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汽车业要实现双碳目标 高强度钢是重要“武器”

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随着中国对2030年碳达峰和2060年碳中和许下庄严承诺,中国接下来的产业经济发展也已经定调:绿色经济和高质量发展将成为主旋律。每一个行业,都要通过高水平的科技创新,在节能减排、保护环境的基础上,为社会做贡献,实现发展。

汽车业作为深入日常生活、影响广泛的支柱产业,节能减排的责任自然重大。尤其是在新一代汽车产品的研发过程中,从材料上入手,在确保质量的前提下,尽可能降低车身重量,是汽车制造商降低碳排放的核心路径,这也就是如今成为行业热点的“汽车轻量化”。

而作为汽车上使用量最多的材料,钢材性能的技术提升也变得关键起来。华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司(下简称“VAMA”)是一家专注汽车高强度钢材的公司,它的创新产品和技术逐渐成为汽车制造商重视的减排武器。

专利技术助力绿色经济

降低整车重量是减少汽车碳排放和能耗的最主要途径之一,但同时,安全是汽车驾驶的第一要务,这就要求汽车重要部位的结构件有很高的强度和防撞能力。两个要求结合在一起,就使得超高强度钢板日益成为汽车工业生产重要零部件不可或缺的原材料之一。因为强度高,钢板可以做到更轻更薄,汽车车身的强度和安全性能也能得以保证,同时又能让汽车车体显著“瘦身”,从而降低行驶过程中的能耗。

在普通人的日常概念里,钢材是一种“传统”材料,似乎耗能也很高。但实际上,汽车行业多年实践证明,先进超高强钢应用于汽车上有其无与伦比的优势,同时相比于铝、镁合金等“轻质”材料,生产过程更环保、也更易回收和再利用。这些优点都指向一个结论,超高强度钢材是碳中和时代汽车产业不可或缺的材料。

其中,由VAMA生产的带铝硅镀层的热成形超高强钢Usibor®,是安赛乐米塔尔研发的专利产品。

VAMA母公司之一的安赛乐米塔尔是全球领先的钢铁企业。2012年,它与湖南省最大的国企华菱钢铁成立合资公司华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司(即“VAMA”),双方各持股50%。2014年,VAMA在湖南娄底经济技术开发区的一期工程建成并于当年投产,为国内汽车制造业提供本土生产的热成形超高强钢Usibor®。

通俗地说,汽车上使用的钢材,尤其是对安全至关重要的要害部位结构件(比如B柱、前后纵梁等),不是一块平整的钢板,而是有着非常复杂的形状,同时对成型后零件尺寸精度和表面质量都有很高的技术要求。这种复杂结构依靠冲压技术和材料成型性共同完成的。

传统冷成形超高强钢,虽然强度也能达到足够高,但成形过程中钢板容易发生回弹,同时由于存在延伸率低、难以实现复杂的形状,零件成材率低的缺陷,无疑增加了生产成本和能耗。随着车厂对安全和能耗要求的逐渐提高,热成形技术越来越受到重视。它的原理就是把钢材基板先加热到奥氏体化温度约900摄氏度,材料在高温下软化能很容易被加工成各种复杂形状,再通过模具快速冲压和淬火冷却达到需要的形状精度和超高强度。

但普通无镀层的热成形材料也有缺点,就是加热过程中钢材表面容易形成氧化层,同时由于基材没有镀层保护也增加了零件后续使用过程中的生锈风险。这恰恰是Usibor®的创新之处。安赛乐米塔尔经过反复研究和测试,终于找到了一种含铝硅合金的镀层,能够完全解决热成形过程中的上述缺陷,同时保留它易成型、低成本的优点。

听上去似乎只是找到一个合适的新材料,但找到这个镀层材料并且制定出属于它特定的热处理加工工艺,却是一个艰难的研发过程。这有点像爱迪生发明电灯,找到钨丝这个材料之后,一切问题迎刃而解,但寻找正确答案的过程,确是极其艰辛和专业的。Usibor®的诞生,凝结了安赛乐米塔尔前后花费数十年研发时间、投入了数亿美的研发资金和全球数千名研发人员的智慧和力量。

得益于此,汽车制造商能够生产出满足复杂参数条件下的超高强度零件,同时做到了降低综合成本、提高安全性和实现轻量化三个目标。

2016年安赛乐米塔尔就曾发布过中高级SUV车型的轻量化白车身解决方案,凭借包括Usibor®1500,Usibor®2000和其他型号超高强度钢材以及多种连接技术,在满足同样安全碰撞标准要求前提下能够使让一辆SUV的白车身减重112千克(约20%)。

也正是因为对轻量化和高强度性能的平衡,安赛乐米塔尔的高强钢广泛应用于汽车的白车身、底盘、横梁加强板、悬架支架、发动机支架等关键部件上。

持续研发,惠及市场

从2010年开始,国内一些合资品牌汽车上已逐步开始使用高强度钢材,但主要靠进口,成本较高。随着中国成为全球最大汽车市场,国内汽车生产厂商和消费者对于高质量、高科技含量产品的追求以及对于同时满足安全和轻量化的需求,国内越来越多的主机厂也开始大量使用高强钢产品。安赛乐米塔尔通过其国内合资公司VAMA将全球领先的热成形钢产品Usibor®带到国内进行生产和销售,供国内主机厂使用,降低了其综合使用成本同时提升了国际竞争力。

通过国产化,热成形钢的成本进一步降低,市场应用越来越广泛,从合资车企到自主品牌,热成形钢逐渐成为中国汽车市场的主流选择。并且,随着电动化趋势日益明朗,车厂对于超高强度钢的需求越来越高;业内普遍预计,在未来五年甚至十年,热成形钢及其相关技术仍然会成为市场主流。另一方面,安赛乐米塔尔还根据新能源车的特定需求,研发出一系列新产品。

自2010年起,安赛乐米塔尔推出并不断更新S-in motion®轻量化解决方案。通过激光拼焊技术,能够将不同厚度不同牌号的材料结合在一起,制成一体式零件,一次冲压成型。这一技术背后的节能思路,是提高材料利用率,优化制造流程,从而减少综合成本。应用在一体式门环或钢制电池包等重要零部件上,可以大幅降低结构件重量。

充满信心,坚定投资

中国汽车产业引进外资40余年,许多不熟悉的人认为没有实现“市场换技术”的目标。实则不然,中国目前已经在引领智能电动车的新时代,许多电动车相关创业公司都能很快在中国落地生根。这背后,最重要的支持就是强大的中国以及成熟的汽车上游产业链。所有汽车零部件供应商都把先进技术拿到中国,甚至在中国研发新技术。

对安赛乐米塔尔和其国内合资公司VAMA来说尤其是如此,中国政府的最高层把节能减排提升到国家战略的高度,这使得VAMA对于中国市场充满信心。

VAMA二期工程已经在湖南破土动工,预计于2022年年底前投产。它将新增一条新型镀锌生产线,引进创新性的镀层技术生产高强耐腐蚀钢,助力VAMA增加45万吨高质量、高强度的汽车用钢年设计产能,公司整体设计产能达200万吨。

同时,安赛乐米塔尔通过VAMA正把其强度更高、性能更好的产品,更先进的汽车用钢生产技术带到中国。

安赛乐米塔尔的第二代铝硅镀层热成形高强钢Usibor®2000,和Ductibor®1000产品,相较第一代产品,强度又提高了30%,最高可达2000兆帕。这意味着在理论上,汽车制造商可以用更轻薄的钢材,实现更好的安全性能。同时,这款材料还具备优秀的抗腐蚀性,以及制作复杂零件时冲压后无回弹等特性,这意味着它在制造环节适用性更强。该材料在汽车制造的实际应用中,能够帮助厂商合理控制成本,以更高地效率实现车辆减重目标。

目前Usibor®2000已实现本土化生产并已在国内量产车上使用,这款拳头产品有更好的综合性能,推动汽车行业朝着更加绿色经济的方向发展。更重要的是,这也是这款顶尖产品在全球汽车行业的首次应用。

在汽车这样一个庞大复杂的产业,要实现碳达峰碳中和,绝非靠一个产品、一个技术就能实现,而是要靠整个体系的持续创新,而VAMA等公司的技术投入,也体现了中国汽车业对节能减排的信心和决心。

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