【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,论坛以一个主论坛加八个平行论坛的形式,携百名行业权威嘉宾,同時 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、同時 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

亲戚让让我们我们好,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。河钢主要是钢材提供商,亲戚让让我们我们关注的是材料和材料应用技术,今天我的主题主要是河钢集团汽车用钢产品以及轻量化应用技术。

我今天的报告主要是分为八个帕累托图,首先第一个帕累托图,河钢集团汽车用钢的概述,河钢集团成立于2008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2000强,亲戚让让我们我们目前的世界排名是214位。

河钢集团十三五计划后边讲,汽车用钢作为亲戚让让我们我们的战略产品,生产基地也是包括在唐山、邯郸、宣化、承德、石家庄八个生产基地,主要的生产线一共200多条,包括热轧、冷轧、铝硅涂层的生产产线等等。亲戚让让我们我们的主供的主机厂遍布全球200多家。

亲戚让让我们我们的产品是取得了非常大的发展,2010年汽车用钢产量200万吨,2018年突破7210万吨,位居国内第二,整个产品构成,包括冷轧热镀锌是200多万吨,热轧是200多万吨,还有特殊钢你这个块有200多万吨等。

亲戚让让我们我们建立了全球的产品研发平台,与客户合作法律方式研发中心同時 开展研发合作法律方式实现双赢,研发平台是分几只层次的,首先是集团内部人员的研发平台,拥俩个产业技术研究院,包括河钢钢研和机械研究院,处置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置的产线的产品和应用技术相关的实际问题图片图片,还有8个国家重点实验室,处置的是产品检测和认证方面的一些产品性能和技术相关问题图片图片;另外从2016年现在结束,亲戚让让我们我们和客户现在结束建立客户研发中心,和客户建立了命运同時 体的科研合作法律方式机构,从产品开发和应用技术研究着手开展EVI合作法律方式,目前为止亲戚让让我们我们将会和海尔、国能汽车等公布 了八个客户研发中心。

国内的研发平台,亲戚让让我们我们和东北大学,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時 进行产品和工艺技术的研发。亲戚让让我们我们和国外的国际钢协、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時 开展绿色可持续发展共性技术和产品应用技术。我另一方是联盟的委员,每年参加两次联盟的会议,后边有一些技术内容是来自于同時 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进行了净化钢研发工作,昆士兰大学合作法律方式高强钢的成型应用技术,目前国际上是最顶尖的成型技术,后边有做相应的介绍。

冷轧及涂镀产品,从第一代汽车用钢到第三代汽车用钢什么都有有牌号全覆盖,下行速率 是最低200多兆帕到最高2000兆帕的热成型钢,实现了整车造。你这个是亲戚让让我们我们的汽车用钢市场你这个块,亲戚让让我们我们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一些,奔驰,宝马、克莱斯勒等等全球200多个主机厂还有2000多个零配件厂进行供货。

第二帕累托图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,亲戚让让我们我们对汽车的节能和环保将会是耳朵后边都听出茧子了,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,将会美国汽车能源消耗是最大的,整个汽车后边消耗石油要花费占到200%以上,什么都有有提出FSV的项目,处置汽车石油消耗和尾气排放的问题图片图片,然后国际钢协和汽车钢联盟时不时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亲戚让让我们我们应该重点关注的问题图片图片。目前只考虑消费阶段的燃油消耗和碳排放实际上对于亲戚让让我们我们的汽车的开发来讲将会会形成一个误导。亲戚让让我们我们从全生命周期的碳排放的深度来看,实际上亲戚让让我们我们现在都认为轻质合金,铝合金,镁合金轻量化的效果非常好,而且从亲戚让让我们我们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,亲戚让让我们我们可以参考一下世界汽车钢联盟相关的一些实验报告。我能 然后全生命周期LCA的观点会引入到汽车设计的观念,现在有一些主机厂,比如说丰田将会用LCA的观点进行设计,用材到底是用钢几只?铝合金镁合金用几只?加起来全生命周期碳排放是几只,会作为车企的卖点,碳排放将会有的是亲戚让让我们我们句子而已,要动真格,亲戚让让我们我们看2020年中国的制订目标是93克,欧洲是200克。

