鋁合金汽車板應用及生產現狀

王 丹

(中色科技股份有限公司,河南 洛陽 471039)

0 前 言

在世界汽車工業日益重視節能、環保的迫切形勢下,減輕汽車自重以降低能耗、減少廢氣排放和提高效率已成為各大汽車企業提高競爭力的重要方向.使用鋁合金代替鋼鐵材料則是各國汽車制造商采用的主要減重手段之一.汽車質量每減輕1%,可節省燃料消耗0.6%～1.0%.如果每輛轎車減重100 kg,那么行駛100 km可減少油耗0.48 L.其明顯的減重節能效益使汽車鋁材的用量與日俱增[1].鋁合金板主要應用于汽車的發動機罩、擋泥板、車門、車頂及行李箱蓋等部件.

1 鋁合金汽車板應用現狀

汽車車身約占汽車總重的30%,其覆蓋件使用材料主要是鋼板.如果用鋁合金來代替傳統鋼板,可使白車身減重約40%～50%,進而使整車減重10%左右.

1.1 國 外

2000年，世界汽車的平均自身質量為1 225 kg,其中鋁材用量占16.5%.到2010年，世界汽車的平均自身質量已下降到1 100 kg,其中鋁材用量增至29%,且有上升趨勢.2000年，日本單臺汽車鋁材用量為270 kg,占自重的31.8%.預計到2015年,美國、歐洲和日本等國家的單臺汽車鋁材用量可達280 kg以上,最高可超過350 kg.可見,鋁材在汽車上的大量應用是必然趨勢,其中鋁板的用量也會相應提高.

目前,國外中高級轎車,如亨利·福特Model T型汽車、法拉利360賽車、奧迪A2和A8、福特Prodigy及本田Insight等，均采用全鋁車身.歐、美汽車覆蓋件用鋁情況見表1和表2.

表1 歐洲汽車覆蓋件用鋁情況Tab.1 The aluminium using case of automobile panels in European

表2 北美汽車覆蓋件用鋁情況Tab.2 The aluminium using case of automobile panels in North America

1.2 國 內

汽車車身板生產線技術含量高、工藝復雜,多年來國內鋁加工企業一直在研發鋁合金板在汽車上的應用,如西南鋁、東北輕合金和晟通等企業以小批量供貨給部分汽車、轎車廠.但國產轎車鋁材質量與國外的差距較大,因此,國產各類汽車用鋁總體低于國外,尤其是轎車鋁材用量差距較大,只有一些進口車型使用外國進口汽車鋁合金板材.

目前,一汽奔騰系列、長安CV11、吉利NL-1、奇瑞A5、東風客車、東風商用車和宇通城市快巴ZK6126HGE等車型，已經使用鋁合金覆蓋件和鋁合金蒙皮.

2 車身鋁板合金應用情況

汽車車身鋁板合金主要有3個系列,分別為2xxx系、5xxx系和6xxx系,典型牌號有5052、5182、5754、6010、6016和6111鋁合金,乘用車用鋁板厚度多為1～3 mm.

2xxx系合金是可熱處理強化合金,具有良好的成形性和較高的強度,但抗蝕性差,烘烤硬化能力低,主要用于汽車內板;5xxx系合金是非熱處理強化合金,鋁板沖壓成形后表面容易起皺,且延展性和彎曲能力也有所欠缺,多用于內板;6xxx系合金是可熱處理強化合金,具有良好的成形性、烘烤硬化性,是目前汽車板材的主要研究方向.

國外在汽車內外板的鋁合金應用方面有所不同.美國汽車面板多采用5xxx、6xxx及7xxx系鋁合金,如5083、5754、6010、6111、7072和7475鋁合金等;日本對面板的成形性要求與鋼材相同,故開發了5022和5023鋁合金,并已廣泛應用.對于外部面板材料,北美主要使用6011鋁合金,預計今后會加大6022鋁合金的用量,而日本主要使用6016和6022鋁合金,其中一部分為含銅量高的6111鋁合金.

國內轎車車身外板主要采用6016、6022、6111、6181鋁合金;內板采用5754、5182和5052鋁合金.

3 鋁合金汽車板生產現狀

3.1 國外生產及消費現狀

國外著名的汽車鋁板生產商主要有美國鋁業公司、愛勵國際、力拓-加鋁公司、諾貝麗斯公司、海德魯鋁業公司、日本神戶制鋼真岡軋制廠和日本輕金屬公司.這些公司均成立了汽車鋁板帶中心,配置了汽車鋁板帶專用生產線.目前全球使用的輕型車身鋁板大部分由諾貝麗斯公司、美國鋁業公司和海德魯鋁業公司生產,其余由日本一些公司及其他公司生產.

當前世界最大的轎車鋁合金薄板供應商諾貝麗斯公司,在2007年向歐洲汽車工業供應薄板約14萬t,占整個市場的70%左右.其生產的鋁產品廣泛應用于埃沃奎越野車、奔馳SL系列、奧迪R8、Q7SU和A6等車.2008年開始向亞洲供應汽車鋁板.

2009年,海德魯鋁業公司汽車鋁板帶的產量約8萬t,目前生產能力超過12萬t/年.除車身板外,還生產座椅、儀表、車門和車頂用鋁板.例如,BMW公司的薄覆蓋件板，BMW5系列車結構件，法國Steimmel車的擋熱板、門及座位的加強件.此外,也向巴黎電動汽車制造商提供車身用鋁板.

