補(bǔ)特色汽車(chē)鋁合金與沖擠件短板(上)
2016年03月01日 9:42 6334次瀏覽 來(lái)源: 中國(guó)有色金屬報(bào) 分類(lèi): 鋁資訊 作者: 王祝堂
就全世界來(lái)說(shuō),汽車(chē)工業(yè)是用鋁最多的部門(mén),2015年國(guó)外汽車(chē)工業(yè)原鋁與再生鋁的用量約7500kt,約占鋁總消費(fèi)量的25.7%,可是中國(guó)用鋁最多的是建筑與結(jié)構(gòu)工業(yè),汽車(chē)工業(yè)的用量?jī)H約3200kt,還不到鋁消費(fèi)總量34000kt的10%,這說(shuō)明中國(guó)汽車(chē)用鋁潛力還很大,是推廣鋁應(yīng)用的最大對(duì)象。
為了推廣鋁在汽車(chē)中的跨越式應(yīng)用,除盡快使已建成ABS(汽車(chē)車(chē)身薄板,Auto Body Sheet)項(xiàng)目達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn),在建項(xiàng)目按計(jì)劃盡快建成外,還有一些短板亟宜補(bǔ)上,如大的ABS生產(chǎn)企業(yè)宜建立專(zhuān)業(yè)研究所,研發(fā)有工廠(chǎng)特色的ABS合金,這類(lèi)合金的成分與標(biāo)準(zhǔn)合金的略有不同,但工藝性能更適應(yīng)的生產(chǎn)情況,其使用與制造性能可以更好地滿(mǎn)足汽車(chē)制造廠(chǎng)的要求,每個(gè)大的ABS生產(chǎn)廠(chǎng)都應(yīng)有適合自己的合金;擠壓汽車(chē)鋁材也有幾項(xiàng)需補(bǔ)上,如可在汽車(chē)產(chǎn)品基地建一些專(zhuān)業(yè)鋁材擠壓廠(chǎng)及鋁材深加工項(xiàng)目,向汽車(chē)廠(chǎng)提供可直接組裝白車(chē)的零配件;建設(shè)鋁合金汽車(chē)零件沖擠廠(chǎng),中國(guó)至今尚無(wú)這類(lèi)企業(yè),沖擠件性能優(yōu)于鑄件的,而又接近鍛件的,而且制造成本又比鍛件的低,值得推廣。
補(bǔ)特色ABS合金短板
鑄造鋁合金及變形鋁合金都在汽車(chē)制造中獲得了應(yīng)用,但目前仍以前者為主,2020年以后,壓力加工鋁材(平軋產(chǎn)品、擠壓材、鍛件等)用量有可能超過(guò)壓鑄件及鑄件。在汽車(chē)制造中用的加工鋁材中,乘人小車(chē)車(chē)身薄板(ABS,auto body sheet)的生產(chǎn)難度及技術(shù)門(mén)檻最高,裝備與建設(shè)投資也是最多的。ABS鋁合金除有滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的力學(xué)性能、化學(xué)性能、尺寸偏差與表面品質(zhì)外,還應(yīng)具備如下的特性:良好的成形性能與翻邊延性,表面平整性強(qiáng),良好的可焊性,優(yōu)秀的烘烤硬化性,抗時(shí)效穩(wěn)定性強(qiáng),很好的抗凹性,良好的Zr/Ti鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性能。
ABS鋁合金板可分為外板與內(nèi)板,外板生產(chǎn)難度大,所要求的性能高,現(xiàn)在所說(shuō)的汽車(chē)板一般都是指車(chē)身外覆蓋板。它們又可分為標(biāo)準(zhǔn)合金與非標(biāo)準(zhǔn)合金,前者指在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)公司(AA)注冊(cè)的與有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)納入的,如6009、6010、6111、6016、6022等合金,還有一些2xxx系及5xxx系合金。中國(guó)在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》明確提出發(fā)展的合金為6016、6022、6111,這既與世界ABS鋁合金發(fā)展態(tài)勢(shì)一致,也與國(guó)內(nèi)鋁加工業(yè)及汽車(chē)制造業(yè)的實(shí)際情況吻合。
