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     作者：吳波

    本文重點(diǎn)介紹優(yōu)秀論著:“新能源汽車輕量化的鋼材解決方案.”, 下面介紹一下該論著的核心內(nèi)容: 

一鋼鐵企業(yè)新能源汽車輕量化的鋼鐵解決方案

    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(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用技術(shù)和評(píng)價(jià)技術(shù)等一體化的解決方案，通過(guò)整合鋼鐵企業(yè)在材料、成形和焊接等應(yīng)用技術(shù)以及評(píng)價(jià)等領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)，積極和汽車企業(yè)開(kāi)展EVI (EarlyVendor Involevment，先期介入)合作，提供用戶需求的解決方案。

    1安米電動(dòng)汽車版S-in motion

    安賽樂(lè)米塔爾（簡(jiǎn)稱安米）自2010年起開(kāi)展了S-in motion項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)一系列汽車用鋼解決方案，使汽車在不降低安全性的前提下更輕、排放量更小。S-in motion包含steel（鋼鐵）、Saving weight（重量減輕）、Saving costs（成本節(jié)約）、Sustainability（可持續(xù)性）、Safety（安全性）、Service（服務(wù)）、Strength（強(qiáng)度）和Solutions（解決方案）等8種含義。該項(xiàng)目是北美和歐洲聯(lián)合開(kāi)展的研發(fā)項(xiàng)目，有6家研究中心、600多名技術(shù)人員和工程師參與了該項(xiàng)目。先進(jìn)高強(qiáng)鋼在電動(dòng)汽車上證明了其輕量化方案新的價(jià)值。

    安米的原S-in motion項(xiàng)目在傳統(tǒng)燃油汽車身上具有減輕車身重量和底盤的巨大潛力。因此為滿足電動(dòng)汽車系列新的挑戰(zhàn)，安米開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車S-in motion選擇方案。該項(xiàng)目對(duì)車身重新設(shè)計(jì)，滿足了電動(dòng)汽車更大的動(dòng)力系統(tǒng)以及電池保護(hù)需求。先進(jìn)高強(qiáng)鋼在電動(dòng)汽車上進(jìn)行了廣泛使用，其占車身重量比從原傳統(tǒng)燃油汽車的35%提高到了58%，車身減重30 kg。

    安米的S-in motion項(xiàng)目的主要優(yōu)勢(shì)為：

    1) 在不增加重量的情況下對(duì)電池提供額外保護(hù)

    2) 保持沖撞性能。

    3) 為車企提供電動(dòng)車方案。

    4) 適應(yīng)完全不同的動(dòng)力系統(tǒng)。

    5)廣泛使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼達(dá)到減重目的。

    通過(guò)該項(xiàng)目和已經(jīng)驗(yàn)證的選擇方案證明，先進(jìn)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度和輕量化滿足了汽車的未來(lái)發(fā)展。該項(xiàng)目使用典型的奔馳C級(jí)轎車作為基準(zhǔn)車，設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)使用已經(jīng)確定的原S-in mo-mion方案來(lái)改善基準(zhǔn)車，創(chuàng)造新的電動(dòng)汽車解決方案。項(xiàng)目特別針對(duì)那些希望把原先傳統(tǒng)燃油汽車升級(jí)到電動(dòng)版的車企。

    安米在轎車輕量化研究過(guò)程中充分利用了其自身生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼，如DP鋼、馬氏體鋼及其他高品質(zhì)線材，尤其是其最具競(jìng)爭(zhēng)的熱成形鋼Usiborl500P。在減輕車身重量并增加汽車安全性的同時(shí)還考慮到不增加汽車生產(chǎn)商的成本，因此對(duì)每項(xiàng)解決方案都進(jìn)行了成本分析。

    2  浦項(xiàng)PBC- EV

    浦項(xiàng)的研究成果與國(guó)際鋼協(xié)的研究成果大部分相同，區(qū)別在于浦項(xiàng)在TWIP鋼的研制和生產(chǎn)方面處于領(lǐng)先地位，TWIP鋼使用比例占了大約10%。

    為增加其強(qiáng)度和韌性，浦項(xiàng)還采用了2種新的方法，即熱壓成型和多向軋制成型。與普通汽車相比，由該鋼種制造的汽車，溫室氣體排放可降低50%。鎂板采用溫成形的方式，同時(shí)傳統(tǒng)的沖壓、激光拼焊等加工方式也毫無(wú)疑問(wèn)被用在PBC- EV的制造過(guò)程中。

    浦項(xiàng)的PBV-EV項(xiàng)目也使用了生命周期評(píng)價(jià)，對(duì)其評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，由于先進(jìn)高強(qiáng)鋼車身的使用使PBV- BEV減重，CO2排放量顯著減少，與對(duì)標(biāo)燃料車和鋁制電動(dòng)車相比，分別減少48. 9%，9.0%。

    浦項(xiàng)的PBV- EV項(xiàng)目在設(shè)計(jì)評(píng)估中也考慮到加工成本，針對(duì)在白車身和零部件加工成本中使用成本分析，加工成本是估算使用不同加工工藝的所有車身結(jié)構(gòu)部件成本。成本分析結(jié)果為白車身加工成本為$1，018。由于使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼而實(shí)現(xiàn)汽車減重，減少了材料的成本，這將平衡由于加工費(fèi)用帶來(lái)的總成本的增加。

