王 丹

(中色科技股份有限公司,河南 洛陽(yáng) 471039)

0 前 言

在世界汽車工業(yè)日益重視節(jié)能、環(huán)保的迫切形勢(shì)下,減輕汽車自重以降低能耗、減少?gòu)U氣排放和提高效率已成為各大汽車企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要方向.使用鋁合金代替鋼鐵材料則是各國(guó)汽車制造商采用的主要減重手段之一.汽車質(zhì)量每減輕1%,可節(jié)省燃料消耗0.6%～1.0%.如果每輛轎車減重100 kg,那么行駛100 km可減少油耗0.48 L.其明顯的減重節(jié)能效益使汽車鋁材的用量與日俱增[1].鋁合金板主要應(yīng)用于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)罩、擋泥板、車門、車頂及行李箱蓋等部件.

1 鋁合金汽車板應(yīng)用現(xiàn)狀

汽車車身約占汽車總重的30%,其覆蓋件使用材料主要是鋼板.如果用鋁合金來代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼板,可使白車身減重約40%～50%,進(jìn)而使整車減重10%左右.

1.1 國(guó) 外

2000年，世界汽車的平均自身質(zhì)量為1 225 kg,其中鋁材用量占16.5%.到2010年，世界汽車的平均自身質(zhì)量已下降到1 100 kg,其中鋁材用量增至29%,且有上升趨勢(shì).2000年，日本單臺(tái)汽車鋁材用量為270 kg,占自重的31.8%.預(yù)計(jì)到2015年,美國(guó)、歐洲和日本等國(guó)家的單臺(tái)汽車鋁材用量可達(dá)280 kg以上,最高可超過350 kg.可見,鋁材在汽車上的大量應(yīng)用是必然趨勢(shì),其中鋁板的用量也會(huì)相應(yīng)提高.

目前,國(guó)外中高級(jí)轎車,如亨利·福特Model T型汽車、法拉利360賽車、奧迪A2和A8、福特Prodigy及本田Insight等，均采用全鋁車身.歐、美汽車覆蓋件用鋁情況見表1和表2.

表1 歐洲汽車覆蓋件用鋁情況Tab.1 The aluminium using case of automobile panels in European

表2 北美汽車覆蓋件用鋁情況Tab.2 The aluminium using case of automobile panels in North America

1.2 國(guó) 內(nèi)

汽車車身板生產(chǎn)線技術(shù)含量高、工藝復(fù)雜,多年來國(guó)內(nèi)鋁加工企業(yè)一直在研發(fā)鋁合金板在汽車上的應(yīng)用,如西南鋁、東北輕合金和晟通等企業(yè)以小批量供貨給部分汽車、轎車廠.但國(guó)產(chǎn)轎車鋁材質(zhì)量與國(guó)外的差距較大,因此,國(guó)產(chǎn)各類汽車用鋁總體低于國(guó)外,尤其是轎車鋁材用量差距較大,只有一些進(jìn)口車型使用外國(guó)進(jìn)口汽車鋁合金板材.

目前,一汽奔騰系列、長(zhǎng)安CV11、吉利NL-1、奇瑞A5、東風(fēng)客車、東風(fēng)商用車和宇通城市快巴ZK6126HGE等車型，已經(jīng)使用鋁合金覆蓋件和鋁合金蒙皮.

2 車身鋁板合金應(yīng)用情況

汽車車身鋁板合金主要有3個(gè)系列,分別為2xxx系、5xxx系和6xxx系,典型牌號(hào)有5052、5182、5754、6010、6016和6111鋁合金,乘用車用鋁板厚度多為1～3 mm.

2xxx系合金是可熱處理強(qiáng)化合金,具有良好的成形性和較高的強(qiáng)度,但抗蝕性差,烘烤硬化能力低,主要用于汽車內(nèi)板;5xxx系合金是非熱處理強(qiáng)化合金,鋁板沖壓成形后表面容易起皺,且延展性和彎曲能力也有所欠缺,多用于內(nèi)板;6xxx系合金是可熱處理強(qiáng)化合金,具有良好的成形性、烘烤硬化性,是目前汽車板材的主要研究方向.

國(guó)外在汽車內(nèi)外板的鋁合金應(yīng)用方面有所不同.美國(guó)汽車面板多采用5xxx、6xxx及7xxx系鋁合金,如5083、5754、6010、6111、7072和7475鋁合金等;日本對(duì)面板的成形性要求與鋼材相同,故開發(fā)了5022和5023鋁合金,并已廣泛應(yīng)用.對(duì)于外部面板材料,北美主要使用6011鋁合金,預(yù)計(jì)今后會(huì)加大6022鋁合金的用量,而日本主要使用6016和6022鋁合金,其中一部分為含銅量高的6111鋁合金.

