欧洲轻量化车身用钢及铝合金的竞争与挑战.docx

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1、次洲轻量化车身用钢及铝合金的竞争与挑战路洪洲中信微合金化技术中心中信金属CITIC METAL轻量化车身用铝及钢的现状a 车身轻量化选材及设计机理 a 钢及铝在不同级别车型的应用 P| |铝合金在2012年ECB的应雇I钢与铝的竞争与挑战1.轻量化车身用铝及钢的现状不完全统计，个全球乘用车车型数量全球乘用车车身应用铝合金的车型数量中国产乘用车车型数量50012032025中国乘用车车身应用铝合金的车型数量品牌BMW宝马3系，宝马5系，宝马6系，宝马7系，宝马X5,宝马X6,宝马Z4,-（底盘）等AUDI多数车型没在中国制造，要么尚未Q7, TT,BENZ导入国内、要么以进口的方式在国ipe,

2、lz E-L本田内销售!L, 09款讴日产全铝车型的销量都不会太大1原型车）, 轩逸，日产标致雪铁龙国产铝材供货有问题车型捷豹路虎All-New Range Rover, Jaguar XJ, Range Rover Evoque, RangeRover discovery, Range Rover defender等，通用Cadillac ATS, Cadillac CTS, Cadillac SRX, GM Acadia,Chevrolet Taho, Opel Meriva, Opel Zafira Tourer, OPEL ASTRA,科鲁兹，君威，别克GL8, Buick Encla

3、ve, Buick Lucerne, Chryslertown & Country, Chevrolet Serverman菲亚特Alfa Romeo Giulietta,等All-New Range Rover4% 1% 所有高强度钢比例，.PH比例,% Al板比例， Al型材比例% AI铸件比例,AudiR8 SpyderAudiASLotus Evora20092012年ECB共展示了 42款车型,其中22款车型应用铝合金mild比例，% 所有高鸣度钢比例， AI板比例， AI型材比例, A啮件比例%mild比例，% 所有高强度钢比例， AI板比例， AI型材比例,其他，%Jaguar

4、XJMerc-Benz SL class3% 1%.mild 比例.%所有flfSWt钢比例.%.PH比例.%.AI板比例,% AI型村比例,% AI将件比例岛耳他.%2%. mild 比例.% k行裔强度铜比例.% PH比例.% AI板比例,% AI用材比例岛 A储件比例,%豉他.%Citroen C4CadillacATS3% 2%| mild 比例.% 所奇高强也用比例%.PH比例.% N板比例.% Af铸件比例,% mild 比例.% 所有高强度钢比例, PH比例.% AI板比例,%Audi A6 LimousineBMW 5 Ser GT.mild 比例.% 所有高强度钢比例.% P

5、H比例.% Al板比例.% AI型材比例质 AI铸件比例例 其他,%Opel Meriva mild 比例.% 所有高盗4钢比例. PH比例.% AI板比例,% A理材比例小 AI铸件比例%甘油.%Range Rover Evoque mild 比例,% 所有高强度钢比例 % PH比例,% AI型材比例,mild比例，%所有高强度钢比例,% AI板比例，%其他,%Alfa Romeo GiuliettaOPEL ASTRA mild 比例, 所力.高强度钢比例. PH比例，% Al型材比例%其他，Opel ZafiraTourer4% 3%.mild 比例,% 所有高强度剂比例. PH比例,%

6、 AI型材比例%mild比例,% 所有高强度钢比例， PH比例，% AI板比例,% mild 比例,% 所有高强度钢比例. PH比例,% AI板比例,% AI型材比例%其他.Mercedes-Benz B-ClassVolvo S603% 3% 0%mild比例,%所有高强度钢比例，%.PH比例，% AI板比例，%其他,%mild比例,% 所有高强度钢比例， PH比例，%. AI板比例，属*ALL轻量化车身用铝及钢的现状IB醯觞1 .轻量化车身用铝及钢的现状400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.050 00.0全铝车身：铝的应用替代了钢钢铝混合车身：铝的应用替代了

7、软钢IB醯觞pT| |轻量化车身用铝及钢的现状2车身轻量化选材及设计机理p-l I钢及铝在不同级别车型的应用 p| |铝合金在2012年ECB的应雇目|钢与铝的竞争与挑战2.车身轻量化选材及设计机理2 .车身轻量化选材及设计机理11覆盖件覆盖件hyn RmSteel基于相同Steel RmAlSteelNGai基于相同 扭转刚度m SteelPsteel/飞 G steel刚度只与弹性模量及结构的惯性矩有关2 .车身轻量化选材及设计机理基于抗凹性20 0 Al alloy sheets and baked hardening tempretures: T4PD. 2% pre-strain.

