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碳中和背景下汽车用钢发展的思考

通王钢材网 钢材资讯 2026-01-02 22:04:03 1

摘要:在碳中和背景下,新能源汽车产业快速发展与市场竞争加剧,推动汽车用钢向“低碳排放、高性能、低成本”转型升级。废钢循环利用与近终形制造构成了实现这一目标的两条关键技术路径:前者依托资源循环减少对铁矿石依赖与碳排放,后者通过工艺革新实现降耗减排。通过废钢循环利用促进废钢资源的高质化,通过近终形制造实现汽车用钢高品质制造,为开发高性能钢铁材料创造有利条件,推动新型可持续汽车用钢的开发与产业化应用。随着关键瓶颈突破与产业链协同增强,废钢循环利用以及近终形制造技术的发展,汽车用钢将实现材料的高效循环,为汽车产业低碳发展提供关键支撑。

关键词:汽车用钢;碳中和;近终形制造;残余元素;可持续钢铁材料

汽车产业是国民经济的战略性支柱产业,其产业链年生产总值约占全国GDP 的10%[1]。自2021年起,行业进入快速发展阶段,尤其是新能源汽车领域表现突出,产销量连续四年保持超过30%的高增长,已成为稳经济增长的重要“压舱石”。2024 年,全国汽车产销量突破3100 万辆,其中新能源汽车销量逾1280 万辆,汽车出口总量超过585 万辆;2025年1~9 月,全国汽车产量已达2405 万辆,新能源汽车渗透率进一步提升至46%[2]。然而,在汽车产销量快速增长的背景下,该行业也成为中国碳排放增长最快的领域之一,中国道路交通直接CO₂排放量接近8 亿吨,约占全国总排放量的8%[3]。碳中和背景下汽车行业亟需平衡经济增长与气候变化之间的关系,实现发展与减排的协同推进。

废钢作为可再生低碳资源,是钢铁工业不可或缺的铁素来源,中国废钢积蓄量与资源发生量持续增长,其在替代铁矿石、优化钢铁生成流程与降低碳排放方面的作用日益凸显[4-5]。与此同时,探索简约、高效的制造工艺,研发高性能、低成本的钢铁材料,已成为推动汽车产业低碳转型与创新发展的关键支撑。以薄板坯连铸连轧和薄带铸轧为代表的近终形制造技术,因其工艺流程简洁、生产效率高,在能耗与碳排放方面显著低于传统板带制造流程,低碳效益突出,在碳中和目标下正迎来新的发展机遇[6-8]。

本文从碳中和背景出发,梳理了汽车用钢的行业发展趋势,论述了基于废钢循环利用与近终形制造两条可持续汽车用钢发展的技术路径。进而深入探讨了当前发展现状,并剖析了高品质汽车钢的关键技术与待突破的核心问题。最后,结合汽车行业低碳发展需求,对未来汽车用钢的低碳制备与发展方向进行了展望,旨在推动行业实现高效、低碳和可持续发展。


1 汽车用钢的发展趋势

碳中和背景下,汽车钢发展核心围绕低碳排放、高性能与低成本的协同统一。低碳排放是根本驱动力,促使钢铁行业采用废钢循环等技术削减碳排。高性能是技术焦点,通过开发更高强度的先进钢种,满足新能源汽车对轻量化和安全性的双重需求。而低成本是规模化关键,依托近终形制造等技术,在保证性能的同时降低制造成本,最终推动低碳高性能可持续汽车钢的普及应用。

1.1 低碳排放

随着温室气体的积累和全球变暖,全球范围内日益严格的碳排放法规正加速汽车产业链低碳转型。欧盟“绿色新政”要求到2050 年实现碳中和,中国“30/60 双碳”目标同样形成强有力的政策约束[9-10];欧盟碳边境调节机制(Carbon Border Adjustment Mechanism,CBAM)将于2026 年起正式实施,旨在防范碳泄漏风险,初步覆盖钢铁、铝、电力等多个关键领域[11-12],这些政策直接推动了汽车及零部件制造商对低碳材料的需求。钢铁作为汽车重量占比50%~60% 的关键材料,其低碳化进程尤为关键[13]。从汽车产品碳足迹的构成来看,汽车生命周期的系统边界可以分为两个部分:一是车辆周期,包括材料生产、整车制造、维修保养;二是燃料周期,涵盖燃料的生产与运输以及燃料的使用等各个阶段(如图1 所示)[14]。随着汽车从传统燃油车向纯电动汽车转型,使用阶段的碳排放显著减少,而上游钢铁等原材料的低碳化将成为汽车产品进一步实现深度脱碳的关键。

