北美汽车材料的应用现状与发展趋势探讨

    近年来，北美地区汽车产业增长势头强劲，严苛的油耗法规推动了高强钢和铝合金等轻量化材料的显著增长，也使轻量化非钢材料对钢铁材料的冲击比全球其他地区都要强烈。钢铁企业正在深挖钢材的潜力，联手汽车制造商开发质量更轻、强度更高的钢材及其加工应用技术，致力于实现车身及零部件各方面的轻量化，努力维持钢在汽车材料市场的主导地位。 

    严苛法规推动轻量化材料发展

    铝材等轻量化材料应用增加。2012年8月，奥巴马政府发布了2025年企业平均燃油经济性法规的终版本。按照新法规，美国各车企2017年～2025年款新车的燃油经济性平均值应达到54.5英里/加仑，约合4.3升/百公里，比当前水平提高了近一倍。严格的排放法规是推动汽车业以铝替代钢的主要推动因素，特别是在北美市场，美国汽车铝材的使用比重正在明显增加。 

    北美汽车市场中，铝合金是仅次于钢铁的常用材料，除了全铝车身之外，更多地应用在车门板、车顶板、后备箱门等部位。据报道，福特将在2017年生产超过100万辆采用铝制车身的汽车。福特已经宣布其新款全铝车身F-150皮卡的年产能规划为65万辆。根据铝业制造巨头诺贝丽斯的预测，2016年北美汽车市场对于铝材料的需求将激增4倍。据神户制钢预计，北美地区汽车行业的铝板需求将从目前的10万吨/年增至2020年的100万吨/年。 

    同时，北美是世界上汽车镁合金用量大的地区，正在使用和研制的镁合金汽车零部件有100多种，包括转向盘、离合器、传动外壳、轮毂、发动机支架、行李箱盖板等。但由于耐腐蚀性差、生产工艺技术不成熟、材料成本高等原因，镁合金在汽车上的应用发展相对比较缓慢。美国汽车材料协会（USAMP）预计，到2020年北美生产的每辆汽车镁合金用量约达到160kg。 

    此外，高强度、轻质量的碳纤维材料成为汽车业的“新宠”。碳纤维强度可达到钢铁的10倍，但重量仅为钢铁的1/4。不过，由于材料成本高，量产工艺不成熟，碳纤维仅集中应用于高端跑车、运动赛车和一些高端越野车上。目前，德国宝马、奥迪和美国通用等汽车制造商都已推出使用碳纤维部件的新车型，并对进一步扩大这一新材料的应用范围兴趣浓厚。 

    高强钢需求快速增长。作为汽车生产的主要原材料，钢在不断改进以适应各种设计变化的挑战，尤其是高强度钢的成功开发，更好地解决了轻量化与安全、成本之间的矛盾。与铝合金、镁合金和碳纤维等轻量化材料相比，高强钢具有优异的性价比，而且可以利用现有的汽车生产设备，节约投资。在各种轻量化材料中，高强度钢板除在轻量化方面效果略弱外，在使用性能、成本和节能减排等方面均具有显著优势。因此，从综合性能和成本来看，钢在汽车市场的主导地位不会动摇，通过提高钢材的强度等性能实现轻量化仍是许多汽车企业的重点选择。 

    近两年来，全球钢铁市场整体低迷，但美国钢铁市场表现较好，汽车、能源和建筑业的复苏是钢铁需求增长的主要原因。从近两年来美国钢铁消费行业结构来看，汽车行业为美国钢材消费的第二大行业，用钢量占美国钢材发货量的25%左右。随着美国经济和美国汽车市场的复苏回升，汽车用钢将迎来持续增长，也因此成为各大钢铁企业竞相投资布局的热点区域。 

    以高强钢为主体的多材料轻量化组合成为发展方向。北美国际汽车展是全球五大车展之一，展示的新产品和新技术代表着全球汽车工业未来的发展趋势。2014年，北美国际汽车展的一个重大产业变革是各车企相继推出或研发更轻型的车身及零部件，传统钢铁材料仍然占据主流，高强钢得到大量应用；同时，铝合金、镁合金和碳纤维等轻量化材料的应用明显增加。 

    “多材料组合的轻量化结构和合适的材料用于合适的部位”成为未来轻量化选材的发展方向。如车展上亮相的福特F-150新车型（连续32年蝉联美国畅销车型），车架采用高强度钢，车身大面积采用铝材料，每辆可多减轻700磅，从而使行驶性能和燃效得到提升。