树脂量化钢铁

车身轻量化材料的技术

车身轻量化材料的技术...

1 概述

防止地球温室效应的C02(燃耗)排放限制日益规范、石油价格高涨带来的汽油价格上涨，使低燃耗轻量化技术开发已成为当前汽车研发的首要课题。另外，随着石油、矿产材料及贵金属等资源价格上涨，原材料价格也随之迅速上升，因此各汽车制造商也需要通过节省各类原材料的使用量，实现汽车轻量化。为进一步加强车辆轻量化进程，各汽车制造商开始重新修订既定的发展政策。钢材约占汽车原材料7成比重，虽然在过去几十年内，树脂、铝/镁等轻量化材料的使用比重不断增大，但钢铁的使用量仍占绝对优势。在汽车各类零部件中，车身外板轻量化最见效，因此各制造商一直试图降低车身外板重量，并自2007年以后开始在车身外板上加大铝板和树脂板的使用量。在铝材料使用方面，宝马(BMW)X5/X6、通用(GM)SUV混合动力车、Lambda平台车(CUV)等以及在美上市的全尺寸等较大型号车型的发动机罩均使用铝材料，其中大部分铝材料是由Novelis(原Alcan)提供。此外，日产采用Alcoa技术，生产GT-R的铝车门，预计今后Alcoa技术也可能广泛应用到其他公司车型上。

在树脂板方面，宝马、悍马(Hummer)、三菱汽车和标致雪铁龙(PSA)等制造商均使用树脂板做挡泥板。例如，Smart自90年代以来一直以树脂板代替钢板，2007年以后，业界开始聚焦代替后面及侧面板玻璃的聚碳酸酯树脂。无论是作为钢材替代品还是作为板玻璃替代品，SABIC Innovative Plastics(2007年被沙特阿拉伯SABIC收购后，公司名称由GEPlastics变更为当前名称)产品均被多家汽车制造商广泛应用。钢板替代品树脂Norvyl GTX在第l代Smart上被应用，而板玻璃替代品Lexan GLX则是由GE Plastics与Bayer的合资公司EXATEC开发的表面涂层技术进行生产，并相继被应用在通用汽车车顶及本田欧洲版Civic的后窗上。此外，SABIC Innovative Plastics还与现代汽车和路虎(Land Rover)合作开发概念车，今后新车也可能采用上述新树脂材料。一直以来，各类车型均通过使用奥迪ASF(全铝空间框架)及捷豹(Jaguar)铝车身方法实现车身轻量化，但上述方法还未推广到量产车型领域。除铝材料外，奥迪在2007年上市的新款TT上还使用了铝和钢铁混合材料车身，此类车身重量比纯钢铁车身轻48%。

随着汽车制造商车身轻量化步伐的日益推进，越来越多的车型开始采用铝和树脂等轻量化材料。但此类材料仅限于高燃耗大型SUV和运动车型上使用。局限性主要是因为随着原材料成本及石油价格上涨，树脂和铝的价格也将随之上升。今后替代材料成本也将增加，降本必将成为轻量化技术发展的关键。在上述情况下，轻量化实现的可能性最大的是国际钢铁协会IISl于2007年12月发布的第三代高强度钢的研发方案。该方案以日本、美国、欧洲、印度、中国及俄罗斯等世界性钢铁生产制造商加盟的WorldAutoSteel为主体，开发汽车钢板技术Future Steel Vehicle。此外，随着丰田在2007年东京车展发布超轻量车l/X，日本国内也掀起了碳纤维强化塑料的研发热潮。不过，日本企业虽然在碳纤维强化塑料的研发技术上占据优势，但却面临着比树脂和铝更大的降本问题。 2 钢铁产业界开发可实现35%轻量化的第三代高强度钢 ·钢铁产业界认识到新钢铁产品技术有利于汽车轻量化，已开始新一代技术研究。 ——美国钢铁产业界团体AISI(AmericanIron and Sreel Institute)认为，在降低燃耗实现轻量化方面，AHSS(Advanced HIigh Strength Steel/高强度钢)至少可减重25%。如果采用目前正在开发的第三代AHSS，则车辆有望减重35%。 ——AISl从制造工程的生命周期考虑，钢铁产生的温室气体排量低于铝、镁、碳纤维强化塑料等其他材料。 ·为开发新技术，国际钢铁协会IlSI(International Iron and Steel Institute)于2007年12月将启动FSV(FutureSteel Vehicle)。 ——FSV作为全球研究开发合作组织，是继ULSAB、ULSAC、ULSAS及ULSAB-AVC后，第5项汽车钢材技术开发项目。该项目由llSI下属汽车部门WorldAutoSteel负责。 ——项目共包括第1(工程调查)、第2(概念设计)、第3(公开作业)三个阶段。第1阶段将由德国EDAGEngineering 和 Design AG合作开展，预计2008年完成。

* ULSAB=Ultra Light Steel Auto BodyC=chassis S=suspention AVC=AdvancedVehicle Concept。 * WorldAutoSteel加盟企业

AreelorMittal、Baoshan(宝山)、Corus-Tata、现代制铁、JFE、神户制钢、新日铁、Nucor、POSC0、Severstal、住友金属工业、ThyssenKruppStahl、USIMINAS、US Steel、voestalpineStahl。 (根据IISI/WorldAutoSteel及AISI公布资料制作) ● 丰田发布碳素纤维车身的1/X(2007年10月) ·丰田于2007年10月在东京汽车展上发布碳素纤维车身的环保概念车1/X ——1/X Prius与Prius拥有相同的车内空间，燃耗约比Prius节省2倍，重量达420kg(约为Prius的1/3)。车架采用轻量且高刚性材料的碳素纤维强化塑料，确保碰撞安全性的同时，立柱之间有较大的视野空间。 (根据丰田公布资料制作) 3 SABIC IP 车身外板用树脂的开发 ·SABIC InnovativePlastics（原GE Plastics，本部：美国马萨诸塞州）宣布与多家汽车制造商合作，开发采用树脂材料车身外板的概念车。 ——Land RoverLRX：Land Rover于2008年1月在NAIAS（北美国际汽车展）上发布两款概念车LRX。全景天窗、侧窗及后窗均采用SABIC IP的Lexan GLX t EXATEC*表面涂层技术。 ——现代QuarmaQ：现代汽车于2007年3月在Geneve车展上发布CUV的高技术版展览车（DEMOCAR）QuarmaQ。该款车广泛采用先进树脂材料，减重60kg。 ——OpelFlextreme/Chevrolet Volt：GM在2007年发布两款概念车。采用Volax IQ、Xenoy iQ、NextGen Lexan GLX。 * EXATEC是原GE Plastics和BayerMaterial Science于1998年对半出资成立的合资公司。开发车用玻璃(树脂替代玻璃)技术和用于PC(聚碳酸酯)的表面涂层技术。到2007年以前，GE Plastics(当时)已成为其全资子公司。 (根据SABICInnovative Plastics公布资料制作)