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maoxinhua4455

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[交流] 汽车材料

汽车材料行业研究汽车材料行业研究 (一)
　　我国汽车工业经过五十年的发展，现已形成了年产超过300万辆的生产能力，2002年汽车产量达到333万辆，居世界第6位。汽车工业在我国国民经济中的重要性日益凸现。根据我国汽车工业“十五”规划的发展目标，我国汽车产业将在2010年前发展成为国民经济的支柱产业，为实现全面进入小康社会的目标做出更大的贡献。
当前，汽车工业的主体技术正步入转型换代的新时期，以机械技术为主的传统汽车技术将被微电子信息技术、新材料技术、新工艺技术和新能源技术等高新技术所取代，轻量化、智能化、节能、安全和环保是当今汽车技术的重要发展方向。汽车技术的发展对汽车材料提出了更高的要求，材料技术是汽车工业技术创新的重要内容和物质基础。从数量上来讲，虽然汽车用材料在整个材料市场中所占的比例很小，但它们往往是属于技术要求高、技术含量高、附加值高的三高产品，代表了行业的最高水平。

　　以钢材为例，2002年我国汽车工业钢材消耗量约为700万吨（含进口钢材），不到当年钢材产量的4%，但其中的板材和优质钢占了80%以上，其平均价格是普通钢材的1.3～2倍。目前我国汽车用钢材大约有25%仍然需要进口，主要是高档材料。为了改变这种局面，宝钢、鞍钢、武钢等钢铁企业纷纷加大了汽车钢材的开发力度，并以此带动了整个行业的产品升级换代。因此，新材料的开发与应用不仅促进了汽车的技术进步，同时也将推动材料工业本身的发展与进步，对我国国民经济的发展具有重要意义。

　　1．国际发展现状与趋势
　　当前世界汽车材料技术发展的主要特征如下：

　　（1）轻量化与环保是当今汽车材料发展的主要方向；

　　（2）尽管近阶段钢铁材料仍保持主导地位，但各种材料在汽车上的应用比例正在发生变化。主要变化趋势是高强度钢和超高强度钢、铝合金、镁合金、塑料和复合材料的用量将有较大的增长，铸铁和中、低强度钢的比例将会逐步下降，但载重车的用材变化不如轿车明显；

　　（3）轻量化材料技术与汽车产品设计、制造工艺的结合将更为密切，汽车车身结构材料将趋向多材料设计方向；

　　（4）更重视汽车材料的回收技术；

　　（5）电动汽车、代用燃料汽车专用材料以及汽车功能材料的开发和应用工作不断加强。
减轻汽车自身质量是降低汽车排放、提高燃油经济性的最有效措施之一。世界铝业协会的报告指出，汽车的自身质量每减少10%，燃油的消耗可降低6～8%，根据最新资料，国外汽车自身质量同过去相比减轻了20%～26%。预计在未来的10年内，轿车自身质量还将继续减轻20%。铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料和高强度钢、超高强度钢等轻量化材料的开发与应用在汽车的轻量化中将发挥重大作用。尽管钢铁材料在当前仍然占主导地位，但其份额却在逐年减少，而铝合金、镁合金、塑料等轻量化材料的用量则呈持续上升的趋势。在最近投产的某些新车型中，钢铁材料的比例更低，例如在奥迪A2中，钢材的比例仅为34%，轻质材料则高达52%。

　　注： 2000 年的构成比为粗略统计结果，铝合金在汽车上的用量已有明显增加。在过去的五年里，汽车用铝增长率超过80%，2002年北美平均每辆车的用铝量已达124kg。根据世界铝协统计，在1991--1999
年间铝在汽车上的应用量翻了一番，预计到
　　2005年还将再翻一番。目前汽车上的铝合金零件主要是壳体类铸件，如缸体、缸盖、变速箱壳体、气室罩盖等；其次为变形铝合金生产的车身系统、热交换器系统、箱式车厢及其它系统的零部件。在材料方面，铸造铝合金大多为共晶和亚共晶的铝硅合金，少数零件（如缸体）传统的材料为过共晶铝硅合金，也因其铸造性能和机加工性能较差，近来有改用低硅或中硅的亚共晶铝硅合金的趋势；车身用的铝合金板材料的牌号主要有2000（Al-Cu）、5000（Al-Mg）、6000（Al-Mg-Si）和7000（Al-Mg-Si-Ti）等系列。

