第二代鋁合金ABS在汽車車身段料的運用

鋁合金ABS材料應具有 外觀平整性強、優(yōu)越 的可焊性、優(yōu)異 的烘烤硬化性、抗時效不變性強、頑強 的抗凹性、優(yōu)越 的Zr/Ti鹽化學轉(zhuǎn)化處置機能 ，

這些機能 如抗時效不變性、成形性、烘烤硬化性、翻邊延性、油漆艷麗 性、外觀處置特征 、抗凹性等是ABS外板應具有 的，不外 有些非凡 是互相 矛盾的，應盡量 使它們到達 公道 的匹配，到達 優(yōu)化組合，同時應有公道 的性價比。

在全球都在呼吁節(jié)能減排的年夜 布景下，汽車輕量化已成為列國 的重點存眷 對象。近些年 來，關(guān)于實現(xiàn)汽車輕量化的手藝 與立異 賡續(xù) 出現(xiàn) 。所謂輕量化就是在包管 汽車強度和平安 機能 的條件 下，盡量 地下降 整車的凈質(zhì)量，進而提高汽車動力機能 ，下降 汽車行駛進程 中的“磨擦 損失”，削減 能耗，從而到達 節(jié)能減排的目標 。

科學工作者早已做過實驗 ，若汽車整車凈質(zhì)量下降 10%，燃油效力 可提高6%~8%；汽車整車質(zhì)量每削減 100kg，百千米 油耗可下降 0.3L~0.6L?，F(xiàn)今 ，節(jié)能減排是全球性的使命，而汽車又是現(xiàn)代生涯 中不行或缺的必需品，是以 汽車輕量化已成為當來世 界汽車成長 潮水 。

今朝 ，中國汽車的平均能耗為7.5L/100km閣下 ，與蓬勃 國度 的還有必然 差距，國度 計劃 的方針是，2021年要到達 4.5L/100km，與歐洲的尺度 同等 ，并跨越 美國定下的尺度 。要實現(xiàn)這個方針，就必需 加速 汽車輕量化。歐洲汽車制造企業(yè)正在推動 “超輕型汽車工程”，美國在汽車鋁化方面獲得 了跨越式進展，他們的方針是在現(xiàn)有價錢 的根本上，將車的質(zhì)量下降 30%。

鋁是最早成為鋼材替換 品的汽車制造材料，1960年美國乘用車（car）的平均用鋁量28.6kg，1999年上升到109kg，2021年到達 約160kg，2025年估量 可到達 205kg以上。1994年德國奧迪汽車公司臨盆 的Audi A8（奧迪A8）的車身內(nèi)架（Audi Space frame,ASF）與籠蓋 件滿是 用美國鋁業(yè)公司（Alcoa）的擠壓鋁材與薄板材制造的，開全鋁乘人轎車的先河。今朝 的數(shù)據(jù)顯示，在汽車制造中以鋁代鋼，可以使 汽車質(zhì)量下降30%~40%，若是用第二代鋁合金，則減重結(jié)果 尤其 卓著。鋁目前已成為汽車制造頂用 量僅次于鋼材和鑄鐵的材料，而在全鋁乘人汽車中，鋁的用量已上升到第二位。

2021年全球 汽車制造業(yè)鋁的消費量約19500kt（含再生鋁），個中 ABS（Auto-Body-Sheet，汽車車身薄板）的消費約1850kt，而中國的用量只不外 32kt，而且85%是進口與外資企業(yè)臨盆 的。據(jù)猜測 ，2025年全球 對ABS的需求量有可能到達 12000kt，個中 中國的需求量約3500kt。

第一代ABS

筆者將到2021年為止的ABS分為兩代，是按鋁合金的機能 及其臨盆 工藝分的。第一代用的是常規(guī)變形鋁合金，冷軋帶坯是用鑄錠-熱軋法臨盆 的，目前全球已建成與2021年上半年可建成的企業(yè)與車間總計 27個，都屬第一代；第二代用的合金是美國鋁業(yè)公司新近發(fā)現(xiàn) 的，冷軋用的帶坯是用美國鋁業(yè)公司立異 的“圣安東尼奧小軋機法TM”（San Antonio Micro MillTM Flow Path）臨盆 的，這是一種極新 的工藝，合金的商標 與成份 還沒有 見媒體報導 ，還有效 哈茲雷特法臨盆 的（Hazellet）與用非凡 合金公司法（Special Alloy）臨盆 的帶坯也把其歸為第二代，哈茲雷特法臨盆 的合金為傳統(tǒng)的變形鋁合金，非凡 合金公司法用的合金極可能 也是常規(guī)的傳統(tǒng)合金，由于 締造 一個機能 年夜 幅度改善的有里程碑意義的合金并不是 垂手可得。

