當前，汽車行業(yè)正發(fā)生著一場關于輕量化的深刻變革，這場變革對鋼鐵企業(yè)、鋼鐵產(chǎn)品提出了多方面的要求。面對這場變革，中國鋼鐵業(yè)將如何應對？本期《業(yè)界追蹤》從汽車、鋼鐵兩個行業(yè)的角度入手，對汽車輕量化的實現(xiàn)方式、材料的選擇、應用等方面進行了較為深入的研究。希望能為我國相關鋼鐵企業(yè)抓住變革機遇，與汽車制造企業(yè)共同實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供參考。

輕量化，汽車業(yè)在行動

為實現(xiàn)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012年~2020年)》提出的2020年乘用車燃料消耗量達到5升/100公里的目標，今年我國完成了乘用車燃料經(jīng)濟性第四階段標準的起草，包括《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》兩項標準草案，并計劃于2016年開始實施。

按《乘用車燃料消耗量限值》《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》，到2020年，重量在980公斤~1090公斤的傳統(tǒng)轎車百公里油耗將降到4.5升。

不僅是我國，世界一些重要經(jīng)濟體都明確了汽車節(jié)油減排的目標：日本提出到2020年乘用車平均燃料經(jīng)濟性水平達到每升油行駛20.3公里，比2009年的16.3公里下降約20.3%；歐盟則于2009年通過強制性的法律手段取代自愿性減排協(xié)議，要求乘用車二氧化碳排放達到2015年每公里130克、2020年每公里95克的目標。

據(jù)有關專家分析，中國百公里油耗5升的水平，對應的二氧化碳排放量約為每公里120克，這與2020年全球汽車油耗水平基本相當，低于歐洲標準，但高于美國標準。

據(jù)有關專家分析，目前市場上在售的車型有40%~50%可以達到新國標標準。要實現(xiàn)2020年的油耗目標，任務還很艱巨。

輕量化成為節(jié)能減排的不二選擇

實驗證明，傳統(tǒng)汽車整車重量每降低10%，燃油效率就可提高6%~8%；運動部件每減輕1%，可節(jié)油2%；汽車整車質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3升~0.6升。對于年產(chǎn)2000多萬輛的中國汽車業(yè)來說，輕量化理所當然成為節(jié)能減排的“法寶”之一。

汽車業(yè)內(nèi)專家認為，可以從4個方面實現(xiàn)汽車輕量化。

一是設計上輕量化。如選取輕量的汽車形式和總成部件結構形式，減少傳動裝置的長度以減重；采用超輕懸架結構；采用整個車身都參與承載的承載式車身結構等。據(jù)統(tǒng)計，轎車車身、底盤(含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動機3大件約占一輛轎車總重量的65%，對車身結構進行尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓撲優(yōu)化，可減輕車身骨架、車身鋼板的重量。

二是采用輕質(zhì)材料替代鋼鐵材料。如鋁合金、鎂合金、增強塑料、玻璃纖維、碳纖維復合材料等。

三是制造工藝改進。如采用復合結構，減少中間搭接、接頭拼縫，局部增強，采用激光拼焊，包括熱成型的制造工藝等。

四是提高現(xiàn)有材料特別是鋼材的強度等性能，減少材料的重量。

兩方面實現(xiàn)用鋼輕量化

從以上這4個方面可以看出，對汽車用鋼輕量化而言，核心有兩條：一是用其他輕質(zhì)材料替代，二是通過制造工藝改進、提高鋼材強度等性能減重。

多種替代材料可供選擇。業(yè)內(nèi)研究表明，采用碳纖維車身和底盤比采用鋼結構能減重40%~60%，抗拉強度可提高6倍~9倍，但價格要貴20倍。目前，碳纖維材料主要用于高檔車、賽車上。鎂的密度約為鋁的2/3，在實際應用的金屬中是最輕的，且鎂合金的吸振能力強、切削性能好、金屬模鑄造性能好，很適合制造汽車零部件。鋁合金用于汽車發(fā)動機、變速箱和底盤，可減重400公斤~500公斤。

據(jù)日本鋁業(yè)協(xié)會預測，全球轎車平均用鋁量將從2010年的150公斤上升到2025年的250公斤，目前中國轎車平均用鋁量約為100公斤。

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會副秘書長許艷華介紹，一些企業(yè)的研究人員正在進行用鋁合金制造轎車四門兩蓋的研究，一部分汽車的懸掛件等結構件也可能用鋁來替代。

一汽公司技術中心的材料專家王敢利在接受《中國冶金報》記者采訪時證實，一汽公司正在就轎車四個車門、前后兩塊蓋板采用鋁合金制造的問題展開研發(fā)。目前一汽生產(chǎn)的高檔汽車發(fā)動機的缸體缸蓋、變速箱的缸體等都已經(jīng)用鋁合金制造；少數(shù)自主品牌汽車的部分發(fā)動機缸體、缸蓋實現(xiàn)了鋁合金替代；油箱材質(zhì)已經(jīng)全部由鋼材改為塑料；保險杠骨架仍用鋼材制造，起吸能防撞的作用；風扇已經(jīng)全用塑料制造；汽車內(nèi)飾大量采用各種復合塑料材料制造。