中國(guó)乘人轎車(chē)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展取得了巨大成就,已連續(xù)4年產(chǎn)銷(xiāo)量穩(wěn)居世界首位,但是85%以上的小轎車(chē)都是中外合資企業(yè)生產(chǎn)的,由國(guó)內(nèi)企業(yè)與有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)的還不到15%,所以離完全擺脫外人的控制向發(fā)達(dá)大國(guó)汽車(chē)工業(yè)那樣還有較大差距,還需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能趕上與超過(guò)。與此相適應(yīng),中國(guó)在A(yíng)BS鋁合金板生產(chǎn)領(lǐng)域雖有著30多年的研發(fā),但都是追蹤型的,都是在零打碎敲,既沒(méi)有專(zhuān)業(yè)化的生產(chǎn)企業(yè)與生產(chǎn)線(xiàn),也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的規(guī)模較大的研究院所,也沒(méi)有一批高水平的穩(wěn)定的研究隊(duì)伍。因此,在此領(lǐng)域有兩方面的需要補(bǔ)的或快補(bǔ)的板塊,快補(bǔ)的是指在建的ABS項(xiàng)目如天津忠旺鋁業(yè)有限公司、神鋼汽車(chē)鋁材(天津)有限公司、愛(ài)勵(lì)(鎮(zhèn)江)鋁業(yè)有限公司、同人鋁業(yè)有限公司的汽車(chē)板工程盡快按預(yù)定計(jì)劃建成投產(chǎn),已建成的如諾貝麗斯(中國(guó))鋁制品有限公司、南南鋁加工有限公司、西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的ABS生產(chǎn)線(xiàn)爭(zhēng)取向全球大的汽車(chē)制造企業(yè)批量提供板帶材。
另兩方面的“補(bǔ)”不是馬上可補(bǔ)好的,需要較長(zhǎng)的時(shí)間,一是搞深加工,二是搞創(chuàng)新性研發(fā),這是一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù),進(jìn)無(wú)止境的任務(wù)。ABS生產(chǎn)企業(yè)不但要向汽車(chē)制造廠(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)的價(jià)格合理制造白車(chē)覆蓋件的板帶材,而且應(yīng)向汽車(chē)制造廠(chǎng)提供盡量多的可立馬用于組裝白車(chē)的深加工鈑金件,這是高附加工值的產(chǎn)品,是一類(lèi)雙贏(yíng)的產(chǎn)品,加工廠(chǎng)可量體裁衣,根據(jù)鈑金尺寸精準(zhǔn)地激光下料,分毫不差,將材料利用率做到極致,據(jù)筆者估算,材料利用率可提高5%左右,材料采購(gòu)費(fèi)可以相應(yīng)地下降一些;在加工廠(chǎng)進(jìn)行深加工,邊角廢料和各種材料的切屑可得到精準(zhǔn)的回收與再生利用,不會(huì)發(fā)生混料,可顯著提高廢料的使用價(jià)格,降低鈑金覆蓋件生產(chǎn)成本。
