本報通訊員 部虎 任雪昭 記者 孫學軍

　　今年7月份，上海、廣州、天津等地將實施“國六”排放標準。“國六”排放標準分為ab兩個標準，a標準略嚴于歐洲第六階段排放標準限值水平，b標準限值相當于美國Tier3排放標準中規(guī)定的2020年平均限值。“國六”到底有多嚴？我們舉個例子來說，與“國五”排放標準限值相比，“國六”b標準的一氧化碳和氮氧化物限值分別下降了50%和42%。可見，我國推進超低排放的決心之大。這對汽車行業(yè)而言相當于指明了發(fā)展方向，即實現(xiàn)節(jié)能減排和車身輕量化。

　　汽車要實現(xiàn)輕量化必然需要研發(fā)輕量化材料。“集成高強鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等多種輕質(zhì)材料是未來汽車用材的發(fā)展方向。”這是《中國冶金報》記者從日前在重慶大學召開的以“新材料、新工藝、新技術(shù)”為主題的2019汽車輕量化與高性能材料技術(shù)論壇上獲知的信息。

　　節(jié)能減排要求輕量化

　　全球汽車產(chǎn)業(yè)正面臨深刻變革，在環(huán)保需求、安全法規(guī)、信息技術(shù)和人工智能的綜合推動下，汽車行業(yè)正向著“新四化”（電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化）的發(fā)展方向變革，這就對汽車的開發(fā)目標、研發(fā)手段和測評技術(shù)等都提出了更高要求。

　　再加上我國近年來大氣污染嚴重，汽車行業(yè)節(jié)能減排壓力巨大。從環(huán)保需求來看，目前我國汽車用汽、柴油消費量占全國汽、柴油消費量的55%，每年新增石油消費量的70%以上被新增汽車所消耗。石油消費的快速增加，一方面增加了能源供應(yīng)壓力，造成我國原油對外依存度逐年增加；另一方面也導致我國碳排放量迅速增加，對環(huán)境造成不可逆的影響。

　　在全球倡導節(jié)能減排的背景下，我國明確提出到2020年乘用車新車平均燃料消耗量降至5升/100公里。在采用“國六”的排放標準后，對汽車行業(yè)的節(jié)能減排技術(shù)提出了更高要求。

　　“在汽車行業(yè)節(jié)能減排路徑中，汽車輕量化是最容易實現(xiàn)、潛力相對較大的方式。”長安汽車工程研究總院副總經(jīng)理馮剛說，“研究發(fā)現(xiàn)，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽車整備質(zhì)量每減少100千克，百公里油耗可降低0.3升~0.6升。”

　　此外，對于新能源汽車而言，汽車輕量化更是解決續(xù)航問題的有效途徑。“目前電動化已是汽車產(chǎn)業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的潮流。由于電驅(qū)動本身的技術(shù)及配套產(chǎn)品的成熟度較低，同平臺下的電動車整備質(zhì)量往往比燃油車更重。為了跨過續(xù)航門檻，電動化時代下的輕量化需求更為迫切。”重慶大學汽車工程學院“百人計劃”研究員詹振飛認為。

　　輕量化務(wù)必選材得當

　　實現(xiàn)汽車輕量化主要有兩個途徑：一是通過整車和零部件優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，如除去零部件多余部分（薄壁化、中空化），減少零件數(shù)量，設(shè)計全新結(jié)構(gòu)等；二是輕量化材料和工藝開發(fā)，即用低密度材料代替鋼鐵材料的應(yīng)用，主要采用輕量化材料以減輕零部件重量。

　　從長期來看，合適的輕量化材料應(yīng)用到合適的部位，才能最大程度上發(fā)揮材料特性。“汽車輕量化首先要選材得當，利用新的成型技術(shù)優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)，使合適的材料用在合適的車身部件上，可以減輕車身重量。”河鋼集團鋼研總院首席工程師王立輝博士在此次論壇上表示。