據(jù)許艷華介紹，寶馬的一款純電動車的鋼材重量占整車重量的比重已經(jīng)由傳統(tǒng)的70%降到7%?！吨袊苯饒蟆酚浾邚膶汃R中國公司得到證實，這款即將在我國上市的名為I3的純電動車，車重為1.255噸，最高時速達到150公里。在該款純電動車上，鋼材用量已經(jīng)降到7%，鋁合金占20%，碳纖維復合材料和增強性塑料占50%。許艷華認為，在這款車上體現(xiàn)的汽車輕量化的趨勢值得各行業(yè)加以重視。

由于成本壓力，性能要求，通過提高鋼材的強度等性能實現(xiàn)輕量化仍是許多汽車企業(yè)的重點選擇之一。王敢利表示，一汽正與一些鋼廠合作，在汽車軸、桿、齒輪方面提升材料性能，實現(xiàn)減重。一汽生產(chǎn)的卡車的重梁、橫梁，原來采用的鋼材強度是500兆帕、600兆帕的，現(xiàn)在已經(jīng)提到1000兆帕以上了，用來沖壓的鋼板可顯著減厚。

長安汽車研究總院先期技術研究所室主任劉波在接受《中國冶金報》記者采訪時表示，長安擬用兩代車型研發(fā)周期，在現(xiàn)有基礎上，平均減重100公斤。在材料選擇上，長安首先關注的是用更多的超高強度鋼板，采用更新的成型工藝，通過減薄等方式，挖掘減重空間；設計階段更多地考慮結構上的優(yōu)化。其次考慮用鋁合金、鎂合金、復合材料來實現(xiàn)減重。

輕量化帶來汽車用鋼升級機遇

從目前情況看，在汽車制造選材方面，鋼鐵材料在與有色合金和高分子材料的競爭中擁有著價格便宜、工藝成熟的優(yōu)勢，并通過高強度化措施發(fā)揮著潛力。

業(yè)內(nèi)人士表示，中國鋼鐵企業(yè)要加大對汽車用鋼的研發(fā)力度，抓住這一輪汽車業(yè)發(fā)展變革的機會，實現(xiàn)自身的產(chǎn)品結構調(diào)整。

一是要清楚認識汽車用鋼的發(fā)展趨勢。無論是開發(fā)新能源車，還是傳統(tǒng)汽車的輕量化，對鋼鐵行業(yè)而言，不僅關系到汽車用鋼材需求的增加或減少，更深的影響在于品種創(chuàng)新、質(zhì)量提升、性能提高。汽車用鋼生產(chǎn)企業(yè)要生產(chǎn)強度更高、更薄，沖壓性能、涂漆、焊接等性能更好的鋼材。

二是鋼企要由跟隨者變?yōu)橥姓?，甚至要爭當引路人。目前，我國汽車用鋼生產(chǎn)企業(yè)在先期介入、產(chǎn)品聯(lián)合研發(fā)、售后服務等系列化服務方面與國外企業(yè)相比，仍有較大差距；與下游用戶分享利潤、共擔風險的能力還有待不斷提升；對下游行業(yè)小批量個性化品種的定制化需求研究不夠，產(chǎn)品難以滿足用戶需求。業(yè)內(nèi)人士表示，中國鋼鐵企業(yè)在滿足汽車用鋼需求的同時，也要加緊超前研發(fā)，與國際先進鋼鐵企業(yè)比創(chuàng)新的功力、比超前性。汽車業(yè)內(nèi)人士同時呼吁，汽車輕量化需要鋼鐵行業(yè)配合，加大對高強度、輕量化汽車用鋼的研發(fā)力度。

三是占領需求的技術制高點。劉波表示，目前，長安汽車正與寶鋼和武鋼等鋼鐵企業(yè)合作，不斷提升鋼材的性能指標，努力占領技術制高點。他表示，以下幾個品種是汽車行業(yè)急需的：一是帶涂層的熱成型鋼板，目前這個品種在國內(nèi)還沒有實現(xiàn)量產(chǎn)。二是變厚度鋼板，這種鋼目前國內(nèi)能實現(xiàn)量產(chǎn)的只有合資企業(yè)。三是微合金鋼種。劉波認為，釩在汽車鋼中的應用研究較少，我國的釩有資源優(yōu)勢，但推廣力度沒有鈮應用的力度大。中國稀土學會的專家盧先利表示，目前他正在推動包鋼、寶鋼、鞍鋼等企業(yè)利用國家稀土專項資金，研究稀土在鋼中應用的問題。他強調(diào)，稀土能大幅度提高材料的性能，如本鋼在載重汽車的輪輻鋼中加了稀土后，該產(chǎn)品的抗疲勞性能、強度、韌性等有顯著提高。如能在汽車用鋼材的研發(fā)中加強稀土應用研究，對汽車輕量化可能起到較大的作用。

此外，第三代汽車鋼如何推廣應用的問題也有待解決。第三代汽車鋼的強度、延伸率等都有大幅提高，但還沒有大量用于汽車、零件制造。汽車廠還沒找到哪些零部件適合用這種鋼材，在設計經(jīng)驗、工藝上心里沒底，在工裝、模具上也要進行調(diào)整。該鋼種的應用還有待國家、行業(yè)、企業(yè)的聯(lián)合推進。

有關專家建議，從國家層面，要建立相應的汽車用鋼研發(fā)與應用技術創(chuàng)新體系，包括國家重點實驗室、工程技術研究中心等；從行業(yè)層面，要通過構建汽車輕量化技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，促進上下游的聯(lián)合技術研發(fā)；從企業(yè)層面，要不斷探索上下游產(chǎn)業(yè)在技術領域的相關性和互補性，加強企業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)、強化企業(yè)技術交流。