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新能源車(chē)用鋼及案例

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為應(yīng)對(duì)新能源車(chē)對(duì)減重、節(jié)能、安全、高效的需求，鋼鐵行業(yè)采取了一系列應(yīng)對(duì)措施，以提高汽車(chē)的燃料效率，減少溫室氣體排放，同時(shí)提高安全性，汽車(chē)性能和成本的可負(fù)擔(dān)性。

實(shí)現(xiàn)途徑主要是包括設(shè)計(jì)先進(jìn)的鋼種，優(yōu)化汽車(chē)工程設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)的鋼鐵制造技術(shù)，在獲得足夠高強(qiáng)度鋼鐵產(chǎn)品的同時(shí)，兼顧較好的可成形性，低的制造排放和相對(duì)低的成本。

主要成果包括研發(fā)輕量化車(chē)身結(jié)構(gòu)的先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS）和用于制造驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高性能電工鋼（High Performance Electrical Steel）。

1 先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS）

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板主要指以相變強(qiáng)化為主要強(qiáng)化方式的一類(lèi)鋼板，包括雙相鋼（Dual Phase Steel，DP）、相變誘發(fā)塑性鋼（Transformation Induced Plasticity Steel，TRIP）、孿晶誘發(fā)塑性鋼（Twinning Induced Plasticity Steel，TWIP）、復(fù)相鋼（Complex Phase Steel，CP）和馬氏體鋼（Martensitic Steel，MS）等，如下圖所示。此外，還有熱沖壓用鋼（HPF）、低密度高強(qiáng)鋼（High Specific Strength Steel）等。使用AHSS的目的，主要是降低車(chē)身重量，提高結(jié)構(gòu)安全性，減少溫室氣體的排放。

不同種類(lèi)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度及延伸率關(guān)系圖

FSV BEV白車(chē)身的鋼種分布情況

案例1: 2019英菲尼迪Q50的車(chē)身結(jié)構(gòu)

2019年英菲尼迪Q50的車(chē)身結(jié)構(gòu)由不同強(qiáng)度的鋼制成。SHF 980 MPa鋼（下面的藍(lán)色）用于汽車(chē)前部和后部的碰撞區(qū)域，以便在發(fā)生碰撞時(shí)更好地吸收能量。發(fā)動(dòng)機(jī)艙和汽車(chē)其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件（如B柱）周?chē)某兄夭糠忠灿蒘HF 980 MPa鋼制成。車(chē)輛的駕駛室采用1.2 GPa鋼加固，高強(qiáng)度鋼用于整個(gè)車(chē)身殼體的其余部分。

2019 Infiniti Q50白車(chē)身

案例2 2019本田 Insight的車(chē)身結(jié)構(gòu)

2019年本田Insight采用了新一代先進(jìn)兼容性工程?（ACE?）車(chē)身結(jié)構(gòu)，大量使用340,440,590,780,980和1500 MPa等級(jí)的高強(qiáng)鋼。根據(jù)其拉伸強(qiáng)度（MPa），鋁制發(fā)罩和鋼制部件）進(jìn)行顏色編碼。其中，還用到了激光拼焊板。

案例3 2018 Honda Accord混動(dòng)車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)

2018款車(chē)型具有以下車(chē)身特征：

?新一代高級(jí)兼容性工程?（ACE?）主體結(jié)構(gòu)

?廣泛使用高抗拉強(qiáng)度鋼（64.4％），其中780,980和1,500 MPa等級(jí)占36.5％

?車(chē)頂采用激光釬焊方法與兩個(gè)孔連接

?在整個(gè)建造過(guò)程中廣泛使用抗沖擊粘合劑

案例4 2019年雪佛蘭Silverado車(chē)身結(jié)構(gòu)

在2015款車(chē)型中，福特F-150換成了鋁制車(chē)身?，F(xiàn)在，全新的2019款雪佛蘭Silverado使用了包含鋁在內(nèi)的多種材料，比之前的車(chē)型輕了450磅。其中，采用固定鋼制車(chē)身組件和鋁制面板（車(chē)門(mén)，引擎蓋，后擋板），車(chē)身重量減輕了88磅。在解剖幾臺(tái)鋁制F-150的車(chē)門(mén)后，發(fā)現(xiàn)鋁門(mén)外殼材料容易與內(nèi)部結(jié)構(gòu)件分離。

案例5 2018年馬自達(dá)MX-5車(chē)身結(jié)構(gòu)

第四代馬自達(dá)MX-5的車(chē)身結(jié)構(gòu)采用超高強(qiáng)度鋼和鋁制結(jié)構(gòu)件。藍(lán)色部分是高強(qiáng)鋼。同時(shí)其敞篷車(chē)的A柱通常具有非常強(qiáng)大的內(nèi)部增強(qiáng)處理。

2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)用高性能電工鋼（HPES）

強(qiáng)大的電池，對(duì)于新能源汽車(chē)中的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是最重要的嗎？不完全是，電機(jī)還需要一種非常特殊的材料，才能將電池的電力傳遞到驅(qū)動(dòng)裝置上，這就是我們所說(shuō)的電工鋼。

電工鋼是一種軟磁材料。在這種材料中，外部磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通密度，比在空氣中的情況高許多倍。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)可通過(guò)軟磁材料加強(qiáng)，而磁通密度是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵。

鐵芯損耗（鐵損）是電驅(qū)動(dòng)效率的另一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。這些損耗是由于磁場(chǎng)方向不斷變化而發(fā)生的，這使得原本用于為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的部分能量作為熱量而損失。鐵損水平取決于磁場(chǎng)方向變化的頻率，也還取決于電工鋼材料本身的質(zhì)量。

對(duì)于傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)，例如電梯或機(jī)床中使用的電動(dòng)機(jī)，工作頻率為50赫茲。相比之下，用于新能源汽車(chē)的高速電動(dòng)機(jī)的工作頻率超過(guò)400赫茲。鐵損通常隨著工作頻率的增加而增加，因此，電動(dòng)汽車(chē)不僅需要具有高磁通密度的軟磁材料，同時(shí)要求電動(dòng)機(jī)在高頻下具有最小的磁芯損耗。

根據(jù)用途的不同，新能源汽車(chē)對(duì)電工鋼產(chǎn)品的要求是：具有中高頻低鐵損、高磁感和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，滿足各類(lèi)電機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用需要。根據(jù)不同的性能要求，相應(yīng)的電工鋼產(chǎn)品可分為低損耗系列（具有低鐵損、高強(qiáng)度系列化的特點(diǎn)）、高效系列（磁感、鐵損、強(qiáng)度三者綜合性能優(yōu)異）、高磁感系列（更高的磁感，滿足高轉(zhuǎn)矩、電機(jī)小型化的需求）、高強(qiáng)度系列（高強(qiáng)度，應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速或超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子）和薄帶系列產(chǎn)品（中高頻下低鐵損，應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速或超高轉(zhuǎn)速電機(jī)）。