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鉬對汽車用鋼輕量化的貢獻

南儲商務網 http://www.eeqjej.co 2017年08月04日 08:41

(Mo)元素在汽車用鋼的輕量化方面是非常有效的,同時也有助于提高強度,降低生產成本。

目前交通運輸行業的溫室氣體排放在全球排放總量的比重占到了約14%。在歐洲,僅道路運輸行業的排放占比就高達20%,而汽車的排放就占到了12%。汽車 制造廠商必須嚴格遵守政府制定的、日益嚴格的排放法規。歐洲現行法律規定,所有新車每公里的二氧化碳排放量不得超過130g的均值水平。在2021年之 前,汽車廠商新車的二氧化碳平均排放量必須低于95g,這與2015年123.4g的標準相比,顯著減少。

為了降低燃耗和排放,減輕車身重量是最有效的途徑之一。車身重量每減輕100kg,每100km的燃料消耗就可節省0.1-0.5L,相當于每公里減排二氧化碳8-12g。為了滿足日益嚴格的安全標準,制造廠商必須在更大的、具有價格優勢的車型上尋求進一步輕量化。

數十年來,重量更輕、強度更高的鋼材已廣泛用于車身和底盤的制造,高強度低合金鋼(HSLA)和先進高強鋼(AHSS)已基本取代了傳統的軟鋼。不同于鎂 合金、鋁合金等低密度材料,高強鋼僅需較低的成本,成熟的制造技術,就可以完成對其的加工處理。大部分采用高強鋼制造的汽車車身和底盤在白車身的總重量中 占比為60%-80%。與傳統車身相比,廣泛采用高強鋼的車身重量可減輕100kg左右。

汽車用鋼必須兼具高強度、較好的成形性和焊接性。含有鉬元素的合金鋼具有特定的冶金效應,可以使得硬質相具有極高的強度。鋼基體中,硬質相和軟質相的混合 結構實現了高強度與高成形性的完美結合。鉬可有效調控這些不同相的共存,在不同的生產條件下,這些相均以穩定和可再生的形式存在。這意味著,鋼種可以采用 更為簡便的工藝生產,在生產和物流運輸上都有較大的靈活性。盡管其他合金元素也可達到類似的冶金效果,但就重量百分比而言,鉬的作用最為明顯。

近來,含鉬的汽車用鋼已經替代含硼鋼,用于B立柱這一類汽車的關鍵組件。DP800和DP1000等含鉬DP鋼的液壓成形配件可使車身重量減輕8kg,生產和環境效益凸顯。

環境指標與汽車行業息息相關,生命周期評價(LCA)主要用于評價產品使用壽命對環境的影響。分析顯示:假定汽車的里程約為20萬公里,新型B立柱(液壓 成形DP800/DP1000材質)的環境影響明顯低于含硼鋼材質立柱。8kg的重量減輕可以節省相當的費用,降低29%的溫室氣體排放。汽車里程數超過 20萬公里時,兩種B立柱的全球變暖潛能(GWP)可分別節省165kg二氧化碳(當量,汽油傳動系統)和141kg二氧化碳(當量,柴油傳動系統),這 相當于汽車行駛了1000km以上。單從生產方面的影響來看,因零部件輕量化帶來的鋼鐵冶煉成本下降遠大于因添加合金元素帶來的成本增長。

盡管HSLA鋼和DP鋼在汽車輕量化應用方面占據了較大比重,汽車底盤板件和保險杠等一類安全關鍵性組件則需要強度更高的鋼材。技術人員通常在這些部位采用中高強度的鋼種,但為了進一步減輕重量,近十年間已經引進了超高強鋼。

熱成型鋼(PHS)就是一類備受青睞的汽車用鋼新品,這種全馬氏體結構鋼通過熱沖壓和淬火工藝制造,突破了現有馬氏體鋼在冷成形方面的局限,強度高于先進 高強鋼(AHSS),在一些新車型上已經得到了應用,在車身結構的重量可減輕5%-10%,全球每年消耗量約300萬噸。從目前的發展趨勢來看,PHS在 車身結構上的比重未來將有望達到30%-40%。沃爾沃汽車最新的車型XC90就含有38%的PHS組件。

PHS容易發生彎曲變形、沖壓開裂和延遲開裂。鉬和其他關鍵的合金元素在優化PHS鋼顯微組織方面發揮了極為重要的作用,可大幅減少失效的發生。值得一提 的是,在淬火之前調節奧氏體晶粒尺寸,可以避免韌性斷裂,提高能量吸收能力和抗氫脆性。晶界內聚強度增大和納米析出物的分散也可以改善鋼的性能。實驗室和 工業中試的試驗結果證實,鈮與鉬的合金化處理就可以達到這些目的。這再次表明,通過采用高強鋼種,運用創新的制造工藝就可以實現一定改進,而鉬就足以完成 這一偉大的創新。

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