鍍鋅螺旋管得知：鋼材地位不易撼動(dòng)，材料輕量化

日期 : 2019-09-29標(biāo)簽: 鍍鋅螺旋管|鍍鋅螺旋管廠家

　　鍍鋅螺旋管得知：憑借持續(xù)創(chuàng)新和協(xié)作開發(fā)模式，鋼鐵作為交通行業(yè)的“主力”材料，地位仍不易撼動(dòng)。
　　2014年，福特（Ford）隆重推出F-150鋁質(zhì)皮卡，整個(gè)汽車行業(yè)為之一震。在這之前不久，DuckerWorldwide也曾發(fā)布了一項(xiàng)針對(duì)國際鋁業(yè)的研究，預(yù)測(cè)這種輕質(zhì)金屬材料將在下一個(gè)新車開發(fā)周期中在北美輕型卡車細(xì)分領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位，并表示屆時(shí)近七成新皮卡均將大量采用鋁材料。多重信號(hào)似乎均表明，一場鋁業(yè)革命正在汽車行業(yè)中醞釀。
　　然而，事情并未向預(yù)計(jì)的方向發(fā)展。五年過去了，全球市場中仍沒有任何一輛量產(chǎn)皮卡真正在駕駛室和底盤等主要位置大量采用鋁材。這種趨勢(shì)在全球主流車廠的新車發(fā)布中可見一斑：福特為全新2018款全尺寸SUV配備了鋁質(zhì)車身結(jié)構(gòu)，但2019款福特Ranger的主要架構(gòu)仍是鋼材；通用汽車(GeneralMotors)2019款雪佛蘭（Chevrolet）、GMCSilverado、Sierra1500及一些高配車型均毫無例外地延續(xù)了公司專為皮卡和SUV車型打造的“混合材料戰(zhàn)略”；FCA集團(tuán)旗下的Ram和Jeep品牌卡車也繼續(xù)采用鋼結(jié)構(gòu)。不過，新款JL系列Jeep牧馬人則改用鋁質(zhì)車門（和鉸鏈）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、擋泥板和擋風(fēng)玻璃架（盡管仍不涉及駕駛室和底盤等主要位置），具體鋁材型號(hào)包括美鋁（Alcoa）新型C6A1高合金、6022號(hào)合金和A951號(hào)合金。
　　事實(shí)上，牧馬人可以成功減重200磅（91公斤）的一個(gè)原因，是采用了鎂材料的后擺門，也就是說FCA為牧馬人重新啟用了Pacifica休旅車搭配的鎂材料升降門（成本并不低）。此外，這些卡車還有一個(gè)共同點(diǎn)，即全部采用了鋼質(zhì)梯形框架搭配部分鋁質(zhì)橫梁的設(shè)計(jì)，這也同時(shí)體現(xiàn)了經(jīng)過有限元方法優(yōu)化的高強(qiáng)度鋼材的極致性能。
　　對(duì)此，密歇根大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授AlanTaub博士觀察到：“我們已經(jīng)從‘密集使用單一材料’的傳統(tǒng)材料觀轉(zhuǎn)變?yōu)椤畬⒑线m的材料，用合適的方法，應(yīng)用至合適的位置’的新思路?！?/span>
　　對(duì)此，初創(chuàng)公司Rivian的創(chuàng)新R1T電動(dòng)皮卡就是一個(gè)很好的例子。據(jù)了解，這款電動(dòng)皮卡預(yù)計(jì)將于2021年問世，其主駕駛室經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，采用了多種高強(qiáng)度鋼材搭配鋁質(zhì)封裝的設(shè)計(jì)，可顯著降低重量并優(yōu)化防撞性能。
　　事實(shí)上，除了一些經(jīng)濟(jì)型車型，這種混合材料應(yīng)用的思路也得到了眾多豪車制造商的認(rèn)可。幾個(gè)例子：特斯拉Model3和ModelY均未延續(xù)ModelS和ModelX密集使用鋁制材料的設(shè)計(jì)，反而應(yīng)用了相當(dāng)大比例的鋼材；奧迪（Audi）也不再一味推廣“鋁材料”戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)而向“混合材料”的設(shè)計(jì)思路轉(zhuǎn)型（包括公司最新的eTron電動(dòng)車也是如此），而這種轉(zhuǎn)型在汽車行業(yè)中并不少見。
　　鍍鋅螺旋管鋼鐵市場發(fā)展研究所（SteelMarketDevelopmentInstitute）汽車市場副總裁JodyHall博士表示，“如今，一提到’汽車減重’，大環(huán)境追求的已經(jīng)不再是’密集使用鋁材料’，而是’靈活采用多種材料組合’——這就是汽車廠商向我們傳達(dá)的信息?！贝送?，Hall和Taub博士均認(rèn)為，首先，鋼材較其他輕金屬和碳復(fù)合材料擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)；其次，鋼鐵行業(yè)近年來也在積極研發(fā)更加結(jié)實(shí)的汽車專用鋼材。在此背景下，鋼材作為汽車車身結(jié)構(gòu)和底盤系統(tǒng)“主力”材料的地位無法撼動(dòng)，至少未來十年的情況不會(huì)變化。
　　此外，我們也可以從圖片上看到，近些年來，強(qiáng)度更大、延展率更高的鋼種層出不窮，從大約200MPa到2000MPa不等，選擇范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他任何一種單一金屬材料。“要想獲得與新型鋼材類似的強(qiáng)度范圍，你只能選擇增強(qiáng)復(fù)合材料?！盚all博士斷言，“但增強(qiáng)復(fù)合材料的成本卻是其他基礎(chǔ)材料的很多倍。事實(shí)上，從性價(jià)比來說，沒有任何滿足汽車行業(yè)要求的其他材料能夠與鋼材媲美?！?/span>