創(chuàng)新性研發(fā)是我們當(dāng)下的主短板,必須補(bǔ)上,但又是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作,搞研發(fā)就是在不斷地創(chuàng)新,主要是研發(fā)新的合金,這不是指創(chuàng)造一種全新的性能大為改觀(guān)的合金,而是指對(duì)既有的合金成分進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ),使其性能得到改善,更適合材料廠(chǎng)的加工與汽車(chē)制造廠(chǎng)的使用,國(guó)外的鋁加工廠(chǎng)在這方面做出了很好的榜樣,它們的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒,研制成功了一批有特色的合金,其特點(diǎn)是:以標(biāo)準(zhǔn)合金為平臺(tái),對(duì)成分作了一些調(diào)整,或是對(duì)主成分略加精細(xì)變動(dòng),或是添加了一兩個(gè)微量元素,或?qū)δ承╇s質(zhì)作了更嚴(yán)格的限制;第二對(duì)生產(chǎn)工藝作精細(xì)調(diào)整,提高產(chǎn)品品質(zhì)或降低制造成本,使產(chǎn)品具有更好的性?xún)r(jià)比,汽車(chē)制造廠(chǎng)也更樂(lè)于使用?,F(xiàn)介紹幾個(gè)公司在這方面的業(yè)績(jī)。
諾貝麗斯鋁業(yè)公司的Advanz 7xxx系合金
諾貝麗斯鋁業(yè)公司是全球最大的平軋鋁產(chǎn)品企業(yè),每年的研發(fā)費(fèi)用達(dá)到2.2%銷(xiāo)售收入,在全球鋁業(yè)公司中也位居前列,新近推出一種商品名稱(chēng)為Advanz 7xxx系的鋁合金,其板材用于制造汽車(chē)安全裝置,它的強(qiáng)度性能比現(xiàn)行保險(xiǎn)杠鋁合金的高一倍;與高強(qiáng)度鋼材相比,該合金在減輕汽車(chē)凈質(zhì)量的同時(shí)能最大程度地確保乘人安全。目前,全世界有多家汽車(chē)公司正在對(duì)該合金安全系統(tǒng)進(jìn)行試用、測(cè)試與評(píng)估。
神戶(hù)鋼鐵公司的ABS鋁合金
日本神戶(hù)鋼鐵公司是日本ABS鋁合金的最大生產(chǎn)者,其產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的50%以上,它研發(fā)的KS6K21與KS5J30鋁合金的綜合性能比標(biāo)準(zhǔn)5182鋁合金的高得多,前者是一類(lèi)Al-Mg-Si系合金,而后者為一種Al-Mg-Cu系合金。KS6K21合金的前期強(qiáng)度低,抗腐蝕性強(qiáng),可焊性良好。KS5J30合金的抗拉強(qiáng)度高,為275N/mm2,僅比SPCC鋼板的低13%,伸長(zhǎng)率高達(dá)30%,比SPCC鋼的低29%,成形性良好;沖壓后強(qiáng)度有所上升,而烘烤后并不下降;抗腐蝕性強(qiáng),可焊性良好。KS6K21合金的母合金是6016鋁合金,KS5J30合金是5052合金的發(fā)展。它們還取得了中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利。
肯聯(lián)鋁業(yè)公司的5種ABS鋁合金
總部位于法國(guó)巴黎的肯聯(lián)鋁業(yè)公司(Constellium)的紐布利薩克(Neuf-Brisach)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始生產(chǎn)汽車(chē)白車(chē)身鋁合金板,內(nèi)板為5754鋁合金,外板為6016鋁合金,主要用戶(hù)是雷諾汽車(chē)公司,用于制造標(biāo)致與雪鐵龍汽車(chē)車(chē)身鈑金件,為激光裁切板坯,而向德國(guó)寶馬5GT、捷豹XJ、奔馳、奧迪A8等供應(yīng)的為帶卷,該公司ABS生產(chǎn)能力約100kt/a。肯聯(lián)鋁業(yè)公司謝爾研究中心研發(fā)的有特色的5種ABS鋁合金:
FormatexTM合金,有高的成形性能,是一種6xxx系鋁合金,用于制造乘人車(chē)頂部鈑金件;
StrongalexTM合金,其抗拉強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)合金的高不少,用于制造高強(qiáng)度鈑金件。
