2021年，中國汽車(chē)銷(xiāo)量2652.8余萬(wàn)輛，已連續多年穩居世界第一。乘用車(chē)進(jìn)入家庭，中國市場(chǎng)成為各整車(chē)企業(yè)競技的舞臺，同時(shí)中國自主品牌汽車(chē)異軍突起，日益成為中國汽車(chē)工業(yè)的主力軍。

　　汽車(chē)多用高強鋼，萬(wàn)千零件來(lái)組裝。據中信金屬公司主管汽車(chē)新材料研發(fā)的路洪洲博士介紹：汽車(chē)通常是由車(chē)身、發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)和電氣設備4大部分組成，其中車(chē)身、發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)強烈依賴(lài)于金屬材料和制造工藝的發(fā)展。

　　回顧中國汽車(chē)輕量化發(fā)展的歷程，前些年，自主品牌的乘用車(chē)車(chē)身高強度鋼平均用量不足30%，很多自主品牌的乘用車(chē)車(chē)身高強度鋼用量甚至少于10%，與國際先進(jìn)水平存在巨大差距。經(jīng)過(guò)汽車(chē)上下游行業(yè)單位和中信金屬等的協(xié)同合作及多年耕耘，2021年中國自主品牌轎車(chē)先進(jìn)高強度鋼應用已達到60%以上，達到國際先進(jìn)水平。

　　目前 ，汽車(chē)輕量化已上升到國家戰略層面，不僅《中國制造2025》將輕量化列為節能與新能源汽車(chē)發(fā)展的核心技術(shù)，在工信部、國家發(fā)改委、科技部等國家部委相繼發(fā)布的專(zhuān)項方案中，也多次對輕量化技術(shù)的發(fā)展提出了具體要求。

　　“綠水青山就是金山銀山”，在汽車(chē)節能的諸多途徑中，輕量化歷來(lái)被認為是最為有效的、共性的實(shí)現方式之一。行業(yè)研究表明，汽車(chē)每減重10%，燃油節約6%-8%。乘用車(chē)整備質(zhì)量減少100kg，百公里油耗可降低0.3L-0.6L。高強度鋼的開(kāi)發(fā)和應用是汽車(chē)輕量化的重要途徑。 

　　2010年中國鈮微合金化汽車(chē)鋼板的產(chǎn)量不足500萬(wàn)噸，到2021年，鈮微合金化汽車(chē)鋼板的產(chǎn)量近2000萬(wàn)噸以上，約占整體汽車(chē)用鋼的40%，極大地支撐了中國汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展以及汽車(chē)工業(yè)節能減排的進(jìn)程。

　　02  點(diǎn)鈮成金提升鋼材性能品質(zhì) 見(jiàn)微知著(zhù)確保汽車(chē)綠色安全

　　中信金屬與國內產(chǎn)學(xué)研用的產(chǎn)業(yè)鏈各方圍繞汽車(chē)鋼開(kāi)發(fā)和應用的國內外差距，設立了50余項產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)合作項目，先后與上下游開(kāi)發(fā)了輕量化車(chē)架及材料、輕量化車(chē)輪及材料、輕量化懸架及材料、輕量化車(chē)身構件及材料、輕量化半掛車(chē)及上裝和材料、高性能齒輪及材料等一系列高性能輕量化汽車(chē)總成、零件的成套解決方案。

