kuò)大鋁材料的應(yīng)用，福特旗下采用全鋁車身的F-150皮卡已投產(chǎn)，特斯拉ModelS也是全鋁車身行列的一員。2016年1月，上汽通用凱迪拉克旗下首款國產(chǎn)豪華大型車凱迪拉克CT6正式上市，車身框架的64%由鋁合金材料進(jìn)行打造。隨著國內(nèi)日趨嚴(yán)格的排放規(guī)定和新能源汽車的迅速發(fā)展，鋁合金、復(fù)合材料在國內(nèi)自主品牌的應(yīng)用也開始增多。2015年上海車展上，北汽新能源推出微型純電動汽車——EX概念車，采用全新鋁合金框架式的車身結(jié)構(gòu)，量產(chǎn)車將于2017年上市。2015年3月上市的別克英朗采用鋁合金發(fā)動機(jī)罩蓋，開10萬元級緊湊型轎車應(yīng)用先河。在此背景下，鋼鐵企業(yè)都在傾力打造滿足汽車輕量化需求的高端汽車板產(chǎn)品。2015年以來，寶鋼、浦項(xiàng)、JFE、蒂森克虜伯等重點(diǎn)汽車板生產(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、熱鍍鋅GI980MPa級和熱鍍鋅GI1180MPa級等系列鋼種；目前已用于后地板左右連接板零件的工業(yè)試制。980MPa級和1180級中錳鋼擁有超高強(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A柱、B柱、防撞梁和門檻加強(qiáng)件等眾多車身結(jié)構(gòu)件。
2015年11月，寶鋼發(fā)布了自主研發(fā)的超輕型白車身BCB（BaosteelCarBody），這是國內(nèi)鋼企首次發(fā)布完整的車身產(chǎn)品。BCB用材涵蓋寶鋼第一代、第二代和第三代汽車用鋼，包括最新開發(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)到國際先進(jìn)水平。
浦項(xiàng)。浦項(xiàng)開發(fā)的低密度高強(qiáng)鋼產(chǎn)品從2015年7月開始進(jìn)行試生產(chǎn)，這一新鋼種名為“HighSpecificStrengthSteels”（簡稱HS），由浦項(xiàng)科技大學(xué)研究小組開發(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?，?span lang="EN-US">870℃—920℃的特殊條件下，對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)格競爭力優(yōu)勢突出。除了作為汽車輕量化材料使用之外，該產(chǎn)品在未來還有望應(yīng)用于造船、土木、防彈裝甲車、無人飛機(jī)等領(lǐng)域，前景非常廣闊。
JFE。2015年12月，JFE開發(fā)出同時(shí)具有良好延展性和擴(kuò)孔性的980MPa級高強(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際會展中心舉行的“2015人與車科技展”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型，采用兩塊拉伸強(qiáng)度為500MPa級的高張力鋼板夾住一塊1.5GPa級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級熱成型材料還要好。雖然材料成本比1.5GPa級熱成型材料高出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。蒂森克虜伯通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，受到撞擊后，該鋼板只會翻折變形而不會發(fā)生破裂。
復(fù)合鋼板首先通過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)，三層鋼板會牢固地接合在一起。
強(qiáng)度和可加工性可通過改變?nèi)龑愉摪宓暮穸缺壤齺碚{(diào)整。如果是中柱用鋼板，兩塊500MPa級鋼板的厚度比例各為10%，而1.5GPa級鋼板的厚度比例為80%。如果是前大梁用鋼板，兩塊500MPa級鋼板的厚度比例各為20%，而1.5GPa級鋼板的厚度比例為60%。
日本。對層壓復(fù)合鋼板的開發(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”的研究開發(fā)項(xiàng)目，該項(xiàng)目以開發(fā)使汽車進(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)用于汽車用高比強(qiáng)度材料的開發(fā)中。
日本政府主導(dǎo)的科研項(xiàng)目“創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)材料研究開發(fā)”中的子項(xiàng)目“超高張力鋼板開發(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鋼鐵和神戶制鋼所為主導(dǎo)的日本鋼企開展了該項(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。韓國政府非常支持“常溫成型延伸率25%以上、密度7.05g/cm3以上的GPa級低密度輕量鋼材”的開發(fā)工作。浦項(xiàng)和現(xiàn)代制鐵正在加快研制具有2GPa級強(qiáng)度的汽車板。浦項(xiàng)為了滿足客戶需求，正在致力于開發(fā)質(zhì)量優(yōu)秀的超高強(qiáng)度馬氏體鋼，以及拉伸強(qiáng)度為1.8GPa—2GPa級熱成型鋼。現(xiàn)代制鐵稱，正在開發(fā)1.8GIGA—2GIGA級熱成型鋼和780MPa級底盤用熱軋鍍鋅板，而980MPa級底盤用熱軋鍍鋅板產(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，上述新車均采用通用最新中高級車平臺打造，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的代表之作，全新一代君越車身高強(qiáng)度材料的使用比例達(dá)75%，其中超高強(qiáng)度鋼比例罕見性地達(dá)到41%。在A柱、B柱、門檻梁、車頂和車底等核心區(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。前后車門內(nèi)，同樣以最高規(guī)格的PHS熱成型鋼作為防撞梁。此前，通用雪佛蘭樂風(fēng)RV率先在國內(nèi)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用寶鋼第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，整車采用高強(qiáng)度車身安全結(jié)構(gòu)，其中超高強(qiáng)度鋼使用比例為6%，超過同級其他車型，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)動轎車別克威朗車身采用高強(qiáng)鋼比例達(dá)72%。2015年7月，上汽通用五菱汽車發(fā)布家用SUV“寶駿560”，車身高強(qiáng)鋼使用比例超過55%。2016年1月，北汽紳寶X55上市，車身高強(qiáng)鋼使用比例達(dá)到68%。
在歐洲，浦項(xiàng)與雷諾三星汽車近日聯(lián)合發(fā)布公告稱，即將面世的車型SM6面板和內(nèi)部車體材料上已采用浦項(xiàng)生產(chǎn)的高強(qiáng)度汽車板。其中浦項(xiàng)生產(chǎn)的1000MPa級超高強(qiáng)鋼板在該車上的比重高達(dá)18.5%，而在雷諾三星現(xiàn)有SM5、SM7車型上的比重僅為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級的超高強(qiáng)鋼板比重為16%，剩下的2.5%為1180MPa級的超高強(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。在可見的未來，鋼材仍是汽車輕量化的主角。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空間。為了提升產(chǎn)品競爭力，汽車主機(jī)廠和鋼廠EVI合作會越來越重要。鋼鐵企業(yè)要進(jìn)一步提高作為材料供應(yīng)商對汽車開發(fā)的認(rèn)識，深層次理解汽車對材料的要求，引導(dǎo)汽車制造商使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼和先進(jìn)成型技術(shù)等，共同推動汽車工業(yè)鋼鐵材料研發(fā)和應(yīng)用的進(jìn)步。
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