一、輕量化是汽車發(fā)展趨勢
由于環(huán)保和節(jié)能要求日趨嚴(yán)格，汽車輕量化已成為世界汽車發(fā)展的趨勢。輕量化就是在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整車重量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。研究表明，汽車自重每減少10%，可以降低油耗6%-8%，降低二氧化碳排放13%。通過對汽車結(jié)構(gòu)的改造和制造材料的優(yōu)化，汽車重量還有15%的下降空間，而且隨著汽車制造材料的不斷開發(fā)升級，汽車重量的減輕不會帶來安全隱患。
DuckerWorldwide的一項調(diào)查顯示，到2025年汽車廠家減重目標(biāo)為目前的2倍，即平均重量將減輕400磅(181.4千克)，屆時鋼占汽車平均重量將由目前58%左右下降至46%。
二、鋁合金材料受青睞
輕質(zhì)材料和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑和手段。無論鋁對傳統(tǒng)鋼的替代，還是塑料對金屬的替代，最直接的效果都是減重，減重是提升車輛燃油經(jīng)濟性和降低排放的最簡單和最有效的方式。自90年代奧迪等豪華車開始采用鋁部件，鋁進入了汽車工業(yè)，之后鋁在汽車上的用量開始上升，越來越多的轎車制造商開始在材料選擇上采用鋁來替代傳統(tǒng)的鋼，歐盟和北美等國家已走在前列。
DuckerWorldwide調(diào)查結(jié)果顯示，以鋁代替鋼制造汽車可使汽車整車重量減輕30%-40%，發(fā)動機減重30%，輪轂減重30%。從2006-2012年，歐盟輕型車鋁合金用量平均增加了19.2千克。目前在歐洲和北美開發(fā)的超輕車計劃中，鋁占到53%，約30%的汽車引擎蓋和20%的保險杠均采用鋁金屬，這個比重在未來幾年將會有大幅度的提升，而鋼用量比例則將下降。如去年底在中國首發(fā)的新一代福特野馬中采用了鋁金屬蓋和鋁前擋泥板，重量減90千克，而即將面世的全新F-150將采用全鋁車身打造，車身總重將較現(xiàn)款車型輕317千克，燃油經(jīng)濟性有望提高15%-20%。奧迪R8、A8和捷豹XJ均采用了全鋁合金車身，全新一代路虎攬勝創(chuàng)造性地采用全鋁承載式車身輕量化技術(shù)，較之前一代采用鋼制車身結(jié)構(gòu)的攬勝車身重量降低39%。DuckerWorldwide曾預(yù)測，到2015年歐洲主要國家平均每輛汽車鋁使用量將增長至180千克,鋁材料占整部汽車的重量也將由目前的9%提高到12%，2025年將攀升到近250千克，鋁金屬所占輕型車的車重比將提高到目前的兩倍。
美、歐國家對汽車二氧化碳排放規(guī)定日趨嚴(yán)格更加劇了鋼鋁市場份額爭奪戰(zhàn)，美聯(lián)邦政府燃油經(jīng)濟性法規(guī)規(guī)定在2025年前汽車燃油經(jīng)濟性標(biāo)準(zhǔn)上調(diào)至54.5英里/加侖（約合百公里4.8升油耗），歐盟計劃到2020年實施強制性的汽車尾氣每公里95克二氧化碳的排放標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)前政策是到2015年每公里排放130克），這對汽車設(shè)計者來說是個更大的挑戰(zhàn)，鋼和鋁生產(chǎn)廠家爭相投入研發(fā)滿足汽車廠家需求的具有高效設(shè)計和更輕質(zhì)特點的金屬。此外，新能源汽車將替代傳統(tǒng)以燃油為動力驅(qū)動的汽車，混合動力汽車、燃料電池汽車、鋰電池汽車，奔馳E-CellPlus和奔馳F-Cell電動車以及本田FCXClarity等新型動力系統(tǒng)汽車大多選用鋁作為車身的主要材料。
最新的一項調(diào)查結(jié)果顯示，采用大量鋁合金的所謂全鋁汽車可以獲得40%的減重效果，在與其他輔助性輕量化及優(yōu)化設(shè)計相配合的情況下，能使燃油經(jīng)濟性提升幅度達(dá)18%。
