自20世紀90年代末首次出現以來，先進高強鋼 （AHSS）對美國汽車工業的發展起到至關重要的作用。隨著輕型車輛溫室氣體排放標準（CAFE）的期限不斷臨近，業內已經加快采用先進高強鋼。根據美國的現行法律，在2025年之前，乘用車的油耗需接近54.5MPG，遠遠高于2016年24.7MPG的水平。雖然美國政府已經提出了比CAFE更寬松的“安全和可負擔燃油效率”（SAFE）標準，但為了朝著CAFE方向努力，美國汽車制造商依然致力于制造更輕便的汽車，減少污染，因而不斷加大了先進高強鋼的應用比重。
先進高強鋼的描述 當提及鋼材的制造與加工，先進高強鋼的兩大關鍵性能指標就可以很好地滿足CAFE標準，一是延展性，或者說是拉伸應力下的成形性；二是屈服強度，這是碰撞試驗中的一大重要安全指標。抗拉強度超過780MPa的先進高強鋼被稱作“超高強鋼”（UHSS），抗拉強度高于1000MPa的被稱作千兆鋼（1000MPa=1GPa）。 更重要的是，先進高強鋼兼具較高的延展性和屈服強度，同時重量較輕，從而使汽車在實現輕量化效果的同時，其性能也可以滿足CAFE標準的要求。最終目標就是實現汽車重量更輕、材料更薄、燃油效率更高，同時具備耐碰撞性，最大程度地確保乘客安全。由此來看，先進高強鋼可以使得汽車制造廠商滿足日益嚴格的安全、減排和性能目標，同時具備成本優勢。 先進高強鋼的當前趨勢 隨著業內對排放標準的關注與日俱增，預計到2025年，先進高強鋼在北美地區汽車上的使用量有望從2015年的279磅增至450磅。2013-2018年間，美國國內的福特、菲亞特克萊斯勒（FCA）和通用等汽車廠商也紛紛在其車身上更多地采用先進高強鋼。不過，寶馬和本田等非本土廠商在先進高強鋼/超高強鋼的使用方面已經處于領先地位。舉例來說，雪佛蘭2019 Silverrado車型在白車身和框架上采用了強度更高的鋼材，先進高強鋼和超高強鋼的比重已經增加了約5%；重新設計的本田思域車型在白車身上采用超高強鋼的比重約為26%。 鋼鐵工業已經取得了長足的進展，開發了全新的高級鋼種，同時實現了商業化生產。在典型白車身結構上的實際應用使先進高強鋼獲得了廣泛的認可，同時限制了替代型材料的應用。2019年北美地區輕量化汽車的扁平材使用量估計為1480磅，低于2013年的1615磅，這正是因為汽車整備重量的整體減輕。 將2018年輕量化汽車的扁平材用量與2013年的情況相比，可以發現，鋼材的比重已經從54%提升至62%。雖然鋁材已經取代了鋼材的部分份額，但先進高強鋼已經取代了更多軟鋼，而且在一些部位，先進高強鋼的幾何尺寸和成形性都得到明顯改善。時至今日，從2013年到2018年，第三代先進高強鋼正在同時取代高強鋼（HSS）和高強度低合金鋼（HSLA），其增幅達90磅，增長率約為38%。先進高強鋼/超高強鋼的使用量年均約凈增長20磅。 2019年推出的新車型預示著先進高強鋼/超高強鋼未來將得到更多應用。隨著全球環保法規日趨嚴格，汽車廠商們會繼續修訂電氣化計劃，以滿足CAFE最為嚴格的規定。為此，先進高強鋼和超高強鋼無疑將成為最具競爭力的材料。 先進高強鋼的未來趨勢 汽車廠商們意識到，新標準還將更快地出現。與此同時，隨著先進高強鋼的采用，老舊低效的汽車將逐步被更新、更高效的汽車所取代，油耗標準也將更低。在進入2020年以后，鋼材依舊會是比重最大的汽車材料，而且高級鋼種將會抑制其他的競爭材料。到2025年，北美地區汽車的先進高強鋼使用量有望顯著增至570磅。鋁材也將繼續在整車重量上占據一定的比重，在2020年之前增加約20磅。 雖然汽車裝配企業的應用比重各不相同，但2020年以后，隨著超高強鋼使用量的增加，預計先進高強鋼在每輛汽車上的使用量將出現下滑。自2013年起，超高強鋼的使用量就開始增加，預計將從2019年的351磅增至2025年的483磅。到2025年之前，先進高強鋼/超高強鋼在每輛汽車上的凈增量有望達175磅，年均增幅為30磅。從現在到2025年，隨著更新的全球汽車標準和美國環保局目標相繼推出，新車型數量不斷增加，超高強鋼的使用將有所加快。可以預計，美國也將與歐盟和亞洲一道，共同參與到標準的制定之中，以更好地滿足汽車排放和性能方面的標準。 美國的潛力 截至目前，為了提升先進高強鋼和超高強鋼的制造和加工能力。美國汽車制造商和供應商依舊在追逐歐盟和亞洲競爭對手的步伐。為了將先進高強鋼真正融入到整個供應鏈，美國國內的汽車制造商、加工商和裝配商都迫切需要進行大量的投資。 在美國，先進高強鋼和超高強鋼在汽車上的應用前景將會是非常光明的。為了深入理解其性能，許多學術機構和團體都在致力于研究先進高強鋼和超高強鋼，通過不斷優化其特性和性能，以滿足客戶需求和法規要求。在過去幾十年時間里，美國鋼鐵和汽車工業已經達成了默契的合作關系，并相繼推出了更為安全、環保的新一代汽車。在不久的未來，期待先進高強鋼和超高強鋼將會出現更多的創新成果。
來源：世界金屬導報
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