鍍鋅螺旋管得知：鋼材地位不易撼動，材料輕量化
日期 : 2019-09-29標簽: 鍍鋅螺旋管|鍍鋅螺旋管廠家
鍍鋅螺旋管得知：憑借持續創新和協作開發模式，鋼鐵作為交通行業的“主力”材料，地位仍不易撼動。
2014年，福特（Ford）隆重推出F-150鋁質皮卡，整個汽車行業為之一震。在這之前不久，DuckerWorldwide也曾發布了一項針對國際鋁業的研究，預測這種輕質金屬材料將在下一個新車開發周期中在北美輕型卡車細分領域中占據主導地位，并表示屆時近七成新皮卡均將大量采用鋁材料。多重信號似乎均表明，一場鋁業革命正在汽車行業中醞釀。
然而，事情并未向預計的方向發展。五年過去了，全球市場中仍沒有任何一輛量產皮卡真正在駕駛室和底盤等主要位置大量采用鋁材。這種趨勢在全球主流車廠的新車發布中可見一斑：福特為全新2018款全尺寸SUV配備了鋁質車身結構，但2019款福特Ranger的主要架構仍是鋼材；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了公司專為皮卡和SUV車型打造的“混合材料戰略”；FCA集團旗下的Ram和Jeep品牌卡車也繼續采用鋼結構。不過，新款JL系列Jeep牧馬人則改用鋁質車門（和鉸鏈）、發動機罩、擋泥板和擋風玻璃架（盡管仍不涉及駕駛室和底盤等主要位置），具體鋁材型號包括美鋁（Alcoa）新型C6A1高合金、6022號合金和A951號合金。
事實上，牧馬人可以成功減重200磅（91公斤）的一個原因，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，這些卡車還有一個共同點，即全部采用了鋼質梯形框架搭配部分鋁質橫梁的設計，這也同時體現了經過有限元方法優化的高強度鋼材的極致性能。
對此，密歇根大學材料科學與工程系教授AlanTaub博士觀察到：“我們已經從‘密集使用單一材料’的傳統材料觀轉變為‘將合適的材料，用合適的方法，應用至合適的位置’的新思路?！?/span>
對此，初創公司Rivian的創新R1T電動皮卡就是一個很好的例子。據了解，這款電動皮卡預計將于2021年問世，其主駕駛室經過專門設計，采用了多種高強度鋼材搭配鋁質封裝的設計，可顯著降低重量并優化防撞性能。
事實上，除了一些經濟型車型，這種混合材料應用的思路也得到了眾多豪車制造商的認可。幾個例子：特斯拉Model3和ModelY均未延續ModelS和ModelX密集使用鋁制材料的設計，反而應用了相當大比例的鋼材；奧迪（Audi）也不再一味推廣“鋁材料”戰略，轉而向“混合材料”的設計思路轉型（包括公司最新的eTron電動車也是如此），而這種轉型在汽車行業中并不少見。
鍍鋅螺旋管鋼鐵市場發展研究所（SteelMarketDevelopmentInstitute）汽車市場副總裁JodyHall博士表示，“如今，一提到’汽車減重’，大環境追求的已經不再是’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的信息?！贝送?，Hall和Taub博士均認為，首先，鋼材較其他輕金屬和碳復合材料擁有得天獨厚的優勢；其次，鋼鐵行業近年來也在積極研發更加結實的汽車專用鋼材。在此背景下，鋼材作為汽車車身結構和底盤系統“主力”材料的地位無法撼動，至少未來十年的情況不會變化。
此外，我們也可以從圖片上看到，近些年來，強度更大、延展率更高的鋼種層出不窮，從大約200MPa到2000MPa不等，選擇范圍遠遠超過其他任何一種單一金屬材料?！耙氆@得與新型鋼材類似的強度范圍，你只能選擇增強復合材料?！盚all博士斷言，“但增強復合材料的成本卻是其他基礎材料的很多倍。事實上，從性價比來說，沒有任何滿足汽車行業要求的其他材料能夠與鋼材媲美?！?/span>
“第三代”材料閃電戰
對很多開發工程師而言，鋼材行業的吸引力在于這個行業不斷推陳出新的創新合作模式。事實上，這種合作創新始于20世紀80年代，當時的鋼鐵制造商不得不聯合抵御塑料行業對汽車皮革的沖擊?！拔覀兊暮献魇桥c整個鋼鐵行業展開的，而非某一家鋼鐵公司?！盚all博士解釋說：“鋼鐵行業向我們展示他們的設計，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計成為現實?！?/span>
“當然，這并不是說鋼鐵公司不會單獨與汽車制造商合作以滿足它們的特殊需求，只是說整個行業的廣泛參與已經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。因此，從調配資源和保證時效方面，行業合作是一種非常有效的方式。幾十年來，我們一直堅持這種工作方式，并從中持續受益?！?/span>
目前，市面上最先進的高強度（AHSS）和超高強度（UHSS）鋼種可以提供2000MPa的拉伸性能。這種所謂的“第三代”高強度鋼在2018年正式問世，主要供應商包括ArcelorMittal、AKSteel和Nucor。事實上，當時，有一些原始設備制造商需要一種在保證同等強度的前提下，延展性更高的鋼材，第三代鋼種應運而生。
“廠商這么要求部分是希望減少沖壓硬化鋼的用量?！盚all博士解釋說，“具體來說，他們希望可以在不升級生產設施的前提下，在室溫環境將鋼材加工為一些幾何形狀更為復雜的零部件，這是目前的高強度鋼種無法滿足的。這些廠商希望降低沖壓生產線的成本?！?/span>
任何新材料在進入汽車行業前均需等待一定的驗證和交付時間，因此第三代鋼種在汽車行業的大規模應用預計將在2023年左右實現。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度的前提下，打造幾何形狀更為復雜的零部件，因此并不會從汽車行業退出歷史舞臺。舉個例子，本田（Honda）已將這種沖壓硬化鋼應用至旗下NSX超級跑車的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車型的內外門環中也采用了1500-MPa鋼。
在保證同等強度的前提下，鋁合金零部件的成型更加困難。Hall博士表示，“事實上，零部件的幾何形狀對車輛性能有很大影響，而且也與車輛的整體減重息息相關，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，因此也更容易實現減重。很顯然，這是鋁合金材料的弊端之一?！?/span>
許多人可能認為，未來的汽車行業將是電動汽車的天下，且無論自動駕駛汽車還是非自動駕駛汽車均將主要采用鋁材和碳纖維材料，但事實上鋼材仍將在推進汽車行業革新中發揮至關重要的作用。與同等尺寸的內燃機車輛相比，電動汽車減重帶來的實際效益相對較小。
“傳統內燃機車型的車身和底盤幾乎占車輛總重的一半，因此針對這些部位減重可以給車輛帶來相當可觀的收益，比如大約0.2mpg的燃油經濟性提升?！盚all博士解釋道，“但減重對純電動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?！比欢?，一些一級供應商向《汽車工程》分享，未來，鋁材料在電動汽車領域應用的主要增長點將集中在電池組部分。
Hall博士打趣到，“鋼材料在汽車行業的應用已經超過100年了，所以大家可能都以為我們已經沒什么可以繼續創新的地方了?！笔聦嵣?，這種想法錯得離譜，這點工作在第一線的車身機構工程師是最了解的。鍍鋅螺旋管廠家會一直關注此事！
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