隨著能源危機與溫室氣體的排放，汽車實現(xiàn)輕量化迫在眉睫。在國際層面上，全球先后制定了多項具有約束力的公約和協(xié)定，1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，確定了對于環(huán)境挑戰(zhàn)國際合作磋商的基本框架。1997年，國際簽訂了《京都議定書》，在框架的基礎上更進一步限制了溫室氣體的排放，另外規(guī)定發(fā)達國家和發(fā)展中國家碳排放減少的義務。2015年更進一步對碳排放內容進行了明確，簽訂了《巴黎協(xié)定》議定書，截止到2020年，全球已經(jīng)有190多個締約方是簽署了這一協(xié)定。

中國作為一個負責任的大國，從2006年開始，逐步發(fā)布了多項氣候報告，包括《氣候變化國家評估報告》，《中國應對氣候變化國家方案》。之后，2020年習近平主席在聯(lián)合國大會上發(fā)布了國家雙碳的戰(zhàn)略，計劃2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和。此后國家的工信部、生態(tài)部，包括各行各業(yè)就掀起了落實雙碳目標新高潮。

大環(huán)境下，汽車輕量化迫在眉睫

在國家雙碳戰(zhàn)略的驅動下，汽車輕量化作為汽車工業(yè)的核心研究內容，并且逐步明確了以全生命周期碳排放作為輕量化的目標。過去實現(xiàn)車身輕量化，行業(yè)內普遍采取減重，卻忽略了材料的重要性。世界汽車鋼聯(lián)盟先進高強鋼應用指南數(shù)據(jù)顯示：高強鋼單位碳排放值是鋁、鎂、碳纖維的20%、10.5%和5%，雖然密度高于鋁、鎂、碳纖維，但制造零件的碳排放最低，成為汽車全生命周期實現(xiàn)“0”碳排放的最理想材料。 

對于汽車行業(yè)而言，雖然鋼是碳排放最少，但實際上仍然有技術方案和途徑能實現(xiàn)碳的進一步降低，甚至實現(xiàn)零碳排放。從鋼鐵行業(yè)2020年提出的碳排放技術路線可知，其包括控碳、降碳和凈零碳三個階段。

第一個階段是控碳，總目標是通過控制產(chǎn)能和壓減產(chǎn)能實現(xiàn)碳排放總量的控制。

第二個階段是降碳，在整個鋼鐵生產(chǎn)流程通過節(jié)能提效，通過結構調整和能源替代，實現(xiàn)碳排放的進一步降低。

第三個階段是技術升級，通過發(fā)展冶金技術以及碳捕集借助碳匯實現(xiàn)凈零碳的排放，最終鋼鐵行業(yè)要實現(xiàn)凈零碳排放的目標。

結合趨勢，河鋼得天獨厚

河鋼在雙碳戰(zhàn)略和汽車輕量化的大背景下，也制定了自身的輕量化的技術路線。

首先是針對鋼鐵的生產(chǎn)流程、能源供應和技術升級方案，制定了戰(zhàn)略措施，通過六大降碳技術路徑的實施，到2025年，碳排放總量峰值下降10%。到2030年總碳排放較峰值下降30%。再是深度脫碳期，通過新技術的應用，如碳捕集、碳綜合技術，碳排放峰值再下降45%，到2050年實現(xiàn)碳中和。

如圖，是河鋼集團的低碳鋼鐵生產(chǎn)流程，綠色能源供應和碳減排技術。

首要的低碳流程工序是煉鐵，要建設60萬噸的熔融還原冶煉高爐，今年下半年將要投產(chǎn)，通過給轉爐供應鐵水，另通過加入部分廢鋼，以及連鑄和后續(xù)深加工等流程，實現(xiàn)汽車用鋼長流程的生產(chǎn)，這會實現(xiàn)碳排放超過10%的減排。另外，還規(guī)劃了電爐煉鋼的生產(chǎn)流程，電爐煉鋼大部分采用廢鋼，一部分采用DRI輕還原的煉鐵鋼。軋鋼采用短流程CSP和ESP來生產(chǎn)汽車用鋼，使降碳達到更高的水平。

