鋁板捲與鋼競爭

鋼鐵一直是汽車製造的主要材料，但隨著社會對環保節能的呼聲越來越高，國家油耗政策趨於收緊，消費者對汽車的安全性也提出了更高的要求，這迫使汽車製造商不得不汽車研究中心的一份報告顯示，到 2020 年，高強度鋼的使用量預計將達到汽車重量的近 15%。到 2040 年，這一比例將逐漸下降至近 5%，屆時其他輕質材料將在汽車材料業務中佔有一席之地。

鋁的重量不到鋼鐵原材料的一半，耐腐蝕性能更好，曾經對汽車用鋼構成威脅。但是，由於鋁的價格相對較高，製造和維修過程困難，許多汽車製造商更願意使用用高強度碳鋼代替普通鋼。於是，鋼鋁博弈上演。在日前舉行的汽車與環保論壇上，寶鋼研究院首席研究員王力、南方科技大學講座教授朱強等業內專家，吉林大學陳樹明教授、張海濤等在圓桌討論“鋼鋁之爭”。

鋼材具有巨大的應用潛力和成本優勢

隨著汽車用鋼的不斷發展，汽車用鋼已經不是幾十年前很多人印像中的低碳鋼了，現在汽車用鋼板在減薄，但鋼的強度和耐腐蝕性有了很大的提高。為了迎接新的挑戰材料方面，不少鋼鐵生產企業積極開發輕量化高強鋼，與鋁合金等材料競爭節省約 5%。

高強鋼在中國汽車市場的現狀和應用潛力如何？王力對此進行了分析，他表示，當前汽車用鋼在不斷努力減輕重量，“其中使用了很多技術，其中之一貢獻是高強度鋼。過去20年左右，寶鋼一直參與的iisa項目。如果鋼廠通過開發新材料繼續使用鋼材，鋼材的潛力有多大？經過這麼多年的發展，最後給汽車廠的建議或技術，一是開發各種先進的高強度鋼仍然是在路上，二是研發了很多先進的製造技術，同時引入了全生命週期的概念。比如最新開發的一款電動概念車，車身減重高達40%，它用高強度鋼的強度要高一些，1000MPa以上的佔40%，只有5%是軟鋼，這種鋼通過強度潛力還是比較大的。

“從寶鋼的銷售數據來看，2017年中國自主品牌佔高強鋼消費量的41%，歐日美韓自主汽車銷量超過2800萬輛。寶鋼提供的材料是比較高檔的，我們全國平均水平會比這個水平低一點。從我們去年的數據來看，高強鋼的應用率平均達到42-45%，應該是比較高的。低，國外60-70%。這個差距就是我們的潛力。”

之間的競爭鋁板和鋼、鋁的突出優勢是密度低，實現車身減重，符合比例鋼材，需要將鋼板減薄。而普通鋼板的厚度通常在0.7到0.75mm之間，而今天的超強鋼板只有0.65mm或更薄，而新歐寶seferli的閥蓋厚度為0.6mm。

據王力介紹，“如果不改變鋼材的比重，只能把重量減到更薄，但密度是可以調整的。現在我們有了一個新思路，就是調整鋼的密度。鋁的優勢是密度低，競爭到一定程度我可以利用你們的優勢來調整我的密度。我們提高了鋼的彈性模量，現在在實驗室。我想說的一點是，由於鋼鐵本身在現有工業產業的基礎上保持不變，還有很大的創新空間。從這個角度來看，鋼材還是有一定生命力的，市場佔有率也是有的。如果汽車賣到20萬元以上，用料會更多。如果這輛車賣到 10 萬元，它仍然會使用鋼材。”

但成本問題也成為其他材料取代鋼硬主體地位的原因。陳樹明說，“在汽車輕量化的趨勢下，雖然現在大家都在做輕質材料，比如鋁合金、鎂合金等輕質複合材料，高強鋼還是處於主體位置，但我覺得主要的因素是成本，我相信如果碳纖維成本下降，碳纖維替代的可能性很大，也不是不可能，現在關鍵是成本太高了，鋼鐵目前也有很大的成本優勢。”