　　從乘用車(chē)用高強鋼的研發(fā)和使用情況來(lái)看，路洪洲認為，近年來(lái)國內熱沖壓成形鋼零件用量猛增，鈮微合金化材質(zhì)性能提升。在過(guò)去的十幾年間，中國乘用車(chē)開(kāi)始批量應用熱沖壓成形鋼零件，其年產(chǎn)能超過(guò)10000萬(wàn)件。但熱成形零部件存在韌性不足和氫脆延遲斷裂問(wèn)題。為解決新的熱沖壓成形汽車(chē)零件的彎曲性能不足，進(jìn)而導致高速碰撞時(shí)構件提前碰撞斷裂傷害駕乘人員的問(wèn)題，奔馳和寶馬要求熱成形鋼的彎曲角度必須超過(guò)60度和65度（在熱沖壓成形零件上取樣進(jìn)行彎曲測試）才能夠被采購和使用。國內上下游合作，創(chuàng )新性地提出了采用鈮微合金化開(kāi)發(fā)高彎曲性能、抗氫致延遲斷裂的熱沖壓成形鋼；國內鋼廠(chǎng)與汽車(chē)企業(yè)合作，通過(guò)復合微合金改善熱成形鋼的淬透性，擴大工藝窗口，提高冷彎性能和抗氫脆延遲斷裂性能，所開(kāi)發(fā)鋼種的極限尖冷彎性能以及抗氫脆性能比常規的熱成形鋼22MnB5提高了10%以上，新材料在多個(gè)整車(chē)企業(yè)和多個(gè)車(chē)型上應用，保證了汽車(chē)的被動(dòng)安全性能，相關(guān)創(chuàng )新成果獲得了汽車(chē)工業(yè)科技進(jìn)步獎一等獎。2021年含鈮熱成形鋼年產(chǎn)量近10萬(wàn)噸。

不同車(chē)型圖

　　研究應用問(wèn)題背后的科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)氫脆機理提出改善氫脆方案。采用冷鏈原子探針層析技術(shù)、氫的同位素氘作為介質(zhì)，系統研究晶界、位錯、碳氮化鈮的氫陷阱作用機制，在頂刊《科學(xué)》主刊發(fā)表，提出了高強度鋼汽車(chē)鋼氫脆的四個(gè)觸發(fā)條件，并探討了基于HELP、裂紋鈍化和HEDE的新氫脆機制，一系列宏觀(guān)實(shí)驗結果與顯微觀(guān)察相吻合。在此基礎上，進(jìn)一步完善了含鈮熱成形鋼及熱沖壓成形零部件的制造工藝。

　　充分發(fā)揮鈮在雙相鋼中重要作用，顯著(zhù)改善其冷彎及擴孔成形性能。在本世紀初，乘用車(chē)車(chē)身應用的雙相鋼基本上是以DP590為主，隨著(zhù)汽車(chē)輕量化的快速發(fā)展，更高強度級別的雙相鋼如DP780、DP980得到了越來(lái)越多的應用。為提高高強雙相鋼的冷彎及擴孔等成形性能，鈮元素發(fā)揮了重要的作用。鈮在雙相鋼中的作用是通過(guò)細化雙相組織改善材料的成形性。2013年，國內完成了含鈮DP780冷軋鋼板的開(kāi)發(fā)，通過(guò)采用含鈮的低碳成分設計，材料的組織得到了顯著(zhù)改善，冷彎及擴孔等成形性能得到了大幅度提高，為解決零件的剪切邊緣開(kāi)裂奠定材料保障。

　　汽車(chē)輕量化高強HSLA鋼用量大，穩定性隨強度提高難題迎刃而解。高強低合金鋼主要用于A(yíng)柱上部加強件、車(chē)門(mén)檻加長(cháng)件、前部?jì)葌瓤蚣?、內側B柱、后部發(fā)動(dòng)機支架和內部側框架等，在乘用車(chē)白車(chē)身中占有很大的比重，是汽車(chē)白車(chē)身的主要用鋼品種。隨著(zhù)汽車(chē)輕量化發(fā)展，汽車(chē)白車(chē)身采用的冷軋高強低合金鋼強度越來(lái)越高，從屈服強度260MPa級別逐步發(fā)展到今天的800MPa級別，而高強冷軋HSLA鋼板強度穩定性控制則是一個(gè)行業(yè)難題，為此，2015年通過(guò)與國內大型鋼廠(chǎng)合作，通過(guò)軋制及連退工藝優(yōu)化，成功解決了隨著(zhù)材料強度的不斷提高，鋼板強度穩定性變差的難題，卷內性能差異＜20MPa鋼卷比例由72%提高至98%以上，最大性能波動(dòng)由94MPa降低至43MPa，卷內性能穩定性效果提升明顯。