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图1 不同燃料类型乘用车的车辆周期碳排放占比[14]
Fig.1 Carbon emission share in the vehicle cycle of passenger vehicles by fuel type[14]

据世界汽车用钢联盟(WorldAutoSteel)的统计,在传统燃油车中,钢铁等材料生产环节约占整车生命周期碳排放的15%;而在插电式混合动力等先进动力系统中,该比例上升至约50%;随着电力结构逐步绿色化,预计2040 年以后汽车生产环节的碳排放占比甚至可高达整个生命周期的85%[15-16]。这表明,在车辆使用阶段排放逐步降低的背景下,材料生产阶段的碳足迹正成为汽车全生命周期减排的关键所在[17]。表1 给出了主要整车企业产品减碳计划,领先汽车企业的低碳钢材采购承诺为培育低碳排放钢材市场提供了初期需求拉动,例如奔驰与沃尔沃已经向SSAB 采购“零碳钢材”;宝马与河钢、北京奔驰与宝钢也分别达成合作,目标在短期内将钢材碳排放降低10%~80%,并最终向减碳95% 的“绿钢”迈进;国内新能源造车企业在低碳排放汽车钢和碳减排方面的行动,已经形成了从政策指引到具体技术应用,再到产业链协同的全面布局,这些行动清晰地展示了汽车供应链协同脱碳的路径与决心。

表1 主要整车企业产品减碳计划
Tab.1 Major vehicle manufacturer's product decarbonization plan

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根据2025 年10 月22 日发布的《节能与新能源汽车技术路线图3.0》,中国汽车产业确立了以“低碳化、电动化、智能化”为核心的技术演进路径。路线图提出,中国汽车行业碳排放总量将先于国家碳减排承诺,于2028 年左右提前达峰,并在2040 年实现排放总量较峰值下降60%以上的目标。同时,为加快推进全面电动化进程,设定了到2040 年新能源汽车市场渗透率超过80%的发展目标。在此背景下,汽车用钢必须加快向低碳排放、高性能方向演进,大力发展低碳制备工艺与高性能轻量化钢种,以支撑汽车产业实现安全、节能与降碳的协同发展。

1.2 高性能

汽车产业特别是新能源汽车对轻量化材料的需求日益迫切,这不仅关系到车辆性能提升,更是延长电池续航里程的关键所在。通过高强化钢铁材料实现汽车轻量化,是降低碳排放的关键路径之一,对纯电新能源汽车尤为重要。一方面,纯电车型整车质量通常较同级燃油车增加约25%(约400 kg),轻量化需求极为迫切;另一方面,纯电车型对续航高度敏感,整车轻量化10% 可有效提升续航里程6%~8%[18]。因此,轻量化已成为提升纯电车型续航能力和能效表现的核心手段[19]。高强钢具有较高的强度-重量比,能够提供良好的结构支撑,同时降低车身重量。在汽车车身、车轮、悬挂系统及电池包支架等关键部件中广泛应用的钢材,可分为普通高强钢(High Strength Steels,HSS)、先进高强钢(Advanced High Strength Steel,AHSS)和超高强钢(Ultra High Strength Steel,UHSS)[20-21]。轻量化是提升纯电车型续航与能效的核心手段,这驱动了从HSS、AHSS 到UHSS 的高强度钢材料体系在关键部件中的广泛应用。

