鉬對(duì)汽車用鋼輕量化的貢獻(xiàn)

鉬對(duì)汽車用鋼輕量化的貢獻(xiàn)

鉬(Mo)元素在汽車用鋼的輕量化方面是非常有效的，同時(shí)也有助于提高強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。

目前交通運(yùn)輸行業(yè)的溫室氣體排放在全球排放總量的比重占到了約14%。在歐洲，僅道路運(yùn)輸行業(yè)的排放占比就高達(dá)20%，而汽車的排放就占到了12%。汽車制造廠商必須嚴(yán)格遵守政府制定的、日益嚴(yán)格的排放法規(guī)。歐洲現(xiàn)行法律規(guī)定，所有新車每千米的二氧化碳排放量不得超過130 g的均值水平。在2021年之前，汽車廠商新車的二氧化碳平均排放量必須低于95 g，這與2015年123.4 g的標(biāo)準(zhǔn)相比，顯著減少。

為了降低燃耗和排放，減輕車身重量是最有效的途徑之一。車身重量每減輕100 kg，每100 km的燃料消耗就可節(jié)省0.1～0.5 L，相當(dāng)于每千米減排二氧化碳8～12 g。為了滿足日益嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，制造廠商必須在更大的、具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的車型上尋求進(jìn)一步輕量化。

數(shù)十年來，重量更輕、強(qiáng)度更高的鋼材已廣泛用于車身和底盤的制造，高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA)和先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS)已基本取代了傳統(tǒng)的軟鋼。不同于鎂合金、鋁合金等低密度材料，高強(qiáng)鋼僅需較低的成本，成熟的制造技術(shù)，就可以完成對(duì)其的加工處理。大部分采用高強(qiáng)鋼制造的汽車車身和底盤在白車身的總重量中占比為60%～80%。與傳統(tǒng)車身相比，廣泛采用高強(qiáng)鋼的車身重量可減輕100 kg左右。

汽車用鋼必須兼具高強(qiáng)度、較好的成形性和焊接性。含有鉬元素的合金鋼具有特定的冶金效應(yīng)，可以使得硬質(zhì)相具有極高的強(qiáng)度。鋼基體中，硬質(zhì)相和軟質(zhì)相的混合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度與高成形性的完美結(jié)合。鉬可有效調(diào)控這些不同相的共存，在不同的生產(chǎn)條件下，這些相均以穩(wěn)定和可再生的形式存在。這意味著，鋼種可以采用更為簡(jiǎn)便的工藝生產(chǎn)，在生產(chǎn)和物流運(yùn)輸上都有較大的靈活性。盡管其他合金元素也可達(dá)到類似的冶金效果，但就重量百分比而言，鉬的作用最為明顯。

近來，含鉬的汽車用鋼已經(jīng)替代含硼鋼，用于B立柱這一類汽車的關(guān)鍵組件。DP800和DP1000等含鉬DP鋼的液壓成形配件可使車身重量減輕8 kg，生產(chǎn)和環(huán)境效益凸顯。

環(huán)境指標(biāo)與汽車行業(yè)息息相關(guān)，生命周期評(píng)價(jià)(LCA)主要用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品使用壽命對(duì)環(huán)境的影響。分析顯示：假定汽車的里程約為20萬(wàn)km，新型B立柱(液壓成形DP800/DP1000材質(zhì))的環(huán)境影響明顯低于含硼鋼材質(zhì)立柱。8 kg的重量減輕可以節(jié)省相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用，降低29%的溫室氣體排放。汽車?yán)锍虜?shù)超過20萬(wàn)km時(shí)，兩種B立柱的全球變暖潛能(GWP)可分別節(jié)省165 kg二氧化碳(當(dāng)量，汽油傳動(dòng)系統(tǒng))和141 kg二氧化碳(當(dāng)量，柴油傳動(dòng)系統(tǒng))，這相當(dāng)于汽車行駛了1 000 km以上。單從生產(chǎn)方面的影響來看，因零部件輕量化帶來的鋼鐵冶煉成本下降遠(yuǎn)大于因添加合金元素帶來的成本增長(zhǎng)。

盡管HSLA鋼和DP鋼在汽車輕量化應(yīng)用方面占據(jù)了較大比重，汽車底盤板件和保險(xiǎn)杠等一類安全關(guān)鍵性組件則需要強(qiáng)度更高的鋼材。技術(shù)人員通常在這些部位采用中高強(qiáng)度的鋼種，但為了進(jìn)一步減輕重量，近十年間已經(jīng)引進(jìn)了超高強(qiáng)鋼。

熱成型鋼(PHS)就是一類備受青睞的汽車用鋼新品，這種全馬氏體結(jié)構(gòu)鋼通過熱沖壓和淬火工藝制造，突破了現(xiàn)有馬氏體鋼在冷成形方面的局限，強(qiáng)度高于先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS)，在一些新車型上已經(jīng)得到了應(yīng)用，在車身結(jié)構(gòu)的重量可減輕5%～10%，全球每年消耗量約300萬(wàn)t。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來看，PHS在車身結(jié)構(gòu)上的比重未來將有望達(dá)到30%～40%。沃爾沃汽車最新的車型XC90就含有38%的PHS組件。

PHS容易發(fā)生彎曲變形、沖壓開裂和延遲開裂。鉬和其他關(guān)鍵的合金元素在優(yōu)化PHS鋼顯微組織方面發(fā)揮了極為重要的作用，可大幅減少失效的發(fā)生。值得一提的是，在淬火之前調(diào)節(jié)奧氏體晶粒尺寸，可以避免韌性斷裂，提高能量吸收能力和抗氫脆性。晶界內(nèi)聚強(qiáng)度增大和納米析出物的分散也可以改善鋼的性能。實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中試的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，鈮與鉬的合金化處理就可以達(dá)到這些目的。這再次表明，通過采用高強(qiáng)鋼種，運(yùn)用創(chuàng)新的制造工藝就可以實(shí)現(xiàn)一定改進(jìn)，而鉬就足以完成這一偉大的創(chuàng)新。

(信息來源：中國(guó)有色金屬報(bào)2017-08-23)