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據(jù)外媒報(bào)道，如今各大車企紛紛繼續(xù)加大材料研發(fā)費(fèi)，旨在研發(fā)新款合金及材料，同時(shí)提升其性能表現(xiàn)。此外，車企還紛紛改善其最新的焊接及成形技術(shù)，為各類材料及合金的制作提供支持。這類投入都有一個(gè)相同的目標(biāo)：在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)降低排放量。由于汽車行業(yè)將要滿足越發(fā)嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)，最佳應(yīng)對(duì)方式無疑是減輕車身重量（輕量化）。為此，需要結(jié)合使用各類鋁合金及高強(qiáng)度鋼、鎂、復(fù)合材料（如：碳纖維）及各類塑料。
 

鋼材、鋁材行業(yè)的技術(shù)研發(fā)與應(yīng)對(duì)

由于對(duì)提升產(chǎn)量及生產(chǎn)效率的需求早有預(yù)料，從事鋼材、鋁材生產(chǎn)的軋制工業(yè)（rolling industry）于近年內(nèi)加大投資力度，旨在提升其技術(shù)。例如：美國鋁業(yè)公司（Alcoa）的最新技術(shù)突破是Micromill連鑄技術(shù)（continuous casting technology），該技術(shù)可大幅降低成本，縮小高強(qiáng)度鋼與鋁質(zhì)車身薄板（ABS）間的差距。據(jù)該公司透露，該技術(shù)的生產(chǎn)速率更快，只需20分鐘就能將熔融金屬（molten metal）加工為鋁質(zhì)卷材。相較之下，若按傳統(tǒng)軋制工藝，則需要20天。該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步或?qū)⒃诹ν炜駷?，刺激許多制造商也紛紛轉(zhuǎn)向ABS。

未來汽車行業(yè)領(lǐng)軍材料的爭奪戰(zhàn)將在鋁材與鋼材之間打響。目前，鋁材在汽車應(yīng)用上的占比在不斷提升。而鋼材，則力圖憑借汽車用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）的各類產(chǎn)品，與鋁材爭奪汽車材料的領(lǐng)軍位置。

除涉及安全性的客艙（車頂縱梁、前后縱梁）等個(gè)別重要車輛區(qū)域外，目前車企已擁有采用鋁材制造整個(gè)白車身（未上漆的車身）的能力，其旨在實(shí)現(xiàn)大幅減重并提升車輛性能。
 

這也就解釋了為何所有主流車用鋁板制造商（如：諾貝麗斯、愛勵(lì)鋁業(yè)、Amag、肯聯(lián)鋁業(yè)等）均大力研發(fā)新款5xxx及6xxx車用鋁合金，并竭力提升其抗拉強(qiáng)度（性能提升了兩到三倍）。與此同時(shí)，上述制造商還不斷改善該材質(zhì)的其他性能（如：延展性、伸長性）。上述產(chǎn)品特性對(duì)汽車應(yīng)用而言，無疑是至關(guān)重要的。在大多數(shù)情況下，這類鋁合金將成為高強(qiáng)度7xxx鋁合金的替代品，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)700 MPa，且成本已大幅降低。

汽車車身（白車身、發(fā)動(dòng)機(jī)罩/閥蓋、車門燈）的制造商們主要采用經(jīng)加工硬化的5xxx系鋁鎂（錳）合金及熱處理的6xxx系鋁鎂硅合金合金（AlMgSi-alloys）。由于在軋制后進(jìn)行了熱處理加工，AA6016或AA6111等熱處理鋁板的材料強(qiáng)度也得到了大幅提升。

美國汽車研究中心的趨勢(shì)預(yù)測(cè)

美國汽車研究中心（CAR）在2017年的一份最新報(bào)告中透露，其預(yù)計(jì)到2020年，高強(qiáng)度鋼的用量將達(dá)到峰值，占整車重量的近15%。等到2040年時(shí)，該占比將逐步跌至近5%，屆時(shí)其他輕量化材料也將在汽車材料領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)一席之地。同時(shí)，低碳鋼（mild steel）在整車重量中的占比將從55%（歷史新高）跌至近5%。