　　用傳統生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)含鈮Q&P鋼，為乘用車(chē)輕量化提供了新選擇。隨著(zhù)乘用車(chē)輕量化發(fā)展的需求，Q&P鋼在國內的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上得以開(kāi)發(fā)成功并得到實(shí)際應用，如何在傳統生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)Q&P鋼，則是一個(gè)重要的課題。2018年中信金屬與馬鋼合作開(kāi)發(fā)了1000MPa基于傳統生產(chǎn)線(xiàn)的含鈮高強度、高延性、低成本第三代先進(jìn)高強度鋼，材料具有和專(zhuān)用產(chǎn)線(xiàn)材料相當的性能，在汽車(chē)廠(chǎng)進(jìn)行了零部件試制，沖壓工藝穩定、零件尺寸精度合格，滿(mǎn)足汽車(chē)廠(chǎng)要求。

　　從開(kāi)裂的問(wèn)題導向出發(fā)，推動(dòng)汽車(chē)材料卡片構建。碰撞開(kāi)裂和成形開(kāi)裂的預防主要基于材料性能、同步分析的精準度和制造工藝的控制，除了采用鈮微合金化以及其他成分優(yōu)化、工藝優(yōu)化提升材料性能外，精準的材料斷裂卡片和材料本構至關(guān)重要，過(guò)去5年間，先后與相關(guān)研究測試機構完成了含鈮和不含的熱成形鋼、雙相鋼等材料卡片開(kāi)發(fā)，并完成了零件的剪切邊開(kāi)裂模擬、零件碰撞模擬，以及零件的成形試制和零件的落錘沖擊測試，構建從材料卡片-成形仿真-零件試制-零件碰撞的閉環(huán)，促進(jìn)了汽車(chē)的正向開(kāi)發(fā)。

　　從性能、成形、成本多維度推動(dòng)汽車(chē)正向選材?；凇败?chē)身環(huán)狀結構”、“新材料卡片”、“成本模型”等開(kāi)發(fā)了汽車(chē)車(chē)身正向選材系統（MISS系統），將車(chē)身材料選擇與碰撞性能、車(chē)身剛度、成形開(kāi)裂、成本控制相關(guān)聯(lián)，從基于經(jīng)驗轉變?yōu)榛谶壿嬇袛?，并免費向全行業(yè)開(kāi)放，為汽車(chē)正向開(kāi)發(fā)和合理選擇提供了新路徑，確保了“合適的材料用在合適的地方”。 

　　從商用車(chē)用高強鋼的研發(fā)和使用情況來(lái)看，路洪洲介紹，國內企業(yè)連續3年連撰兩會(huì )提案,商用車(chē)超載管制和輕量化引起高層重視，開(kāi)展協(xié)同技術(shù)攻關(guān),促節能減排提產(chǎn)品質(zhì)量性能。在商用車(chē)輕量化方面，前些年，商用車(chē)上下游行業(yè)強調多拉快跑，導致超載嚴重。而且，商用車(chē)主要采用510L、330CL、380CL、Q235、Q345等傳統材料，嚴重制約了新材料、新工藝、新設計的應用，造成了自主品牌商用車(chē)與國外商用車(chē)在品質(zhì)和質(zhì)量方面存在著(zhù)巨大的差距。中信金屬連續三年撰寫(xiě)全國兩會(huì )提案，如2016年提交的《關(guān)于改善物流載貨車(chē)輛市場(chǎng)需求和結構調整的提案》、2015年《關(guān)于鼓勵使用輕量化商用汽車(chē)產(chǎn)品以促進(jìn)節能減排、減緩空氣污染的提案》等。此外，中信金屬還聯(lián)合上下游行業(yè)開(kāi)發(fā)了輕量化車(chē)架、車(chē)輪、掛車(chē)等降低了能耗和排放、提高了產(chǎn)品性能和質(zhì)量。經(jīng)過(guò)行業(yè)上下游的協(xié)同和近十年的技術(shù)攻關(guān)，大量的新型零部件、新材料得以應用，商用車(chē)整體減重約15%左右，降低了能耗和排放、提高了產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

