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第8955期:第04版 本期出版日期:2024-08-06

电动汽车用钢创新解决方案

语音播报: 语音播报

汽车行业目前正面临着向可持续发展的重大转变,从起初的制造合理价格的纯电动汽车(BEV),到如今的汽车制造环节和相关联工艺的的节能脱碳转型。为支持汽车制造商开启全制造链并释放新价值的旅程,由安赛乐米塔尔所在的世界汽车用钢联盟(WorldAutoSteel)发起领导的E-Motive钢项目推进未来汽车发展,创新性地提出了简化汽车制造工艺的新方案。

汽车工业的转型正在持续,在未来的十年,我们有望看到自动驾驶车辆作为一种服务(MaaS)将被市场化。得益于IT技术的突破性发展和越来越多的新型电子元器件开发面市,这项令人兴奋的技术正在成为现实。

创造一个充分优化的MaaS概念

安赛乐米塔尔作为世界汽车用钢联盟的一员与全球工程咨询公司Ricardo共同开发了电动汽车用钢概念。这个从原始草图开始设计的自动驾驶MaaS概念,经优化后的结构可满足全球广泛采用的高速碰撞安全要求。经过与联盟和Ricardo的两年密切合作,安赛乐米塔尔和世界汽车用钢联盟向大家展示这种高效的设计,最大化提供车内驾乘空间,以及Maas概念提供的的出行体验。电动汽车用钢可能是第一次包含被动安全结构条件下满足高速碰撞要求的设计。

在全球知名的车辆工程和内燃机设计公司Ricardod工程中心,安赛乐米塔尔和世界汽车用钢联盟联合为Maas概念开发了高效设计,安赛乐米塔尔和联盟提供关键材料如第二代热成形钢或第三代冷冲压钢应用方面的技术指导和支持。此外,Ricardo中心在设计中大量引入了先进高强钢,以达到一个雄心勃勃的目标:33%的热成形钢,11%的第三代冷冲压钢和16%的马氏体钢。PHS2000MPa等级热成形钢的机械性能,如铝硅镀层热成形钢Usibor2000,可最大化驾乘空间尺寸和车辆投影尺寸的比值而应对正面撞击要求带来的挑战。得益于最高等级热成形钢在抗形变侵入方面的优秀性能,前纵梁可减小尺寸至最低值。

另一个关键的应用是激光拼焊门环,混合

PHS1500(Usibor1500),PHS1000(Ductibor1000)和PHS2000(Usibor2000)三种热成形钢材料,确保结构完整性和碰撞后开门的能力,有效地支持抗碰撞能力。E-motive设计在抗碰撞性能和性方面进行了充分验证。

E-Motive钢项目前正在各种技术会议和商业推广活动上展示其设计性能,以及钢板如何应对所有技术挑战,并将其定位为未来可持续出行工具的材料。

采用多部件集成方法简化BIW白车身系统

安赛乐米塔尔全球研发团队确定了六个应用可集成到一个白车身(BIW)系统中,并验证了碰撞性能。一项与合作伙伴的专家一起对汽车制造工艺和操作的深入技术分析证实了这六个白车身多部件(MPI)集成概念可减少46个零件,减少567个焊点,可为装配车间减少51个机器人,每辆车减少30%的制造工时。安赛乐米塔尔全球研发团队继续开发新的多部件集成(MPI)解决方案以简化生产制造工艺,并使白车身获得最佳技术性能。

高压铝压铸(HPDC)是减少零件的集成替代方案,特别是一体式压铸概念。而且,这个工艺比基于钢板的多部件集成概念可减少更多零件。如果做一个完整的比较,完全基于钢板的设计比一体式压铸可获得更好的轻量化。在对两种相似车辆的同一部位的高压铝压铸件和钢板件对标分析过程中,基于钢板设计的前机舱比基于压铸铝设计的前机舱要轻13%,后底板件在同样的对比中要轻9%。大型铝压铸件的最小壁厚尺寸限制了零件设计。

可持续生产的材料选择

成本压力继续阻碍了市场对纯电动汽车的广泛接受,因为纯电动汽车与内燃机汽车依然存在巨大的成本差距。根据分析并且也已经得到第三方的证实,完全基于钢板制造的车辆成本要比基于一体化铝压铸制造的车辆的原材料成本还要低。

可持续具有非常的重要性,因为白车身制造的脱碳转型压力愈发重要,同时纯电动汽车在使用阶段的碳排放大大减少。如今,平均而言,在欧洲采用钢制的车辆的二氧化碳当量浓度比基于一体化铝压铸制造车身的值低70%(临界值法)。这个计算是基于对相同净重量的单体进行两种制造方法的对比,对于钢板制造而言有些保守,但也考虑了铝压铸件产生废料的再次熔炼。

制造过程相关的二氧化碳当量排放的评估是基于德国电力和天然气的能源组合供应。如果考虑使用达到4吨二氧化碳当量/吨的低碳铝,与制造过程中的绿电结合,钢制车身的二氧化碳当量排放仍然要比采用铝压铸工艺少38%。如现在考虑当前设计的汽车的脱碳方案,短期低碳铝压铸HPDC车身和短期低碳钢制车身之间的相对差异仍然很高,钢制车身的二氧化碳当量低63%(临界值法)。在这个分析中,考虑了4.0吨二氧化碳当量值/吨的铝和钢,即可回收和再生的XCarb钢,XCarb钢使用直接还原铁矿石(DRI)和基于电弧炉(EAF)的。铝可以回收再利用,但根据计算,至少需要80%的再生铝才能挑战钢,这在今天的技术上存在难度,也高度依赖废料的可利用性。

随着循环利用成为一个热门话题,在白车身上中使用的钢已经非常容易也已可以极低成本进行回收再利用。钢其实是最可回收的材料,回收钢可达到99.3%的利用率极大了促进了废钢的回收利用,也是脱碳转型的推动力。但也受到废钢料可用性和冶炼工艺的限制,这也是为什么安赛乐米塔尔正在推广创新直接还原铁矿石(DRI)、智能碳或直接电解等技术,以显著减少碳排放。

(内容来源于不锈钢及特种合金联盟)

  

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