车身材料大浪淘沙，河钢如何打造产品矩阵

随着能源危机与温室气体的排放，汽车实现轻量化迫在眉睫。在国际层面上，全球先后制定了多项具有约束力的公约和协定，1992年《联合国气候变化框架公约》，确定了对于环境挑战国际合作磋商的基本框架。1997年，国际签订了《京都议定书》，在框架的基础上更进一步限制了温室气体的排放，另外规定发达国家和发展中国家碳排放减少的义务。2015年更进一步对碳排放内容进行了明确，签订了《巴黎协定》议定书，截止到2020年，全球已经有190多个缔约方是签署了这一协定。

中国作为一个负责任的大国，从2006年开始，逐步发布了多项气候报告，包括《气候变化国家评估报告》，《中国应对气候变化国家方案》。之后，2020年习近平主席在联合国大会上发布了国家双碳的战略，计划2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。此后国家的工信部、生态部，包括各行各业就掀起了落实双碳目标新高潮。

大环境下，汽车轻量化迫在眉睫

在国家双碳战略的驱动下，汽车轻量化作为汽车工业的核心研究内容，并且逐步明确了以全生命周期碳排放作为轻量化的目标。过去实现车身轻量化，行业内普遍采取减重，却忽略了材料的重要性。世界汽车钢联盟先进高强钢应用指南数据显示：高强钢单位碳排放值是铝、镁、碳纤维的20%、10.5%和5%，虽然密度高于铝、镁、碳纤维，但制造零件的碳排放最低，成为汽车全生命周期实现“0”碳排放的最理想材料。 

对于汽车行业而言，虽然钢是碳排放最少，但实际上仍然有技术方案和途径能实现碳的进一步降低，甚至实现零碳排放。从钢铁行业2020年提出的碳排放技术路线可知，其包括控碳、降碳和净零碳三个阶段。

第一个阶段是控碳，总目标是通过控制产能和压减产能实现碳排放总量的控制。

第二个阶段是降碳，在整个钢铁生产流程通过节能提效，通过结构调整和能源替代，实现碳排放的进一步降低。

第三个阶段是技术升级，通过发展冶金技术以及碳捕集借助碳汇实现净零碳的排放，最终钢铁行业要实现净零碳排放的目标。

结合趋势，河钢得天独厚

河钢在双碳战略和汽车轻量化的大背景下，也制定了自身的轻量化的技术路线。

首先是针对钢铁的生产流程、能源供应和技术升级方案，制定了战略措施，通过六大降碳技术路径的实施，到2025年，碳排放总量峰值下降10%。到2030年总碳排放较峰值下降30%。再是深度脱碳期，通过新技术的应用，如碳捕集、碳综合技术，碳排放峰值再下降45%，到2050年实现碳中和。

如图，是河钢集团的低碳钢铁生产流程，绿色能源供应和碳减排技术。

首要的低碳流程工序是炼铁，要建设60万吨的熔融还原冶炼高炉，今年下半年将要投产，通过给转炉供应铁水，另通过加入部分废钢，以及连铸和后续深加工等流程，实现汽车用钢长流程的生产，这会实现碳排放超过10%的减排。另外，还规划了电炉炼钢的生产流程，电炉炼钢大部分采用废钢，一部分采用DRI轻还原的炼铁钢。轧钢采用短流程CSP和ESP来生产汽车用钢，使降碳达到更高的水平。

其次，无论是长流程、短流程还是传统流程，始终在进行绿色能源供应方面的技术研究和实施，通过打造能源循环，全流程使用绿电，在钢厂里光伏发电比例不断提升，促进绿色能源的应用，减少碳排放。在碳减排上，也发展了很多新技术来解决二氧化碳捕集和应用，以及二氧化碳存储相关技术，为将来2050年实现净零碳排放目标实现奠定了基础。

材料、工艺 河钢不断精进

在材料上，河钢已经供货了超过12个轻量化的品种；在工艺层面，包括轻量化的成形和焊接技术。轻量化结构设计主要是结合国际国内的合作平台，开展结构轻量化、框架轻量化等方面的研究工作。

轻量化产品的发展，目前为止与钢铁行业同步，材料发展要将强度和主要性能指标提升作为当前的目标，促进钢铁在车身碰撞、性能、刚度等方面的性能提升，目前强度已经做到340-2000MPa的钢种研发，同样的钢种河钢做到延伸率在不断的提升，在车身应用钢性能上也不断得到了改善，将来在钢铁产品结构上再进一步优化。

