先进高强钢在汽车行业的应用前景

文章来源：世界金属导报发布时间：2020-03-16

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更重要的是，先进高强钢兼具较高的延展性和屈服强度，同时重量较轻，从而使汽车在实现轻量化效果的同时，其性能也可以满足CAFE标准的要求。

自20世纪90年代末首次出现以来，先进高强钢（AHSS）对美国汽车工业的发展起到至关重要的作用。随着轻型车辆温室气体排放标准（CAFE）的期限不断临近，业内已经加快采用先进高强钢。根据美国的现行法律，在2025年之前，乘用车的油耗需接近54.5MPG，远远高于2016年24.7MPG的水平。虽然美国政府已经提出了比CAFE更宽松的“安全和可负担燃油效率”（SAFE）标准，但为了朝着CAFE方向努力，美国汽车制造商依然致力于制造更轻便的汽车，减少污染，因而不断加大了先进高强钢的应用比重。

先进高强钢的描述

当提及钢材的制造与加工，先进高强钢的两大关键性能指标就可以很好地满足CAFE标准，一是延展性，或者说是拉伸应力下的成形性；二是屈服强度，这是碰撞试验中的一大重要安全指标。抗拉强度超过780MPa的先进高强钢被称作“超高强钢”（UHSS），抗拉强度高于1000MPa的被称作千兆钢（1000MPa=1GPa）。

更重要的是，先进高强钢兼具较高的延展性和屈服强度，同时重量较轻，从而使汽车在实现轻量化效果的同时，其性能也可以满足CAFE标准的要求。最终目标就是实现汽车重量更轻、材料更薄、燃油效率更高，同时具备耐碰撞性，最大程度地确保乘客安全。由此来看，先进高强钢可以使得汽车制造厂商满足日益严格的安全、减排和性能目标，同时具备成本优势。

先进高强钢的当前趋势

随着业内对排放标准的关注与日俱增，预计到2025年，先进高强钢在北美地区汽车上的使用量有望从2015年的279磅增至450磅。2013-2018年间，美国国内的福特、菲亚特克莱斯勒（FCA）和通用等汽车厂商也纷纷在其车身上更多地采用先进高强钢。不过，宝马和本田等非本土厂商在先进高强钢/超高强钢的使用方面已经处于领先地位。举例来说，雪佛兰2019 Silverrado车型在白车身和框架上采用了强度更高的钢材，先进高强钢和超高强钢的比重已经增加了约5%；重新设计的本田思域车型在白车身上采用超高强钢的比重约为26%。

钢铁工业已经取得了长足的进展，开发了全新的高级钢种，同时实现了商业化生产。在典型白车身结构上的实际应用使先进高强钢获得了广泛的认可，同时限制了替代型材料的应用。2019年北美地区轻量化汽车的扁平材使用量估计为1480磅，低于2013年的1615磅，这正是因为汽车整备重量的整体减轻。

将2018年轻量化汽车的扁平材用量与2013年的情况相比，可以发现，钢材的比重已经从54%提升至62%。虽然铝材已经取代了钢材的部分份额，但先进高强钢已经取代了更多软钢，而且在一些部位，先进高强钢的几何尺寸和成形性都得到明显改善。时至今日，从2013年到2018年，第三代先进高强钢正在同时取代高强钢（HSS）和高强度低合金钢（HSLA），其增幅达90磅，增长率约为38%。先进高强钢/超高强钢的使用量年均约净增长20磅。

2019年推出的新车型预示着先进高强钢/超高强钢未来将得到更多应用。随着全球环保法规日趋严格，汽车厂商们会继续修订电气化计划，以满足CAFE最为严格的规定。为此，先进高强钢和超高强钢无疑将成为最具竞争力的材料。

先进高强钢的未来趋势

汽车厂商们意识到，新标准还将更快地出现。与此同时，随着先进高强钢的采用，老旧低效的汽车将逐步被更新、更高效的汽车所取代，油耗标准也将更低。在进入2020年以后，钢材依旧会是比重最大的汽车材料，而且高级钢种将会抑制其他的竞争材料。到2025年，北美地区汽车的先进高强钢使用量有望显著增至570磅。铝材也将继续在整车重量上占据一定的比重，在2020年之前增加约20磅。

虽然汽车装配企业的应用比重各不相同，但2020年以后，随着超高强钢使用量的增加，预计先进高强钢在每辆汽车上的使用量将出现下滑。自2013年起，超高强钢的使用量就开始增加，预计将从2019年的351磅增至2025年的483磅。到2025年之前，先进高强钢/超高强钢在每辆汽车上的净增量有望达175磅，年均增幅为30磅。从现在到2025年，随着更新的全球汽车标准和美国环保局目标相继推出，新车型数量不断增加，超高强钢的使用将有所加快。可以预计，美国也将与欧盟和亚洲一道，共同参与到标准的制定之中，以更好地满足汽车排放和性能方面的标准。

美国的潜力

截至目前，为了提升先进高强钢和超高强钢的制造和加工能力。美国汽车制造商和供应商依旧在追逐欧盟和亚洲竞争对手的步伐。为了将先进高强钢真正融入到整个供应链，美国国内的汽车制造商、加工商和装配商都迫切需要进行大量的投资。

在美国，先进高强钢和超高强钢在汽车上的应用前景将会是非常光明的。为了深入理解其性能，许多学术机构和团体都在致力于研究先进高强钢和超高强钢，通过不断优化其特性和性能，以满足客户需求和法规要求。在过去几十年时间里，美国钢铁和汽车工业已经达成了默契的合作关系，并相继推出了更为安全、环保的新一代汽车。在不久的未来，期待先进高强钢和超高强钢将会出现更多的创新成果。