在汽车材料体系中,HSS 凭借其出色的经济性、优良的工艺性和可靠的综合性能,仍占据着不可替代的重要地位。而AHSS 则以其更优异的强塑性匹配和良好的加工性能,在实现轻量化与安全性的双重目标中获得了广泛应用。根据强塑积的不同,AHSS 的发展历程可划分为三个阶段(如图2 所示):第一代AHSS 的强塑积在10~20 GPa·%之间,以相变诱发塑性钢(Transformation Induced Plasticity,TRIP)为典型代表;第二代AHSS 的强塑积在50~70 GPa·% 之间,以孪晶诱发塑性钢(Twinning Induced Plasticity,TWIP)为典型代表;第三代AHSS 的强塑积介于两者之间,典型代表为中锰钢、淬火配分钢(Quenching & Partioning,Q & P),在保持较高强塑积的同时具备更低的综合成本,已成为当前汽车用钢领域的重要研究方向[22]。UHSS 在电动汽车电池包、底盘等部件的轻量化方面潜力巨大,未来的技术发展将集中于实现材料强度、塑性与成本之间的最优平衡[23]。此外,作为新能源汽车的关键部件,驱动电机需要高磁感、低铁损、高强度的无取向硅钢[24]。

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图2 不同AHSS 等级的抗拉强度与总伸长率关系[22]
Fig.2 Tensile strength versus total elongation of various AHSS grades[22]

目前,国内钢厂已经具备高强低合金钢、双相钢、TRIP 钢、Q&P 钢、热成形钢等汽车高强钢的生产能力,分别用于内外覆盖件、各种结构件和梁类等汽车零部件。其力学性能覆盖面非常宽,满足汽车对强度、刚度、碰撞吸能安全性、舒适性和可加工性的要求,给汽车用材与选材提供了更多的选择。根据《节能与新能源汽车轻量化技术路线图2.0》规划(如图3 所示),今后将重点发展GPa 级以上超高强冷、热成形钢,主要用于A/B 柱等车身结构件与安全件,以提升车辆安全与轻量化水平。按照技术发展路径:近期实现1.2 GPa 冷成形钢和1.8 GPa 热成形钢批量应用,攻克回弹控制、抗氢脆等关键技术;中期实现1.7 GPa 冷成形钢和2.0 GPa 热成形钢批量应用,优化其断裂韧性;远期构建完整的超高强钢应用技术体系,形成自主可控的技术基础,全面支撑汽车产业轻量化与低碳化发展[25]。随着新能源汽车渗透率的持续提升,汽车用钢的需求结构正朝着高性能、专用化方向加速演进,这将进一步推动钢铁材料技术与汽车产业升级的深度融合。

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图3 汽车用高强钢应用技术体系路线图
Fig.3 Application-technology roadmap for high-strength steel in automobiles

1.3 低成本

国内汽车产业,特别是新能源汽车的迅猛发展,在为行业注入强劲动力的同时,也对车身制造成本提出了更为严峻的挑战[26]。具体来看:一方面,纯电动汽车的动力系统(电池、电机、电控)制造成本已占整车成本的55%~70%,这一结构性变化显著挤压了车身等传统部件的成本空间;作为对比,传统燃油车的动力系统制造成本占比通常仅为40% 左右[27-28]。另一方面,行业竞争持续加剧,价格战频发,整体利润空间不断收窄。2019 年至2024 年,中国汽车行业的平均利润率从6.2%已持续下滑至约4.3%,低于下游工业企业约6%的平均利润率,这迫使主机厂必须在材料与制造环节实施更严格的成本控制。在此双重压力下,如何在确保车辆安全与核心性能的前提下,有效实现成本的优化与控制,已成为整个汽车产业链必须共同应对的核心挑战。

在新能源汽车轻量化与降本增效的双重需求下,汽车高强钢凭借其显著的低成本优势和广阔的应用前景,正成为行业的关键材料之一[29]。汽车高强钢的低成本优势主要体现在材料与制造成本、轻量化效益以及全生命周期环保成本方面。在材料与制造成本方面,相较于铝、碳纤维等替代材料,汽车高强钢的生产成本具有明显优势。在轻量化效益方面,通过使用更高强度的薄壁构件,可在不影响安全性能的前提下有效降低车身重量,这对提升新能源汽车续航里程至关重要。例如,1500 MPa 级的22MnB5 钢是应用最为成熟的钢种,近年来更高强度级别的热成形钢也在逐渐地推广应用,在国内外主流车型上的应用比例超过10%~20%[30]。研究表明,使用1500 MPa 级别的热成形钢取代800 MPa 级别的钢,可实现汽车车身20%以上的减重;而如果热成形钢抗拉强度达到2000 MPa 级别,取代1500 MPa 级别的钢可进一步减重约13%[21,31]。此外,从全生命周期来看,汽车高强钢也更具环保成本优势,其基本生产工艺所产生的二氧化碳比铝、镁以及碳纤维增强聚合物显著降低,在当前碳定价机制逐步推行的背景下,这一优势将转化为实实在在的经济效益。