ABS分為兩種：內(nèi)板與外板。對外板的機能 要求高，臨盆 難度年夜 。常規(guī)ABS合金的典型代表有：2002-T4，21187-T4，2036-T4，2037-T4，2038-T4，5182-O，6009-T4，6010-T4，6015-T4，6016，6111，5754等。另外 ，還有一些公司開辟 的有必然 特征 的合金，如法國的AlMg5、483合金，日本神戶鋼鐵公司的GC45、GZ45、GC150、GV10、X660，德國的AMg3等。

ABS必需 有優(yōu)越 的成形性、外觀平整性強、優(yōu)越 的可焊性與良好的烘烤硬化性。臨盆 ABS的手藝 復雜性與扶植 ABS項目標 投資都是鋁加工業(yè)最年夜 的項目，比臨盆 航空航天鋁合金板帶材的還年夜 一些。

第二代ABS

第二代ABS是用新合金和/或新工藝臨盆 的。今朝 可臨盆 第二代ABS的工藝有三種：哈茲雷特法，美國鋁業(yè)公司的Micro-MillTM法與美國非凡 合金公司的工藝，它們都于2021年降生 于美國。Micro-MillTM法中試與貿(mào)易 化臨盆 線建在美國鋁業(yè)公司得克薩斯州圣安東尼奧軋制廠內(nèi)，臨盆 的ABS已 由 汽車制造廠的試用與認證，可以說已登堂入室。

1. Micro-MillTM法

2021年5月筆者伴同 河南省訪美代表團接見 了美國鋁業(yè)公司匹茲堡手藝 中間 ，該中間 向代表團介紹了Micro-MillTM法的工藝流程的概況，對筆者提出的一些問題，如鍛造 輥尺寸與材質(zhì)、輥套厚度與材質(zhì)、輥套使用壽命、鑄帶坯進入雙機架熱連軋線溫度等等都避而不答。臨盆 線可鑄帶坯寬度1727.2mm（68英寸）、帶坯厚度2.3mm~5.1mm（0.09英寸~0.20英寸）、鍛造 速度61m/min~27.4m/min（200ft/min~90ft/min）、鑄坯溫度567℃（1050°F），熱軋帶經(jīng)剪邊后寬度1549.4mm~1701.8mm（61英寸~67英寸）、厚度0.457mm~3.81mm（0.018英寸~0.150英寸）。以上是筆者在美國鋁業(yè)公司匹茲堡手藝 中間 獲得的手藝 數(shù)據(jù)。

汽車材料跨入鋁材時期

據(jù)《鋁時期 （Aluminium Times,Feb 2021,p.12;October/November2021p.8）》報導 ：美國鋁業(yè)公司的小型軋機（MicromillR）可以臨盆 第二代汽車鋁板帶，所臨盆 的汽車合金的成形性比現(xiàn)行鋁合金的高40%以上，而強度機能 則年夜 30%，而且 外觀品質(zhì)優(yōu)異 ，可知足 汽車工業(yè)的刻薄 要求。用所產(chǎn)板帶材制造的零部件的成形性比高強度低合金鋼的年夜 一倍，而其質(zhì)量卻比鋼的輕30%。半制品 的加工時候 年夜 為縮短，由于 與常規(guī)熱軋工藝比擬 省失落 5道工序：鑄錠鋸切頭尾、平均 化退火（這是一道長時候 的工序）、銑面、熱軋前加熱、熱軋。是以 ，從鋁合金熔體備好后到熱軋成供冷軋用的帶卷由20d縮短到20min。