國(guó)內(nèi)轎車車身外板主要采用6016、6022、6111、6181鋁合金;內(nèi)板采用5754、5182和5052鋁合金.

3 鋁合金汽車板生產(chǎn)現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外生產(chǎn)及消費(fèi)現(xiàn)狀

國(guó)外著名的汽車鋁板生產(chǎn)商主要有美國(guó)鋁業(yè)公司、愛勵(lì)國(guó)際、力拓-加鋁公司、諾貝麗斯公司、海德魯鋁業(yè)公司、日本神戶制鋼真岡軋制廠和日本輕金屬公司.這些公司均成立了汽車鋁板帶中心,配置了汽車鋁板帶專用生產(chǎn)線.目前全球使用的輕型車身鋁板大部分由諾貝麗斯公司、美國(guó)鋁業(yè)公司和海德魯鋁業(yè)公司生產(chǎn),其余由日本一些公司及其他公司生產(chǎn).

當(dāng)前世界最大的轎車鋁合金薄板供應(yīng)商諾貝麗斯公司,在2007年向歐洲汽車工業(yè)供應(yīng)薄板約14萬t,占整個(gè)市場(chǎng)的70%左右.其生產(chǎn)的鋁產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于埃沃奎越野車、奔馳SL系列、奧迪R8、Q7SU和A6等車.2008年開始向亞洲供應(yīng)汽車鋁板.

2009年,海德魯鋁業(yè)公司汽車鋁板帶的產(chǎn)量約8萬t,目前生產(chǎn)能力超過12萬t/年.除車身板外,還生產(chǎn)座椅、儀表、車門和車頂用鋁板.例如,BMW公司的薄覆蓋件板，BMW5系列車結(jié)構(gòu)件，法國(guó)Steimmel車的擋熱板、門及座位的加強(qiáng)件.此外,也向巴黎電動(dòng)汽車制造商提供車身用鋁板.

在車身鋁板消費(fèi)方面,目前歐洲消費(fèi)量已達(dá)20萬t/年,北美和亞洲約為5萬t/年,可見歐洲在汽車輕量化方面走在世界前列.預(yù)計(jì)到2015年,消費(fèi)量將達(dá)到60萬t/年.消費(fèi)國(guó)家主要集中在美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、加拿大和瑞士等發(fā)達(dá)國(guó)家,其中美國(guó)的消費(fèi)比例最高,為16.2%;德國(guó)位居第二,為10.5%;日本和瑞士也均超過了7.5%.

3.2 國(guó)內(nèi)研發(fā)及生產(chǎn)現(xiàn)狀

近年來,我國(guó)在車身鋁板方面進(jìn)行了大量研究工作,并取得了可喜的成果.

山東叢林集團(tuán)與東風(fēng)汽車有限公司于2009年共同開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的首輛全鋁半掛車,減重率高達(dá)41.4%.湖南晟通集團(tuán)研發(fā)的12 m半承載全鋁客車減重了60%,其重量?jī)H為一輛普通鋼制廂體車重的一半.另外,徐州財(cái)發(fā)鋁熱傳輸有限公司與汽車工程研究院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和東北大學(xué)等科研院校緊密合作,跟蹤國(guó)外鋁合金板材加工技術(shù)發(fā)展的前沿和趨勢(shì),對(duì)鋁合金成分分配、處理工藝、軋制過程等問題和綜合性關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā),批量生產(chǎn)了汽車外覆蓋件高性能鋁合金板壓制汽車引擎蓋.西南鋁于2009年底建成了國(guó)內(nèi)首條汽車板帶生產(chǎn)線,目前在汽車鋁板關(guān)鍵工藝研發(fā)方面又取得了一系列新進(jìn)展,其生產(chǎn)的汽車鋁板樣品的物理、化學(xué)性能均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)水平,預(yù)計(jì)最快可在2014年正式投產(chǎn).目前,我國(guó)汽車鋁板在建項(xiàng)目基本為外資或合資企業(yè),如諾貝麗斯公司已于2012年在常州建立了國(guó)內(nèi)首家汽車鋁板生產(chǎn)工廠;愛勵(lì)國(guó)際已于2011年與江蘇鎮(zhèn)江達(dá)成合作協(xié)議,在該市增加2億美元投資建設(shè)汽車鋁板帶項(xiàng)目.