三、鋼與鋁成本比較
鋁合金材料顯然是汽車廠家追逐輕量化的選擇，但從成本上考慮，無論是材料價格、制造及加工方面，鋁顯然比鋼更昂貴，而且維修困難。美國麻省理工學(xué)院2007年的數(shù)據(jù)表明，在原料成本方面，鋁比鋼貴2倍多，加工成本方面，鋁比鋼貴一倍，在裝配上，鋁比鋼貴20%-30%。總的來說，一個鋁部件估計比傳統(tǒng)的鋼部件成本高60%-80%。美鋁公司的汽車結(jié)構(gòu)專家亦稱，一輛小汽車全鋁車身結(jié)構(gòu)平均要1400-4600美元，比鋼車身溢價65%，而一個有效和成功的汽車輕量化項目需是未來用戶可持續(xù)負(fù)擔(dān)得起的，顯然成本增60%-80%不是一個成功的汽車輕量化方案。
作為汽車生產(chǎn)伊始的主要材料，鋼在不斷改進以適應(yīng)各種設(shè)計變化的挑戰(zhàn)，尤其高強度鋼的開發(fā)成功，最好地解決了輕量化與安全、成本之間的矛盾。與其它輕金屬和復(fù)合材料相比，高強鋼具有優(yōu)異的性價比，而且可以利用現(xiàn)有的汽車生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)約投資，不失為一種理想的輕量化材料。因此，從性能和成本兩個方面來看，鋼在汽車市場的主導(dǎo)地位不會動搖。
四、高強鋼迎戰(zhàn)鋁
鋁合金用量的增加讓鋼生產(chǎn)廠家感到壓力，長期以來世界各大鋼廠加大投入，與汽車制造商密切合作，研制和發(fā)展輕質(zhì)、高強度的汽車鋼板，過去10多年中先進高強鋼（AHSS）已成為汽車材料中增長最快的。
1995年，由美國鋼鐵協(xié)會、國際鋼鐵協(xié)會、汽車生產(chǎn)商和一些鋼鐵公司聯(lián)合提出“超輕鋼車身”的概念，采用這種高強度鋼材所制造的車身實現(xiàn)了更薄和更輕的結(jié)構(gòu)，使車身重量減輕達(dá)25%，同時也降低了制造成本，為高強鋼在與鋁和鋁合金等非鋼材料的競爭中提供了良好的解決方案。目前在歐洲“超輕型汽車工程”制造商的汽車設(shè)計方案中，高強度鋼的使用率超過80%。按照鋼鐵工業(yè)的計算，近年來鋼在汽車上的用量實際上呈上升態(tài)勢。
1．超輕鋼汽車車身項目——ULSAB
1994年，國際鋼鐵協(xié)會首先開展了超輕鋼汽車車身項目（ULSAB），來自5大洲18個國家的35家鋼鐵企業(yè)參加了該項目。該項目歷時4年，主要目標(biāo)是減小車身質(zhì)量、提高結(jié)構(gòu)強度、提高安全性、簡化制造工藝及降低生產(chǎn)成本。通過以車身輕量化為目標(biāo)，車身至少減重25%以上，將給汽車制造業(yè)帶來革命性的改變。研究證實，ULSAB重量可減輕25%，且不增加任何成本。最近幾年，歐美汽車公司在開發(fā)新款汽車時都部分或全部采用了ULSAB項目技術(shù)，高強度鋼大量使用在汽車車身、底盤、懸架和轉(zhuǎn)向的零部件上。
2．超輕鋼汽車懸架項目——ULSAS
與ULSAB相關(guān)的項目還有ULSAC和ULSAS，ULSAC是將高強度鋼應(yīng)用在汽車車身覆蓋件上，而ULSAS是采用高強度和超高強度材料以及一些先進的制造技術(shù)來生產(chǎn)輕量、廉價和性能良好的懸架系統(tǒng)，目標(biāo)是通過采用新的鋼材及設(shè)計，將懸架重量減少20%，美國鋼鐵公司、浦項鋼鐵公司、新日鐵公司、蒂森克虜伯等大鋼廠參加了該項目。美國鋼鐵協(xié)會鋼市場發(fā)展研究所最新透露，采用先進高強鋼的新型設(shè)計可使汽車扭梁后懸架重量降30%，與其它可替代材料相比，成本大大降低，燃油更經(jīng)濟。ULSAS項目是利用先進的鋼生產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)汽車懸架減重的一個很好例子。
3．超輕汽車車身-先進汽車技術(shù)項目——ULSAB-AVC