在車身鋁板消費方面,目前歐洲消費量已達20萬t/年,北美和亞洲約為5萬t/年,可見歐洲在汽車輕量化方面走在世界前列.預計到2015年,消費量將達到60萬t/年.消費國家主要集中在美國、德國、日本、韓國、加拿大和瑞士等發達國家,其中美國的消費比例最高,為16.2%;德國位居第二,為10.5%;日本和瑞士也均超過了7.5%.

3.2 國內研發及生產現狀

近年來,我國在車身鋁板方面進行了大量研究工作,并取得了可喜的成果.

山東叢林集團與東風汽車有限公司于2009年共同開發出擁有自主知識產權的首輛全鋁半掛車,減重率高達41.4%.湖南晟通集團研發的12 m半承載全鋁客車減重了60%,其重量僅為一輛普通鋼制廂體車重的一半.另外,徐州財發鋁熱傳輸有限公司與汽車工程研究院、中國礦業大學和東北大學等科研院校緊密合作,跟蹤國外鋁合金板材加工技術發展的前沿和趨勢,對鋁合金成分分配、處理工藝、軋制過程等問題和綜合性關鍵技術進行研究開發,批量生產了汽車外覆蓋件高性能鋁合金板壓制汽車引擎蓋.西南鋁于2009年底建成了國內首條汽車板帶生產線,目前在汽車鋁板關鍵工藝研發方面又取得了一系列新進展,其生產的汽車鋁板樣品的物理、化學性能均達到了標準水平,預計最快可在2014年正式投產.目前,我國汽車鋁板在建項目基本為外資或合資企業,如諾貝麗斯公司已于2012年在常州建立了國內首家汽車鋁板生產工廠;愛勵國際已于2011年與江蘇鎮江達成合作協議,在該市增加2億美元投資建設汽車鋁板帶項目.

總體而言,我國汽車車身用鋁板的技術與發達國家相差約20年.雖然國內已建成汽車鋁薄板專業生產線,但要成為具有國際市場競爭力的項目,能批量向通用汽車公司、福特汽車公司、奔馳汽車公司和豐田汽車公司等提供汽車鋁薄板，還需要一定的時間[2].為了拉近與發達國家的距離,《新材料 “十二五”規劃》中將汽車用6016、6022和6011鋁合金板列為新材料的關鍵產品,實現厚度0.7～2.0 mm、寬幅1 600～2 300 mm汽車鋁板的產業化.

4 鋁合金汽車板發展存在的問題與建議

4.1 存在的問題

(1) 汽車工業是國民經濟的支柱產業,我國是世界汽車的產銷大國.2011年我國汽車產量為1 841.89萬輛,成為全球汽車生產第一大國.但汽車車身鋁板還不能大批量生產,由于其技術難度大,除了要滿足標準與規范的力學性能與抗腐蝕性能外,還應具備良好的成形性、表面平整性、良好的焊接性及烤漆硬化性.目前我國已經擁有生產汽車車身板的現代化熱軋、冷軋設備,但缺少專業的精整、退火設備,因此國內車身鋁板的產量極少.

(2) 由于鋁合金與鋼的油漆烘烤硬化性能不同,目前大部分汽車制造企業的油漆烘烤工藝是針對鋼板設計的,因此需要采用二者兼容的工藝.

(3) 汽車車身板的生產成本較大.據一些外貿公司資料顯示,韓國諾貝麗斯進口鋁板價格在3～6萬元/t,個別品種鋁板價格更高,而鋼板的價格為0.8萬元/t.因此,鋁合金汽車板在我國并沒有大量應用.

(4) 鋁制汽車車身板的修復技術不同于鋼制汽車,需要專業的人員與設備,且能夠提供鋁制車身修復服務的修理廠很少,增加了使用成本.

4.2 發展建議

(1) 國外著名汽車鋁板生產商均有自己的汽車產品中心,我國也需盡快組建這樣一個機構.一是開發汽車車身板用新型鋁合金材料,降低鋁材成本;二是改進熔鑄、均勻化處理等技術,提高表面平整性、抗凹性及烘烤硬化性.

(2) 增加現代化水準的汽車用板生產線,包括高精度純拉伸矯直設備、氣墊退火爐、涂層等關鍵設備,生產高質量的汽車鋁板.

(3) 鋁材生產公司可與汽車企業聯合,共同參與汽車鋁制零部件的設計.

在節能減排的大環境下,我國變形鋁合金尤其是板材在汽車上的應用將會越來越多.2011年我國汽車銷量為1 850.89萬輛,預計到2015年,將達到2 528萬輛.按照鋁材能替代鋼板用量5%的保守估算,則帶來的乘用車車身用板市場需求有可能達到60萬t.可見,汽車鋁板材的市場前景非常廣闊.通過沖壓成形制造轎車車身板已經邁出了成功的一步,如果考慮到其他構件所用板材,鋁合金板材的需求量將會更多.

參考文獻:

[1] 路洪洲,馬鳴圖,游江海,等.鋁合金汽車覆蓋件的生產和相關技術進展[J].世界有色金屬,2008(5):66-70.

[2] 王祝堂.科學穩健地發展車體鋁板帶產業[J].世界有色金屬,2012(9):21-25.