[科普中國]-第三代汽車鋼

相關(guān)背景

作為全球最大的汽車生產(chǎn)國，高速發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)給我國鋼鐵行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展空間，但此前中國汽車鋼未能取得技術(shù)突破，中國鋼企只能眼巴巴地看著汽車企業(yè)從國外一船接一船地進(jìn)口汽車鋼。2011年2月21日中國鋼研科技集團(tuán)宣布，其率先研發(fā)出的第三代汽車鋼，具有高強(qiáng)度、高可塑性的特點，成本遠(yuǎn)低于第二代汽車鋼，有望于2014年實現(xiàn)商用。

研發(fā)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人翁宇慶院士介紹，2009年，中國鋼研在實驗室研究出了兼具高強(qiáng)高塑特性的第三代汽車鋼，其抗拉強(qiáng)度比第一代汽車鋼翻兩番，延伸率達(dá)到35%，合金含量卻不到第二代汽車鋼的三分之一，成本僅略高于第一代汽車鋼。2010年下半年，太原鋼鐵公司在生產(chǎn)線上開發(fā)出第三代汽車鋼熱軋卷和冷軋板，實現(xiàn)了部分生產(chǎn)技術(shù)的固化定型。

“今年我們將繼續(xù)攻克第三代汽車鋼的溫成型技術(shù)、鍍鋅板技術(shù)和冷軋卷技術(shù)”，翁宇慶預(yù)計到2014年有望實現(xiàn)大規(guī)模商用。

第三代汽車鋼可以全面應(yīng)用在汽車車身、懸掛、發(fā)動機(jī)外殼等部位。目前，一汽已在3個零件上率先試用第三代汽車鋼，北京現(xiàn)代汽車公司表示，明年將在整車上試用第三代汽車鋼。通用汽車和福特汽車得知這一消息后，也派代表找到中國鋼研，希望把第三代汽車鋼的樣品拿到美國去做認(rèn)證，一旦認(rèn)證通過，便開始大規(guī)模使用。

2010年我國鋼產(chǎn)量達(dá)到7億噸，但鋼鐵行業(yè)的利潤加起來僅為800多億元，原因是高附加值的鋼材太少。在歐、美、日、韓等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，汽車鋼能占到鋼材總量的15%左右。要是我國汽車鋼的用量能達(dá)到這個比例，一年就是上億噸，產(chǎn)值可以達(dá)到幾千億元。為此，中國鋼鐵企業(yè)摩拳擦掌，希望早日拿到第三代汽車鋼的生產(chǎn)許可證。太原鋼鐵集團(tuán)已搶得頭籌，眼下它期待能從中國鋼研得到更多的試制機(jī)會。同樣，首鋼也不甘人后，加入了競爭行列。

第三代汽車鋼的成功研制，從根本上改變了我國長期以來跟蹤學(xué)習(xí)國外汽車鋼技術(shù)的局面，得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。世界汽車鋼領(lǐng)域權(quán)威機(jī)構(gòu)德國亞琛工業(yè)大學(xué)和馬普鋼鐵研究所的汽車鋼研發(fā)團(tuán)隊已經(jīng)向中國鋼研發(fā)出邀請，邀請該集團(tuán)科研人員前往訪問并進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。1

性能研究隨著我國環(huán)境法規(guī)逐步向發(fā)達(dá)國家水平看齊，汽車輕量化的發(fā)展趨勢趨于常態(tài)化，實踐表明實現(xiàn)汽車輕量化最有效、可靠性高、性價比高的方法之一是提高汽車先進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用比例，通過結(jié)構(gòu)薄壁化、優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)等方法實現(xiàn)車身輕量化。然而，隨著汽車先進(jìn)高強(qiáng)鋼強(qiáng)度的增加，材料延展性降低、回彈增加，對材料的成形性和焊接性造成不利影響，提高了汽車制造企業(yè)的加工難度和制造成本。圍繞著汽車鋼強(qiáng)度高、易成形的發(fā)展趨勢，目前的汽車高強(qiáng)度鋼板可分為第一代、第二代、第三代三大類，其中第三代高強(qiáng)鋼引起汽車及冶金企業(yè)的廣泛關(guān)注，它彌補(bǔ)了第一代汽車鋼強(qiáng)塑積較小和第二代汽車鋼工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高的不足，以強(qiáng)度高、吸能性強(qiáng)、塑性適中、冶金性能穩(wěn)定、成本適中為主要特點。高強(qiáng)鋼吸能性評價是以它的強(qiáng)塑積（抗拉強(qiáng)度×伸長率）作為評價指標(biāo)，目前第一代高強(qiáng)鋼的強(qiáng)塑積≤15GPa%，第二代高強(qiáng)鋼為50～70GPa%，第三代高強(qiáng)鋼介于第一代與第三代之間，為20～40GPa%。第三代汽車高強(qiáng)度鋼板的輕量化和安全性指標(biāo)高于第一代汽車鋼，而生產(chǎn)成本又顯著低于第二代汽車鋼。