其次，無論是長流程、短流程還是傳統(tǒng)流程，始終在進行綠色能源供應方面的技術研究和實施，通過打造能源循環(huán)，全流程使用綠電，在鋼廠里光伏發(fā)電比例不斷提升，促進綠色能源的應用，減少碳排放。在碳減排上，也發(fā)展了很多新技術來解決二氧化碳捕集和應用，以及二氧化碳存儲相關技術，為將來2050年實現(xiàn)凈零碳排放目標實現(xiàn)奠定了基礎。

材料、工藝 河鋼不斷精進

在材料上，河鋼已經(jīng)供貨了超過12個輕量化的品種；在工藝層面，包括輕量化的成形和焊接技術。輕量化結構設計主要是結合國際國內的合作平臺，開展結構輕量化、框架輕量化等方面的研究工作。

輕量化產(chǎn)品的發(fā)展，目前為止與鋼鐵行業(yè)同步，材料發(fā)展要將強度和主要性能指標提升作為當前的目標，促進鋼鐵在車身碰撞、性能、剛度等方面的性能提升，目前強度已經(jīng)做到340-2000MPa的鋼種研發(fā)，同樣的鋼種河鋼做到延伸率在不斷的提升，在車身應用鋼性能上也不斷得到了改善，將來在鋼鐵產(chǎn)品結構上再進一步優(yōu)化。

在成形技術上，高強鋼隨著強度增加，成形性能是急劇的下降，成形技術也會作為重點的應用技術研發(fā)方向。成形方向一是解決高強鋼本身的成形技術問題，包括冷沖壓，解決了復雜結構的成形，主要面向高延伸率的鋼種成型；對于更高強度、截面形狀比較簡單的零件，河鋼發(fā)展了冷彎成型和漸進成形，包括輥彎、鏈模成形等。成形方向二是解決高強鋼成形效率的問題，河鋼發(fā)展了激光拼焊、一體化熱成形、一體化冷成形等技術。

針對高強鋼部件的連接技術，河鋼逐步開展2000MPa以下超高強鋼、特殊鍍層超高強鋼板、異種材料等連接技術研究。另外，河鋼也在不斷推進輕量化的車身覆蓋件，高強鋼的白車身，超高強鋼的白車身，焊接技術的開發(fā)和應用，包括1000-2000MPa的材料點焊技術、激光焊接，包括二氧化碳氣體保護焊及其配套的焊接技術。目前正在做一些多材料混合的車身連接技術開發(fā)，包括材料鉚接、膠結，以及新型焊接技術輕量化的研究和應用。

生產(chǎn)研發(fā) 河鋼產(chǎn)品值得信賴

河鋼立足于產(chǎn)線和研發(fā)技術，構建了產(chǎn)線的研發(fā)平臺。在研發(fā)上，河鋼打造了多級研發(fā)平臺，包括國內集團有兩個省級的產(chǎn)業(yè)技術研究院，包括子公司擁有國家級認定的技術中心，包括產(chǎn)線有自己的技術研究室；國際上，河鋼和昆士蘭大學、伍倫貢大學等國外頂尖學府以及研發(fā)機構建立的國際研發(fā)平臺，對前沿的產(chǎn)品技術和應用技術進行研究。

在國內，像北科大、東北大學建立了合作平臺，進行產(chǎn)品和工藝技術以及關鍵技術的提高，河鋼和其客戶進行全產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)品和應用技術體系研究，有力的保障了河鋼輕量化產(chǎn)品的品質。

通過不斷完善高強鋼的生產(chǎn)和應用技術，創(chuàng)新產(chǎn)品技術、生產(chǎn)技術和應用技術，實現(xiàn)了高強鋼工藝性能的優(yōu)化和提升。高強鋼的穩(wěn)定性在不斷的得到提升，從產(chǎn)量逐步提高，對用戶要求的逐步滿足和實現(xiàn)，高強鋼尤其是980MPa，1180MPa等鋼種的性能和強度，進行全面的統(tǒng)計與性能化的改善。

