轻量化如何兼顾安全性？高强“绿”钢或成破局点

国际能源署(IEA)三月发布《全球能源回顾：2021年二氧化碳排放》报告显示，2021年，全球能源与工业领域产生二氧化碳排放量达到有史以来的年度最高水平，高达363亿吨，相较2020年增加21亿吨，相较2019年增加1.8亿吨。

　　 　　

     　　

图片来源：IEA官网

　　

由于货币刺激和疫苗推广下的经济复苏，全球碳排放量在2021年实现了快速反弹。据报道，中国碳排放量超过119亿吨，占全球总量的33%，相比2020年的29%，2019年的27%，仍处在逐年上升的趋势中。因此，要在工业快速发展的背景下，通过政策调节和技术革新加速实现碳达峰，不仅需要全社会协同努力，也需要新的减碳思路。

　　

以汽车行业为例，汽车生命全周期碳排放主要分为两个部分，融易新媒体，一是汽车生产阶段的材料周期碳排放，二是汽车运行和回收阶段的燃料周期碳排放。如果说推行电动化，是汽车运行环节的对症下药；那么车身轻量化就是覆盖汽车全生命周期的系统施治：一方面，车身减重有利于车辆运行环节减碳，另一方面，使用环境友好的材料，可以在车身制造、回收环节实现减碳。

　　

河钢集团钢铁研究总院主任工程师熊自柳博士从材料减碳的角度切入，相比于铝、镁、碳纤维等材料，钢的碳排放单位值最低，综合成本、安全性等多因素，河钢集团将推动以钢为主，多材料混合应用的汽车轻量化工艺，主攻研发高强级汽车板材料，辅以架构、工艺轻量化，多举措并行赋予钢铁新的时代生机。

　　 　　

     　　

熊自柳博士   河钢集团钢铁研究总院主任工程师

　　

行业号召也是社会担当 河钢集团主推绿色发展“6+2”战略

　　

汽车轻量化好比为人类的减脂塑形，其中材料、工艺轻量化是去除不必要的脂肪，减轻体重，使运动起来更轻盈；设计轻量化是提高肌肉密度，调整体型和身材以达到最佳的运动效果。

　　

前者要求使用比强度(强度/表观密度)更高或密度更小的高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料代替普通钢结构、实现自重的减低；提高冶炼工艺实现性能提升、形状和形貌的优化等。

　　

后者要求找到有效载荷传递路径、最佳材料分布，提高整体结构性能和结构设计效率。一般而言，簧下质量(悬架以下控制臂、卡钳、轮毂等)减重性价比远高于簧上质量。所谓“簧下1公斤，簧上10公斤”，其实就在强调簧下质量对汽车加速和操控性的决定性作用。

　　

河钢集团自身专注于材料、工艺轻量化的技术研发，在与客户的合作中进一步探索了架构轻量化的解决方案。

　　 　　

     　　

图片来源：河钢集团官网

　　

熊自柳表示，车身轻量化需要综合考虑材料重量和生产过程单位碳排放强度。目前，车身轻量化材料包含高强度钢、铝、镁、碳纤维材料，根据汽车用钢联盟数据，从碳排放单位强度来看，高强钢只有铝、镁、碳纤维的20%，10.5%和5%，乘以典型零件不同用材重量值，高强钢制造零件的总温室气体排放量相比于其他几种材料更具备环保优势。

　　

宏观来看，高强度钢能够顺应双碳与车身轻量化的大趋势。从企业角度看，河钢集团具备进一步打造低碳化材料的潜力与战略。熊自柳介绍，2020年钢铁行业发布了“控碳-降碳-净零碳”的三步走技术路径：第一步严控产能、压减产量实现总量控制。第二步节能提效、结构调整、能源替代实现降碳。第三步发展氢冶金、碳捕集技术，借助碳汇实现“净零碳”助力汽车轻量化和“零碳”发展。

　　 　　

     　　

图片来源：河钢集团 熊自柳

　　

积极响应行业号召，河钢集团制定了企业绿色发展“6+2”战略：依托两大碳数据管理平台，深耕六项降碳技术路径。具体而言，一是 “铁素资源优化”路径，二是“流程优化重构”路径，具体措施包括全废钢电炉流程比例提高和界面优化；三是“系统能效提升”路径，四是“用能结构优化”路径，五是“低碳技术变革”路径，具体措施为氢冶金和CCUS技术应用；六是“产业协同降碳”路径，具体措施为发展森林碳汇、绿色建材和城市共融。

　　 　　

     　　

图片来源：河钢集团 熊自柳