国外汽车轻量化研究现状分析

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国外汽车轻量化研究现状分析
康 受汽车安全性、燃油经济性以及排放标准提高的 制约，汽车轻量化成为当前钢铁行业研究重点之一。
有关行业协会和先进钢铁企业都在进行汽车轻量化用
斌 标杆车型减重了３５％，在汽车生命周期内减排二氧化 碳７０％。其中纯电动汽车的车身用钢比重见图１，用
钢品种见表１。
材及工程方面的研究，以提高钢材尤其是高强度钢材
２．安赛乐米塔尔Ｓ—ｉ
ｎ
ｍｏｔｉｏｎ项目
２０１０年，安赛乐米塔尔启动了为期２年的汽车 轻量化项目Ｓ—ｉｎ ｍｏｔｉｏｎ（Ｓ是Ｓｔｅｅｌ、Ｓａｖｉｎｇ
ＳａＶｌｎｇ ｃＯｓｔ、 ＳｕｓｔａｌｎａｂｌＩｌｔ：
ｗｅｉｇｈｔ、
Ｓａｆｅｔｙ、ＳｅｒＶｉｃｅ、
Ｓｔｒｅｎｇｔｈ、Ｓｏｌｕｔｉｏｎ这些词汇能 为汽车用户提供安全、轻量仳
和要求，见表４。
有研究表明２００３年我国高强度汽车板的比重为 ８％，２０１１年的比重为３８％，整体呈直线上升趋势。 这表明我国汽车行业对高强钢的需求量越来越多，比 重越来越大。这要求钢铁企业尤其是汽车板生产企业 能够为汽车用户提供高强度汽车板，尤其是能从软 钢、高强钢、超高强钢全系列供应。 （１）根据自身产品结构全方位规划汽车用钢产品 我国大型联合钢铁企业一般都能生产板材和线 材，在重点发展汽车用高强度板材同时，还要根据自 身的设备能力发展汽车用高强度线材，实现汽车用板 线材齐头并进。如汽车用高强度帘线钢、弹簧钢、紧 固件用钢等（安赛乐米塔尔、浦项都有发展），国内 生产汽车板大型钢企普遍关注的是板材，而汽车用高 强度线材市场基本由特钢企业所占据。 在汽车全方位供材方面，浦项作了更为全面的研 究。在汽车轻量化研究中已经将汽车各类电机用无取 向硅钢列入轻量化指标。我国大型钢铁企业如宝钢、 武钢、鞍钢都能生产硅钢，也都具备一定实力。 （２）强化汽车工程研究实力和下游加工能力 从国外先进汽车板生产企业的经验来看，发展汽 车板，第一需要有强大的材料研发实力和生产能力， 能为汽车行业提供材料解决方案。第二需要有强大的 汽车工程实力，也就是汽车车身和零部件优化设计、 零部件选材的数值模拟等实力，通过应用提升汽车板 的使用。而目前我国钢铁企业在汽车板生产和产品研 发方面已具备一定实力，但在汽车工程能力的研发普 遍不足。第三需要具备一定汽车板下游加工能力，协 助汽车用钢的应用。如安赛乐米塔尔、蒂森克虏伯、 浦项、宝钢等在发展汽车板的同时，在汽车板激光拼 焊线、热成形线、液压成形线、辊压成形等方面都具 备了很强的实力。 因此，汽车用钢企业在大力发展汽车用钢产品方 面应有全局战略，除了在汽车用钢应用方面具备一定 的汽车工程实力，在汽车板下游加工应用方面也要具 备一定的配套能力，这样才能为汽车用户真正提供整 体解决方案，扩大市场占有率、提高盈利能力。蘩 （作者单位：武钢研究院）
４．特点分析
从目前的研究类型来看，一是由钢铁行业组织推 动的研究。在推动的汽车轻量化项目主要是国际钢协 下属的汽车用钢项目部，该组织联合全球主要汽车 板生产企业对未来钢质汽车的用材进行工程化、系统 化研究（包括零部件设计、选材、经济性评价、汽车 生命周期内的温室气体排放等研究），成果在成员 间共享。二是生产汽车用钢的钢铁巨头自发研究。 国际上汽车用钢重要生产商在参与国际钢协的相关 研究同时，自身也进行了系统化研究，尤其是安赛乐 米塔尔、浦项等企业，如安赛乐米塔尔在全球拥有５ 个（法国３家、美国和加拿大各１家）关于汽车用钢的 研发中心，有强大的材料研发、汽车工程研发技术实 力，他们不仅是对车身部件进行轻量化，而且对自身 进行了整体造型和优化，并通过三维模拟造型。 从研究结果来看，一是显示了钢铁材料在未来汽 车尤其是电动汽车上仍是首选材料。二是从具体钢铁