除了成本，在滿足需求的強度範圍內，良好易成型的工藝也成為鋼材難以被替代的原因。”從發展來看，車用鋼材的強度是不是很高。 1000兆帕就夠了。高強度鋼現在主要是碳強化，很多都做過2200兆帕，但是2200兆帕以上，會產生突變，或者2200-2500兆帕碳強化基本不可能。”相信這種鋼肯定會有用其他材料代替碳，強度會越來越高，但不一定用在汽車上，可能用在其他強度高的領域。對於汽車，我們有1000MPa以下的鋼材可供選擇，低成本和非常好的成型工藝，所以在一段時間內我們國家很難替代鋼鐵。”

並且從鋼本身的結構性能來看，具有很好的修復性。朱強指出，具有相變的鋼本身在一些應用中具有一定的優勢。可以很方便地修復，對於復合材料或者鋁材來說是比較困難的。比如鋁合金復合材料，如果一個洞破了，基本修復就是整塊更換，成本也高，這是鋁材的弱點鋁本身與鋼相比。

鋁合金發展時期 前狼後虎

數據顯示，平均製造一輛中型汽車需要725公斤的鋼和鑄鐵以及350公斤的沖壓鋼。相比之下，歐洲汽車的鋁重量從1990年的50公斤增加到2005年的131.5公斤。大多數仍用於發動機內部和氣缸體，並且還在不斷上升。鋁在汽車中也很受歡迎，因為它的重量不到用於製造鋼的材料鐵的一半，並且比鋼具有更好的耐腐蝕性。

目前，使用鋁合金製作車身的車型已經很多了。奧迪A8自1994年誕生以來，就採用了全鋁空間骨架車身結構，而特斯拉研發製造的Model S也採用全鋁車身。江蘇常熟奇瑞捷豹路虎全鋁生產線投產後，國產第一輛，捷豹XFL新型鋁合金材料應用率達到75%。捷豹XFL車身多處採用的nobelis RC5754高強度鋁合金，屈服強度105-145Mpa，抗拉強度220Mpa ，並在強度、耐腐蝕性、連接性和成型率方面表現良好。

“現在汽車越來越多的用鋁材，尤其是底盤零件，除了車身，現在很多車還在繼續走這條路。全鋁車架有一些問題，但正在解決中”東吳大學研究員張海濤說，“為什麼要用全鋁車架？首先成本比較低，一輛小車的成本可能幾千元一個車架，最重要的是截面設計非常複雜，鋁的彎曲和扭轉剛度比鋼好。

此外，鋁比鋼具有更好的資源回收率和更長的生命週期。朱強說，“鋁的回收損失率只有5%到10%。如果鋼生鏽了，很難恢復。鋁合金從長遠來看是有優勢的。如果輪轂用鋁的話，現在大家的共識是鋁合金輪轂一定比鋼好，因為鋼容易生鏽，鋁合金刮花無所謂，這種性能鋼是沒有的相比之下，鋁合金復合材料在這方面的性能具有得天獨厚的優勢。鋁在這方面也有優勢。”

朱強還指出，鋁合金的成分比較複雜，如何回收分類也是一個問題。分開，連接起來費勁，分開也費力。一方面回收效率不高，另一方面也不好管理。另外，鋁回收涉及的問題也很多，比如減少使用，好的鋁回收可以使用做一些不重要的東西，本來很好的東西最終價值很低。”