去年发布了一个标准全生命周期温室乙炔甲烷气体体排放的标准,你这个标准以有的是作为一个政策规定汽车后边碳排放还要达到几只,这项政策很有将会在不远的将来会实施。

亲戚让让我们我们河钢的轻量化路径,主要是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,为哪几只?我后边会有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,轻量化有内部人员轻量化、框架轻量化,边界轻量化亲戚让让我们我们和一些合作法律方式客户同時 开展研究。

亲戚让让我们我们为哪几只选者高强钢作为轻量化的主要材料?首先铝合金、镁合金,亲戚让让我们我们把200多辆车型平均车门的重量做了一个对比,亲戚让让我们我们看一下铝合金相对于钢人太好俩个轻量化的效果,要花费也能减重5.73克,你这个是内部人员设计。亲戚让让我们我们设计成车门,将会车门不光是内部人员,后边会有一些填充物还有一些的零部件,将会考虑震动性能钢度还有安全性,将会亲戚让让我们我们知道铝的钢度比较低,什么都有有填充的东西会比较多。

做成车门然后再看轻量化的效果,亲戚让让我们我们看下面几只图,铝对钢来讲轻量化没有0.45千克你这个是平均的结果,亲戚让让我们我们再看右边,体现的是一个内部人员设计的效果,这是好几百车型统计的结果,钢将会经过合理的内部人员设计,你这个轻量化效果是可以和铝做到相当,也要是说实际上钢要做到轻量化内部人员设计你这个块会发挥很好很大的潜力。

另外从成本的深度来看一下,这是一个副车架的对比,铝将会用高强钢替代,轻量化比率共我希望0.66,轻量化成本增加了49.2元每公斤,将会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,具体的将会会有一些误差,而且总的状态是钢的轻量化成本比铝合金要低的多的。

第一个方向,我能 介绍一下河钢的材料轻量化主要的方案,主要是材料开发你这个块,一个阶段,第一个阶段通过提高下行速率 减薄做到轻量化,将会材料你这个块性能亲戚让让我们我们都知道下行速率 提高会牺牲韧性和延展率和性能,亲戚让让我们我们在用户使用过程当中冒出 什么都有有的问题图片图片,亲戚让让我们我们针对冒出 的问题图片图片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,而高下行速率 低合金钢、低屈服双相钢、马氏体钢等等无法满足哪几只特定成形工艺的要求;随着轻量化要求的不断提高,前面并有的是提高下行速率 的法律方式仍然没有完整版处置超高强钢应用的问题图片图片,在此基础上亲戚让让我们我们开发了第二类、第三类汽车用钢,你这个下行速率 更高,延展率也会非常高,主要是淬火配分钢、TRIP等等,现在都开发出来了。

介绍一下内部人员轻量化主要的钢种状态,首先是低屈服的双相钢是亲戚让让我们我们用的最多的,排耗主要是两大类,一类是连退一个是热镀锌,排号包括DP4200、DP2000、DP590、7200DP、9200DP,主要的应用部件是内部人员件和加强件。

低屈服的钢度相对低一些,对安全性的要求比较高的然后显得就无能为力了,亲戚让让我们我们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,什么都有有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,主要是安全性内部人员件的开发。

亲戚让让我们我们开发的扩孔钢,主要是有热轧、热轧酸洗、冷轧,主要是4200、5200、7200,主要的应用部位是悬架底盘和轮毂。

另外是马氏体钢,亲戚让让我们我们在冷轧产线后边,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200以上的冷速也能实现组织强化的目的,将会一些的高下行速率 双相钢,主要是基于合金强化,一个是组织强化,亲戚让让我们我们你这个是单独的通过组织强化,什么都有有说也能做到高下行速率 ,另外成本相对来说比较低,马氏体钢容易达到2000MPa性能,而HSLA、DP等钢真难实现。马氏体钢系列主要特点是实现高强高钢度高扩孔性能,主要是用在内部人员件后边。

第三类最主要的是连续退火的QP9200和QP11200,目前9200将会有一些商业化应用,11200是属于实验室研发的阶段,现在工业上将会实验出来了而且现在还在寻找客户,主要的特点加工硬化比较好,还有强塑积、高折弯性能、高吸能内部人员。