　　整車(chē)自重的減低提高了運輸效率、降低了對道路的損傷，使交通運輸更綠色、更環(huán)保。尤其帶動(dòng)了上游原材料行業(yè)和零部件制造行業(yè)的技術(shù)提升，也為新GB1589國家標準和國家限超政策的實(shí)施奠定了基礎。汽車(chē)輕量化帶動(dòng)了汽車(chē)節能減排、被動(dòng)安全等性能的提升，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的競爭力。同時(shí)帶動(dòng)了零部件制造行業(yè)、模具行業(yè)、熱處理爐行業(yè)、成形及連接裝備行業(yè)的技術(shù)提升，推動(dòng)了我國機械制造行業(yè)的整體技術(shù)進(jìn)步。汽車(chē)輕量化有效降低了原材料的使用量，提高了高性能材料的應用，這對我國“供給側結構性改革”有重要的推動(dòng)作用。經(jīng)過(guò)上下游多年的努力，610L、700L、750L、540CL、590CL等鈮微合金化高強度鋼材料被大批量應用。

　　產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合研發(fā)車(chē)輪鋼，榮獲汽車(chē)工業(yè)科技進(jìn)步獎。國內產(chǎn)、學(xué)、研、用各單位密切合作，形成了鋼制車(chē)輪輕量化成套技術(shù)，獲得了2018年度中國汽車(chē)工業(yè)科技進(jìn)步獎。設計制造的22.5×9.00鋼制車(chē)輪，承載4000Kg，在滿(mǎn)足各性能前提下，單只車(chē)輪自重41Kg，已大批量供貨商用車(chē)企業(yè)應用。設計制造用于國內市場(chǎng)的22.5×9.00鋼制車(chē)輪，承載3550Kg，在滿(mǎn)足各性能的前提下，單只車(chē)輪自重約37Kg，已大批量供貨北汽福田、中國重汽。設計制造用于國外市場(chǎng)的22.5×8.25鋼制車(chē)輪，承載3350Kg，自重約31.6Kg，達到國際先進(jìn)水平，已經(jīng)批量出口。外觀(guān)造型美觀(guān)的高通風(fēng)孔鋼制車(chē)輪的開(kāi)發(fā)為乘用車(chē)鋼制車(chē)輪提供了一種新的路徑。近兩年開(kāi)發(fā)了礦用自卸車(chē)專(zhuān)用輕量化車(chē)輪，車(chē)輪重量從60kg以上降至50kg以?xún)?，完成了第一輪路試，將為礦用自卸車(chē)的輕量化和節能減排和成本降低提供新選擇。   

　　車(chē)架用鋼強度顯著(zhù)增長(cháng)，與國外差距正逐漸縮小。隨著(zhù)國內商用車(chē)輕量化發(fā)展需求，車(chē)架用鋼強度有了顯著(zhù)的增長(cháng)，與國外的差距逐漸縮小，在過(guò)去幾年中，車(chē)架用鋼的強度逐步由之前的510L轉為700L或更高強度級別鋼板。2012年國內開(kāi)發(fā)出了高強度、高韌性的車(chē)架用鋼，促進(jìn)了商用車(chē)用材高強化的發(fā)展需求。近年來(lái)，相繼開(kāi)發(fā)了高疲勞性能700L和750L，疲勞強度顯著(zhù)提升，解決了車(chē)架疲勞失效、三面沖缺陷、大梁鋼疲勞強度不足等問(wèn)題，形成了成套解決方案，為商用車(chē)輕量化車(chē)架應用保駕護航。