【汽车与环境】河钢熊自柳:汽车用材向多材料混合方向发展,钢仍然是主要用材

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9月20-21日,由中国人才學會汽车人才专业委员会指导,国家特聘专家汽车组及盖世汽车主办的"2019(第七届)汽车与环境创新论坛"隆重举办,论坛以3个 主论坛加3个平行论坛的形式,携百名行业权威嘉宾,同去探讨中国汽车产业在转型升级的新形势和新常态下,整车厂与零部件企业协同创新、升级做强、同去应对严峻市场和产业变革挑战之发展路径。以下为河钢集团钢研总院首席工程师熊自柳演讲内容实录:

河钢集团钢研总院首席工程师熊自柳

村里人 好,首先感谢一下盖世汽车组织原来一次全产业链技术专家的讨论。河钢主统统钢材提供商,村里人 关注的是材料和材料应用技术,今天我的主题主统统河钢集团汽车用钢产品以及轻量化应用技术。

我今天的报告主统统分为3个每种,首先第3个 每种,河钢集团汽车用钢的概述,河钢集团成立于5008年,整个总部是在石家庄,有20余家子公司,控股的公司有70余家,钢铁主业是唐、邯、宣、舞、矿业等等,连续11年进入世界5000强,村里人 目前的世界排名是214位。

河钢集团十三五计划里边讲,汽车用钢作为村里人 的战略产品,生产基地也是包括在唐山、邯郸、宣化、承德、石家庄3个生产基地,主要的生产线一共500多条,包括热轧、冷轧、铝硅涂层的生产产线等等。村里人 的主供的主机厂遍布全球5000多家。

村里人 的产品是取得了非常大的发展,2010年汽车用钢产量500万吨,2018年突破7220万吨,位居国内第二,整个产品构成,包括冷轧热镀锌是500多万吨,热轧是500多万吨,还有特殊钢你这个 块有5000多万吨等。

村里人 建立了全球的产品研发平台,与客户合作研发中心同去开展研发合作实现双赢,研发平台是分十十几个 层次的,首先是集团内部的研发平台,拥有3个 产业技术研究院,包括河钢钢研和机械研究院,处里产品和应用技术共性方面的研究,另外还有三大国家级的技术中心和五大省级的技术研究中心处里的产线的产品和应用技术相关的实际什么的问题,还有8个国家重点实验室,处里的是产品检测和认证方面的或多或少产品性能和技术相关什么的问题;另外从2016年现在开始了,村里人 和客户现在开始了建立客户研发中心,和客户建立了命运同去体的科研合作机构,从产品开发和应用技术研究着手开展EVI合作,目前为止村里人 怎么让和海尔、国能汽车等宣布了3个客户研发中心。

国内的研发平台,村里人 和东北大学,北京科技大学,重庆大学、天津的汽车工程研究院10余所院校和科学院所同去进行产品和工艺技术的研发。村里人 和国外的国际钢协、世界汽车钢联盟,另外还有昆士兰大学、MEFOS等等国外的科研机构同去开展绿色可持续发展共性技术和产品应用技术。我自己是联盟的委员,每年参加两次联盟的会议,里边有或多或少技术内容是来自于同去的研究报告。另外河钢集团去年是钢协轮值主席和今年是国际钢协轮值主席,与MEFOS进行了洁净室钢研发工作,昆士兰大学合作高强钢的成型应用技术,目前国际上是最顶尖的成型技术,里边有做相应的介绍。

冷轧及涂镀产品,从第一代汽车用钢到第三代汽车用钢统统牌号全覆盖,传输强度是最低5000多兆帕到最高5000兆帕的热成型钢,实现了整车造。你这个 是村里人 的汽车用钢市场你这个 块,村里人 汽车板材你这个 块今年完成了德国宝马的认证,现在进行大众和通用和福特的认证,主供的汽车厂是北汽新能源、上汽、长城、海马等10余家主机厂,特殊用钢你这个 块,用户相对来说更高端或多或少,奔驰,宝马、克莱斯勒等等全球5000多个主机厂还有50000多个零配件厂进行供货。