国际钢协ＵＬＳＡＢ—ＡＶ簖口ＦＶＳ项目车身用钢品种
ＦＳＶ新增钢种
ｌ０００／１２００
４００／７００
注：表中未来钢制汽车的用钢品种是在ＡＶｃ项目基础上新增加的品种。
表２
安赛乐米塔尔Ｓ—ｉ
ｎ
ｍｏｔｉｏｎ项目研究主要目标
ｋｇ，％
效地降低汽车车身重量，汽车的车身刚度和安全性能 也得以提高。
发展的全面解决方案），旨在通过轻量化推广安赛乐 米塔尔汽车用钢在汽车上的应用。该项目针对典型Ｃ 级车车身４３个部件进行了轻量化优化。２０１２年，项目 组公布的结果，见表２、表３。 从安赛乐米塔尔ｓ．ｉｎ ｍｏｔｉｏｎ轻量化项目来看， 其轻量化的结果是很明显的，在轻量化过程中主 要使用的主要是ＤＰ６００、ＤＰ７８０、ＤＰ９８０、Ｍ８００、 Ｕｓｉｂｏｒｌ５００Ｐ等高强度汽车板和超高强度汽车板，使
３．浦项汽车轻量化研究
浦项在参与国际钢协ＦＳｖ项目的同时，自己也独 立研制了电动汽车的概念车并进行轻量化设计和工程 技术应用。２０１１年１２月发布的研究结果显示，在不含 保险杠防撞梁的情况下，车身重量为２１８埏，车身轻 量化比重达到２６．４％。用材比重见图２。
图２浦项研制出的电动汽车用材比重 浦项通过对未来钢质电动汽车的用材比重进行 了系统研究，一方面是体现了钢材在整个车身重的比 重，仍然占据９７．４７％，其中５００ＭＰａ级以上先进高强 比例达到６５％，８００ＭＰａ级以上汽车板用量比重约占
最度汽车板的用材比重将占车 其中ＤＰ、ＴＷＩＰ、ＣＰ、ＨＰ四 犬，都在１０％上下。 悭的启示 殳布了２０１５．２０２０年先进高强 预测结果，见图３。浦项预测
身用材 大类钢
５．
２０
度汽车
中寝瓣立２０１４ 万方数据
Ｎｏ
４
１９
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表４ 我国５种车型高强钢使用比重
％
表明，２０１３年之后先进高强钢（主要是ＤＰ、ＴＲＩＰ、 ＣＰ、Ｍｓ钢）的使用量将有较大幅度增长。
成形钢约占１０％；复相钢约占１０％。整个高强度钢 用钢比重超过了６５％。如果算上超高强钢，整个汽 车车身高强钢的比重将达到９７．４％，软钢的比重将大
大减少。
超轻钢质汽车：开闭件（ＵＬＳＡＣ，即轿车的四门＋发动 机盖＋后备箱盖）项目、超轻汽车悬架（ｕＬＳＡＳ）项 目。这些项目的研究结果表明，钢材尤其是高强度钢 材在汽车行业用材中不可替代的地位。 ２００８年，国际钢协汽车用钢项目组联合了全球１７ 家汽车用钢生产企业，启动了针对２０１ ５．２０２０年电动 汽车发展趋势所做的未来钢制汽车项目（Ｆｓｖ
５０％。
材料来看，高强钢，尤其是先进高强钢（抗拉强度 ６００ＭＰａ级以上）将是未来汽车车身的主要用材。 从国际钢协、安赛乐米塔尔、浦项对未来电动汽 车用钢研究来看，三者结果几乎一致。具体来看国际 钢协对用钢的级别更加具体，其超高强度钢主要是 ＤＰ钢，占总用钢量的ｌ／３，ＴＲＩＰ钢、热成形钢、复相 钢各占１０％。安赛乐米塔尔的研究结果虽然没有用钢 比重，但表明了高强度汽车板、超高强度汽车板的 使用厚度主要是１．２ｍｍ．３．０ｍｍ。而在车门部件上的厚 度多集中在０．６ｍｍ．１．３ｍｍ。浦项的预测则从总体数量 和先进高强钢的比重进行了预测，但结果也显示：
