先进高强度钢减轻汽车重量

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先进高强度钢减轻汽车重量

        The Honda Fit（Image credit:WorldAutoSteel）

        汽车制造是大生意，而且越来越大。目前每年的全球产量约为六千五百万辆，而在本世纪初还仅为四千万辆，大多数的汽车都是由钢构成的。
        虽然钢远比几年前更加先进。满足日益增长的汽车安全所需的强度要求、燃油经济性的减重要求、以及引领制造未来汽车新型“超级钢”的钢铁行业需求。
        未来汽车——更轻、更高效、钢制（The Car of the Future – Lighter, More Efficient, and Made of Steel）
        走在前沿的是WorldAutoSteel成员公司开发的先进高强度钢（Advanced High Strength Steel, AHSS），被证明是汽车制造行业革命性的材料。WorldAutoSteel是世界钢铁协会（World SteelAssociation）的汽车集团，包括全球20家大型钢铁生产商。
        通常的钢铁工程交易涉及到最终强度、韧性和可加工性之间的需求平衡——钢的强度越高，往往更脆且韧性更低，这就使其难以制成汽车、难以焊接。AHSS能够保留低纯度钢的韧性和可加工性，同时具有更高的强度。

       

先进高强度钢减轻汽车重量

        The SteelStrength Ductility Diagram（Image credit:WorldAutoSteel）

        通常低碳钢的拉伸强度为300MPa，AHSS在保持25%的最大拉伸（低碳钢约为40%）下仍可超过1500MPa。秘密在于它的微观结构，马氏体、贝氏体、奥氏体相，而不是铁氧体、珠光体或渗碳体。
        这种特殊冶金获得的钢可用于制造强度更高、质量更轻的汽车，同时保持优异的抗冲击以及钢的回收利用。
        钢轮（Wheels of Steel）
        通常现代汽车的白车体（body in white，BIW）需要使用350-400kg的钢。车体必须满则许多不同的要求，其中一部分可能还会与其他部分发生冲突（例如强度与轻度），生产和维修的经济成本、耐腐蚀涂层、有吸引力的颜色。
        自从汽车开始生产以来，钢就是被选的材料，因为其具有功能性、强度及承受能力的良好组合，但今天使用的金属与20世纪初Model T Ford第一代生产线上使用的已经有很大不同。
        在最近的2007年，超过一半的汽车BIW由普通低碳钢构成。今天，这种“最普通的”（'plain vanilla'）金属占比不足30%，并可能在几年内完全消失。
        在那些原本使用普通碳素钢的地方，汽车制造商目前选用包括AHSS在内的一系列高级钢，为汽车特定部位提供特殊质量选择。例如，现代汽车安全性大大提高，意味着保护结构的元件（如轮子）现在经常被纳入BIW中。这些关键的安全元素必须具有高强度，以抵抗碰撞负荷，从而保护乘坐者。
        相反的，好比翅膀的车身和门需要具有足够的硬度以抗撞击，而前部和后部碰撞保护区——俗称为缓冲区——由钢制成，可有预见性的发生变形以吸收能量。通常的现代汽车在车身周围的不同区域采用约六种不同级别的钢。

       

先进高强度钢减轻汽车重量

        North American Truck of the Year 2014-The ChevroletSilverado

       

先进高强度钢减轻汽车重量

        Engineers comb the New VW Passat AHSS body structure at the2014 Aachen Body Engineering Days

        轻量化（Light is Right）
        当今汽车发展的最大驱动力之一是减轻汽车重量。汽车越轻，燃料的使用就越少，这将使加速和刹车效率更高，而且生产成本也可能更低。
        制造商在减少重量方面的努力已经有几十年了，最近采用AHSS取得了一些惊人的进步。
        传统的美国汽车通常被认为是油老虎，但这正在发生改变。2014年度北美卡车（2014 the North American Truck of the Year）被命名为Chevrolet（雪弗兰） Silverado，撅弃了传统的大比例。这种新式卡车比其前任轻了90kg，主要得益于AHSS的应用。
        更令人印象深刻的是大众（Volkswagen，VW）2015款Passat（帕萨特）。这种流行的五座车是德国制造商高效制造方法的缩影，已经发展了超过8款，最大的销售量之一。这是非常惊人的，VW在新款上使用AFSS减少了85kg，相当于一个成年人的重量。
        这种可能性甚至延伸到了微型车范畴内。微型Honda（本田）Fit在车身外壳超过1/4的地方采用先进钢，减少了20kg的重量，进一步提高了本已令人羡慕的燃油经济性。
        不用商量，汽车制造商已经完全承认，汽车行业在接下来的几年内可能发生的改变将比过去更加彻底。特别是内燃机，可能被新型推进系统所取代，最有可能的是通过电池或燃料电池驱动电机。
        人们可能会认为未来的汽车将由其他材料制成，但事实上看来，钢铁仍将占据主导——良好的环境和经济因素决定。两大主要替代品是先进复合材料（如碳或玻璃纤维增强塑料）和铝合金。
        纤维增强塑料具有良好的强度-质量性能，但生产陈本高昂，寿命也不如金属，可回收性差。需要注意的是，利用纤维增强塑料生产一辆普通汽车的能量成本（由此产生的碳足迹）相当于钢制汽车的四倍。
        铝合金同样具有良好的强度以及较轻的质量。其主要缺点在于加工成本高、能量需求重，碳足迹比塑料高10%左右，约为钢铁的6倍。
        随着汽车越来越轻量化以及对低碳能源的使用，这就显得日益重要。传统汽车中，生产环节的排放量占其寿命内总排放的15-20%。取决于动力能源的零排放汽车超过80%。换句话说，外加低碳电力系统时，钢铁的生态优势实际上是提高的。
<p class="MsoNormal"style="text-indent:21.0pt;">        来源：新材料在线 μ炻