第二每种介绍一下河钢集团汽车轻量化的技术路线,首先简要的回顾一下技术背景,村里人 对汽车的节能和环保怎么让是耳朵里边都听出茧子了,你这个 概念提出还是由美国提出的,上个世纪90年代开发的FSV的车型,怎么让美国汽车能源消耗是最大的,整个汽车里边消耗石油要花费占到500%以上,统统提出FSV的项目,处里汽车石油消耗和尾气排放的什么的问题,很久国际钢协和汽车钢联盟老是研发继续研发你这个 下项目。

关于碳排放还要考虑原材料生产、运输、零件及整车制造、车辆消费阶段,以及车辆报废和回收循环等全生命周期阶段,把碳排放概念延伸到全产业链才是村里人 应该重点关注的什么的问题。目前只考虑消费阶段的燃油消耗和碳排放实际上对于村里人 的汽车的开发来讲怎么让会形成3个 误导。村里人 从全生命周期的碳排放的深度图来看,实际上村里人 现在都认为轻质合金,铝合金,镁合金轻量化的效果非常好,怎么让从村里人 目前的研究观点来看,钢的全生命周期的碳排放比铝、镁合金、碳纤维低的多,村里人 都不都上能参考一下世界汽车钢联盟相关的或多或少实验报告。我要 前一天全生命周期LCA的观点会引入到汽车设计的观念,现在有或多或少主机厂,比如说丰田怎么让用LCA的观点进行设计,用材到底是用钢十十几个 ?铝合金镁合金用十十几个 ?加起来全生命周期碳排放是十十几个 ,会作为车企的卖点,碳排放怎么让完整性有无村里人 话语而已,要动真格,村里人 看2020年中国的制订目标是93克,欧洲是500克。

去年发布了3个 标准全生命周期温室甲烷氯化氯化氢气体体排放的标准,你这个 标准前一天会作为3个 政策规定汽车里边碳排放还要达到十十几个 ,这项政策很有怎么让在不远的将来会实施。

村里人 河钢的轻量化路径,主统统将要花费的材料用在要花费的地方,河钢采取的轻量化你这个 块,材料轻量化你这个 块还是主要采用高强钢,为那些?我里边会有PPT做详尽的介绍。另外工艺轻量化你这个 块还是做拼焊、冷成形、热成型、辊压等等,轻量化有型态轻量化、框架轻量化,边界轻量化村里人 和或多或少合作客户同去开展研究。

村里人 为那些取舍高强钢作为轻量化的主要材料?首先铝合金、镁合金,村里人 把500多辆车型平均车门的重量做了3个 对比,村里人 看一下铝合金相对于钢人太好有3个 轻量化的效果,要花费无需都上能减重5.73克,你这个 是型态设计。村里人 设计成车门,怎么让车门不光是型态,里边会有或多或少填充物还有或多或少的零部件,怎么让考虑震动性能钢度还有安全性,怎么让村里人 知道铝的钢度比较低,统统填充的东西会比较多。

做成车门前一天再看轻量化的效果,村里人 看下面十十几个 图,铝对钢来讲轻量化非要0.45千克你这个 是平均的结果,村里人 再看右边,体现的是3个 型态设计的效果,这是好几百车型统计的结果,钢怎么让经过合理的型态设计,你这个 轻量化效果是都不都上能和铝做到相当,也统统说实际上钢要做到轻量化型态设计你这个 块会发挥很好很大的潜力。

另外从成本的深度图来看一下,这是3个 副车架的对比,铝怎么让用高强钢替代,轻量化比率要花费是0.66,轻量化成本增加了49.2元每公斤,怎么让是用先进高强钢轻量化比例是0.83,成本增加54块,你这个 是估算的价格,具体的怎么让会有或多或少误差,怎么让总的请况是钢的轻量化成本比铝合金要低的多的。