汽车高强钢在新能源汽车中的应用前景广阔,世界钢铁协会的“高强钢智能电动汽车项目”展示了AHSS 在车身结构上的应用潜力,其车身结构重量相比预期参考车型减少了25%,具有全生命周期二氧化碳排放量减少约86%的潜力。除了车身结构,AHSS/UHSS 在确保安全的前提下,也已用于制造电池包的保护结构等关键部件。随着技术的持续发展,例如第三代AHSS 在强塑积和成本间取得了更好平衡,加之其在碰撞安全性上的固有优势,汽车高强钢将继续成为新能源汽车在保障安全、控制成本与实现轻量化目标之间不可或缺的综合性解决方案。


2 基于废钢循环利用的技术发展

废钢循环利用正成为推动钢铁工业低碳排放的重要路径。中国废钢资源丰富,年产量超过2.4 亿吨,为可持续材料开发奠定了坚实基础。然而,废钢循环利用面临资源利用水平低、残余元素调控等诸多问题。为此,行业正系统布局前沿研究,着力突破废钢高质化利用的关键技术瓶颈,以实现材料高效循环与低碳制备,推动汽车用钢的可持续发展。

2.1 低碳效益与环境价值

废钢原料(Fe 含量80%~90%)作为可循环利用和低碳炼钢原料,是唯一可以替代铁矿石(Fe 含量50%~60%)的铁素资源。国际回收局发布的《世界钢铁回收数据》中采用“再生钢”一词替代“废钢”,强调了这种原材料的循环利用属性和对钢铁低碳制备的重要性。根据国际回收局和世界钢铁协会的数据估算,全球钢铁生产每年使用6.2 亿吨废钢,可减少近9.5 亿吨二氧化碳排放。基于再生钢铁原料的吨钢制造可减少1.6 吨二氧化碳排放,最多可减少76%的废水、72%的废渣、86%的废气排放[32]。通过废钢冶炼缩短工艺流程,不仅能大幅降低污染物排放,更是推动钢铁产业转型升级和实现低碳发展的关键路径[33]。

2.2 资源储量与发展潜力

中国废钢资源丰富,年产量超2.4 亿吨,为可持续钢铁材料生产提供了坚实基础。2023 年,中国粗钢产量为10.19 亿吨,废钢消费量2.14 亿吨,占全球总消费量的52%,是世界上最大的废钢消费国。结合粗钢产量预测,中国废钢资源量预计在2030 年达3.6 亿吨,2035 年接近4 亿吨,2040 年达到阶段性峰值4.1 亿吨,2060 年小幅回落至4 亿吨(如图4 所示)[34]。同期,中国社会钢铁蓄积量将持续增长,2030 年预计突破150 亿吨,到2060 年实现碳中和时,钢铁蓄积量将达到190~210 亿吨,人均钢铁蓄积量15~18 吨,与欧美发达国家水平相当[35]。2020年,《再生钢铁原料》(GB/T 39733—2020)国家标准实施,为提高国内铁素资源品质提供了重要标准依据[36]。长期来看,随着技术革新与行业发展其总量和占比将持续增加,废钢原料将逐步替代铁矿石成为钢铁工业的主要原料[37-39]。

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图4 全球可利用的废钢量
Fig.4 The global available amount of scrap steel

2.3 废钢利用面临的挑战

中国钢铁工业长期以高炉-转炉长流程为主导,在原料端高度依赖进口铁矿石且缺乏定价权。2023年铁矿石进口量达11.79 亿吨,对外依存度高达85%[40]。这种以长流程为主的工艺路线导致吨钢碳排放强度显著高于欧美电炉短流程,使中国钢铁产品在国际贸易中面临日益严峻的碳关税壁垒挑战[41]。废钢作为唯一可规模化替代铁矿石的再生铁素资源,是实现钢铁工业低碳排放的关键原料。提升废钢资源利用水平不仅对推动行业低碳发展具有战略意义,更是保障国家资源安全、应对国际贸易壁垒的重要举措。然而,当前废钢利用仍面临诸多问题:供应量不足制约电炉钢比例提升;废钢价格偏高削弱电炉冶炼经济性;电价成本压力大;残余元素复杂影响材料高质化利用;回收体系不完善且区域发展不平衡。值得注意的是,2023 年中国钢铁制造流程综合废钢比仅为20.97%,远低于全球40%的平均水平,仍具有较大提升空间[42]。这些因素共同构成了中国废钢资源利用的主要挑战[34]。

