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汽车轻量化大潮更加离不开钢材

轻量化一直是汽车工业的重要组成部分。在保证安全的前提下,车辆越轻,动力系统越高效,制动系统越容易停车。100多年来,内燃机一直是汽车工业首选的动力系统,因为它具有成本效益、相对高效、使用方便且通常价格低廉的燃料、汽油。

多年来,豪华跑车一直致力于轻量化,并使用各种材料来实现最轻的车辆。这些质量和有效的设计对于加速非常重要,这也是这些车辆的关键性能指标。然而,这对于普通消费者来说太贵了。

对于普通车辆,重量损失的重要性各不相同。最初,它依赖于汽油的成本和可用性,但最终扩展到越来越严格的安全要求(这大大提高了车身结构的质量)和燃油经济性法规,旨在减少对外国石油和废气排放的依赖。随着环境与气候变化研究的深入,温室气体排放已成为全球关注的一个重要问题。许多国家采用了这些法规和标准。

有许多方法可以减少废气排放,包括改善动力系统和空气动力学以提高燃油效率、降低滚动阻力和重量等。在过去的几年里,世界各地的汽车制造商在这些领域取得了进展。然而,温室气体排放量继续上升。

随着全球汽车数量的预期增长,人们不得不停下来问:有什么变化吗?

回答这个问题的最好方法是看整体情况,或者在这种情况下,看轻型车辆的生命周期评估。

钢铁市场发展研究所(SMDI)和钢铁回收研究所(SRI),美国钢铁协会的两个业务部门,以及世界钢铁公司。几年来,这些研究小组一直在研究使用各种材料的轻型车辆对排放和能耗的影响。钢是当今大量汽车所用材料中的很大一部分。事实上,50%以上的普通车辆都是用钢制造的,钢是车身结构、底盘和悬架部件以及车门、发动机罩和挡板的主要材料。当发动机和变速箱中加入钢制部件时,钢的重量占汽车重量的四分之三以上。

钢铁的崛起

20世纪30年代,当汽车制造商发现钢在车身结构上优于木材时,钢成为普通汽车的主要材料(它已被用于封闭板)。它成本低,储量丰富。铁路和建筑业几十年来一直在使用钢铁。钢的高强度、耐久性和低成本的结合使其仍然是汽车的首选金属。

此外,钢铁行业不断创新和发展新的钢种,以提供更高的强度。当使用更新的高强度和先进的高强度钢种时,汽车工程师不仅可以设计出性能更高的车辆,而且还可以设计出质量更低的车辆,因为所需钢材更少(以薄钢板的形式)。事实上,自20世纪70年代以来,钢铁行业的钢铁强度增加了10倍。

钢材代用品隐性成本

随着对提高燃油经济性和减少废气排放的要求越来越严格,汽车制造商面临着使用替代材料制造轻型汽车的压力。例如,与先进的高强度钢相比,铝和碳纤维增强聚合物(CFRP)可以提供额外的轻量但高成本。

铝的价格大约是钢的2到3倍,而碳纤维增强聚合物(CFRP)的价格大约是钢的6到10倍。为了降低这些替代材料的成本,人们进行了大量的研究。然而,由于制造原材料所需的能量,成本总是非常不同的。从矿石中提取铝需要7倍于钢的能量,而生产碳纤维增强塑料需要更多的能量。

环境影响评估也很简单,但必须考虑到车辆寿命的各个方面。这不仅包括使用阶段(废气排放),还包括生产(材料和车辆总成)和车辆寿命结束(回收/处置)。

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