第3个 方向,我要 介绍一下河钢的材料轻量化主要的方案,主统统材料开发你这个 块,3个 阶段,第3个 阶段通过提高传输强度减薄做到轻量化,怎么让材料你这个 块性能村里人 都知道传输强度提高会牺牲韧性和延展率和性能,村里人 在用户使用过程当中老是出现统统的什么的问题,村里人 针对老是出现的什么的问题开发满足特定成形工艺的钢种,比如说满足高扩孔性能、抗剪切开裂、满足热成形的钢种等,而高传输强度低合金钢、低屈服双相钢、马氏体钢等等无法满足那些特定成形工艺的要求;随着轻量化要求的不断提高,前面两种提高传输强度的措施仍然非要完整性处里超高强钢应用的什么的问题,在此基础上村里人 开发了第二类、第三类汽车用钢,你这个 传输强度更高,延展率也会非常高,主统统淬火配分钢、TRIP等等,现在都开发出来了。

介绍一下型态轻量化主要的钢种请况,首先是低屈服的双相钢是村里人 用的最多的,排耗主统统两大类,一类是连退3个 是热镀锌,排号包括DP4500、DP5000、DP590、7500DP、9500DP,主要的应用部件是型态件和加强件。

低屈服的钢度相对低或多或少,对安全性的要求比较高的前一天显得就无能为力了,村里人 在此基础上开发了高屈服的双相钢也是用连退和热镀锌,主要的特点是弯曲性能比较好,在两相组织当中变的更加的均匀,两相硬度相差比较小,统统有比较低的弯曲性能,最小弯曲半径比较小,另外抗剪切开裂、翻边扩孔性好,主统统安全性型态件的开发。

村里人 开发的扩孔钢,主统统有热轧、热轧酸洗、冷轧,主统统4500、5500、7500,主要的应用部位是悬架底盘和轮毂。

另外是马氏体钢,村里人 在冷轧产线里边,采用的是国内目前为止最先进的一项高氢连退水淬,喷氢的冷速能达到5000以上的冷速无需都上能实现组织强化的目的,怎么让或多或少的高传输强度双相钢,主统统基于合金强化,3个 是组织强化,村里人 你这个 是单独的通过组织强化,统统说无需都上能做到高传输强度,另外成本相对来说比较低,马氏体钢容易达到50000MPa性能,而HSLA、DP等钢没能实现。马氏体钢系列主要特点是实现高强高钢度高扩孔性能,主统统用在型态件里边。

第三类最主要的是连续退火的QP9500和QP11500,目前9500怎么让有或多或少商业化应用,11500是属于实验室研发的阶段,现在工业上怎么让实验出来了怎么让现在还在寻找客户,主要的特点加工硬化比较好,还有强塑积、高折弯性能、高吸能型态。

热成形钢现在无需都上能做的是HS50000、15000、5000包括裸板和铝硅板,特点是变形抗力低,回弹小、成形精度高,应用部位主统统在型态件和悬挂件。

铝硅热成形钢村里人 知道是安赛乐米塔尔的专利技术,我自己从2012年现在开始了研究铝硅热成形,目前怎么让形成自己的专利技术,我通过加带或多或少合金元素提高抗高温氧化性能,提高高温耐腐蚀性能,你这个 个 专利目前怎么让在国内获得授权,现在在国外申请专利,在欧洲美洲现在怎么让有专利号了,怎么让国外申请专利周期比较长,估计要等一段时间回授权。

村里人 专利有那些特点呢?村里人 看铝硅成形最高的加热温度是8500-900度,铝相里边也会蒸发掉一每种的合金,使得镀层的熔点增加,另外成形性能得到保障,原来话语使得成形性能和高温氧化性达到有机的统一。村里人 知道铝硅涂层是热成形板,非要进行间接热成形,而村里人 的专利技术不仅都不都上能间接成形,还可实现直接成形,统统这是村里人 的优点。

锌铝美产品村里人 有深冲系列,高强IF钢,型态钢、高传输强度低合金、双相钢等等,主要的特点是耐腐蚀性能、切口保护性良好的焊接性能成形性能优于GIGA,在汽车面板使用有降低蜂蜡和涂层的性能,宝钢也老是在推锌铝美产品老是没能推开,村里人 现在也是将它列入在推广锌铝美的产品,今年村里人 怎么让有一定的突破,有两家主机厂现在开始了用村里人 的锌铝美产品。