據(jù)悉，河鋼的產(chǎn)品能夠滿足汽車全車身的制造，其產(chǎn)品覆蓋5個產(chǎn)品大類，10個產(chǎn)品系列，基本上覆蓋到了所有鋼種，強度級別最高到2000MPa。產(chǎn)品規(guī)格最寬到2030毫米，厚度能到25個毫米，產(chǎn)品規(guī)格也能實現(xiàn)汽車的全覆蓋。

經(jīng)過10余年的發(fā)展，河鋼汽車產(chǎn)量也逐步提升，這塊工作能力逐步加強，在2018年，汽車用鋼的產(chǎn)銷量達到了725萬噸，成為國內第二大汽車用鋼的供應商。2021汽車用鋼總銷量達到666.7萬噸，稍微有些產(chǎn)能下降，主要是因為河鋼的產(chǎn)能轉移和結構調整，很多廠往海邊在搬，影響了一部分產(chǎn)能。但河鋼高強鋼的產(chǎn)量沒有受到影響，持續(xù)的得到增加和改善，到2021年，高強鋼的產(chǎn)量達到了140多萬噸。

細化產(chǎn)品 河鋼提供多種選擇

對于車身外板的輕量化，河鋼有高強度的IF鋼，以及烘烤硬化鋼。烘烤硬化鋼，能夠滿足140-240MPa級別，全系列的烘烤硬化鋼的應用，最近幾年因客戶要求，開發(fā)了6個月長時效的烘烤硬化鋼，能夠滿足汽車制造的需求，產(chǎn)品包括冷軋和熱鍍鋅180、200MPa級別，也就是HC180B和HC220B排號和級別。對輕量化，最常見的是高強度低合金用鋼，河鋼能夠提供所有標準要求的260-420MPa級別，最近幾年根據(jù)客戶的要求，河鋼也開發(fā)了標準之外的產(chǎn)品，包括460級別的，460LA、500LA、550、600、800，包括1000MPa的也在開發(fā)過程當中，高強度低合金鋼得到了長足的發(fā)展。

雙相鋼是河鋼推廣應用最廣泛的鋼種，通過低屈和高屈的兩個產(chǎn)品系列，另外產(chǎn)品強度是450-1180Mpa級別的冷軋和熱鍍鋅產(chǎn)品，產(chǎn)量也是非常高。目前河鋼正在開發(fā)更高強度的雙相鋼，促進1300MPa以上的開發(fā)和應用。

DH鋼是在雙相鋼的基礎上開發(fā)了新鋼種，目前強度級別是590-780Mpa，能提供冷軋和熱鍍鋅兩個產(chǎn)品級別。這個產(chǎn)品是在雙相鋼的基礎上引入一部分殘余奧氏體，在成形的過程當中有比較好的抵抗變形的能力。980Mpa的強度級別已經(jīng)完成了工業(yè)試產(chǎn)，并馬上要進行客戶推廣、應用。

馬氏體鋼利用國內第一條引進的高氫水淬的高強鋼生產(chǎn)線，開發(fā)了980-1500MPa，全系列的馬氏體鋼。馬氏體鋼具有組織均勻單一的特點，屈強比、輥彎性能都非常好，在汽車上安全件應用上面得到很好的推廣。目前河鋼正在開發(fā)1800MPa的馬氏體鋼，預計2022年能完成試制工作。

QP鋼產(chǎn)線具備一步法、二步法QP工藝能力，批量供貨產(chǎn)品包括980MPa-1180MPa級，更高級別1300MPa級QP鋼于2017年完成工業(yè)試產(chǎn)，1500MPaQP鋼已完成實驗室研發(fā)，正在開展應用技術研究。目前QP鋼供貨能力持續(xù)加強，超過10個客戶應用我們的QP鋼。

熱成形鋼，輕量化品種里面最重要的一個戰(zhàn)略品種，目前河鋼能夠供貨的熱成形鋼包括裸板、鋁硅電層板兩個類別，包括1500Mpa、1800Mpa、2000Mpa，三個級別。其正在開發(fā)鍍鋅熱成形鋼系列，可能在今年會進行進一步的應用。