美國鋁業(yè)公司小型軋機臨盆 的ABS從內(nèi)部顯微組織到外觀品質(zhì)都勝出傳統(tǒng)鑄錠熱軋工藝臨盆 的，出格是顯微組織獲得 了極年夜 的改善，晶粗藐小 ，強化相彌散平均 散布 ，因此 成形機能 可與低合金軟鋼（mild steel）試比高，更可喜的是可用與鋼板通用的模具順遂 地成形汽車的表里 籠蓋 件。由于Micro-MillR板材力學性的周全 晉升，使籠蓋 件的抗凹機能 獲得 響應 的提高，同時汽車零部件的加工制造也變得等閑很多 ，制品 率也有所上升，汽車廠也受益非淺。

小型軋機的占地面積（footprint）比傳統(tǒng)軋機的小很多 ，僅相當于后者的1/4，因此 其能耗也只有后者的1/2。Alcoa（美國鋁業(yè)公司）MicromillR手藝 在全球 分歧 國度 與地域申請了130個專利，臨盆 線的連氣兒鍛造 機可隨時替換 合金，沒必要 停機，因此 具有高度的矯捷與臨盆 效力 。

福特汽車公司批量使用MicromillR ABS

2021年9月14日，福特汽車公司（Ford Motor Co.）與美國鋁業(yè)公司簽署了配合 研發(fā)與推行 MicromillR手藝 臨盆 ABS及其在汽車的運用 和談 ，福特公司計劃在F-150型皮卡車上使用更多的鋁材。福特公司的嘗試表白，采取 MicromillR手藝 ABS制造的汽車在連結(jié) 溝通 的防撞程度 上，其零部件比鋼制的輕30%。

福特汽車公司產(chǎn)物 開辟 部主管拉杰·耐爾（Raj Nair）認為，新型鋁合金材料為設計新式子 汽車供應 了更多的矯捷選擇，而且極年夜 地縮短了設計與制造時候 ?；谛滦弯X材的優(yōu)異 機能 ，曩昔 用傳統(tǒng)的ABS不克不及 制造的零部件，目前卻垂手可得了。

美國鋁業(yè)公司與達涅利團體 聯(lián)婚推行 MicromillR手藝 與裝備

據(jù)《鋁時報，2021年10/11期P.8》報導 ，美國鋁業(yè)公司與意年夜 利達涅利團體 （Danieli Group）于2021年10月簽署 了一份合作和談 ，在全球推行 MicromillR手藝 、合金、臨盆 專利。早期 重點工作是在歐洲、南美洲、東南亞地域。達涅利團體 是第二年夜 冶金裝備臨盆 與研發(fā)企業(yè)，已獲得美國鋁業(yè)公司的授權(quán)，可在全球發(fā)賣 、安裝、調(diào)試有關(guān)MicromillR裝備的一切事宜，美國鋁業(yè)公司將供應 材料的全數(shù)臨盆 工藝與手藝 ，和 相干 專利手藝 。

2. 哈茲雷特法

哈茲雷特（Hazrlett）連鑄連軋工藝的貿(mào)易 化臨盆 已有50多年的汗青 ，中國已引進2條1950mm臨盆 線，一條在河南伊川電力團體 ，2021年投產(chǎn)，已進入達產(chǎn)階段；另外一 條在內(nèi)蒙霍林郭勒錦聯(lián)材料有限公司，2021年投產(chǎn)。它們的主導產(chǎn)物 都為鋁箔軋制帶坯與通用1XXX系、3XXX系合金板帶材帶坯。此法所能臨盆 的合金及產(chǎn)物 已有很多 介紹，關(guān)于鍛造 機的布局也有一些報導 ，在此不再贅言，在此需指出的是：它不是一種全能 的工藝，有一些合金如高合金化的2XXX系合金、7XXX系合金、含Mg含量年夜 于6%的5XXX系合金、鋁-鋰合金、鋁-鈧合金等還不克不及 臨盆 更不克不及 批量臨盆 ，其實不 像有文章（《中國鋁業(yè)》2021年第2期第10頁）說的“亦可臨盆 2000和7000系合金”，不克不及 批量臨盆 2024型及7075型航空航天板帶材坯材，就不克不及 說臨盆 2XXX系及7XXX系合金。該法也不克不及 臨盆 厚度年夜 于15mm的板材，由于 它可鑄帶坯的最年夜 厚度50mm，而平常鍛造 帶坯的厚度≤20mm；據(jù)哈茲雷特公司高級手藝 人員，用此法可以鍛造 冷軋ABS用的帶坯，但還沒有 見哪一個 汽車制造廠用其板帶材批量臨盆 籠蓋 件的報導 ，也為讀到世界上哪一個 軋制廠用此法臨盆 的帶材在批量供給 ABS的報導 。