1998年3月，國際鋼協(xié)開始在全球?qū)嵤┏p汽車車身-先進汽車技術(shù)項目（ULSAB-AVC）。該項目是從整體上研究開發(fā)新一代鋼鐵材料汽車結(jié)構(gòu)（車身、覆蓋件、懸架系統(tǒng)、發(fā)動機支架及所有與結(jié)構(gòu)、安全相關(guān)的部件），并通過使用超輕鋼和先進的汽車技術(shù)，支持鋼是未來新一代汽車最理想化的和最付擔(dān)得起的材料。在該項目中，AHSS的應(yīng)用占到約80%，且20%以上的部件采用了液壓成形技術(shù)，研究證實，ULSAB—AVCAHSS設(shè)計輕25%，同時又能滿足碰撞性要求而不增加成本。
4．未來鋼制汽車項目——FSV
為與其他材料競爭，保持鋼在汽車材料中所占份額，世界汽車用鋼聯(lián)盟啟動了未來鋼制汽車項目（FSV）。FSV的3年計劃為：2008年-2009年7月為工程研究，2009年8月-2010年為概念車設(shè)計，2010-2011年對硬件進行論證。FSV項目為4款如電池電動車（BEV）、混合動力車、插電式混合動力電動車（PHEV）和燃料電池電動車（FCEV）設(shè)計了先進高強鋼車身結(jié)構(gòu)，采用逾20多種先進AHSS鋼，預(yù)計2015-2020年這些先進材料有望實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，鋼的靈活、高強及成型性能最好地適應(yīng)了部件形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程，另外還采用了激光拼焊板和拼焊管、液壓成形等先進的加工技術(shù)。顯然，FSV概念車是高效和輕質(zhì)的，一款FSV電池電動車重188千克，比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車車身重量輕逾35%，進一步縮小了與鋁和鎂合金的減重差距。此外，還能降低排放近70%，很好地滿足電池電動車制造廠家以及2020年的嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)，同時也能滿足碰撞測試和耐久性的需求，且未因減重而增加成本。
鋼和鋁有著各自的特點，汽車選用鋼還是鋁，最終要看減重及成本效果。伴隨著低碳經(jīng)濟時代的到來，汽車輕量化越來越成為人們關(guān)注的熱點，鋼和鋁等傳統(tǒng)材料及工藝亦面對新的環(huán)境友好型輕質(zhì)高強碳纖維、塑料等復(fù)合材料的挑戰(zhàn)。今年1月13日在美國底特律舉辦的北美國際汽車展上，通用汽車公司和寶馬汽車公司參展的車輛使用了更先進的碳纖維復(fù)合材料，德國汽車制造商們正在加大對碳纖維材料的投資。為保持鋼、鋁金屬在汽車中的地位，鋼鐵生產(chǎn)廠家、鋁金屬生產(chǎn)廠家必須攜手面對，與汽車制造廠家三方密切合作，共同開發(fā)車身鋁合金結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵零部件的焊接技術(shù)以及車身鋼與鋁的連接技術(shù)等，迎接高碳纖維及塑料等材料的挑戰(zhàn)。
中國作為世界上最大的汽車生產(chǎn)基地和市場，汽車輕量化的未來市場潛力巨大，盡管目前我國汽車鋁合金的使用比例較低。2020年為實現(xiàn)汽車平均燃料消耗由目前百公里7.5升到百公里5升的目標(biāo)，我國需加快推動汽車向小型化、輕量化發(fā)展，一些汽車及零部件制造商已把目光投向了汽車零部件輕量化的研發(fā)中。在這場結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)保治理的大潮中，我國鋼鐵廠家要積極行動起來，利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的大好時機，與汽車廠家合作研發(fā)更先進的鋼產(chǎn)品，保持鋼在汽車材料的主要地位。