第3个方面,村里人 建立自己的汽车板的数据库,目前的数据库你这个 块,包括材料数据库和拆解数据库,材料数据库三大每种,3个 是基础性能包括了抗拉延伸率等等,另外是使用性能、服役性能,原来的性能主统统提供给主机厂做正向设计,用于整车概念/工程设计、工艺轻量化模具开发等全流程开发阶段,都不都上能提供给主机厂,也和主机厂同去做研究。逆向解析数据库包括材料解析、工艺解析和3D扫描等,用于车逆向设计。

另外在轻量化应用技术你这个 块有自己专门的用户技术实验室,成型实验室有万能成形试验机、三点弯曲、疲劳试验机等设备;焊接实验室包括激光焊接、点焊、甲烷氯化氯化氢气体体保护焊等设备;涂装设备有磷化、电化学工作站、耐候、盐雾的等等设备。另外模拟仿真你这个 块,对做材料设计你这个 块还是非常的重要,村里人 建立自己的仿真平台,包括唐钢、邯钢,钢研等等,村里人 借用第三方合作平台的模拟仿真技术资源,包括天津国家超算中心,燕山大学,昆士兰大学等等。

应用技术你这个 块,村里人 主要的是开发辊压成形,主统统做材料辊压性能的研究,还有工艺优化和截面优化还有零件成形质量安全性能评估。怎么让辊压做统统的轻量化成形的材料会有或多或少困难,11500到50000兆帕前一天会有或多或少产品缺乏没能保证,像滑轨要求比较高的前一天没能实现精度,怎么让做统统零件的前一天要20道500道的车型反复进行弯曲,使得成形的零件性能难以保证,村里人 和昆士兰大学一块合作开发了链模成形,把你这个 辊子直径都不都上能做到20-500米,原来做成链模的形式,成型变形区域要花费能达到700-5000毫米,使得整个的成型过程变的非常的缓慢,原来就减少了多余应力和多余应变的过程,材料的成形质量和精度也得到了很大的提升。

服役安全评价你这个 块主要检测高速应力应变曲线,研究应变强化和应变传输强度敏感曲线模型,提供给主机厂,做完高速拉伸前一天会检测一下断口的断裂请况和付近的组织,看看你这个 材料高速完前一天,材料有无会趋于稳定非正常失效,影响碰撞时的安全性能,也是佐证一下材料在碰撞的前一天是完整性有无安全?通过仿真验证村里人 的模型是完整性有无达到了侵入性能吸能的要求。

新能源汽车的服务案例,主统统用到的热成形钢和辊压成形和冷冲压成形。第3个服务案例是在新能源客车里边的服务案例,你这个 是早期做的,当时是最现在开始了是普通的新能源客车,当时行驶里程是500公里,现在开始了Q345村里人 用了河钢的材料实现了轻量化的设计。用村里人 的材料7500和9500进行了选材设计,村里人 对型态型态进行优化设计,怎么让进行简单设计最终取舍了内部的型态达到3个 毫米,原来是1.5mm,也是满足他的要求,材料你这个 块也是相应的做了或多或少调整。

焊接你这个 块,也是提供统统的焊接方案,怎么让高强钢的焊丝比较难选,窗口提供给村里人 ,通过监测和性能满足要求。经过模拟仿真还是满足了客车碰撞的要求。

你这个 是座椅轻量化的项目,主统统滑轨减重0.4KG,降重比例达到8.5%。怎么让变薄了前一天成形还是没能成形焊接也没能,村里人 用采用链模和辊压的成形工艺,里边的残余力会非常小,非变形区是无需形成变形无需有质量缺乏,大变形的每种残余力非要屈服传输强度的0.4-0.5倍。

展望一下汽车用钢的发展趋势,汽车用材还是向多材料混合方向发展,汽车用钢仍然是主要的用材,主统统成本和性能,另外是全生命周期碳排放,还有钢质零部件具有比较好的可修复性。汽车用材有两种模式,以钢为主的设计,钢铝混合,以铝为主、碳纤维为主设计,都不都上能看出所有模式中钢完整性有无不可替代的,以铝、碳纤维为主的设计当中也是有15%-500%左右的钢。研发新钢种,AHSS钢应用技术,多材料复合应用技术是汽车用钢方面的发展趋势。

怎么我应该 讲到这里,谢谢村里人 !

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