目前市場上已有的兩類第三代高強(qiáng)鋼（TG鋼）實現(xiàn)了高強(qiáng)度、高韌性特點，Q&P鋼強(qiáng)塑積≥21GPa%，中錳ART第三代高強(qiáng)鋼的強(qiáng)塑積≥30GPa%，有很高的吸能性，符合汽車未來輕量化和安全性的需要。同時由于具備較高的塑性，利用傳統(tǒng)的冷成形工藝即可滿足汽車零部件成形要求，超高強(qiáng)度中錳ART鋼有較好的溫成形前景，減少了對傳統(tǒng)熱壓成形涂層材料22MnB5和熱成形工藝的依賴，豐富了未來汽車超高強(qiáng)度鋼板選材的空間，簡化了超高強(qiáng)鋼板成形技術(shù)難度和工藝要求，降低了生產(chǎn)成本。1

名詞解釋第一代汽車鋼這類鋼材強(qiáng)度越高，可塑性越低，因而很難同時實現(xiàn)高強(qiáng)度和高可塑性。目前，全球車企普遍采用的DP鋼、CP鋼、熱成形硼鋼都屬于第一代汽車鋼。這類鋼材抗拉強(qiáng)度與延伸率的乘積（強(qiáng)塑積）一般為15GPa%的水平，強(qiáng)度越高，可塑性越低，很難同時實現(xiàn)高強(qiáng)度和高可塑性，因而難以適合未來汽車的輕量化和安全性需求。2

第二代汽車鋼這類鋼材（如TWIP鋼、奧氏體鋼）塑性較高，強(qiáng)塑積達(dá)到了較高的50GPa%的水平，實現(xiàn)了強(qiáng)度和可塑性的同步提升。但它的缺點是，由于合金含量高，生產(chǎn)工藝要求復(fù)雜，成本昂貴，至今鮮有應(yīng)用。2

第三代汽車鋼這類鋼材性能和成本介于第一代和第二代汽車鋼之間，強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)，性價比更易被企業(yè)接受。第三代汽車鋼可以全面應(yīng)用在汽車車身、懸掛、發(fā)動機(jī)外殼等部位。在有些零部件上，使用更薄的第三代汽車鋼，能比第一代汽車鋼輕10%左右，讓汽車更省油。

2009年，中國鋼研在實驗室研究出了兼具高強(qiáng)高塑特性的第三代汽車鋼，其抗拉強(qiáng)度比第一代汽車鋼翻兩番，延伸率達(dá)到35%，合金含量卻不到第二代汽車鋼的三分之一，生產(chǎn)成本只比第一代汽車鋼多幾十元；算上工藝成本，也只比第一代汽車鋼多百元左右。但與第二代汽車鋼相比，第三代汽車鋼成本則下降了近7成。去年下半年，太原鋼鐵公司在生產(chǎn)線上開發(fā)出第三代汽車鋼熱軋卷和冷軋板，實現(xiàn)了部分生產(chǎn)技術(shù)的固化定型?，F(xiàn)在科學(xué)家正在繼續(xù)攻克第三代汽車鋼的溫成型技術(shù)、鍍鋅板技術(shù)和冷軋卷技術(shù)，預(yù)計到2014年有望實現(xiàn)大規(guī)模商用。2

應(yīng)用前景鋼板薄0.1毫米油耗可降5% 。第三代汽車鋼不僅性能優(yōu)異，更重要的是，其成本也被控制在了車企和消費者能接受的范圍。

翁宇慶院士表示，第三代汽車鋼噸鋼生產(chǎn)成本只比第一代汽車鋼多幾十元；算上工藝成本，也只比第一代汽車鋼多百元左右。但與第二代汽車鋼相比，第三代汽車鋼成本則下降了近7成。

成本的增加換來的是鋼材強(qiáng)度的提升，在有些零部件上，使用更薄的第三代汽車鋼，能比第一代汽車鋼輕10%左右，讓汽車更省油。

“歐洲一家豪華車生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)做過測算，用我們的第三代汽車鋼，車身外殼只要用0.6毫米厚的鋼板就行，而用第一代汽車鋼，鋼材厚度要達(dá)到0.7毫米。車身更輕的代價只增加240歐元鋼材成本，約合人民幣2100多元。但由此帶來的汽車油耗可下降5%左右，照現(xiàn)在的油價，跑5000公里就能把增加的成本找齊?！蔽逃顟c說。2