关键材料在汽车领域的应用
1.1 高强度钢
高强度钢的应用有助于减轻汽车重量，是汽车工业实现碳减排和碳中和的重要途径。 国外冷弯高强钢已应用到世界各地。 其中780级主要为冲压DP、CP型； 该牌号主要是轧制马氏体钢。 国内冷弯高强钢生产集中在宝钢、首钢、鞍钢等大型钢铁企业。 宝钢可生产780级冷弯高强钢，产品种类包括DP、Q&P、MS等，其全球首创产品Q&P 980-1180已在通用汽车实现量产。 首钢冷弯高强钢主要为DP、CP、DH，为最高强度等级。 此外，首钢还积极开发成形性能更好的980级TBF/CH钢等高成形性超高强钢产品。 热弯型钢方面，目前具有国外最高强度水平并实现批量生产和应用，产品系列处于行业前列。 实现了铝硅热成型产品、直接热成型纯锌产品、无涂层产品的批量应用。 国内热弯型钢起步较晚，但研发和应用发展迅速。 纯锌热成型钢产品的生产和应用与国际先进水平相比还存在差距。 宝钢、本钢、首钢已实现了等级热弯型钢的生产和应用。 首钢级热弯型钢已批量为宝马、一汽等用户使用，1800级热弯型钢也已批量供货。 河钢、唐钢热弯型钢交付一汽试制四门防撞梁。
1.2 铝合金板材/型材
汽车用铝合金板材初步实现一代产业化、一代预研。 外壳件采用6016、6014板材，内覆盖件、结构件采用5182、5754板材，实现工业化生产、小批量供货； 外壳件用高成形5xxx系列板材和高强度6xxx系列板材研发成功，并在吉利TX5、清远小尊等样车上试制成功。 中铝瑞闽新生产线完成调试，使6014、5182板材成功应用于北汽新能源车型，并在示范线平台上进行评估。
汽车用铝合金型材的研究和应用取得了良好进展。 已实现中高强度6016型材的开发和示范应用，6063、6082型材已在吉利商用车上批量应用。 我们建立了铝型材质量标准和型材断面轻量化设计方法，并在西南铝、华嘉日、金桥3家铝材企业得到应用，保证了材料的合格供应和典型零件结构的减重。 此外，还新开发了300-、350-等中高强度型材，以满足不同的市场需求。
1.3 碳纤维复合材料
碳纤维在国内汽车量产中的应用起步较晚，多用于研发或改装车。 随着2018年全碳纤维车身的自主品牌前途K50跑车的问世，国内无碳纤维量产汽车零部件的应用困境被打破。 其发动机罩、翼子板、车门、后侧围板等外覆盖件均采用碳纤维复合材料制成。 2019年，沃尔沃全碳纤维车身 1上市，拓展了碳纤维复合材料在汽车上的应用。 该车所有碳纤维零部件均为国产。
在国外，宝马i系和7系、奥迪A8等是碳纤维在汽车上应用的典型代表。 此外，丰田、大众、奔驰、现代等多家汽车制造商也在开发用于汽车轻量化的CFRP，并将其应用于车身部件、车轮、座椅、氢气瓶、前舱盖、底盘结构件、传动轴等成分。 。
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汽车领域关键材料发展趋势及政策
2.1 汽车领域关键材料发展趋势概述
国际先进车企正朝着多材料集成汽车的应用迈进。 汽车用钢比例呈现先下降后上升并趋于稳定的趋势（图1），主要得益于铝合金和碳纤维复合材料应用比例的增加。 ，有着更严格的成本控制和制造要求，因此逐渐转向钢材的应用，并通过提高高强钢的强度水平来实现成本和重量之间的精益平衡，最终形成与铝/铝一体化使用的趋势复合材料。 国内车企大多处于从先进高强钢应用向钢铝混合应用过渡的阶段，复合材料和镁合金的应用也比较单一。 近年来，随着国产汽车不断冲击高端汽车市场，铝/镁/复合材料的应用比例也在不断上升。
2.2 高强钢发展趋势
我国“十三五”重点专项明确提出加快高性能超高强汽车用钢的研发和应用，要求冷弯高强钢在高强度的同时进一步提高其成形性能。加强了。 QP、DH、TBF、CH等钢种已成为典型的发展趋势。 在国际市场上，美国不断推动“更强、更轻”的先进高强钢的开发，其中1200级Q&P钢就是典型代表。 日本以新日铁、JFE、神户制钢所为首，正在积极开发兼具抗拉强度和20%高延伸率的超高强度钢板。 在德国汽车工业协会的倡议下，欧洲正在大力开发高延伸率DH钢。 在热成型方面，要求更高的强度和耐腐蚀性，从现有的热成型裸板到铝硅涂层钢板。 总体来说，未来冷弯高强钢板将向高强度、高塑性方向发展； 热成型钢板将向更高强度、高塑性和高耐腐蚀、抗氧化涂层板方向发展。