在成形技术上，高强钢随着强度增加，成形性能是急剧的下降，成形技术也会作为重点的应用技术研发方向。成形方向一是解决高强钢本身的成形技术问题，包括冷冲压，解决了复杂结构的成形，主要面向高延伸率的钢种成型；对于更高强度、截面形状比较简单的零件，河钢发展了冷弯成型和渐进成形，包括辊弯、链模成形等。成形方向二是解决高强钢成形效率的问题，河钢发展了激光拼焊、一体化热成形、一体化冷成形等技术。

针对高强钢部件的连接技术，河钢逐步开展2000MPa以下超高强钢、特殊镀层超高强钢板、异种材料等连接技术研究。另外，河钢也在不断推进轻量化的车身覆盖件，高强钢的白车身，超高强钢的白车身，焊接技术的开发和应用，包括1000-2000MPa的材料点焊技术、激光焊接，包括二氧化碳气体保护焊及其配套的焊接技术。目前正在做一些多材料混合的车身连接技术开发，包括材料铆接、胶结，以及新型焊接技术轻量化的研究和应用。

生产研发 河钢产品值得信赖

河钢立足于产线和研发技术，构建了产线的研发平台。在研发上，河钢打造了多级研发平台，包括国内集团有两个省级的产业技术研究院，包括子公司拥有国家级认定的技术中心，包括产线有自己的技术研究室；国际上，河钢和昆士兰大学、伍伦贡大学等国外顶尖学府以及研发机构建立的国际研发平台，对前沿的产品技术和应用技术进行研究。

在国内，像北科大、东北大学建立了合作平台，进行产品和工艺技术以及关键技术的提高，河钢和其客户进行全产业链的产品和应用技术体系研究，有力的保障了河钢轻量化产品的品质。

通过不断完善高强钢的生产和应用技术，创新产品技术、生产技术和应用技术，实现了高强钢工艺性能的优化和提升。高强钢的稳定性在不断的得到提升，从产量逐步提高，对用户要求的逐步满足和实现，高强钢尤其是980MPa，1180MPa等钢种的性能和强度，进行全面的统计与性能化的改善。

据悉，河钢的产品能够满足汽车全车身的制造，其产品覆盖5个产品大类，10个产品系列，基本上覆盖到了所有钢种，强度级别最高到2000MPa。产品规格最宽到2030毫米，厚度能到25个毫米，产品规格也能实现汽车的全覆盖。

经过10余年的发展，河钢汽车产量也逐步提升，这块工作能力逐步加强，在2018年，汽车用钢的产销量达到了725万吨，成为国内第二大汽车用钢的供应商。2021汽车用钢总销量达到666.7万吨，稍微有些产能下降，主要是因为河钢的产能转移和结构调整，很多厂往海边在搬，影响了一部分产能。但河钢高强钢的产量没有受到影响，持续的得到增加和改善，到2021年，高强钢的产量达到了140多万吨。

细化产品 河钢提供多种选择

对于车身外板的轻量化，河钢有高强度的IF钢，以及烘烤硬化钢。烘烤硬化钢，能够满足140-240MPa级别，全系列的烘烤硬化钢的应用，最近几年因客户要求，开发了6个月长时效的烘烤硬化钢，能够满足汽车制造的需求，产品包括冷轧和热镀锌180、200MPa级别，也就是HC180B和HC220B排号和级别。对轻量化，最常见的是高强度低合金用钢，河钢能够提供所有标准要求的260-420MPa级别，最近几年根据客户的要求，河钢也开发了标准之外的产品，包括460级别的，460LA、500LA、550、600、800，包括1000MPa的也在开发过程当中，高强度低合金钢得到了长足的发展。

双相钢是河钢推广应用最广泛的钢种，通过低屈和高屈的两个产品系列，另外产品强度是450-1180Mpa级别的冷轧和热镀锌产品，产量也是非常高。目前河钢正在开发更高强度的双相钢，促进1300MPa以上的开发和应用。

DH钢是在双相钢的基础上开发了新钢种，目前强度级别是590-780Mpa，能提供冷轧和热镀锌两个产品级别。这个产品是在双相钢的基础上引入一部分残余奥氏体，在成形的过程当中有比较好的抵抗变形的能力。980Mpa的强度级别已经完成了工业试产，并马上要进行客户推广、应用。