    3  FSV項(xiàng)目

    FSV項(xiàng)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. 98 mm的厚度，平均789 MPa抗拉強(qiáng)度的材料方案，而1999年啟動(dòng)的ULSAB項(xiàng)目(UltraLight Steel Auto Body.超輕鋼車身)的用鋼為平均厚度1. 16 mm和平均抗拉強(qiáng)度413 MPa，UL-SAB-AVC(Ultra Light Steel Auto Body -AdvancedVehicle Concepts，超輕鋼車身先進(jìn)車概念)項(xiàng)目為平均厚度1. 00 mm和平均抗拉強(qiáng)度758 MPa。

    FSV項(xiàng)目高強(qiáng)度鋼板占整體的97. 4%，其中一半在1000 MPa以上。與ULSAB- AVC相比，340 MPa鋼與1 500 MPa鋼的比例大幅增加，800 MPa鋼驟減，其他級(jí)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1 000 MPa級(jí)產(chǎn)品，不能壓扁的骨架類采用1500 MPa級(jí)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(gòu)到的最薄產(chǎn)品0.5 mm鋼板。其中DP鋼約占30%；TRIP鋼約占10%；HF鋼約占10%；CP鋼約占10%。整個(gè)高強(qiáng)度鋼用鋼比重超過(guò)65%。如果算上超高強(qiáng)鋼，整個(gè)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。

    FSV項(xiàng)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C02等效排放量。車身質(zhì)量的目標(biāo)是190 kg。與先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合，F(xiàn)SV的用鋼方案采用了比以前其他項(xiàng)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(gè)汽車生命周期溫室氣體排放的大幅降低。它使用了20多個(gè)最新的先進(jìn)高強(qiáng)鋼種，這些鋼材預(yù)計(jì)在2015-2020年將會(huì)批量生產(chǎn)。

    FSV（Future Steel Vehicle，未來(lái)鋼質(zhì)汽車）項(xiàng)目是2007年國(guó)際鋼協(xié)汽車用鋼聯(lián)盟開(kāi)展的針對(duì)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(xiàng)目。該項(xiàng)目目標(biāo)是為緊湊型純電動(dòng)汽車提出一個(gè)能制造出完全不同的鋼制車身結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)構(gòu)思，也確認(rèn)了為適應(yīng)大的插電式混合動(dòng)力車( PHEV)或燃料電池車(FCEV)車身結(jié)構(gòu)的改變。FSV項(xiàng)目主要涉及到4種不同的汽車型號(hào)，純電動(dòng)汽車( BEV)和插電式混合動(dòng)力汽車( PHEV-20)屬于A/B級(jí)汽車；插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV-40）和燃料電池汽車 ( FCEV)屬于C/D級(jí)汽車。

    在制造成本的評(píng)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(píng)估，與對(duì)標(biāo)車型比較，減少了56%的C02排放量。用生命周期評(píng)估的方法來(lái)幫助汽車制造商為其生產(chǎn)過(guò)程評(píng)估與降低總能耗和在整個(gè)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(huì)鼓勵(lì)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(gè)生命周期內(nèi)對(duì)于溫室氣體排放的增加會(huì)有意想不到的后果。

    二分  析

    浦項(xiàng)PBC-EV和安米S-in motion，都是為新能源汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目關(guān)注于汽車車身輕量化的優(yōu)化過(guò)程，車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包含了先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用、制造技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化以及相關(guān)技術(shù)評(píng)估分析、成本和生命周期等分析。

    從研究結(jié)果來(lái)看，一是顯示了鋼鐵材料在未來(lái)汽車尤其是電動(dòng)汽車上仍是首選材料；二是從具體鋼鐵材料來(lái)看，高強(qiáng)鋼尤其是先進(jìn)高強(qiáng)鋼將是未來(lái)汽車車身主要用材。從國(guó)際鋼協(xié)、安米和浦項(xiàng)對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車用鋼研究來(lái)看，三者結(jié)果幾乎一致。

    三啟  示

    新能源汽車發(fā)展已成為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破口，將帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展。這些無(wú)疑將加大鋼企在新能源汽車方面的研發(fā)力度。先進(jìn)鋼鐵企業(yè)都加速在新能源汽車用鋼方面的研發(fā)。由17家國(guó)際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)參加的國(guó)際鋼協(xié)的FSV項(xiàng)目，研究水平代表了新能源汽車用鋼在安全性、輕量化、成本、材料全生命周期以及綠色制造方面的技術(shù)進(jìn)步，其中大量高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼廣泛使用，高強(qiáng)度鋼板占整體的97. 4%，一半在1 000MPa以上，并結(jié)合了先進(jìn)的成形加工技術(shù)。浦項(xiàng)和安米針對(duì)新能源汽車的輕量化項(xiàng)目，通過(guò)綜合運(yùn)用現(xiàn)代冶金學(xué)、材料科學(xué)與工程和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等手段，在強(qiáng)度、剛度、抗沖撞和可成型等綜合性能方面的研究來(lái)滿足汽車輕量化的要求。并從設(shè)計(jì)上考慮對(duì)整車結(jié)構(gòu)優(yōu)化，與先進(jìn)成型制造技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新的提供解決方案。