通过生产更强更万能的材料,钢铁制造商帮助汽车制造商达到事半功倍的效果。

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钢铁业正在急速革新 — 确实也需要这样。在汽车制造业不断追寻轻质材料的当下,钢铁业长期以来的主导地位也是岌岌可危。为了应对全球各个地区不断严格的排放标准,以及燃油效率规定,所有的OEM制造商都在估量轻质材料,比如铝,碳纤维增强塑料(CFRP),以减少汽车的结构重量。这些材料一定要坚固,才能在撞车事故中保护乘客,而且还要便宜,才能批量生产。

有些OEM制造商已经跃跃欲试了。2014年,福特公司在畅销的F-150汽车的车身制造上采用了铝,而不是钢材。2015年。宝马公司在7 Series轿车的空间构架上采用了CFRP材料。为此,钢材制造商大力投资,生产更强更柔软的钢材,让汽车制造商使事半功倍。

Spaceframe, BMW 7 Series

In 2015, BMW started using CFRP for its 7 Series spaceframe

全球汽车公司ArcelorMittal的执行副总裁,Brian Aranha说:“福特的举动让我们有些吃惊。然是,钢材对汽车制造业的影响仍然是无法撼动的。在未来的十年里,钢材仍然不会输给铝。关键是,钢材目前还是比铝和CFRP拥有更多的优势:就是更便宜。”他接着说:“我们的钢材方案能够减少成本,也能减少重量。即便是在高成本领域,目前的价格也是在每公斤1.5欧元(约合1.7美元)以下。

相反,采用铝的话,在重量上每节省一公斤,根据印工,成本要增加3欧元到15欧元。”正因为如此,每辆车上,钢材的重量仍然有60%,而OEM制造商也通过采用他们的产品,成功减轻了车重。这一点已经在2016年1月举行的北美国际汽车展上得到验证,在媒体与行业回顾周里,展露45款新车和概念车。

AHSS主导市场ArcelorMittal北美公司间全球汽车部门的首席市场官Brad Davey说:“如果你看看展示厅,就会看到一辆新车接着一辆,占据主导的材料是先进高强钢(AHSS)。”举例来说,2016年款Honda Civic — 北美汽车年 — 的车身就含有59%的高强钢,和14%的超高强钢。之前的车型中,这两种材料的比率为55%和1%。新款汽车的体积大了,更兼顾了,但重量却减少了31公斤。采用这种刚才的新车有:雪佛兰的Camaro, Malibu 和Cruz; Chrysler Town & Country; 日产公司Murano, Maxima和Titan; GMC Acadia; 4款梅赛德斯 – M, GL, C和 GLE; Lexus RX350; BMW’s X3, 4, 5和6 系列。


"在未来的10年里,钢材不会输给像铝这样的材料的" – Brian Aranha, ArcelorMittal


采用钢材的汽车仍然占据2016年度汽车奖项的主导。胜出的是新款Opel Astra,比老款汽车轻了200公斤。在白车身和构架上大量采用AHSS,就能减重20%(77公斤)。另外50公斤减重来自底盘采用了高强钢和UHSS。此外,UHSS及轻质聚氨酯泡沫,减少了Astra前座椅和后座椅10%的重量。

2016年Car of the Year亚军得主是Volvo XC90;汽车车体减重40%,这主要是因为采用了热冲压硼钢。热冲压帮助解决钢材的主要问题;因为强度越高,成型能力就会下降。这种材料的应用会在将来更加普及,但是比传统的冷成型工艺实行成本更高。

2014年,ArcelorMittal Fortiform将AHSS以冷冲压加工成型,能够减少组件的重量,利用双相钢,减重最多20%。Fortiform 1050是这种材质的第一批产品,已经投放到市场,而首批利用这种材料制成的汽车将于2017年生产。由于Fortiform1050具有高张力,因此特别适用于生产能够在重装中吸收能量的零部件。样品有两个几倍,Fortiform 980和Fortiform 1180,目前已经有制造商进行测试。