鋼相對其他材料而言，無論是從組織結構還是從元素成分體系方面，它可發(fā)展的方向非常多，組織類型非常多，河鋼相信通過新的控制機制，河鋼會有新的鋼種開發(fā)出來。高強鋼產(chǎn)品發(fā)展依然具備開發(fā)潛力，河鋼在這方面投入了相當大的精力，包括將來發(fā)現(xiàn)新的誘導塑性機制，開發(fā)新的一些鋼種，包括低密度鋼，比如在鋼中添加鋁，鋁的含量達到一定程度之后，鋼的密度下降非常多。另外高彈性模量鋼、適合溫成形的鋼，高強耐熱耐蝕的熱成形鋼，高強度鋅鋁鎂鋼板等有望從實驗室走向應用。

高強鋼的發(fā)展，將來大有可為。

聚焦方案，助力汽車產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展

高強鋼發(fā)展的十年間，河鋼客戶發(fā)展也十分迅速。

2012-2015年是客戶培育期，在這一階段產(chǎn)量是10-30萬噸，高強鋼只能應用于一些商用車，2016-2018年間客戶迅速增長，高強鋼不斷在乘用車、新能源汽車、座椅和電池上面有應用。未來通過和客戶的合作，通過和世界汽車用鋼聯(lián)盟合作，積極參與未來鋼質汽車相關的項目研發(fā)，高強鋼能夠更進一步在智能汽車、自動駕駛汽車等新型應用場景進行應用。

長時效BH鋼的應用，新能源新車型投產(chǎn)到上量階段，采用烘烤硬化鋼進行設計的鋼卷或板料，很有可能需要庫存超過三個月的時間，如果不進行零件沖壓材料有時效的風險。為了滿足這個需求，河鋼開發(fā)了長時效的烘烤硬化鋼，投入到應用，取得了比較好的一個效果，已完成發(fā)罩外板、車門外板等零件減薄與抗凹協(xié)同控制技術開發(fā)上面進行了很多應用。

某車型原用DP780鋼，要實現(xiàn)性能提升，河鋼采用了DP980鋼等厚度替代，通過組織改善提高性能，替換完以后，順利通過仿真碰撞測試，安全性能得到極大的提升。

在側碰解決方案上，某款新能源車型采用2000MPa的熱成型鋼進行車門防撞梁設計，結構是采用W性的設計，零件沖壓完實測強度超過2000MPa，伸長率達到7%以上，三點彎曲、高速拉伸的性能都能滿足供貨商的要求。制造成零件以后，零件性能等等都能達到車身和零部件的要求，包括碰撞測試也能滿足客戶的碰撞要求。

河鋼用1.5-2.0Gpa熱成形鋼進行一體化車門門環(huán)的制造，將原來的6個零件合成1個零件，河鋼實現(xiàn)了零件的減重。因為改善了偏置碰的傳遞路徑，所以使得整個偏置碰安全滿足要求。

另外一個案例是輕量化激光拼焊解決方案。實現(xiàn)了前縱梁HC410LA+DP980激光拼焊，成形完了以后，整個零件的成形回彈控制在1毫米以內，關鍵區(qū)域的回彈控制在0.5毫米內，整個零件焊后的內應力滿足零件控制的要求。

輕量化產(chǎn)品獨立的部件，比如座椅方面有很多的應用，座椅對人的安全還是有很大的影響，對輕量化的要求有很大的影響。針對某著名座椅廠河鋼開發(fā)了980MPa的高強鋼，實現(xiàn)了小于1.5毫米規(guī)格的高強鋼的供貨物。成形完后，尺寸精度能控制在0.05毫米，焊完以后疲勞性能是滿足認證要求。

河鋼集團鋼鐵研究總院主任工程師熊自柳博士認為，河鋼在輕量化方面，從材料到應用技術做了大量的工作，尤其是對全流程綠色鋼的生產(chǎn)做了大量工作。他相信再過五年、十年以后，對綠色鋼的研發(fā)和生產(chǎn)投入了大量資金，隨著國家雙碳戰(zhàn)略的提升，這部分投入是值得的。對于鋼鐵行業(yè)而言，持續(xù)的降碳減碳，對于緩解環(huán)境壓力，調整鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，提升鋼鐵行業(yè)的競爭能力大有裨益。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >