日益嚴峻的環(huán)境污染及能源緊缺問(wèn)題,使全球新能源汽車(chē)的研發(fā)和推廣前所未有地受到各國政府的關(guān)注與重視,美國和日本等國已經(jīng)把新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提高到國家戰略高度,采取多種扶持政策大力推進(jìn)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。中國在2012年出臺了《節能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃(2012—2020年)》,為中國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展指明了方向。
新能源汽車(chē)發(fā)展對鋼材的影響
截至2013年底,全球新能源汽車(chē)保有量已超過(guò)40萬(wàn)輛。保有量排名前3名的國家分別為美國、日本和中國,分別為17.4、6.8、4.5萬(wàn)輛。到2020年,在歐、美、日、韓及中國新能源汽車(chē)年產(chǎn)量預計占乘用車(chē)總量的9%—20%,將達120—240萬(wàn)輛。
新能源汽車(chē)的興起,無(wú)論在鋼材需求或是質(zhì)量方面都提出了更高的要求。出于對汽車(chē)的安全和節能等性能的高要求,新能源汽車(chē)更加看重車(chē)身的輕量化。輕型車(chē)身要平衡電池引起的質(zhì)量增加,沒(méi)有一定輕量化水平的電動(dòng)汽車(chē)是沒(méi)有市場(chǎng)競爭力的。相比于傳統汽車(chē),新能源汽車(chē)對于輕量化技術(shù)的要求更為迫切。歐美等地區和國家的汽車(chē)制造商都在汽車(chē)輕量化項目上投入了大量的資源。鋼鐵企業(yè)要想在新能源汽車(chē)市場(chǎng)抓住機遇,就必須有針對性地研發(fā)和生產(chǎn),以滿(mǎn)足新能源汽車(chē)對輕量化鋼材的要求。
鋼鐵企業(yè)新能源汽車(chē)輕量化的鋼鐵解決方案
汽車(chē)輕量化是在滿(mǎn)足汽車(chē)使用要求、安全性和成本控制的條件下,將結構輕量化設計與輕量化材料、輕量化制造技術(shù)集成應用所實(shí)現的產(chǎn)品減重。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計、結構設計、應用技術(shù)和評價(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、焊接等應用技術(shù)以及評價(jià)等領(lǐng)域的知識和技術(shù),積極和汽車(chē)企業(yè)開(kāi)展EVI(EarlyVendorInvolevment,先期介入)合作,提供用戶(hù)需求的解決方案。
FSV項目。FSV(FutureSteelVehicle,未來(lái)鋼質(zhì)汽車(chē))項目是2007年國際鋼協(xié)汽車(chē)用鋼聯(lián)盟開(kāi)展的針對2015—2020年比較成熟的先進(jìn)鋼鐵材料和制造技術(shù)的研究項目。該項目目標是為緊湊型純電動(dòng)汽車(chē)提出一個(gè)能制造出完全不同的鋼制車(chē)身結構的詳細設計構思,也確認了為適應大的插電式混合動(dòng)力車(chē)(PHEV)或燃料電池車(chē)(FCEV)車(chē)身結構的改變。FSV項目主要涉及到4種不同的汽車(chē)型號,純電動(dòng)汽車(chē)(BEV)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHEV—20)屬于A(yíng)/B級汽車(chē);插電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHEV—40)和燃料電池汽車(chē)(FCEV)屬于C/D級汽車(chē)。
FSV項目設定的方案目標參數有車(chē)身質(zhì)量、制造成本及全生命周期的CO2等效排放量。車(chē)身質(zhì)量的目標是190kg。與先進(jìn)的設計技術(shù)相結合,FSV的用鋼方案采用了比以前其他項目更先進(jìn)的高強鋼及其成形技術(shù),以求達到車(chē)身輕量化和在整個(gè)汽車(chē)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)高強鋼種,這些鋼材預計2015到2020年將會(huì )批量生產(chǎn)。
FSV項目表達了超高強鋼的發(fā)展以滿(mǎn)足車(chē)身性能和進(jìn)一步輕量化的需求,FSV使用了平均0.98mm的厚度、平均789MPa抗拉強度的材料方案,而1999年啟動(dòng)的ULSAB項目(UltraLightSteelAutoBody,超輕鋼車(chē)身)的用鋼為平均厚度1.16mm和平均抗拉強度413MPa,ULSAB—AVC(超輕鋼車(chē)身先進(jìn)車(chē)概念)項目為平均厚度1.00mm和平均抗拉強度758MPa。
FSV項目高強度鋼板占整體車(chē)身用鋼的97.4%,其中一半在1000MPa以上。與ULSAB—AVC相比,340MPa鋼與1500MPa鋼的比例大幅增加,800MPa鋼驟減,其他級別鋼種則小幅減少。此次選擇鋼板的大方針是:碰撞后可被壓扁的骨架類(lèi)采用1000MPa級產(chǎn)品,不能壓扁的骨架類(lèi)采用1500MPa級產(chǎn)品。另外,不需要承受很大應力的地板及頂棚等均采用了目前所能采購到的最薄產(chǎn)品——0.5mm鋼板。其中DP鋼約占30%;TRIP鋼約10%;HF鋼約占10%;CP鋼約占10%。整個(gè)高強度鋼用鋼比重超過(guò)65%。如果算上超高強鋼,整個(gè)汽車(chē)車(chē)身高強鋼的比重將達到97.4%,軟鋼的比重將顯著(zhù)減少。
此外,隨著(zhù)高強鋼和超高強鋼的應用比重增加,相應的成形技術(shù)要求也在提高。針對高強度汽車(chē)用鋼在汽車(chē)上的應用,國際鋼協(xié)在FVS項目中廣泛采用了激光拼焊板、熱沖壓成形、液壓成形、變截面板的液壓成形、激光拼焊制管、激光拼焊和變截面板的輥壓成形及一般輥壓成形等技術(shù)手段,使高強度鋼板得以應用,有效地降低汽車(chē)車(chē)身重量,汽車(chē)的車(chē)身剛度和安全性能也得以提高。
在制造成本的評估上,FSV使用了技術(shù)成本模型,并且用改進(jìn)的溫室效應排放模型進(jìn)行全生命周期(LCA)的CO2排放評估,與對標車(chē)型比較,減少了56%的CO2排放量。用生命周期評估的方法來(lái)幫助汽車(chē)制造商為其生產(chǎn)過(guò)程評估與降低總能耗和在整個(gè)生命周期內溫室氣體的排放量。只考慮在車(chē)輛使用階段從排氣管排放的溫室氣體的法規,將會(huì )鼓勵低密度、溫室氣體密集材料的使用,在某些應用中這些材料可使零部件的重量更輕以提高燃油的經(jīng)濟性和降低尾氣的排放量,但是這在汽車(chē)的整個(gè)生命周期內對于溫室氣體排放的增加會(huì )有意想不到的后果。
浦項PBC—EV。為了提供低成本的鋼鐵解決方案,韓國浦項開(kāi)發(fā)了名為PBC—EV的輕量化鋼制車(chē)身。據了解,浦項從2010年開(kāi)始研發(fā)這類(lèi)鋼種,于2012年初研發(fā)成功并通過(guò)了國際安全碰撞試驗,有望于2015年用在電動(dòng)汽車(chē)上。