汽车制造商仍选择钢铁:新合金比以前更便宜,更轻
与铝相比,汽车制造商更倾向于使用高强度钢来替代低碳钢。
在努力满足消费者对使用更坚固钢的更安全车辆的需求之后,制造商正在重新发现新合金的减肥用途。钢铁行业正在开发制造技术,甚至开发出更坚固的合金。
长期以来,铝生产商一直垂涎钢铁在汽车工业中的统治地位。平均每辆汽车包含约1600磅的钢铁和铸铁,以及在制造过程中报废的770磅钢板。相比之下,欧洲汽车中的铝用量从1990年的110磅增加到2005年的290磅。预计到2010年将再增加55磅。
铝约占铁的主要成分铁的一半。它也比钢更耐腐蚀。汽车设计师喜欢这样,但是他们不喜欢铝的较高成本及其制造难度。
高等级
当汽车制造商在1990年代开始使用更多的铝制零件时,钢铁制造商开始转向使用更高等级的钢材来竞争。
到1995年,全球32家钢铁制造商共同开发了超轻钢车身概念。高强度钢可使汽车的结构更薄,更轻。
“工业感受到铝和塑料的威胁,因此必须采取一些措施,”英荷钢铁制造商Corus旗下的Corus汽车应用发言人Nico Langerak说。“由于重量减轻了25%,这一概念成为了钢铁行业的展示柜。”
这些较薄的面板有助于提高高强度钢材的销量,但钢铁制造商也吹捧它是提高被动安全测试分数的一种方式。
“所有汽车制造商都希望获得四星级和五星级的EuroNCAP碰撞测试评级,”帕特里克·皮坎特(Patrick Pichant)在谈到欧洲新车评估计划时说。Pichant是钢铁制造商Arcelor-Mittal Automotive Worldwide的市场分析,研究和预测负责人。
沃尔沃汽车安全中心的工程师Marten Levenstam表示同意。
莱文斯坦说:“改善的钢质使其可以在不牺牲重量的情况下获得更好的安全结构。”“使用低碳钢可以实现更好的压溃区域,而使用高强度钢则可以实现超强安全笼。”
体重观察又回来了
欧盟对减少汽车二氧化碳排放的重新关注使汽车设计者的注意力重新转移到了强度更高的钢合金的轻量化潜力上。
如今,0.70毫米至0.75毫米厚的低碳钢板在高强度钢中的厚度为0.65毫米或更小。新款欧宝赛飞利的引擎盖厚0.60毫米。
PSA / Peugeot-Citroen产品和营销总监Bruno de Guibert表示,减轻重量是新产品的重中之重,但公众对大型汽车的需求使之变得困难。
他说:“在接下来的十年中,我们将很高兴巩固体重。”“只有在2015年之后,我们才能预期重量会大幅下降。”
他说,近年来,新一代机型比其替换的机型重约220磅。
阿塞洛-米塔尔说,仅减轻车辆重量就能将燃油经济性提高约5%。Arcelor-Mittal,Robert Bosch GmbH和咨询公司Arthur D. Little估计,汽车制造商可以通过在高强度钢上额外花费212欧元(约280美元)来实现这一目标。
这比几种动力总成技术节省更多的燃料:可变气门正时,涡轮增压和气缸停用。
减轻重量还可以减轻制动器重量,降低发动机功率。
安赛乐米塔尔说,用钢来减轻汽车重量更便宜。铝生产商对此表示怀疑,但使用了长期争论。
欧洲铝协会发言人斯蒂芬·韦勒说:“就减少二氧化碳的排放而言,如果您关注现代汽车的生命周期和材料的可回收性,铝将是更好的选择。”“这是汽车行业的首选材料。”
很少有汽车制造商采用全铝车身。在欧洲,唯一的全铝车型是奥迪A8和捷豹XJ汽车。宝马使用铝和钢的混合结构,但这是为了平衡前后重量以改善操控性。5系列汽车具有钢制车身和铝制前端。BMW X5 SUV的几个前端铝制部件大部分为钢结构。
设计师的协助,车间的痛苦
通用汽车的工程师估计,这种钢铝结构会使制造成本增加25%。设计必须将钢零件和铝零件分开,以避免电解腐蚀。但通用汽车保留钢铁的另一个原因。
通用汽车欧洲结构开发和仿真经理Lothar Teske说:“我们不能使用铝,因为我们必须在所有地点使用通用工具生产全球架构。”
铝和新型高强度钢为汽车设计师提供了更多选择-并带来了新的复杂性。两者都很难处理。铝的导热非常容易,加热时会膨胀很多,因此需要特殊的夹具和工艺来使车身在焊接过程中保持对齐。两种金属均能抵抗形状的变化-成品车中的资产,冲压厂中的负债。
难以处理
钢铁制造商和汽车制造商正在开发处理硬钢的方法。通常,金属越硬,永久改变其形状所需的力就越大。
在低碳钢上进行普通冲压。但是高强度钢板在冲压后往往会保留一些旧形状-这种特性称为回弹。较硬的合金甚至可以抵抗两次或三次冲压。
但是,并非所有汽车制造商都愿意投资用于加工创新钢种的工具。阿塞洛-米塔尔的皮辛特说:“我们提出了可用的钢材以及如何使用它们。他们决定何时以及如何应用它们。”
钢铁制造商正在销售更多的高强度合金。从1995年的几乎为零开始,车身现在平均平均包含26%的高强度钢和6%以上的高级钢种。
Pichant说:“五年内,我们预计先进的高速钢应用将占汽车重量的6%增至12%”。
“但是按照欧盟每公里130克二氧化碳的立法,它可能会增长更多。”