8、bake-hardening(3Oniins)13抗凹性与厚度以及屈服应力有关系（2%应变后及烘烤后）：1.0mm2 .车身轻量化选材及设计机理15覆盖件基于行人保护Different inner structuresThe first acceleration, gThesecondacceleration, gHICA851831370B542602210C772181545D532672513E791461188行人保护性能更多的取决于结构设计，当然和应变速率敏感性有一定关系车身弯曲刚度结构强度NVHtorsional testbending test车身假设1:厚度可变，结构尺寸不可变

9、 fIt 丰 const m = ?117 c / constm = ?2 .车身轻量化选材及设计机理2 .车身轻量化选材及设计机理车身ProfileMaterialb(n mmScenario 1 (const height) h(nrmAcsmmn】mImmmm2flat uhcQtsteel600.054-325725.41iiai snaeialuminium600.07 8-470412.70closed tubesteel-0.325.0510.40aluminium-1.025 01540.52open tubesteel-8.525.0133310.40aluminium-12

10、325.02075.20rectangularsteel39.339.30.5-420.32hollow profilealuminium39.339.31.6-1250.34double-T-steel19 63939.8-6735.25profilealuminium19.639.314.1-9112.46constant performance:h =32000mminput parameter intermediate resultsresultsProfileMaterialmmScenario 2 (const. thickness 小tmmm mm mm,t = 2 mm： A

11、cs) m3steel12000 020一24000187 20iiai sneeialuminium36134.020-72268195 12closed tubesteel-2 013.71721 34aluminium-2019.7248067open tubesteel2 01909.924000187 20aluminium2.05750.972268195.12rectangularsteel25.225.22.0-1010.79hollow profilealuminium36.436.42.0-1460.39double Tsteel2307.74615.42.0-184581

12、43.97profilealuminium6948 813897.62 0-55587150 08constant performance:It =32000mm4input parameter intermediate results resultstorsion stiffnessProfileScenario 1h/hgtScenario 2Ap./Ap.stmai/m8tflat sheet1.40.53.03.01.0closed tube3.01.01.42.00.5open tube1.40.53.09.01.0rectangular hollow profile3.01.01.

13、42.00.5double-T-profile1.40.53.09.01.019车身不能实现轻量化X结构空间 不允许X但是一2 .车身轻量化选材及设计机理从另一个角度来说，钢制构件改变结构也可 以达到较好的轻量化效果pT| |轻量化车身用铝及钢的现状a 车身轻量化选材及设计机理3钢及铝在不同级别车型的应用用 |铝合金在2012年ECB的应用 I钢与铝的竞争与挑战3 .钢及铝在不同级别车型的应用车型关注点车身选材要求A级乘用车（AOO/AO/A/ |、+力 二利 二拉 司一枇 他k印士小型SUV等）成本、造型、油耗、可靠性、维修钢材为王21B级和C级等中高级乘用 车一配置、造型、品牌（性能：安全

14、 操控等）、成本、油耗、可靠性豪华乘用车品牌、舒适性车身以钢材为主，部分覆盖件及前后保横 梁使用铝合金1）高强度钢为主+覆盖件及前后保横梁 使用铝合金2）全铝车身+热成形+高强钢+非金属k 1）高强度钢为主+覆盖件及前后保横梁越野性能、品牌、造型、油耗使用铝合金2）全铝车身+热成形+高强钢+非金属MPV等舒适性、品牌、造型高强度钢为主用材所长、因材施用：高强度钢+热成形+铝合金pT| |轻量化车身用铝及钢的现状 a 车身轻量化选材及设计机理 a 钢及铝在不同级别车型的应用4 铝合金在2012年ECB的应届5钢与铝的竞争与挑战4 .铝合金在2012年ECB的应用覆盖件：发罩路虎新揽胜奔驰新SL