NanoSteel材料是由美国公司开发的纳米结构铁合金。据称,这种材料在室温下能够达到20%以上的延展性,这位目前还无法使用冷成型技术的AHSS和UHSS材料提供了新方案。NonoSteel公司总裁Craig Parsons说:“福特公司摈弃钢材,在F-150车体上采用铝这件事情,对NanoSteel来说是个好消息。这可以拓宽汽车业的使用材料,帮助人们在选材上有机会权衡各种方案。这也推动钢材业开发更多的材料,带来了新的机遇。”

钢材技术许可证NanoSteel公司为钢材制造商提供了技术,比如合作伙伴AK Steel公司甚至买断版权。因此,这种材料批准给OEM制造商,继而制造车辆。Parson说:“这种模式对我们来说是一个机会,能够从世界各个工厂买到类似NanoSteel的产品。有了全球平台设计,供应链能够支持世界每个地方的产品,对OEM制造商来说是个福利。”

Opel Astra The new Opel Astra is 200kg lighter than its predecessor due to the extensive use of AHSS

通过利用单一平台,汽车制造商能够缩小设计过程中到生产过程的投资,加大利润,控制成本。ArcelorMittal全球研发中心主任Blake Zuidema说:“在这一点上,轻质汽车方案已经关注个人汽车了。问题是,大部分OEM制造商并不制造个人汽车。他们采用多功能平台,包括不同的风格、尺寸和动力系统。”

为了适应这种倾向,2010年,ArcelorMittal公司开始开发S-in motion系列钢材汽车平台,注重采用减重材料。这些平台能够进行私人订制,满足客户的需求。公司最近将范围拓宽到中型轿车和SUV,为北美市场设计。ArcelorMittal全球研发中心(Montataire)汽车钢材方案设计部长Oliver Moriau说:“ArcelorMaittal并不是汽车制造商,但是我们准备共享所有研究结果,通过共同设计项目,根据特殊要求和结构调整方案。”

瘦身减负增加AHSS材料在车身结构重的比重,超过50% — 大量采用Usibor 1500硬化钢和激光焊板(LWB),这些是基于Usibor 1500和Ductibor 500制造而成。公司已经成功减轻了中型轿车86公斤(23%)的重量(北美畅销车型的重量为385公斤)。此外,公司还为SUV车型减重104公斤(20%)。通过采用新型材料 — 比如Usibor 2000和Ductibor 1000硬压钢,以及成型力高的冷冲压材料Fortiform 980和1180,还有基于Usibor 2000和Ducibor 1000制造的LWB — ArcelorMittal已经成功减少了平台的重量,轿车平台减重16公斤,SUV平台减重10公斤。第三代材料应该会在一两年内上市。

在过去5年里,每年公布的300,000辆汽车的生产成本分析报告显示,S-in motion中型轿车目前使用材料成本比基础版本高7% — 相当于每减重1公斤的成本提高1美元。Moriau说:“当然,零部件不同,这个数据也会不同。但是从全球来看,硬压钢的使用很有潜力,AHSS在白车身结构中的应用非常可行。”

Steel Steel-makers can customise platforms for OEMs to meet performance requirements

看上去钢材仍然是近期汽车生产主流的主要选择。但是,很多高端汽车制造商 — 尤其是宝马、凯迪拉克和奥迪 — 都在尝试在汽车构架中采用CFRP、铝和钢材的混合物,才不同的地方使用不同的材料。

ArcelorMittal全球研发中心主任Jean-Luc Thirion说:“我们清楚地意识到,未来汽车材料会是这几种材料的混合物。关键是要知道哪个部分使用哪种材料,比率是多少,这主要取决于成本。像铝、CFRP材料似乎只能用于高端车,因为成本太高。”随着碳纤维和铝产品能够降低材料成本,未来发展趋势如何,还有待观察。

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