钢铁和铝正在展开一场新材料之战

  本文节选自安赛乐米塔尔公司介绍其产品的优点的演讲报告，这一些产品目前正在与一体化压铸铝开展竞争。（安赛乐米塔尔）

  钢铁和铝之间正在展开一场新材料之战，以决定长期竞争的钢铁和铝中的哪一种材料将主导下一设计周期中的电动车结构。面对铝材兴起带来的威胁，钢铁公司正在积极采取行动捍卫其在车身结构材料中的主导地位，并打算占领目前由铝型材主导的电动车电池箱市场。钢铁企业高管对其新技术和双管齐下的竞争策略充满信心。

  钢铁巨头安赛乐米塔尔的执行副总裁Brad Davey 表示：“目前许多汽车制造商，尤其是纯电动车制造商，都在讨论铝高压压铸件（HPDC）。”在密歇根州诺维市举行的2024年钢铁杰出设计大会（GDIS，Great Designs in Steel）上发表主旨演讲后，Davey接受了SAE的采访。他承认，由于大型HPDC铝铸件采用的“一体化压铸技术”具有整合零部件并简化制造工艺的潜力，因此很适合用于电动车的“滑板底盘”。他认为这种技术的最终优势是 “为汽车制造商，尤其是电动车公司节省装配线的资本支出。”

  他表示：“若能够使用一个大型铸件来减少装配过程中的占地面积和装配线上的焊接机器人数量，那么该方案就可能比传统工艺更具吸引力。”

  一体化压铸技术由特斯拉在Model Y上率先采用，旨在将电动车的整个底盘打造成一个一体化的铝制组件。Model Y使用前后两个铸件，二者由一个钢铁/铝电池箱连接。该技术的潜在优势引发了整个行业的兴趣，尤其是IDRA、LK集团、布勒（Buhler）和伊之密（Yizumi）等模具供应商。2023年底，通用汽车收购了位于密歇根州利沃尼亚的一家模具与设备国际公司TEI（Tooling & Equipment International）的先进铸模公司。通用汽车的工程师利用了TEI的专业方面技术，为计划于今年年底推出的凯迪拉克Celestiq车型制作了大型底盘铸件原型，并进行了验证。

  尽管近期有报道称，特斯拉将会缩减了Model 2的生产规模——该车型利用了行业首创的一体化底盘压铸技术，但钢铁制造商仍担心中国OEM会采用一体化压铸铝技术逐步推动电动车架构的革新。标普全球（S&P Global）报道称，中国正在开发重达1.2~1.6万吨的巨型HPDC机械设备。

  钢铁业的坚定拥护者并不认为该技术即将迅速占领市场。安赛乐米塔尔的Davey指出了一体化压铸技术的缺点。他认为：“使用该技术生产的零件成本高昂。如果节省的制造成本无法抵消零件成本，那么最终设计的成本将会增加，或是与传统工艺相比毫无改善。使用该技术还会带来产量、模具成本高昂和模具寿命相关的缺陷，以及铸件开裂等问题。”他还指出了铸件在碰撞能量吸收方面的特性，并质疑OEM能否像传统结构那样快速有效地更新或改变车身外观设计。

  Davey 表示：“过去的铝铸件方案一般较轻，但依然无法和最出色的钢铁解决方案相媲美。”他表示在许多情况下，为了优化通过大型压铸零件的模流，这些铸件往往要求增加壁厚，因此导致其整体尺寸/重量增加。他还声称，大型压铸件在发生交通事故后难以修复，因此导致汽车维保成本上升。

  与 S&P Global 合作进行的一项分析研究了传统的单部件制造和新型钢制多部件解决方案所带来的改进。将作为参考的单部件设计与钢制多部件进行了定量比较，然后又与铝压铸件进行了比较，结果发现铝压铸件更重、成本更高。（安赛乐米塔尔）

  Davey在GDIS大会上报告称，一些汽车制造商甚至在讨论是否有必要重新设计车辆负载来保护昂贵的大型HPDC铸件，这令观众不禁笑出声来。他打趣道：“保护纯电动车的乘客和电池已经足以令制造商焦头烂额，现在甚至还要保护铸件。”

  Davey和其他钢铁业高管认为，该行业曾在20世纪80年代反击塑料车身面板的挑战中了积累了大量创新与研发经验，这将有利于当今的行业制定出对抗铝材冲击的“最佳钢铁解决方案”。新型轻量化高强钢、先进高强钢、高强度低合金钢等丰富产品结合全新制造工艺、协同设计及成本优势，共同抵御铝材在车身领域的猛烈攻势。

  即使在2012年福特F系列车型改用轻量化金属后，钢铁目前仍占普通汽车质量的50%以上。在GDIS大会上，美国钢铁协会（American Iron and Steel Institute）首席执行官Kevin Dempsey指出，75%的现代钢合金都是在过去20年中开发的，目前已有3500多种钢级可供选择。

  安赛乐米塔尔公司的工程师认为，钢材密集型“多部件解决方案”在性能和成本方面全面优于大型铝压铸件。最近的一项分析表明，这种钢制方法可显著减少装配操作人员、车身车间面积、机器人数量、每辆车的工时、零件数量、点焊数量，并提高材料利用率。（安赛乐米塔尔）

  直接参与汽车OEM产品设计的钢铁制造商工程师正利用这些钢合金，并结合激光拼焊、新制造技术，以及Davey所称的“多部件解决方案”，来增加钢铁在电动车车身结构中的应用，抢占电池箱业务，并优化电动车的整体成本结构。

  Davey表示，钢铁业分析显示，在高强钢使用率最高的10款汽车中，电动车多达9款。他还补充说，激光焊接工艺和热冲压成型钢在电动车中的应用率比混合动力汽车和内燃机汽车高50%。

  他表示：“我们正重新赢得电池箱市场。几乎每一家汽车制造商都在和我们及其它公司探讨如何在电池结构中利用钢铁。一家北美OEM向我们透露其未来的电池箱将100%采用钢铁，或将钢材作为核心材料。”

  Davey表示：“竞争将促进全行业共同进步，”并在主旨演讲结尾处提醒同行：“这些钢铁解决方案在中国的应用率约为西方世界的两倍。”

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