SecuralexTM合金,是一種保護(hù)行人安全性高的ABS鋁合金,它有良好的表面可處理性能,表面處理后色調(diào)均勻柔后,用于制造乘人車(chē)外部鈑金件;
UltralexTM合金,是7021鋁合金(1.2%Mg~1.87%Mg、5%Zn~6%Zn、0.08%Zr~0.18%Zr)的發(fā)展與改型,有很高的強(qiáng)度性能,抗拉強(qiáng)度Rm=400N/mm2,幾乎與鋼板的相等。
諾貝麗斯鋁業(yè)公司的AC-600PX高強(qiáng)度合金
2011年8月諾貝麗斯鋁業(yè)公司被確定為全新埃沃奎系列越野車(chē)(all-new Range Rover Evoque)ABS鋁合金獨(dú)家供應(yīng)商。這一系列埃沃奎越野車(chē)具有最高的燃油效率,比過(guò)去的任何一款埃沃奎越野車(chē)都省油,這都得益于A(yíng)BS鋁合金的采用。為此,埃沃奎汽車(chē)公司在利物浦建設(shè)了首條專(zhuān)業(yè)鋁鈑金件生產(chǎn)線(xiàn)。新款越野車(chē)的蓋、車(chē)頂和結(jié)構(gòu)件都是用諾貝麗斯鋁業(yè)公司的ABS加工的。車(chē)頂設(shè)計(jì)極為領(lǐng)先,首次用公司的新型鋁合金Anticorodal-600PX(AC-PX)板制造,它既有高的強(qiáng)度性能又有良好的成形性,是一種優(yōu)秀的車(chē)身鈑金件合金,其抗拉強(qiáng)度Rm比典型ABS鋁合金的約高20%,而其成形性能比任何其他高強(qiáng)度鋁合金的都好,由于合金強(qiáng)度高,鋁合金ABS的厚度可減薄15%以上,使其成為一種制造車(chē)身蓋板、翼子板、頂板、門(mén)板等之類(lèi)的優(yōu)秀鋁合金。還有一種牌號(hào)Anticorodal-120的Al-Mg-Si系合金,它有高的抗腐蝕性能。Anticorodal-600 PX 合金的成分雖未公開(kāi),但是種種跡象表明,這是一種Al-Mg-Si系合金。
日本聯(lián)合鋁業(yè)公司住友公司的系列ABS合金
日本原住友鋁業(yè)公司于2013年與斯凱鋁業(yè)公司(Sky)、古河鋁業(yè)公司組成日本聯(lián)合鋁業(yè)公司(UACJ),但在許多場(chǎng)合仍以住友鋁業(yè)公司名義進(jìn)行業(yè)務(wù)活動(dòng)。它研發(fā)的三種ABS合金:
GB15VJ合金,是一種2xxx系合金,其成分(質(zhì)量%):Si0.30~0.6,Fe0.40,Cu1.2~1.7,Mn0.10,Mg0.40~0.8,Cr0.10,Zn0.25,Ti0.10,V0.01~0.10,其余Al;
GV10J合金,是一種Al-Mg-Si系合金,其成分(質(zhì)量%):Si0.35~0.7,Fe0.50,Cu0.45~0.8,Mn0.05~0.20,Mg0.8~1.2,Cr0.10,Zn0.25,Ti0.10,其余Al。該合金的成形性和強(qiáng)度性能適中;
GZ42J合金,是一種7xxx系鋁合金,其分析成分(質(zhì)量%):Si0.09,Fe0.10,Cu0.38,Mg4.5,Z1.46,其余為Al。抗拉強(qiáng)度Rm=300N/mm2,伸長(zhǎng)率A5=30%。它是強(qiáng)度高、成形性好、雜質(zhì)含量低的高純度合金。
海德魯鋁業(yè)公司的L63/44合金
L63/44鋁合金原是德國(guó)聯(lián)合鋁業(yè)公司(VAW)格雷文布羅伊(Grevenbroich)軋制廠(chǎng)的注冊(cè)合金,商品牌號(hào)VAW L63/44,2006年海德魯(Hydro)收購(gòu)了VAW鋁業(yè)公司,從此VAW鋁業(yè)公司不復(fù)存在,但是L63/44合金仍在市場(chǎng)銷(xiāo)售,它是一種5xxx系合金,成分(質(zhì)量%)為:Si0.40,Fe0.50,Cu0.10,Mn0.10~0.6,Mg4.5~5.3,Zn0.20,Ti0.20,其余Al。
責(zé)任編輯:李卓
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