2019年10月17日 星期四
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新材質瓜分市場,日本製鐵著手研發輕量化鋼材
AUTONET記者:衛清風(06/04/2019)
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打從一個世紀以前,Henry Ford將生產線概念導入汽車工業之後,鋼鐵一直是打造汽車最主要的原料之一,然而隨著近年來能源的緊縮,各家汽車品牌越來越在意自家車款的耗能效率,而未來趨勢的電動車,在電池已經是沉重負擔的情況之下,鋼材的運用在汽車產業當中有逐步衰退的趨勢,取而代之的是鋁合金以及塑料。但更令鋼鐵業緊張的是,以往鋁合金大多是出現在高價、性能車款,如今鋁合金卻已經導入像FORD F-150這樣較為平價的車款。為了避免市場被瓜分,日本相當知名的日本製鐵(NIPPON STEEL)已經開始著手進行輕量化鋼材的研發。

2018年四月份,日本製鐵開設了一個全新的研究部門,最主要的目的就是開發輕量化鋼材,而在今年1月則是首度展現了第一階段研究成果:一個全鋼材的車身結構,其重量減輕幅度達30%,而這樣的幅度已經與鋁合金相當。而計畫負責人Nobuhiro Fujita則表示:許多人認為鋼鐵已經是過時的材料,但實際則不然。根據統計數據指出,在SUV與皮卡的盛行之下,過去二十年以來,車輛的平均重量其實是不減反增,平均增加了400公斤左右。此外,對於車輛擁有更高的安全性要求也是原因之一,因為車廠必須為車輛添加許多強度更高的鋼材結構,而電動座椅也是車輛增重的主因。

當然,這對於日本製鐵來說,並不算是一個利多,因為趨勢並不站在他們這邊。一方面是因為更嚴格的排放、燃耗法規就在未來等著,另一方面,很可能是未來主流的電動車,其電池效能對於車輛的重量可說是斤斤計較,更輕的車重通常等於電池能夠提供更長的續行距離,所以如果無法讓鋼鐵在維持強度的同時減輕重量,其他輕量化材料的運用就會越來越廣泛。專精於各領域分析的野村總合研究所,其美國分公司就的分析,1992年時,一輛汽車使用了72%的鋼材、8%的鋁合金、7%的塑料以及12%的其他材質;到了2015年,鋼材使用比例下降到70%,鋁合金維持8%,而塑料大幅上升至11%,其他材質同樣為11%;不過到了2025年,鋼材比例將大幅下降到62%,鋁合金提升至13%、塑料進一步提升至15%,而其他材質則為10%。

這樣的趨勢代表著日本製鐵將面臨研究衝擊,事實上根據統計,在中國鋼鐵業採低價搶市的策略之下,日本製鐵原有的建築鋼材面臨極大的競爭,這也使得這家公司更為仰賴車用鋼材的輸出,就日本立花證券的分析,日本製鐵所生產的鋼材有高達30%是售予汽車產業,仰賴程度可說是相當高。但反過來說,傳統鋼材農購在重量、強度以及生產成本能夠迎頭趕上的話,未來也不是完全沒有機會,畢竟汽車產業最重視的就是成本,即便電動車極為重視電池效能與續航力,但已經賣好一陣子的NISSAN Leaf,傳統鋼材使用的比例仍相當高;另外,TESLA即便在旗下高端車款Model S與Model X導入了鋁合金,但平價車型Model 3與Model Y卻依舊以傳統鋼材為主,而日本製鐵的最大客戶TOYOTA,旗下的Hybrid油電混合車款也同樣採用傳統鋼材,這也顯示出各家企業在決定車款所使用的材料時,成本依舊是最大的考量。

但對於日本製鐵來說,危機仍然沒有解除,開發出更輕、強度更高的鋼材仍是首要之務,今年1月日本製鐵推出的NSafe Auto概念架構,就採用了六種不同的鋼材,除了減輕30%的重量,更擁有高達2000MPa的伸展強度,代表這種鋼材僅需6平方公分的面積,就能在不破損的情況下承受高達1315噸的壓力,而這是現行許多傳統鋼材的好幾倍。另一方面,日本製鐵旗下工程師也透過將組件重新設計,藉此減少材料的使用並達到減重的效果,例如他們透過更薄的車身鈑件搭配強化的防撞鋼樑,能夠在減重達20%的情況下維持原有的強度。

在下一個階段,日本製鐵必須要證明新的鋼材能夠減重達到50%的效果,為達到此目標,也必須有所妥協,在能夠擁有強度以及輕量化的前提之下,工程師們正試著將少量的塑料融入到鋼鐵當中。

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