　　從不同材料分析來看，高強鋼可以降低鋼板厚度，主要用于外覆蓋件、白車身和懸掛件等；鋁合金、鎂合金和工程塑料等低密度輕質(zhì)材料，主要用于發(fā)動機缸體、方向盤骨架等非結(jié)構(gòu)件。并且，從近期應(yīng)用結(jié)合未來發(fā)展來看，高強鋼、鋁合金仍然是當下主流的輕量化材料，而鎂合金目前呈現(xiàn)出的輕量化效果較好，具有較大的增長空間。

　　中國現(xiàn)在已經(jīng)成為汽車用鎂合金零部件的生產(chǎn)大國。中國工程院院士潘復生教授認為，鎂合金輕量化效果好，資源豐富，功能特性優(yōu)良，其擴大應(yīng)用對全球節(jié)能減排和緩解礦業(yè)資源危機具有重要的戰(zhàn)略意義，再加上鎂合金比強度高可以明顯減輕車身重量，同時可以實現(xiàn)減振降噪、屏蔽電磁輻射等，在汽車、摩托車和其他軌道交通等方面有廣泛的應(yīng)用前景。

　　此外，鋁合金具有比強度高、耐腐蝕和良好的加工成型性，熱處理后強度可與鋼相媲美，是汽車輕量化主要選擇的替代材料。目前，我國交通運輸業(yè)用鋁的比例約為20%，增長空間廣闊。

　　研發(fā)空間巨大

　　新材料的應(yīng)用要經(jīng)歷一個漫長的過程。由于汽車輕量化包含不確定性分析、最優(yōu)化方法、近似建模等多領(lǐng)域的理論與技術(shù)，又涉及安全性、可靠性、耐久性以及舒適性等多個學科，是多部門、多平臺、多學科的綜合，其問題的復雜性遠遠高于普通產(chǎn)品。雖然與10年前相比，我國基本上解決了汽車材料輕量化的設(shè)計問題，但離國際先進水平仍有很長一段距離，頗具挑戰(zhàn)性。

　　其中，汽車材料及制造成本、輕量化效果和技術(shù)成熟度之間的平衡成為汽車選材、用材和實現(xiàn)輕量化的突破口。“整車結(jié)構(gòu)輕量化必須在保證整車結(jié)構(gòu)力學性能指標的前提下實施，如剛度性能、強度性能、NVH（即噪聲、振動和聲振粗糙度）特性和結(jié)構(gòu)耐撞性，需根據(jù)工程經(jīng)驗反復修正方案。”重慶大學汽車工程學院張志飛副教授說。

　　在汽車輕量化用新材料研發(fā)方面，上海交通大學劉釗建議，碳纖維復合材料具有多尺度特性，在細觀和介觀尺度上存在結(jié)構(gòu)特征復雜、力學性能參數(shù)不確定等難題，可開展不確定性的碳纖維復合材料本構(gòu)建模以及多尺度不確定性優(yōu)化方案研究，對推動復合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用意義重大。

　　同時，搭建交流合作平臺也是促進汽車輕量化用材料發(fā)展的關(guān)鍵。在車型開發(fā)的不同階段，零部件的優(yōu)化設(shè)計需要綜合考慮安全性、經(jīng)濟性和技術(shù)成熟度等很多復雜因素，研發(fā)出的新材料和新技術(shù)，必須由材料供應(yīng)商、車企等緊密配合，經(jīng)過使用驗證和系統(tǒng)評價才能走向成熟、走向市場，真正達到整車輕量化的目的，從而實現(xiàn)材料替代和節(jié)能減排。

　　此外，鋼鐵材料是汽車最重要和不可或缺的材料，汽車輕量化和高強度鋼材的研發(fā)已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)的重要課題。“從制造到服務(wù) ，實現(xiàn)產(chǎn)學研用的深度融合，才能全方位推進汽車輕量化發(fā)展。”河鋼集團鋼研總院首席工程師齊建軍說。

　　《中國冶金報》（2019年06月26日 03版三版）