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钼对汽车用钢轻量化的贡献

发布日期:2017-08-23 05:10    作者:匿名    来源:中国有色金属报
         钼(Mo)元素在汽车用钢的轻量化方面是非常有效的,同时也有助于提高强度,降低生产成本。

  目前交通运输行业的温室气体排放在全球排放总量的比重占到了约14%。在欧洲,仅道路运输行业的排放占比就高达20%,而汽车的排放就占到了12%。汽车 制造厂商必须严格遵守政府制定的、日益严格的排放法规。欧洲现行法律规定,所有新车每公里的二氧化碳排放量不得超过130g的均值水平。在2021年之 前,汽车厂商新车的二氧化碳平均排放量必须低于95g,这与2015年123.4g的标准相比,显著减少。

  为了降低燃耗和排放,减轻车身重量是最有效的途径之一。车身重量每减轻100kg,每100km的燃料消耗就可节省0.1-0.5L,相当于每公里减排二氧化碳8-12g。为了满足日益严格的安全标准,制造厂商必须在更大的、具有价格优势的车型上寻求进一步轻量化。

  数十年来,重量更轻、强度更高的钢材已广泛用于车身和底盘的制造,高强度低合金钢(HSLA)和先进高强钢(AHSS)已基本取代了传统的软钢。不同于镁 合金、铝合金等低密度材料,高强钢仅需较低的成本,成熟的制造技术,就可以完成对其的加工处理。大部分采用高强钢制造的汽车车身和底盘在白车身的总重量中 占比为60%-80%。与传统车身相比,广泛采用高强钢的车身重量可减轻100kg左右。

  汽车用钢必须兼具高强度、较好的成形性和焊接性。含有钼元素的合金钢具有特定的冶金效应,可以使得硬质相具有极高的强度。钢基体中,硬质相和软质相的混合 结构实现了高强度与高成形性的完美结合。钼可有效调控这些不同相的共存,在不同的生产条件下,这些相均以稳定和可再生的形式存在。这意味着,钢种可以采用 更为简便的工艺生产,在生产和物流运输上都有较大的灵活性。尽管其他合金元素也可达到类似的冶金效果,但就重量百分比而言,钼的作用最为明显。

  近来,含钼的汽车用钢已经替代含硼钢,用于B立柱这一类汽车的关键组件。DP800和DP1000等含钼DP钢的液压成形配件可使车身重量减轻8kg,生产和环境效益凸显。

  环境指标与汽车行业息息相关,生命周期评价(LCA)主要用于评价产品使用寿命对环境的影响。分析显示:假定汽车的里程约为20万公里,新型B立柱(液压 成形DP800/DP1000材质)的环境影响明显低于含硼钢材质立柱。8kg的重量减轻可以节省相当的费用,降低29%的温室气体排放。汽车里程数超过 20万公里时,两种B立柱的全球变暖潜能(GWP)可分别节省165kg二氧化碳(当量,汽油传动系统)和141kg二氧化碳(当量,柴油传动系统),这 相当于汽车行驶了1000km以上。单从生产方面的影响来看,因零部件轻量化带来的钢铁冶炼成本下降远大于因添加合金元素带来的成本增长。

  尽管HSLA钢和DP钢在汽车轻量化应用方面占据了较大比重,汽车底盘板件和保险杠等一类安全关键性组件则需要强度更高的钢材。技术人员通常在这些部位采用中高强度的钢种,但为了进一步减轻重量,近十年间已经引进了超高强钢。

  热成型钢(PHS)就是一类备受青睐的汽车用钢新品,这种全马氏体结构钢通过热冲压和淬火工艺制造,突破了现有马氏体钢在冷成形方面的局限,强度高于先进 高强钢(AHSS),在一些新车型上已经得到了应用,在车身结构的重量可减轻5%-10%,全球每年消耗量约300万吨。从目前的发展趋势来看,PHS在 车身结构上的比重未来将有望达到30%-40%。沃尔沃汽车最新的车型XC90就含有38%的PHS组件。

  PHS容易发生弯曲变形、冲压开裂和延迟开裂。钼和其他关键的合金元素在优化PHS钢显微组织方面发挥了极为重要的作用,可大幅减少失效的发生。值得一提 的是,在淬火之前调节奥氏体晶粒尺寸,可以避免韧性断裂,提高能量吸收能力和抗氢脆性。晶界内聚强度增大和纳米析出物的分散也可以改善钢的性能。实验室和 工业中试的试验结果证实,铌与钼的合金化处理就可以达到这些目的。这再次表明,通过采用高强钢种,运用创新的制造工艺就可以实现一定改进,而钼就足以完成 这一伟大的创新。

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