在重量較輕的材質(zhì)中，超高強(qiáng)度鋼（UHSS steel）及鋁材在車輛中的用量將呈現(xiàn)平穩(wěn)增長，尤其是在安全設(shè)備類零部件中的應(yīng)用，如車架等。第三代鋼材制品（3rd Gen AHSS）的成形性能有所提升，該類鋼材的應(yīng)用將呈現(xiàn)劇增態(tài)勢(shì)。鎂的用量也將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在儀表盤外梁上的應(yīng)用上表現(xiàn)特別明顯。碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）在汽車上的應(yīng)用也呈現(xiàn)增長態(tài)勢(shì)，但未來其增幅將放緩，該材料主要將被用于大多數(shù)強(qiáng)化部件，而非面板。據(jù)美國汽車研究中心預(yù)計(jì)，截止至2030年，96%的汽車項(xiàng)目將考慮采用鋁材來制造白色車身及其相關(guān)應(yīng)用。
 

車企為減重（輕量化）而支付的材料成本將上升

對(duì)于車身而言，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）的減重成本在2-1.5美元/千克，其減重成本主要取決于鋼材的類型與品級(jí)。鋁合金的減重成本在3-6美元/千克，鎂的減重成本在5-12美元/千克，碳纖維的減重成本在近16美元/千克。撇開成本不談，各材料也有其獨(dú)有的材料特性。

未來，各大車企愿意為輕量化支付更高額的成本，因?yàn)榕欧欧ㄒ?guī)變得越發(fā)嚴(yán)苛，其他備選材料也面臨原材料枯竭的風(fēng)險(xiǎn)，而電動(dòng)車的銷量也呈現(xiàn)出上升態(tài)勢(shì)。盡管在過去，車企只愿意為車身減重而支付1-2美元/千克，如今他們支付的減重成本在4-12美元/千克，視各行業(yè)及各細(xì)分市場(chǎng)內(nèi)對(duì)應(yīng)的車型而異。據(jù)分析師們預(yù)計(jì)，未來各大車企將愿意支付20美元/千克的減重成本，但該上限值主要適用于豪車及高性能車輛。對(duì)車企而言，中檔豪車的可接受減重成本大致在5-15美元/千克，小型車的減重成本在3美元/千克。

第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（3rd Gen AHSS）強(qiáng)勢(shì)崛起

期盼已久的第三代高強(qiáng)度鋼即為人們所熟知的納米鋼（NanoSteel），目前亟待進(jìn)入汽車行業(yè)。納米鋼的強(qiáng)度高，符合汽車工程師的要求（抗拉強(qiáng)度在1,000 MPa以上），同時(shí)具有極佳的延展性及延伸性。上述特性使得該鋼材可被加工為任意幾何形態(tài)，使設(shè)計(jì)師們能夠制造結(jié)構(gòu)超復(fù)雜的鋼板。

通常，常規(guī)低碳鋼也能提供超強(qiáng)的延展性，但其強(qiáng)度不夠，上一代先進(jìn)高剛強(qiáng)度鋼則正好相反，其強(qiáng)度表現(xiàn)相當(dāng)出色，但延展性及延伸性不足。第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼彌補(bǔ)了此前的差距，同時(shí)兼顧了前度及延展性。

最近，安塞樂米塔爾（ArcelorMittal）發(fā)布了首款第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼制品，可供冷沖壓加工，并為該款產(chǎn)品取名為HF1050。這是該公司今年發(fā)布的首款具有高成形性能的3rd Gen AHSS產(chǎn)品。該材料的抗拉強(qiáng)度接近1200 MPa，其測(cè)得的延展性達(dá)到伸長性的50%。

與現(xiàn)有的雙相級(jí)鋼相比，這款新材料使得汽車零部件的減重幅度高達(dá)10-20%。起亞汽車最近在2017年日內(nèi)瓦車展上發(fā)布了4款新車型，其中的全新起亞Picanto就采用了第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。