3. 非凡 合金公司

美國非凡 合金公司據(jù)稱從2021年起頭籌謀扶植 一個ABS臨盆 能力達600kt/a的企業(yè)，采取 非凡 的工藝與非凡 的裝備，扶植 用地都已征妥，然則 2021年9月又忽然傳播鼓吹 不建了。筆者有美國同伙 稱，本來 是一些從事鋼鐵臨盆 的退休人員倡議扶植 此項目，后來發(fā)現(xiàn)扶植 此項目標 難度很年夜 ，決意 退出。他們采取 的工藝與裝備都未見報導 。

汽車材料將進入鋁時期

跟著 美國鋁業(yè)公司的Alcoa MicromillR的登堂入室，第二代ABS不單進入了批量臨盆 ，而且批量用于制造福特汽車公司的新版本F-150型皮卡車，其成形機能 比傳統(tǒng)ABS合金的年夜 40%，強度機能 比傳統(tǒng)材料的高30%，零部件質(zhì)量比鋼制的輕30%，各項機能 均周全 優(yōu)于低碳汽車鋼板的一些。這類 第二代鋁ABS的降生 有著里程碑意義，公布 汽車材料進入鋁時期 ，鋁將成為第二年夜 汽車材料，在某些車型上，乃至 有可能成為第一年夜 材料，有著不凡 的經(jīng)濟效益與社會效益。在這類 嚴重情勢 下，中國鋁工業(yè)與汽車制造業(yè)宜結(jié)合 起來接納 響應 的對策，使中國這個頭號的汽車臨盆 年夜 國，成為世界汽車鋁材研發(fā)、臨盆 與使用第一年夜 國與強國。還需要做那些工作呢？不外乎：

鋁工業(yè)的經(jīng)管人員與科技工作者宜存眷 MicromillR手藝 的內(nèi)在 與成長 ，有較深切 的認識 ，如對汽車輕量化與節(jié)能減排的感化 ，對鞭策 汽車制造業(yè)成長 的效應；

MicromillR手藝 集新材料與高端機械 制造業(yè)于一體，表現(xiàn) 了現(xiàn)今 鋁材料與裝備的制高點，具有手藝 高度密集、研究與開辟 投入高時候 長、影響面年夜 ，對國平易近 經(jīng)濟闡揚有必然 拉動感化 、臨盆 與市場國際性強等特點，需要國度 層面與有關(guān)部分 出頭具名 ，組織相干 單元 的人力與物力結(jié)合 研發(fā)。我們的家底不厚，對第一代ABS材料的研究尚不敷 ，更談不上第二代材料，在這方面與美國的差距可能有四五十年。第二代ABS鋁合金與第一代的比擬 應當 有相昔時 夜 的改善 與改變，僅僅對傳統(tǒng)合金作簡單的改性，不行能制造出機能 有這么年夜 周全 躍升的優(yōu)異 材料；

筆者感覺 MicromillR手藝 要害 在合金與鍛造 機。美國鋁業(yè)公司有很強的研發(fā)能力，128年來它創(chuàng)作的占在美國鋁業(yè)協(xié)會公司注冊的528個經(jīng)常使用 變形合金（截至2021年1月）的41%；MicromillR手藝 的推出，雙錕式連氣兒鍛造 機應當 起了年夜 局攸關(guān)的感化 ，而鍛造 錕尺寸、材料與內(nèi)部冷卻介質(zhì)通道又是要害 的要害 ，它必需 有強年夜 的冷卻能力，能在設按時候 內(nèi)使鋁熔體凝固；

企業(yè)家有斟酌 引進此項手藝 的需要 ，正在作扶植 ABS項今朝 期工作的企業(yè)宜采取 此新手藝 與工藝，要害 是連氣兒鍛造 機，熔煉裝備 與熱軋機可以國內(nèi)制造，后部熱處置與精整臨盆 線可國表里 合作設計與制造。

第二代鋁合金ABS在美國上市了，汽車材料鋁時期 萌芽了，中國鋁工業(yè)、汽車制造業(yè)宜結(jié)合 起來，迎頭趕上 ，勿失戰(zhàn)機。