15、奥迪A34 .铝合金在2012年ECB的应用覆盖件：发罩25保安件及型材结构件:前保横梁卡迪拉克ATS本田CIVIC4 .铝合金在2012年ECB的应用保安件及型材结构件:前保横梁路虎新揽胜奥迪A3保安件及型材结构件:仪表支架及后保铸造车身件奔驰新SL 路虎新揽胜 I卡迪拉克pT| |轻量化车身用铝及钢的现状 a 车身选材及设计机理 a 钢及铝在不同级别车型的应用 P| |铝合金在2012年ECB的应雇5钢与铝的竞争与挑战5 .钢与铝的竞争与挑战钢材的特性（相对）影响应用效果（相对）强度范围从270 1800MPa一价格40007 0000元人民币成形性高一弹性模量高一密度高一焊接和涂装性能好

16、设计准则及供货成熟一车身机构强度高安全成本低易干成本控制构件成品率低，适用更多工艺选择， 便于改变构件结构便于成本和制造工艺控制；易于提高构件 惯性矩，更好地实现轻量化相同结构，构件刚度高更薄、重量更轻相同结构，构件重量高轻量化效果有限，可达到25%易于连接和涂装一工艺成熟、成本低、工艺简单选择余地大一构件通用性好，设计和制造周期短5 .钢与铝的竞争与挑战铝材的特性（相对）影响应用效果（相对）强度范围从210600MPa一车身机构强度中等需要优化结构才能达到安全等效果价格2000040000元人民 币成本高不易于成本控制可以型材形势供货一复杂结构一次成型，易于更改几何 结构，易于提高构件的惯性

17、矩，简 化制造77艺便于提高构件刚度，更好地实现轻量化， 利于成本降低弹性模量低一相同结构，构件刚度低，构件尺寸 需提高厚度提高；构件占空间增大密度低相同结构，构件重量低轻量化效果可达到40%焊接和涂装性能不好一不易于连接和涂装主机厂需改变连接线和涂装线设计准则及供货不成熟一选择余地小设计和制造周期长（回弹、模具设计等）应变敏感性低在外力下易变形易于吸能、安全和行人保护可以铸件形式供货一复杂结构一次成型，简化制造工艺， 降低构件数量易于降低成本#5 .钢与铝的竞争与挑战铝：存在的技现状及现有方案需解决问题术问题板材供货1）西南铝、财发、明泰；外资品牌贵；2）神户/爱丽/诺贝里斯中国基地国产技术

18、不成熟板材拆垛气吸-下料毛边调整下料模具构件设计经验不足需要进一步加强模具设计经验不足需要进一步加强卷边开裂已经明晰了1）需要研究组织的控制对性能的1）弯曲开裂机理实际影响2）铝合金构件与钢件的翻边模具差异2）铝合金构件翻边模具设计链接方式供货商可提供铝合金的螺栓连接、枷接、粘结、主机厂产线需建立，连接工艺激光焊接等设备及方案需摸索涂装工艺供货商可提供钢铝混合涂装的设备及磷化液主机厂产线需优化5 .钢与铝的竞争与挑战广义A级乘用车,ex .大众0.5%#B/非豪华C级乘用车，ex. Vblvo2%34%50%48%13%10%HSS+AHSS+UHSS 铝合金 热成形软钢 其他 HSS+AHS

19、S+UHSS 铝合金 热成形软钢 其他5.钢与铝的竞争与挑战历年典型欧洲车型热成形构件占车身重量比例335 .钢与铝的竞争与挑战全球拥用近190条热成形生产线o40360199219972002200720122017Year350o30o20500050“9879o 15 .钢与铝的竞争与挑战百分比355 .钢与铝的竞争与挑战V70-10%Safety - IIHS Side Impact IIHS Top Safety Pick rating丁二 1.35mmMeets 2013MY IIHS Pole Impact Achieves NA Roof Crush strength with

20、 weight ratio of 5.38-L = 27mm5 .钢与铝的竞争与挑战60-70Fmaxso- 6u-pua)8AbsorbedenergyBmax5 .钢与铝的竞争与挑战3-point-bending test VDA 238-100Impact Energy J/cm Bending Angle0.000.020.040.060.08Nb (%)5 .钢与铝的竞争与挑战43New concept PHSNb=0.05%Steel22MnB5Si0.401.400.0250.010Tl0.050.0050outoutMo=0.15%Cr+Mo5mol/L H2S04+0.25g

21、/L NH4SCN aqueous solution)图1恒载荷拉伸装置小意图裂纹实验钢电解充氢后光学显微镜照片Optical micrograph of steels after charging(A)N1： i=2mA/cm2； (B) N5： i=5mA/cm2)总的来说，热成形和铝合金是未来发展方向车型级别2012年销量， 万辆/年未来乘用车销量， 万辆/年车身重，kg铝合金供货量， 万吨/年A 级/A0047702800.0A 级/A02203303001.7A级/A5859003209.6B级16832535011.4豪华4615040020.0SUV198.3930040020.