（甚至是超高强度钢材）在汽车用材中的比重，并以
此实现社会的绿色、可持续发展。
１．国际钢协在汽车轻量化方面的研究
１９９４年，国际钢协汽车用钢项目部组织３５家 钢铁企业联合攻关，开展了超轻钢质汽车车身项目
（ｕＬｓＡＢ ｕｌｔｒａ Ｌｉｇｈｔ ｓｔｅｅｌ Ａｕｔｏ
Ｂｏｄｙ），实现了车身
重量为２０３ｋｇ、减重比例达２５％、车身刚度提高８０％
字母，意为钢铁材料 低成本、满足可持续１８十寝黼重２０１来自 万方数据Ｎ０４
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得８个主要部件减重１６ｋｇ，减重比例达到２２．１％。而在 车门减重项目中主要是用的热成形钢、烘烤硬化钢， 以及激光拼焊技术。安赛乐米塔尔在汽车板应用方面 的优势在于激光拼焊技术。 此外，安赛乐米塔尔还对未来电动汽车也进行了 研究，针对电动汽车白车身使用了３５％．５８％的先进高 强钢（强度级别为抗拉强度６００ＭＰａ．１５００ＭＰａ），车 身减重了３０埏，减重比例达到１１％，热成形部件达到 了２９个。安赛乐米塔尔在轿车轻量化研究过程中充 分利用了其自身生产的超高强度钢，如ＤＰ钢马氏体 钢、其他高品质线材，尤其是其最具竞争的热成形钢
的预期目标，油耗降到每百公里３Ｌ，Ｃ０，排放总量
减少２％．３％。在完成ＵＬＳＡＢ项目后，１９９８年，该项 目部实施了先进概念车超轻钢车身计划ｕＬｓＡＢ．Ａｖｃ
（Ａｄｖａｎｃｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
图１
国际钢协汽车用钢发布的纯电动汽车用钢比重 从图ｌ看出：ＤＰ钢约占３０％；ＴＲＩＰ钢约１０％；热
ＣｏｎｃｅＤｔ）项目。２００１年，完成了
图４浦项２００８—２０１ ２年汽车用高强冷轧板销量
万吨
浦项的研究和经营业绩表明：汽车用钢是未来 钢材的主要消费领域之一，其中的高强钢的比重在 逐年上升，高强钢中的先进高强钢的比重也在逐渐
上升。
２０１３年９月，从中国汽车 布的一汽红旗Ｈ７、奇瑞艾瑞 汽绅宝Ｄ系列、长安逸动五乖 重来看，也表明未来中国汽习
Ｕｓｉｂｏｒｌ５００Ｐ。
用线材方面使用了强度为４０００ＭＰａ级别的帘线钢、 ２３００ＭＰａ级别的螺旋弹簧钢（使得弹簧钢直径降低了
１０％）。
此外，针对未来电动汽车用的电机，浦项也作 了专门研究。如汽车交流发电机（５０ＰＮ４７０）、电动 压缩机马达（５０ＰＮ３５０）、牵引电机（３５ＰＮ２３０）、 启动发电一体机（３５ＰＮ２３０）、电动助力转向电机 （５０ＰＮ４７０）。在应用高强钢和超高强度钢方面，浦 项也应用了热冲压成形技术、切边技术、多向辊压成 形技术，使得高强度和超高强度钢的应用成为可能。
化产业联盟年会发 东风风神Ａ６０、北 品牌车型的用材比 高强钢是必然趋势
６００ＭＰ
在高强度汽车用钢钢种方面，浦项的研究成果与 国际钢协的研究成果大部分相同，区别在于浦项在 ＴＷＩＰ钢的研制和生产方面处于领先地位，因此在制 造养车方面使用了ＴＷＩＰ钢。 在汽车用其他材料方面，浦项也作了储备，如镁 板，镁板具有强度高、韧性强，延展性好、重量轻、 耐用度高等特点，是汽车和飞机制造的理想轻质、节 能材料。２００７年，浦项投资建成了一条最宽６００ｍｍ镁 板生产线。２０１１年，浦项借助蒂森克虏伯技术，投资 建设了一条年产能ｌ万吨的宽幅镁板生产线。 在汽车用线材方面，浦项在研制未来电动汽车