2.4 残余元素的调控难题

为实现废钢高质化利用,残余元素问题必须解决。废钢中含有Cu、Sn、Bi、Sd、Pb 等20 余种残余元素,而这些元素在电炉冶炼过程中尚无有效方法去除[43]。残余元素主要来源于两方面:一类是在初次冶炼过程中就没有完全剔除掉的、与生俱来的一些元素;另一类是在后续加工过程中,为了调整组织性能加入的元素,这些元素在二次或者多次使用过程中就成为残余元素[5]。文献统计结果表明(如图5 所示),综合考虑不同国家和地区的合金添加水平及矿产资源差异,典型残余元素(如Cu、Sn、Ni、Cr、Mo)在钢材中的最大质量百分数分别可达0.55%、0.09%、0.20%、0.57%和0.06%,相关数据反映了全球范围内钢铁材料中残余元素的分布特征,同时也揭示了再生钢铁原料在微量元素控制与利用方面的技术挑战[44-45]。

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图5 部分国家和地区钢铁材料主要残余元素种类及含量
Fig.5 Major residual element types and contents in steel materials from selected countries and regions

废钢原料中残余元素种类繁多、赋存形态复杂,且元素间存在显著的耦合作用,对钢铁生产的全过程及最终产品的组织性能均构成重要影响(典型元素及其影响如表2 所示)[46]。特别值得注意的是,大量使用废钢、采用电炉工艺时,容易导致元素偏析偏聚、热塑性低、铜脆、恶化材料性能及其加工性等问题,例如氮含量控制更是公认的行业难题——高氮含量对汽车钢等高端材料的性能构成严重威胁[47]。为实现废钢高质化利用,需系统地突破三大关键瓶颈:阐明残余元素在冶金过程及材料组织演化中的作用机制;攻克杂质元素高效脱除与精准控制的技术瓶颈;建立融合再生原料特性、近终形工艺与高性能要求的成分设计新理论,并揭示其微观组织调控机制。

表2 残余元素对材料热力学与动力学的影响机制
Tab.2 Effects of residual elements on material thermodynamic and kinetic mechanisms

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2.5 研究布局

面对日益严峻的资源匮乏与环境污染问题,追求材料产业与资源环境协调,实现可持续发展已经成为全球共识。近年来,欧美发达国家及日本已从战略层面系统推进相关研究:日本制铁于2019 年启动重大研究计划,积极参与《低碳社会行动计划》以及“实现零碳钢的技术开发”项目;2020 年德国科学基金会与中国教育部联合设立“钢铁循环—面向气候中和钢铁的循环经济”合作框架,开展再生钢铁原料基础与应用研究;2021 年英国政府成立“金属循环跨学科中心”,为钢铁资源高质化利用与碳中和目标提供科学支撑;2024 年德国马普钢铁研究所更名为“可持续材料研究所”,聚焦金属材料循环再生前沿研究。

中国同步推进战略部署,构建了多层次创新架构:2024 年10 月18 日正式成立“中国资源循环集团”新央企,完善再生资源循环体系;2022 年国家自然科学基金委布局“变革性低碳钢铁制造流程理论与技术”重大项目,旨在构建“再生原料+电炉+近终形制造”新流程;2022 年辽宁材料实验室组建钢铁再生技术研究所,构建以再生钢铁原料低碳生产高性能钢铁材料的变革性制造理论与技术体系;2025 年教育部布局“面向碳中和的可持续钢铁材料前沿科学基础与关键核心技术”先导项目,形成“科研-人才-学科”三位一体的发展新格局。

在碳中和战略与汽车产业发展的双重驱动下,汽车钢制造工艺正迎来深刻的低碳变革。通过提高废钢资源综合利用水平以优化生产结构,并扩大近终形制造等先进低碳工艺的应用规模,正成为实现可持续汽车钢低碳转型的核心路径。该技术路线不仅能显著降低全生命周期碳排放,更将推动钢铁工业从资源依赖型向循环经济型转变,为行业可持续发展提供坚实基础。


