在工信部組織制訂的《新材料產業「十二五」發展規劃》中提出,到2015年,關鍵新合金品種要取得重大突破,形成高端鋁合金材料300kt,基本滿足大飛機、軌道交通、節能與新能源汽車等的需求。其主要內容是:組織開發汽車用6XXX系鋁合金板材,實現厚度0.7~2.0mm,寬幅1600~2300mm汽車鋁合金板的產業化,即實現6016、6022、6011合金汽車板的產業化生產與精深加工。
汽車鋁化率會逐年提升
中國載人車用鋁比國外低20kg/輛
2011年全世界的原鋁產量已突破43000kt,成為僅次於鋼鐵的第二大金屬,其中的34%即約14620kt用於交通運輸裝備製造。如今,北美廂式貨車鋁化率已超過92%,歐洲大部分罐車、拖車等已採用鋁合金製造,每輛車平均減重800kg,全鋁的轎車與公共汽車也早已面世。
在可預見的時期內,鋁是提高運輸效率、降低運輸成本、節約能源、減少溫室氣體排放、發展循環經濟、維護道路安全最可靠的金屬結構材料。鋁能以各種形式如板、箔、管、棒、型、線、鍛件、粉、鑄件、壓鑄件等應用於車輛製造。全鋁載人車車身是由擠壓材框架與蒙以鋁板的殼體組成。小轎車用板材較多,而公共汽車的型材用量較多。
汽車板材技術門檻高
我國與世界領先水平或許相差20年
在當今使用的鋁及鋁合金板材中可作為高端或高精產品的有:航空航天板、汽車板、CTP基板、罐體板。目前,中國生產的CTP基板與罐體板已躋身世界先進行列,不但可滿足國內需求,而且有出口,參与國際市場角逐;但前兩種產品還與世界領先水平有較差距,航空航天板可能相差30年,而汽車板或許是20年。因此,工信部在《新材料產業「十二五」發展規劃》中將這兩種材料板材列為關鍵產品,並提出要產業化生產精深加工產品。所謂精深加工產品是指,鋁加工企業向用戶提供的不再是初級的平軋產品(板、帶、箔),而是符合用戶要求的經過精細加工的可上裝配線的或稍作處理后即上裝配線的產品。
2011年全球汽車鋁合金載人車車身板(不含貨車、拖車、半挂車、廂式車、特種車等用的)的需求量約250kt,中國還不能生產,可生產的國家為美國、德國、日本、法國、韓國等。
目前我國已取得的成就有,開始於上世紀80年代中期的對載人車的車門板生產的研發;投產國內首條車身板生產線;校企聯合研發汽車6XXX系覆蓋件板材等。但這些成就僅是第一步,生產的板材是素材,距精細加工的鈑金件的產業化生產,與進而擁有一批有中國特色的有自主知識產權的汽車板合金還有一段相當長的路要走。
中國汽車車身板之所以還不能產業化生產,有裝備方面的原因,也有技術與管理方面的原因,但更主要的原因是研發資金投入不夠、研發力量不足、技術水平有待提高等。如今,生產汽車平軋產品的裝備問題已解決,擁有全球先進的鑄錠熱軋裝備與精整設備,但還缺乏或不夠的裝備有:精密裁切線,沖制、彎折、摩擦攪拌焊接、數控加工、特種檢測手段等,因而無法向用戶提供精深加工鈑金件。
汽車板材合金性能要求多與品種少兩難捨
載人車車身鋁合金板經過幾十年的發展已形成一個龐大的家族,有標準的合金,也有非標準的合金,大約有50種,分屬於2XXX、5XXX、6XXX、7XXX系,各有各的性能,用於製造不同的鈑金件。不同的國家在使用合金方面各有側重,例如日本的汽車工業用5XXX系的多一些,美國則多用2XXX系及7XXX系合金,歐洲對6XXX系合金更感興趣。中國當前僅是一些外資企業的個別車型用了鋁合金薄板製造車身鈑金件,所用的板材全是進口的,一些非外資企業也用了一些鋁板,但量少,沒有規模,都是在仿照外國的合金。在《新材料產業「十二五」發展規劃》中明確提出汽車鋁板為6XXX系的6016、6062、6111合金,為中國汽車鋁板發展指明了方向,可以集中力量研發這類合金,最後形成有中國特色的汽車合金體系。
以6XXX系合金作為汽車板的主流無疑是正確的,它們與應用最大的建築鋁材合金同屬一個系,對於廢料回收與發展循環經濟非常有利。國外也在研發所謂的單一合金,試圖用一二個合金取代現用的十幾二十個合金,但有一定的難度。
中國除研发上述的3個合金外,還應研究6009合金與6010合金,可用它們沖制內外層壁板,國外在二十多年前就用它們製造鈑金件,效果不錯,雖然它們的強度比5182-0及2036-74合金差一些,但有很好的成形性能。
汽車鋁合金板的厚度一般為0.8~1.6mm,最大寬度2300mm。對其性能要求是:良好的成形性,有低的屈強比和高的成形極限,表面平整性強,成形鈑金件表面不出現羅平線(Roping Line)即滑移線;良好的可焊性;優良的烘烤硬化性。
汽車鋁板的發展趨勢:盡可能地減少合金種類;研發新的合金與複合板材;向汽車企業提供精深加工的鈑金件;鋁合金企業的工程師參与汽車設計,幫助他們選用鋁材;必須考慮汽車報廢后鋁的回收率。
資料鏈接
中國忠旺:全速推進鋁壓延材項目
通用汽車等企業開始與中國忠旺探討新能源車的發展,在未來幾年內,中國忠旺將建成具有全球先進水平的汽車車身高精鋁板帶生產線。其是中國忠旺2011年公布的300萬噸鋁壓延材項目的組成部分。
經過審慎周詳的規劃及全面的市場調研,中國忠旺進軍鋁壓延材業務領域不僅可以進一步發揮鋁合金熔鑄及產品研發等方面的領先優勢,還可以充分利用其在客戶和市場等方面所積累的資源,與工業鋁型材業務產生巨大的協同效應。
據悉,中國忠旺將於2011年至2014年分四期斥資合共約38億美元從德國和美國等地購買鋁壓延材生產設備,生產包括鋁中厚板、鋁板帶及鋁箔等產品。同時,海外高端技術人才的招聘工作正在同步開展。鋁壓延材項目第一期將於2014年下半年投產,年產能達180萬噸,於2018年落實整體300萬噸產能。