汽车轻量化与稀土及其合金

汽车轻量化与稀土及其合金

发展绿色经济和高端制造对汽车轻量化提出了要求。公开资讯表明,相关实验证明——传统汽车整车重量每降低10%,燃油效率就可提高6%-8%;运动部件每减轻1%,可节油2%;汽车整车质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3升-0.6升。

2018年4月25日-5月4日北京车展期间,工业和信息化部原材料工业司开展了汽车轻量化新材料推广活动。该活动为材料和汽车生产企业提供了交流平台,集中展示了我国汽车轻量化新材料产业取得的突破性进展,详细介绍了我国在汽车轻量化新材料方面的产业政策、现状特点和发展方向,以及我国相关企业的技术特点和最新产品。

无疑,活动充分表明了政策对汽车轻量化新材料的重视,也是主管部门对其发展状况的阶段性的一次巡查。多年以来的理论和实践表明,汽车轻量化和成本与综合效益实质上可行,汽车轻量化材料也得到了政策的持续支持,国产的稀土合金产品及其于汽车应用亦在不断发展进步。

轻量化和成本与综合效益实质上可行

业界一部分观点认为,汽车要轻量化,势必采用一些新材料、新设计和新方法,这在市场化环节首当其冲的挑战恐怕就是随之而来的成本上涨。轻量化与成本之间的交锋成为整车及零部件企业在轻量化道路上不断探索和突破的关键点。

当然,我们要从积极进步的态度看待这个问题。业内人士表示,不是所有的轻量化都会带来成本增加。比如,一些从结构设计上的改变,就可以实现轻量化,成本还会降低。

某自主品牌乘用车企业轻量化和性能集成主管张湛在一次采访中表示,整车企业是因为有减重需求才会进行轻量化,而并非为了轻量化而轻量化。通常这种需求来自于性能提升或成本改善,如通过轻量化改善加速性、制动性、提高疲劳耐久性等,或通过优化冗余材料,以降低成本。从表面上看,轻量化使用了更贵的材料工艺,导致成本上升。而从产品设计制造过程整体分析,同等整车性能下,轻量化降低了底盘、动力、安全等方面的设计难度,从而带来了这些系统的成本下降。因此,在本质上,轻量化为整车企业带来了整体经济效益,而并非成本负担。

包含以上观点的关于汽车轻量化的核心内容,汽车业内专家认为,可以从设计、轻质材料替代、制造工艺改进、提高钢材强度这4个方面实现汽车轻量化。而这四个方面,均可以和稀土元素有关。其中设计和制造工艺改进和添加稀土轻质材料的性能和应用重复相关,而提高钢材性能可依赖稀土元素的添加。

多项政策发展规划明确支持稀土合金

《汽车产业中长期发展规划》提出:汽车产品加快向轻量化方向发展;突破整车轻量化新材料等产业链短板;突破整车轻量化等关键技术;依托国家科技计划(专项、基金等),引导汽车行业加强与原材料等相关行业合作,协同开展高强钢、铝合金高真空压铸、半固态及粉末冶金成型零件产业化及批量应用研究,加快镁合金、稀土镁(铝)合金应用,扩展高性能工程塑件、复合材料应用范围;鼓励行业企业加强高强轻质车身等关键零部件制造技术攻关。

《新材料产业发展指南》提出:要加快镁合金、稀土镁(铝)合金在汽车仪表板及座椅骨架、转向盘轮芯、轮毂等领域的应用。

《原材料工业两化深度融合推进计划(2015-2018年)》重点任务二“高性能稀土功能材料及器件”中指出发展特种稀土合金,重点解决稀土镁合金成本居高不下,应用受限的问题,建成满足汽车轻量化等应用需求的高性能,低成本稀土镁合金生产线,拓展稀土应用领域。

汽车轻量化与稀土及其合金

稀土合金于汽车应用的发展状况良好

5月16-18日,2018第八届中国国际新能源汽车论坛颁奖典礼中,福建坤孚股份有限公司凭借坤孚在镁合金汽车轻量化领域的一系列创新成果和应用,由论坛组委会专家组评选获得论坛重量级奖项——“轻量化材料创新技术奖”。该公司近年来一直专注于镁合金新材料的研发及制造,主营业务包括稀土镁合金等高端镁合金材料。

坤孚集团市场企划总监在《镁合金在汽车轻量化方面的应用》的发言中表示,镁合金新材料特性十分适合车辆制造,不但轻量化效果明显,同时其优异的阻尼减震性、高抗冲击性、散热性、绿色环保无毒性、100%可回收等特性,相比其它汽车制造材料具有独特优势,是未来汽车轻量化材料的发展趋势。

上海交通大学教授、中国工程院院士在2015年的一次研讨会上曾说,目前已交付通用汽车100台应用镁稀土合金的发动机,在V6缸体、活塞等部件运用镁稀土合金,总计减重18KG,减重率为30%。镁稀土合金汽车轮毂也在日本得到应用,实验数据显示,在高速公路运行较铝合金轮毂汽车降耗20%,在市内运行降耗达15%以上。

包头稀土研究院稀土镁合金研发团队以技术创新开发为基础,紧密结合市场需求,形成包括镁镧、镁铈、镁钕、镁钆及镁钇中间合金等覆盖稀土元素序列的稀土镁中间合金产品,含锆的稀土镁中间合金产品,应对不同领域需求的稀土镁应用合金产品。在提供稀土镁合金的同时,紧密与应用终端联络结合,进行稀土镁合金压铸件、半连续铸造圆棒、挤压型材的工艺开发与产品开发,突破稀土镁合金的技术壁垒与应用壁垒。面向需求推出稀土镁合金的定制化制备新模式,提供对应工艺装备的技术服务支持与产品解决方案,充当客户与产品之间的桥梁,实现高性价比的产品服务。

2017年11月,包头稀土研究院顺利完成德国富来FRECH-QC830冷室压铸系统的调试工作,确保稀土镁合金压铸项目的正常推进,为下一步开展稀土镁合金压铸产品的工艺试验提供保障。

此外,近年中科院金属研究所、包头稀土研究院、北京科技大学、北京钢研总院、东北大学等科研单位的研究表明,稀土在钢中的作用主要体现在细化变质夹杂物,深度净化钢水和强烈的微合金化等方面,对钢的性能影响主要体现在提高钢的韧塑性、耐热性、耐蚀性和耐磨性等四个方面。性能的提升,也符合汽车轻量化的要求和发展趋势。

中国稀土学会专家表示,稀土能大幅度提高材料的性能,如本钢在载重汽车的轮辐钢中加了稀土后,该产品的抗疲劳性能、强度、韧性等有显著提高。

如今包钢已建成了550 万吨的稀土钢板材生产线,已经开始供应国内车企;加稀土高强车轮钢也正在检测评估并逐步走向市场。包钢股份的相关负责人称,公司的目标是在”十三五“末稀土钢产品产量占比达到70。

近日,工信部考察了紫金铜业、瓮福紫金、瓮福蓝天、思康化学等有色金属冶炼和化工新材料相关企业,指出加强与稀土等行业的产业耦合,延伸产业链,提升资源综合利用水平。

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