　　“第三代”材料閃電戰(zhàn)
　　對(duì)很多開發(fā)工程師而言，鋼材行業(yè)的吸引力在于這個(gè)行業(yè)不斷推陳出新的創(chuàng)新合作模式。事實(shí)上，這種合作創(chuàng)新始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)的鋼鐵制造商不得不聯(lián)合抵御塑料行業(yè)對(duì)汽車皮革的沖擊?！拔覀兊暮献魇桥c整個(gè)鋼鐵行業(yè)展開的，而非某一家鋼鐵公司?！盚all博士解釋說：“鋼鐵行業(yè)向我們展示他們的設(shè)計(jì)，而我們的作用是幫助他們以更具成本效益的方式讓這些設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)?！?/span>
　　“當(dāng)然，這并不是說鋼鐵公司不會(huì)單獨(dú)與汽車制造商合作以滿足它們的特殊需求，只是說整個(gè)行業(yè)的廣泛參與已經(jīng)得到了汽車客戶的肯定，”Hall博士表示，“我們都希望利用更少的資源，完成更大的目標(biāo)。因此，從調(diào)配資源和保證時(shí)效方面，行業(yè)合作是一種非常有效的方式。幾十年來，我們一直堅(jiān)持這種工作方式，并從中持續(xù)受益?！?/span>
　　目前，市面上最先進(jìn)的高強(qiáng)度（AHSS）和超高強(qiáng)度（UHSS）鋼種可以提供2000MPa的拉伸性能。這種所謂的“第三代”高強(qiáng)度鋼在2018年正式問世，主要供應(yīng)商包括ArcelorMittal、AKSteel和Nucor。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)，有一些原始設(shè)備制造商需要一種在保證同等強(qiáng)度的前提下，延展性更高的鋼材，第三代鋼種應(yīng)運(yùn)而生。
　　“廠商這么要求部分是希望減少?zèng)_壓硬化鋼的用量。”Hall博士解釋說，“具體來說，他們希望可以在不升級(jí)生產(chǎn)設(shè)施的前提下，在室溫環(huán)境將鋼材加工為一些幾何形狀更為復(fù)雜的零部件，這是目前的高強(qiáng)度鋼種無法滿足的。這些廠商希望降低沖壓生產(chǎn)線的成本?！?/span>
　　任何新材料在進(jìn)入汽車行業(yè)前均需等待一定的驗(yàn)證和交付時(shí)間，因此第三代鋼種在汽車行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用預(yù)計(jì)將在2023年左右實(shí)現(xiàn)。專家指出，在未來，沖壓硬化鋼將允許車身工程師在保證高強(qiáng)度的前提下，打造幾何形狀更為復(fù)雜的零部件，因此并不會(huì)從汽車行業(yè)退出歷史舞臺(tái)。舉個(gè)例子，本田（Honda）已將這種沖壓硬化鋼應(yīng)用至旗下NSX超級(jí)跑車的A柱中，從而最大限度地縮小A柱的橫截面，為駕駛員提供不受遮擋的開闊視野。此外，RDX車型的內(nèi)外門環(huán)中也采用了1500-MPa鋼。
　　在保證同等強(qiáng)度的前提下，鋁合金零部件的成型更加困難。Hall博士表示，“事實(shí)上，零部件的幾何形狀對(duì)車輛性能有很大影響，而且也與車輛的整體減重息息相關(guān)，也就是說一種材料可以支持的幾何形狀越多，則降低材料用量的幾率就更大，因此也更容易實(shí)現(xiàn)減重。很顯然，這是鋁合金材料的弊端之一?！?/span>
　　許多人可能認(rèn)為，未來的汽車行業(yè)將是電動(dòng)汽車的天下，且無論自動(dòng)駕駛汽車還是非自動(dòng)駕駛汽車均將主要采用鋁材和碳纖維材料，但事實(shí)上鋼材仍將在推進(jìn)汽車行業(yè)革新中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。與同等尺寸的內(nèi)燃機(jī)車輛相比，電動(dòng)汽車減重帶來的實(shí)際效益相對(duì)較小。
　　“傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車型的車身和底盤幾乎占車輛總重的一半，因此針對(duì)這些部位減重可以給車輛帶來相當(dāng)可觀的收益，比如大約0.2mpg的燃油經(jīng)濟(jì)性提升?！盚all博士解釋道，“但減重對(duì)純電動(dòng)汽車的幫助要小很多，收益完全無法覆蓋為減重本身支付的成本。”然而，一些一級(jí)供應(yīng)商向《汽車工程》分享，未來，鋁材料在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用的主要增長點(diǎn)將集中在電池組部分。
　　Hall博士打趣到，“鋼材料在汽車行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)超過100年了，所以大家可能都以為我們已經(jīng)沒什么可以繼續(xù)創(chuàng)新的地方了?！笔聦?shí)上，這種想法錯(cuò)得離譜，這點(diǎn)工作在第一線的車身機(jī)構(gòu)工程師是最了解的。鍍鋅螺旋管廠家會(huì)一直關(guān)注此事！

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