新聞資訊
先進高強度鋼減輕汽車重量
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-06-23
先進高強度鋼AHSS主要包括雙相鋼(DP)、相變誘導塑性(TRIP) 鋼、馬氏體(M) 鋼、復相鋼(CP)、熱成形(HF) 鋼和孿晶誘導塑性(TWIP) 鋼；AHSS的強度在500MPa到1500MPa之間，具有很好吸能性，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用，已經(jīng)廣泛應用于汽車工業(yè)，主要應用于汽車結(jié)構(gòu)件、安全件和加強件如A/B/C柱、車門檻、前后保險杠、車門防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件； DP鋼最早于1983年由瑞典SSAB鋼板有限公司實現(xiàn)量產(chǎn)。
?
The Honda Fit（Image credit: WorldAutoSteel）
汽車制造是大生意，而且越來越大。目前每年的全球產(chǎn)量約為六千五百萬輛，而在本世紀初還僅為四千萬輛，大多數(shù)的汽車都是由鋼構(gòu)成的。
雖然鋼遠比幾年前更加先進。滿足日益增長的汽車安全所需的強度要求、燃油經(jīng)濟性的減重要求、以及引領(lǐng)制造未來汽車新型“超級鋼”的鋼鐵行業(yè)需求。
未來汽車——更輕、更高效、鋼制（The Car of the Future – Lighter, More Efficient, and Made of Steel）
走在前沿的是WorldAutoSteel成員公司開發(fā)的先進高強度鋼（Advanced High Strength Steel, AHSS），被證明是汽車制造行業(yè)革命性的材料。WorldAutoSteel是世界鋼鐵協(xié)會（World Steel Association）的汽車集團，包括全球20家大型鋼鐵生產(chǎn)商。
通常的鋼鐵工程交易涉及到最終強度、韌性和可加工性之間的需求平衡——鋼的強度越高，往往更脆且韌性更低，這就使其難以制成汽車、難以焊接。AHSS能夠保留低純度鋼的韌性和可加工性，同時具有更高的強度。
?
The Steel Strength Ductility Diagram（Image credit: WorldAutoSteel）
通常低碳鋼的拉伸強度為300MPa，AHSS在保持25%的最大拉伸（低碳鋼約為40%）下仍可超過1500MPa。秘密在于它的微觀結(jié)構(gòu)，馬氏體、貝氏體、奧氏體相，而不是鐵氧體、珠光體或滲碳體。
這種特殊冶金獲得的鋼可用于制造強度更高、質(zhì)量更輕的汽車，同時保持優(yōu)異的抗沖擊以及鋼的回收利用。
鋼輪（Wheels of Steel）
通常現(xiàn)代汽車的白車體（body in white，BIW）需要使用350-400kg的鋼。車體必須滿則許多不同的要求，其中一部分可能還會與其他部分發(fā)生沖突（例如強度與輕度），生產(chǎn)和維修的經(jīng)濟成本、耐腐蝕涂層、有吸引力的顏色。
自從汽車開始生產(chǎn)以來，鋼就是被選的材料，因為其具有功能性、強度及承受能力的良好組合，但今天使用的金屬與20世紀初Model T Ford第一代生產(chǎn)線上使用的已經(jīng)有很大不同。
在最近的2007年，超過一半的汽車BIW由普通低碳鋼構(gòu)成。今天，這種“最普通的”（'plain vanilla'）金屬占比不足30%，并可能在幾年內(nèi)完全消失。
在那些原本使用普通碳素鋼的地方，汽車制造商目前選用包括AHSS在內(nèi)的一系列高級鋼，為汽車特定部位提供特殊質(zhì)量選擇。例如，現(xiàn)代汽車安全性大大提高，意味著保護結(jié)構(gòu)的元件（如輪子）現(xiàn)在經(jīng)常被納入BIW中。這些關(guān)鍵的安全元素必須具有高強度，以抵抗碰撞負荷，從而保護乘坐者。
相反的，好比翅膀的車身和門需要具有足夠的硬度以抗撞擊，而前部和后部碰撞保護區(qū)——俗稱為緩沖區(qū)——由鋼制成，可有預見性的發(fā)生變形以吸收能量。通常的現(xiàn)代汽車在車身周圍的不同區(qū)域采用約六種不同級別的鋼。
?
North American Truck of the Year 2014-The Chevrolet Silverado
? 
Engineers comb the New VW Passat AHSS body structure at the 2014 Aachen Body Engineering Days
輕量化（Light is Right）
當今汽車發(fā)展的最大驅(qū)動力之一是減輕汽車重量。汽車越輕，燃料的使用就越少，這將使加速和剎車效率更高，而且生產(chǎn)成本也可能更低。
制造商在減少重量方面的努力已經(jīng)有幾十年了，最近采用AHSS取得了一些驚人的進步。
傳統(tǒng)的美國汽車通常被認為是油老虎，但這正在發(fā)生改變。2014年度北美卡車（2014 the North American Truck of the Year）被命名為Chevrolet（雪弗蘭）?Silverado，撅棄了傳統(tǒng)的大比例。這種新式卡車比其前任輕了90kg，主要得益于AHSS的應用。
更令人印象深刻的是大眾（Volkswagen，VW）2015款Passat（帕薩特）。這種流行的五座車是德國制造商高效制造方法的縮影，已經(jīng)發(fā)展了超過8款，最大的銷售量之一。這是非常驚人的，VW在新款上使用AFSS減少了85kg，相當于一個成年人的重量。
這種可能性甚至延伸到了微型車范疇內(nèi)。微型Honda（本田）Fit在車身外殼超過1/4的地方采用先進鋼，減少了20kg的重量，進一步提高了本已令人羨慕的燃油經(jīng)濟性。
不用商量，汽車制造商已經(jīng)完全承認，汽車行業(yè)在接下來的幾年內(nèi)可能發(fā)生的改變將比過去更加徹底。特別是內(nèi)燃機，可能被新型推進系統(tǒng)所取代，最有可能的是通過電池或燃料電池驅(qū)動電機。
人們可能會認為未來的汽車將由其他材料制成，但事實上看來，鋼鐵仍將占據(jù)主導——良好的環(huán)境和經(jīng)濟因素決定。兩大主要替代品是先進復合材料（如碳或玻璃纖維增強塑料）和鋁合金。
纖維增強塑料具有良好的強度-質(zhì)量性能，但生產(chǎn)陳本高昂，壽命也不如金屬，可回收性差。需要注意的是，利用纖維增強塑料生產(chǎn)一輛普通汽車的能量成本（由此產(chǎn)生的碳足跡）相當于鋼制汽車的四倍。
鋁合金同樣具有良好的強度以及較輕的質(zhì)量。其主要缺點在于加工成本高、能量需求重，碳足跡比塑料高10%左右，約為鋼鐵的6倍。
隨著汽車越來越輕量化以及對低碳能源的使用，這就顯得日益重要。傳統(tǒng)汽車中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的排放量占其壽命內(nèi)總排放的15-20%。取決于動力能源的零排放汽車超過80%。換句話說，外加低碳電力系統(tǒng)時，鋼鐵的生態(tài)優(yōu)勢實際上是提高的。