热成形钢现在也能做的是HS2000、12000、2000包括裸板和铝硅板,特点是变形抗力低,回弹小、成形精度高,应用部位主要是在内部人员件和悬挂件。

铝硅热成形钢亲戚让让我们我们知道是安赛乐米塔尔的专利技术,我另一方从2012年现在结束研究铝硅热成形,目前将会形成另一方的专利技术,我通过加进去去一些合金元素提高抗高温氧化性能,提高高温耐腐蚀性能,你这个个专利目前将会在国内获得授权,现在在国外申请专利,在欧洲美洲现在将会有专利号了,将会国外申请专利周期比较长,估计要等一段时间回授权。

亲戚让让我们我们专利有哪几只特点呢?亲戚让让我们我们看铝硅成形最高的加热温度是8200-900度,铝相后边也会挥发掉一帕累托图的合金,使得镀层的熔点增加,另外成形性能得到保障,原来句子使得成形性能和高温氧化性达到有机的统一。亲戚让让我们我们知道铝硅涂层是热成形板,没有进行间接热成形,而亲戚让让我们我们的专利技术不仅可以间接成形,还可实现直接成形,什么都有有这是亲戚让让我们我们的优点。

锌铝美产品亲戚让让我们我们有深冲系列,高强IF钢,内部人员钢、高下行速率 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,宝钢也时不时在推锌铝美产品时不时没有推开,亲戚让让我们我们现在也是将它列入在推广锌铝美的产品,今年亲戚让让我们我们将会有一定的突破,有两家主机厂现在结束用亲戚让让我们我们的锌铝美产品。

第八个方面,亲戚让让我们我们建立另一方的汽车板的数据库,目前的数据库你这个块,包括材料数据库和拆解数据库,材料数据库三大帕累托图,一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,原来的性能主要是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,可以提供给主机厂,也和主机厂同時 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另一方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、乙炔甲烷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,亲戚让让我们我们建立另一方的仿真平台,包括唐钢、邯钢,钢研等等,亲戚让让我们我们借用第三方合作法律方式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,亲戚让让我们我们主要的是开发辊压成形,主要是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。将会辊压做什么都有有的轻量化成形的材料会有一些困难,11200到2000兆帕以有的是有一些产品不够真难保证,像滑轨要求比较高的然后真难实现精度,将会做什么都有有零件的然后要20道200道的车型反复进行弯曲,使得成形的零件性能难以保证,亲戚让让我们我们和昆士兰大学一块合作法律方式开发了链模成形,把你这个辊子直径可以做到20-200米,原来做成链模的形式,成型变形区域共也能达到700-2000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下行速率 敏感曲线模型,提供给主机厂,做完高速拉伸以有的是检测一下断口的断裂状态和随近的组织,看看你这个材料高速完然后,材料是是否会处于非正常失效,影响碰撞时的安全性能,也是佐证一下材料在碰撞的然后是有的是安全?通过仿真验证亲戚让让我们我们的模型是有的是达到了侵入性能吸能的要求。

新能源汽车的服务案例,主要是用到的热成形钢和辊压成形和冷冲压成形。第八个服务案例是在新能源客车后边的服务案例,你这个是早期做的,当时是最现在结束是普通的新能源客车,当时行驶里程是200公里,现在结束Q345亲戚让让我们我们用了河钢的材料实现了轻量化的设计。用亲戚让让我们我们的材料7200和9200进行了选材设计,亲戚让让我们我们对内部人员内部人员进行优化设计,而且进行简单设计最终选者了内部人员的内部人员达到一个毫米,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一些调整。

焊接你这个块,也是提供什么都有有的焊接方案,将会高强钢的焊丝比较难选,窗口提供给亲戚让让我们我们,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,主要是滑轨减重0.4KG,降重比例达到8.5%。将会变薄了然后成形还是真难成形焊接也真难,亲戚让让我们我们用采用链模和辊压的成形工艺,后边的残余力会非常小,非变形区是不不形成变形不不有质量不够,大变形的帕累托图残余力没有屈服下行速率 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,主要是成本和性能,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。汽车用材有并有的是模式,以钢为主的设计,钢铝混合,以铝为主、碳纤维为主设计,可以看出所有模式中钢有的是不可替代的,以铝、碳纤维为主的设计当中也是有15%-200%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。

我能 讲到这里,谢谢亲戚让让我们我们!

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