就材料的疲勞性能而言，鋁比鋼風險更大，加工受限。材料。鋁的氧化能力很強，這些缺陷對部件的疲勞性能影響比較大，很容易出錯。鋼氧化的少，它的缺陷對疲勞性能的影響相對較小。”朱強說，“只用鍛造不能是複雜的部件，鍛造必須進行加工，否則不能滿足結構設計的需要。一般來說，鍛造有兩種，要么放棄結構優化，要么再加工。”但是，一旦鋁合金表面受損，疲勞性能就會下降，成本又會上升。這些都是鋁合金需要克服的問題，解決了這些問題後才有可能替代鋼材。

在汽車底盤中，鋁已經替代了部分鋼材，但近年來隨著鋼材技術的發展，底盤鋼材也推出了新的解決方案。朱強說，“現在底盤用鋼，我們開發了幾種技術，一個是手臂，我們現在到 780 兆帕現在可以做鋼製三角臂，它比鋁重不到 10%，成本要低得多。兩個輪子之間還有一個很重的鏈接，現在我們開發了一種新技術，可以減少重量減輕了 40%，並通過使用塗層解決了腐蝕問題，以及鋼自身也在提升。現在鋼鋁相互競爭，相互促進，車企有更多選擇，也有發展。”

事實上，目前的汽車鋁材已經進入了先狼後虎的階段。以前的鋼廠通過性能的不斷提升，現在的鋼不用鎳就可以做到防銹，而後者的鎂合金、碳纖維等材料成本更低和性能的提高，對鋁市場形成了衝擊。朱強指出，“鋁合金要做好，只能快速發展，因為鋼做了這麼多年，要替代它很難，鋁必須工業化作為盡快，不會被以後輕易取代，當前汽車鋁材的挑戰與機遇並存。

鋼鋁混合車身結構是趨勢

目前，越來越多的汽車製造工程師更加關注輕量化材料的混合應用。他們的研發重點不僅在於汽車鋼鋁的具體比例，還在於如何正確混合各種材料。去年法蘭克福車展上首次亮相的全新奧迪A8已經採用了奧迪的全鋁空間框架型。車身結構技術創新升級，摒棄了奧迪一向引以為豪的全鋁車身，鋁合金的坡度達到58%，除此之外，在車身材質上加入了更多的複合材料，車身近51公斤比現款車型重，由現款A8車型的236公斤“逆勢增至282公斤”。

新一代奧迪A8採用鋁合金打造車身整體框架。為保證結構強度，關鍵接頭採用鋁鑄件，車身表面採用鈑金件。在車身的艙籠結構中，大量採用熱成型超高強度合金鋼，遠超目前A8高強度鋼只在B柱中應用，這種高強度鋼材料和20年前的鋼相比，剛度提高了5倍，重量減輕了40%。車身結構中加入了鎂合金，以及CFRP碳纖維車尾採用複合材料，從後面板等細節減輕車身重量。

“未來，鋁材在整個車身中的應用會越來越多，混合動力車身也會很多。比如奧迪A8鋁製車身也開始做混合動力車身，現在國內很多車企都在效仿。鋼鋁連接的主要問題是耐腐蝕，有膠合，有繫繩，不用焊接。鋼的，下半身是鋁的。比如北京汽車的窗框是上鋼下鋁的。不是說鋼不好，但我覺得鋼鋁混合比較有前途。 ”張海濤說。

對此，王力也指出，其實早在1940年代就有鋼鋁競爭的時候，經過多年的發展，現在汽車材料已經達成了一些共識，就是用對了地方的合適的材料而鋼鐵本身也在快速發展，競爭與合作並存。而這種競爭對車企的發展更為有利，因為競爭的存在車企可以有更多的選擇。展望未來，新能源汽車可能會有更高的選擇輕量化的要求。

“自主品牌要輕量化，好鋼潛力不小，通過合資品牌的高強鋼比例很容易實現白車身減重10%，通過其他車輛的努力下降7% 8% 是可行的，認同先進技術的比例可以做到不改變10%以上。”“通過一些新技術和新技術，可以達到20%以上的減肥效果。我們分析了我們自己品牌的許多車型，潛力仍然很棒。差距是我們的動力