2.3、铝合金板/型材发展趋势
汽车用铝合金板材将向系列化和低成本两个方向发展。 系列化是满足汽车铝合金覆盖件需求的必然趋势。 其目的是满足不同汽车零部件的高成型、高强度、高包边、高表面质量、高吸能、易回收等个性化需求，充分发挥铝合金的特性，减少应用铝板的难度。 低成本是保证汽车用铝合金进一步广泛应用的必要条件。 低成本材料的主要技术途径需要考虑整个生命周期，如材料设计、短流程制备技术、易于回收的汽车零部件结构设计、废铝回收等。 分选和纯化是技术发展的重点。
铝合金型材构件的材料开发、结构设计、应用性能、装配评价等全流程开发是未来的发展趋势。 我国迫切需要建立型材研发、结构设计、应用性能和零部件性能评价的整体链条，联合整车厂、材料开发机构、生产企业、检测部门等，形成坚实的基础面向未来高端制造。
2.4 碳纤维复合材料发展趋势
在国外，碳纤维在汽车上的应用由来已久。 但随着汽车轻量化的需求日益迫切，以及碳纤维价格逐渐下降，碳纤维复合材料产业链日趋完善，碳纤维在汽车上的应用也发生了变化。 从应用车型来看，早期主要应用于赛车和超级跑车，现在逐渐扩展到中高端乘用车； 从应用部件来看，早期主要应用于覆盖件和装饰件，以凸显车型的运动基因，现在逐渐扩展到车身整体、结构件和子结构件。扩大，充分发挥碳纤维复合材料优异的力学性能。 从生产方式来看，得益于工业技术的发展，发生了巨大的变化。 从原来的小批量手工流程，发展成为面向汽车生产节奏的大批量自动化生产流程。
国内碳纤维复合材料在汽车上的应用与国外相比还有一定差距。 国内批量申请相对较少。 小批量应用的部件主要集中在外壳件上，复合材料的性能尚未得到充分发挥。 优势。 其中，制约其大规模应用的主要因素仍然是成本。
汽车领域材料应用问题
随着汽车材料技术进步放缓、品牌竞争加剧，国内钢铁、铝合金、工程塑料等材料的技术差距已大幅缩小，成本和服务优势逐渐凸显。 仅少数铝板、碳纤维复合材料等有应用级差距。 ，导致企业注重设备和规模，忽视敏感捕捉市场需求，造成同质化技术和工艺的过度投资。 此外，还过度追求产品标杆，缺乏集成设计与应用的系统思维、人才培养和基础创新。 以及其他问题。
3.1 汽车用高强度钢
目前钢材型材分类，高强钢在汽车领域的应用主要存在以下技术问题：超高强钢的冲压开裂和回弹、液态金属引起的脆化、氢气引起的延迟开裂等。 超高强度钢在成形过程中延伸率低、塑性变形范围窄、变形抗力高。 容易出现冲压裂纹、回弹大、尺寸精度差，严重影响后续连接装配。 焊接过程中，高强度涂层钢板表面的锌或锌金属间化合物在电极部位熔化并沿晶界流入基体。 焊后冷却过程中，容易产生晶间微裂纹，其危害是零件瞬间断裂失效。 目前，几乎所有冷弯和热弯高强钢都面临着氢致延迟开裂的问题，且开裂敏感性随着强度水平的提高而不断增加。 国内钢铁研究总院、中国汽车工程研究院、宝钢、首钢等均开展了汽车用高强钢氢致延迟开裂机理的研究。 研究方法包括电化学充氢、慢应变速率拉伸、TDS测氢和恒载荷实验等，但起步较晚，尚处于数据积累阶段。
3.2 铝合金板材/型材
在汽车用铝合金板材领域，我国仍处于追赶阶段。 具体差距为：1）板材批次稳定性差钢材型材分类，如屈服强度波动难以控制在±5MPa以内，板材冬夏性能不一致，缺乏全流程流程-组织-绩效积累； 2）产品品类比较单一。 6022、6111、5023、6056等高强度、高成型合金尚未掌握准确的成分和工艺； 易回收汽车铝材、通用内外饰板等新型铝合金及相关产业化技术研究尚未开展。 开始; 缺乏适合温冲压、热成型、易焊接的个性化材料的研究； 3）精细化成本控制刚刚起步，板材回收利用尚未开展，液态金属直接铸轧、无中间退火等短流程工艺的发展刚刚起步。 ; 4）废铝回收材料基本用于发动机、壳体、轮毂等。 大部分都是降级再利用，难以同级回收。
3.3 汽车用碳纤维复合材料
国内碳纤维复合材料在汽车上的应用与国外相比还有一定差距。 批量申请相对较少。 小批量使用的部件主要集中在外壳件上，复合材料的性能优势没有得到真正的发挥。 此外，碳纤维复合材料的研发和应用还存在以下问题：1）缺乏复合材料在汽车上应用的规范和指南； 2）成型效率低； 3）汽车制造工艺的适用性有待提高； 4）面临有效的材料回收问题。 （张瑞欣）
《世界金属导报》
2023年第13期 B06