22、0MPV53704502.6总计（不算微面）1320214563.62012年中国冷轧（含镀锌）汽车钢板1400万吨，未来达到2000万吨！ ！未来乘用车车身铝合金用量（中国）铝合金2016年2020年铝合金型材铝合金铸件铝合金铝合金型材丁20万吨铝合金铸件5万吨40万吨5 .钢与铝的竞争与挑战车型车身重,kgAl板占铝合 金比例,%AI板， kgAl型材占铝 合金，%Audi R8 Spyder261.030.078.363.0All-New Range Rover379.077.9280.56.3Audi A8300.751.1143.119.9Jaguar XJ324.087.5249.

23、55.7Merc-Benz SL class326.039.1109.918.2Lotus Evora344.026.938.273.1Audi A6 Limousine379.375.0 一51.2_ 14.4BMW 5 Ser GT499.071.850.90.7Nissan LEAF372.084.632.715.4Merc-Benz E-L (W212)492.093.930.56.1Cadillac ATS372.963.610.40.0 Citroen C4376.2100.013.90.0Honda CIVIC360.9匚 0.00.0100.0Audi A3309.5100.0

24、9.90.0Range Rover Evoque417.4100.012.50.0 Opel Meriva421.10.00.0100.0Volvo S60415.2100.011.60.0Mercedes-Benz B-Class387.0100.010.50.0saab 9-5 sedan490.170.49.329.6Opel Zafira Tourer461.00.00.0100.0OPEL ASTRA415.5 100.010.0 .Alfa Romeo Giulietta372.30.00.0100.0雪铁龙新C5Al型材, kgAl铸件占铝 合金,%mi铝合金总量 比例，%铝合金

25、总 量，kg最低价格， 万人民币164.47.018.3100.0261.0210.022.715.856.995.0360.1120.0 55.629.081.293.1280.087016.26.819.488.0285.178.051.242.6119.686.1280.7104.0103.90.00.041.3142.1124.8 19.910.67.218.068.334.3 10.527.519.514.270.940.06.00.00.010.438.724.0 .2.00.00.06.632.56O1T0.036.46.04.416.430.0 .0.00.00.03.713.

26、920.011.90.03.311.90.00.00.03.29.90.00.00.03.012.562X12.60.00.03.012.62OD0.00.00.02.811.628JT0.00.00.02.710.527.83.90.00.02.713.245.0 .12.00.00.02.612.020.8-10.00.00.01.87.518.0 6.30.00.01.76.335JF2.8VTO455.钢与铝的竞争与挑战A00级基本不会使用铝合金 A级和A0级会部分应用发罩和前后保横梁B级车和SUV会用于覆盖件、前后保横梁、轮罩、仪表盘支架部分C级豪华车会用于全铝车身，以及部分覆盖件、

27、前后保横梁、轮罩、仪 表盘支架 10万以内的乘用车车身用材趋势是高强度钢 1030万的乘用车车身用材趋势仍是高强度钢和镀锌板，少量应用其他材料3080万的乘用车车身用材趋势为多种材料混合 80万以上豪华车发展趋势为全铝车身钢铝混合车身（多材料混合）将是汽车轻量化车身的发展趋势，铝的应用多 替代软钢；全铝车身是豪华车轻量化车身的发展趋势。#5 .钢与铝的竞争与挑战钢材及相关技术的发展 热成形钢及成型工艺的进步 液压成形技术、三维辐压技术的进 高强塑积钢种的开发 差厚板的开发 复合静音钢板的开发和应用 微合金技术 铝合金技术的发展 原级回收再制造板材的发展 铸轧板材技术的发展 电磁成形 700MPa以上铝合金的开发47谢谢!