　　为了满足汽车用材的需要，国外还开发了快速凝固铝合金、超塑性铝合金、粉末冶金铝合金等新材料。镁是比铝更轻的金属材料，它可在铝减重基础上再减轻15%～20% 。尽管目前全球每辆汽车镁合金的平均用量只有2.3公斤，但镁合金的开发与应用已成为汽车材料技术发展的重要方向，汽车用镁正以年均增长20%的速度迅速发展。世界各大汽车公司都把已采用镁合金零件的数量作为自身产品技术领先的标志，福特汽车公司计划在20年内将镁合金用量提高到113公斤／辆。汽车上有60多种零件可采用镁合金生产，如仪表盘骨架、缸体、缸盖、进气歧管、车轮、壳体类零件等。同铝合金一样，目前应用的镁合金材料主要为铸造镁合金。AM、AZ、AS系列为传统的铸造镁合金，其中AZ91D用量最大。近年来为适应发动机零件工作温度较高的需要，欧美等国家先后开发出了AE、Mg-Al-Ca、Mg-Al-Ca－Re、Mg-Al-Sr等抗蠕变镁合金，以及最近的ZAC8506(Mg-8Zn-5Al-0.6Ca)。变形镁合金新材料有美国开发的ZK60变形镁合金，日本的IM
Mg-Y系变形镁合金以及可以进行冷加工的镁合金板材等。为进一步扩大镁合金的应用，国外又在开发耐蚀性好的镁合金及其表面处理技术。

　　塑料及其复合材料是另一类重要的汽车轻质材料，它不仅可减轻零部件约40%的质量，而且还可使采购成本降40%
左右。近年来塑料在汽车中的用量迅速上升。据统计，世界汽车平均每辆塑料用量在2000年就已达105kg，约占汽车总质量的8% ～12% ，塑料在轿车的用量较高，如奥迪A2型轿车，塑料件总质量已达220kg，占总用材的24.6%。发达国家车用塑料现已占塑料总消耗量的7% ～11% ，预计不久将10% ～11% 。目前车用塑料居前7位的品种与所占比例大体为：聚丙烯（PP）21% 、聚氨酯（PUR）19.6%、聚氯乙烯（PVC）12.2% 、热固性复合材料10.4% 、ABS8% 、尼龙（PA）7.8% 、聚乙烯6% 。国外汽车的内饰件已基本实现塑料化，如今塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向外装件、车身和结构件扩展，今后的重点发展方向是开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料与塑料，并对材料的可回收性予以高度关注。从品种上看，聚烯烃材料因密度小、性能较好且成本低，近来有把汽车内饰和外装材料统一到聚烯烃材料的趋势，因此其用量会有较大的增长，预计聚丙烯和聚氯乙烯今后分别可保持8%和4%的年增长率，聚乙烯的增长势头也比较强劲。

　　为了应对来自轻质材料的挑战，钢铁企业将开发的重点放在了高强度材料上，先后开发出了高强度钢（屈服强度大于210MPa）、超高强度钢（屈服强度大于550MPa）和先进的高强度钢（以下统称为高强度钢），取得了良好的减重效果。目前汽车使用的高强度钢主要为板材与管材，它取代普通的钢材、铸铁用于车身零件和其它结构件，如高强度钢制成的传动轴可减轻约10%。而北美开发的PNGV-Class轿车，其车身全部采用高强度钢，重量只有218公斤，与全铝车身相当。事实上，高强度钢已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料，最新的应用情况表明，有些铝、镁合金零件，如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等，又转而采用（高强度）钢设计。高强度钢是汽车钢铁材料今后的主要发展方向之一。现在各国均加速了高强度钢在汽车车身、底盘、悬架和转向等零件上的应用，以北美为例，它在轿车中应用的比例已由1997年的6%上升到2002年的45%，预计今后几年将会得到更进一步的发展。因此高强度钢的用量将会逐年上升，而中、低强度钢和铸铁的用量将呈现下降趋势。

　　在合金化方面，主要是利用 V、Ti、Nb、B等微量元素，向低合金化或碳钢化方向发展。为提高汽车用钢质量和生产率，各国都在冶炼设备和技术上下功夫。如真空除气、炉外精炼、成份微调、连铸连轧、新型热处理等。使得汽车用齿轮钢、轴承钢、弹簧钢的纯净度、成份精度、淬透性、稳定性、疲劳强度等都有很大提高。

　　环保是当今汽车材料技术发展的又一重大方向。一是材料本身的环保性，二是材料的可回收性。国外由于对环保十分重视，已不再使用容易对环境造成污染的材料，如致力于无石棉摩擦材料的研究与应用，先后开发出了半金属、玻璃纤维、碳纤维、有机纤维摩擦材料，进而实现摩擦材料无石棉化；广泛使用水性涂料、高固体份涂料及粉末涂料等低公害和无公害的汽车涂料；开发了环保的水基粘接剂并用于生产。在汽车材料的回收方面，发达国家已建立了完善的法律法规和回收体系，并掌握了汽车材料回收的关键技术，其回收率现已达85%，2015年的目标为95%。
除材料开发外，近年来国外还开发了一系列与新材料应用有关的新工艺，如激光拼焊、液压成形、半固态金属加工、喷射成形和不同种类材料的焊接、粘接与铆接技术，塑料制品的低压注射成形、气体辅助注射成形技术等。

[ Last edited by FLY_Phoenix on 2008-5-25 at 01:19 ]

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