總體而言,我國(guó)汽車車身用鋁板的技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相差約20年.雖然國(guó)內(nèi)已建成汽車鋁薄板專業(yè)生產(chǎn)線,但要成為具有國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的項(xiàng)目,能批量向通用汽車公司、福特汽車公司、奔馳汽車公司和豐田汽車公司等提供汽車鋁薄板，還需要一定的時(shí)間[2].為了拉近與發(fā)達(dá)國(guó)家的距離,《新材料 “十二五”規(guī)劃》中將汽車用6016、6022和6011鋁合金板列為新材料的關(guān)鍵產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)厚度0.7～2.0 mm、寬幅1 600～2 300 mm汽車鋁板的產(chǎn)業(yè)化.

4 鋁合金汽車板發(fā)展存在的問題與建議

4.1 存在的問題

(1) 汽車工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),我國(guó)是世界汽車的產(chǎn)銷大國(guó).2011年我國(guó)汽車產(chǎn)量為1 841.89萬輛,成為全球汽車生產(chǎn)第一大國(guó).但汽車車身鋁板還不能大批量生產(chǎn),由于其技術(shù)難度大,除了要滿足標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的力學(xué)性能與抗腐蝕性能外,還應(yīng)具備良好的成形性、表面平整性、良好的焊接性及烤漆硬化性.目前我國(guó)已經(jīng)擁有生產(chǎn)汽車車身板的現(xiàn)代化熱軋、冷軋?jiān)O(shè)備,但缺少專業(yè)的精整、退火設(shè)備,因此國(guó)內(nèi)車身鋁板的產(chǎn)量極少.

(2) 由于鋁合金與鋼的油漆烘烤硬化性能不同,目前大部分汽車制造企業(yè)的油漆烘烤工藝是針對(duì)鋼板設(shè)計(jì)的,因此需要采用二者兼容的工藝.

(3) 汽車車身板的生產(chǎn)成本較大.據(jù)一些外貿(mào)公司資料顯示,韓國(guó)諾貝麗斯進(jìn)口鋁板價(jià)格在3～6萬元/t,個(gè)別品種鋁板價(jià)格更高,而鋼板的價(jià)格為0.8萬元/t.因此,鋁合金汽車板在我國(guó)并沒有大量應(yīng)用.

(4) 鋁制汽車車身板的修復(fù)技術(shù)不同于鋼制汽車,需要專業(yè)的人員與設(shè)備,且能夠提供鋁制車身修復(fù)服務(wù)的修理廠很少,增加了使用成本.

4.2 發(fā)展建議

(1) 國(guó)外著名汽車鋁板生產(chǎn)商均有自己的汽車產(chǎn)品中心,我國(guó)也需盡快組建這樣一個(gè)機(jī)構(gòu).一是開發(fā)汽車車身板用新型鋁合金材料,降低鋁材成本;二是改進(jìn)熔鑄、均勻化處理等技術(shù),提高表面平整性、抗凹性及烘烤硬化性.

(2) 增加現(xiàn)代化水準(zhǔn)的汽車用板生產(chǎn)線,包括高精度純拉伸矯直設(shè)備、氣墊退火爐、涂層等關(guān)鍵設(shè)備,生產(chǎn)高質(zhì)量的汽車鋁板.

(3) 鋁材生產(chǎn)公司可與汽車企業(yè)聯(lián)合,共同參與汽車鋁制零部件的設(shè)計(jì).

在節(jié)能減排的大環(huán)境下,我國(guó)變形鋁合金尤其是板材在汽車上的應(yīng)用將會(huì)越來越多.2011年我國(guó)汽車銷量為1 850.89萬輛,預(yù)計(jì)到2015年,將達(dá)到2 528萬輛.按照鋁材能替代鋼板用量5%的保守估算,則帶來的乘用車車身用板市場(chǎng)需求有可能達(dá)到60萬t.可見,汽車鋁板材的市場(chǎng)前景非常廣闊.通過沖壓成形制造轎車車身板已經(jīng)邁出了成功的一步,如果考慮到其他構(gòu)件所用板材,鋁合金板材的需求量將會(huì)更多.

參考文獻(xiàn):

[1] 路洪洲,馬鳴圖,游江海,等.鋁合金汽車覆蓋件的生產(chǎn)和相關(guān)技術(shù)進(jìn)展[J].世界有色金屬,2008(5):66-70.

[2] 王祝堂.科學(xué)穩(wěn)健地發(fā)展車體鋁板帶產(chǎn)業(yè)[J].世界有色金屬,2012(9):21-25.