盡管第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼在輕量化及成形性能方面占據(jù)明顯的優(yōu)勢(shì)，可完勝前代產(chǎn)品，但最新款鋁材也表現(xiàn)不俗。許多較大型車輛均采用了鋁材，因?yàn)殇X材為汽車減重10-15%，而且可被加工為各種形狀，設(shè)計(jì)空間大。隨著時(shí)間的推移，第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼及超高強(qiáng)度鋼將在較小型車輛中保持其強(qiáng)勢(shì)地位。
 

此外，盡管第三代超高強(qiáng)度鋼仍處于研發(fā)階段，最新款的鋁材卻已經(jīng)投入使用。最后，隨著安全性能的提升，采用鋁材的車輛將更受青睞，這與鋼鐵行業(yè)能否提供抗拉強(qiáng)度更大的金屬?zèng)]有直接相關(guān)性。

燃油標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼材、鋁材的影響

盡管特朗普總統(tǒng)最近重新評(píng)估了奧巴馬政府制定的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)是否有利于美國車企目前尚無法確定。車企將繼續(xù)研發(fā)混動(dòng)車及電動(dòng)車，不管燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)是否嚴(yán)苛，他們都面臨為車輛減重的壓力。因?yàn)檐囕v的重量越輕，其油耗越少，用戶將因此而節(jié)省開支。

最后，若燃料排放標(biāo)準(zhǔn)被調(diào)低，要求較低的排放標(biāo)準(zhǔn)將使鋼鐵行業(yè)成為唯一獲益者，因?yàn)樵诿鎸?duì)鋁材及其他材料相比時(shí)，鋼材仍保有其競爭優(yōu)勢(shì)。

研究結(jié)論

鋁材在汽車內(nèi)的應(yīng)用占比在不斷提高，汽車行業(yè)正致力于為車輛減重（輕量化），以滿足嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。從長遠(yuǎn)角度看（2025年以后），最有可能出現(xiàn)的情況是，車輛將采用多種材料，將各類先進(jìn)高強(qiáng)度鋼、鋁合金、碳纖維、鎂、塑料、低碳鋼將其他材料混合使用，既降低其重量，又能節(jié)省成本并提升性能。然而，與早前一度占據(jù)主導(dǎo)地位的低碳鋼相較，目前并沒有某種材料能在汽車行業(yè)占據(jù)一家獨(dú)大，占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。人們對(duì)第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼期盼已久，將于2017年末/2018年初實(shí)現(xiàn)該材料在汽車應(yīng)用上的商業(yè)化，但該材料也只能取代上一代同類產(chǎn)品，卻無法替代鋁材。

不過有一點(diǎn)是很清楚的，鋁材和鋼材（包括：先進(jìn)高強(qiáng)度鋼、第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼及超高強(qiáng)度鋼）在未來將共同占據(jù)汽車材料的主導(dǎo)地位，復(fù)合材料、鎂、塑料及其他材質(zhì)則相對(duì)落后，材料的最佳配取決于使用目的與材料本身的特性。綜上所述，未來鋁材將在大型車（SUV、卡車、皮卡）的用材方面占據(jù)主導(dǎo)地位，而先進(jìn)高強(qiáng)度鋼將在小型車用材中占據(jù)主導(dǎo)地位。 

部分內(nèi)容來源：汽車制造網(wǎng)

作為亞洲最大的汽車材料與設(shè)計(jì)、工藝與裝備、質(zhì)量與裝配、工程與服務(wù)技術(shù)行業(yè)盛會(huì)，上海國際汽車制造技術(shù)與裝備及材料展覽會(huì)（AMTS）自2004年創(chuàng)辦以來，以國際化的視角呈現(xiàn)汽車工程領(lǐng)域全方位的系統(tǒng)集成解決方案。10多年來，展會(huì)的規(guī)模、展示范圍以及專業(yè)觀眾快速增長，極大地推動(dòng)了國際汽車制造裝備技術(shù)交流及貿(mào)易的發(fā)展！

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