马氏体钢利用国内第一条引进的高氢水淬的高强钢生产线，开发了980-1500MPa，全系列的马氏体钢。马氏体钢具有组织均匀单一的特点，屈强比、辊弯性能都非常好，在汽车上安全件应用上面得到很好的推广。目前河钢正在开发1800MPa的马氏体钢，预计2022年能完成试制工作。

QP钢产线具备一步法、二步法QP工艺能力，批量供货产品包括980MPa-1180MPa级，更高级别1300MPa级QP钢于2017年完成工业试产，1500MPaQP钢已完成实验室研发，正在开展应用技术研究。目前QP钢供货能力持续加强，超过10个客户应用我们的QP钢。

热成形钢，轻量化品种里面最重要的一个战略品种，目前河钢能够供货的热成形钢包括裸板、铝硅电层板两个类别，包括1500Mpa、1800Mpa、2000Mpa，三个级别。其正在开发镀锌热成形钢系列，可能在今年会进行进一步的应用。

钢相对其他材料而言，无论是从组织结构还是从元素成分体系方面，它可发展的方向非常多，组织类型非常多，河钢相信通过新的控制机制，河钢会有新的钢种开发出来。高强钢产品发展依然具备开发潜力，河钢在这方面投入了相当大的精力，包括将来发现新的诱导塑性机制，开发新的一些钢种，包括低密度钢，比如在钢中添加铝，铝的含量达到一定程度之后，钢的密度下降非常多。另外高弹性模量钢、适合温成形的钢，高强耐热耐蚀的热成形钢，高强度锌铝镁钢板等有望从实验室走向应用。

高强钢的发展，将来大有可为。

聚焦方案，助力汽车产业高质量发展

高强钢发展的十年间，河钢客户发展也十分迅速。

2012-2015年是客户培育期，在这一阶段产量是10-30万吨，高强钢只能应用于一些商用车，2016-2018年间客户迅速增长，高强钢不断在乘用车、新能源汽车、座椅和电池上面有应用。未来通过和客户的合作，通过和世界汽车用钢联盟合作，积极参与未来钢质汽车相关的项目研发，高强钢能够更进一步在智能汽车、自动驾驶汽车等新型应用场景进行应用。

长时效BH钢的应用，新能源新车型投产到上量阶段，采用烘烤硬化钢进行设计的钢卷或板料，很有可能需要库存超过三个月的时间，如果不进行零件冲压材料有时效的风险。为了满足这个需求，河钢开发了长时效的烘烤硬化钢，投入到应用，取得了比较好的一个效果，已完成发罩外板、车门外板等零件减薄与抗凹协同控制技术开发上面进行了很多应用。

某车型原用DP780钢，要实现性能提升，河钢采用了DP980钢等厚度替代，通过组织改善提高性能，替换完以后，顺利通过仿真碰撞测试，安全性能得到极大的提升。

在侧碰解决方案上，某款新能源车型采用2000MPa的热成型钢进行车门防撞梁设计，结构是采用W性的设计，零件冲压完实测强度超过2000MPa，伸长率达到7%以上，三点弯曲、高速拉伸的性能都能满足供货商的要求。制造成零件以后，零件性能等等都能达到车身和零部件的要求，包括碰撞测试也能满足客户的碰撞要求。

河钢用1.5-2.0Gpa热成形钢进行一体化车门门环的制造，将原来的6个零件合成1个零件，河钢实现了零件的减重。因为改善了偏置碰的传递路径，所以使得整个偏置碰安全满足要求。

另外一个案例是轻量化激光拼焊解决方案。实现了前纵梁HC410LA+DP980激光拼焊，成形完了以后，整个零件的成形回弹控制在1毫米以内，关键区域的回弹控制在0.5毫米内，整个零件焊后的内应力满足零件控制的要求。

轻量化产品独立的部件，比如座椅方面有很多的应用，座椅对人的安全还是有很大的影响，对轻量化的要求有很大的影响。针对某著名座椅厂河钢开发了980MPa的高强钢，实现了小于1.5毫米规格的高强钢的供货物。成形完后，尺寸精度能控制在0.05毫米，焊完以后疲劳性能是满足认证要求。

河钢集团钢铁研究总院主任工程师熊自柳博士认为，河钢在轻量化方面，从材料到应用技术做了大量的工作，尤其是对全流程绿色钢的生产做了大量工作。他相信再过五年、十年以后，对绿色钢的研发和生产投入了大量资金，随着国家双碳战略的提升，这部分投入是值得的。对于钢铁行业而言，持续的降碳减碳，对于缓解环境压力，调整钢铁行业产业结构，提升钢铁行业的竞争能力大有裨益。