3 近终形制造赋能汽车用钢发展新机遇

传统流程制造汽车钢工序复杂,能源资源消耗大,碳排放高。近终形制造技术通过薄板坯连铸连轧、薄带铸轧等工艺大幅简化生产流程,显著降低能耗与碳排放,是开发制备低碳低成本高性能汽车用钢的又一重要路径[48]。该技术已在汽车用钢等领域展现出与传统工艺竞争的显著优势。近终形制造正推动汽车钢材向更薄规格、更高强度方向发展,为汽车轻量化需求提供了理想解决方案。

3.1 薄板坯连铸连轧与薄带铸轧

薄板坯连铸连轧将传统钢铁制造流程中相对独立分散的铸造、加热、轧制等工序融为一体,工序简约、生产高效,是一种低碳、生态的钢铁制造流程。历经30 余年发展,已升级迭代至第三代连续化生产技术(薄板坯连续铸轧),典型产线布置如图6 所示。2009 年初在意大利阿维迪(Arvedi)的无头轧制(Endless Strip Production,ESP)生产线上首次工业化应用,此后浦项的CEM 技术、达涅利的DUE 技术也相继得到工业化应用[49]。2013 年中国日照钢铁公司开始引进阿维迪的技术,已有5 条ESP 生产线建成投产。2019 年首钢京唐的MCCR 生产线和唐山东华钢铁公司的DSCCR 生产线也相继投产,标志着全连续铸轧一体化技术达到新高度,其所生产的薄规格热轧产品与常规热连轧产品形成差异化竞争格局[50]。

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图6 典型薄板坯连续铸轧一体化产线布局示意图
Fig.6 Schematic diagram of the layout of a typical thin slab continuous casting-rolling integrated production lines

薄带铸轧实现了从钢水到薄带钢的极简流程,将传统的多道次热轧精简为一道次,产线总长度仅约50 m,流程紧凑高效。在中国的生产实践由沙钢主导,采用美国纽柯Castrip 技术原型,针对原有技术进行大量自主创新,开发出了具有沙钢特色的“超薄带”技术,在生产稳定性、产品薄规格比例、产品品种及应用领域方面,已经大幅领先原有技术[8,51]。沙钢目前拥有4 条薄带铸轧产线,总产能达到200 万吨,已成为世界上最大的薄带铸轧产品生产基地。在产品结构方面,形成了涵盖低碳结构钢、高强钢、超高强钢、低碳排放钢及电工钢的完整产品系列,充分满足了下游行业对高端钢材的多元化需求。

3.2 近终形制造技术特性

以薄板坯连铸连轧和薄带铸轧为代表的近终形制造技术,在工艺原理和物理冶金特性上与传统流程存在本质差异。其凝固过程的冷却速率较传统工艺提高一个数量级,不仅使铸态组织更加均匀,还因其快速凝固在钢中形成大量纳米尺度的氧化物和硫化物(尺寸范围几十至数百纳米),配合细小的晶粒尺寸,为开发高强钢提供了理想的微观组织条件[52-53]。同时,轧制过程采用大压下轧制,最大道次压下率达60%以上,最终产品呈现本质细晶化[54]。此外,该技术具有的低偏析、浅脱碳特征特别适合生产高品质特殊钢;而优异的产品尺寸精度、板形控制能力和性能均匀性,则为薄规格产品和硅钢的生产提供了保障,已经实现规模化稳定生产0.8 mm 薄板带。在节能降耗方面,近终形制造技术优势显著,其中ESP 流程的碳排放较传统热连轧降低约20%,而超薄带工艺的总能耗更是仅为传统工艺的16%,充分体现了其在低碳制造方面的巨大潜力[55-56]。

以薄板坯连铸连轧和薄带铸轧为代表的近终形制造技术,通过实现铸轧一体化与连续化生产,确保带钢的速度、温度等关键工艺参数保持高度稳定[57]。该技术不仅能够生产板形优良、组织性能均匀的超薄规格高强钢产品,更在节能降耗、降低辊耗和减少排放方面表现突出,完美契合汽车产业对“低碳排放、低成本、高性能”钢材的核心需求。其生产的薄规格高强钢可直接用于汽车结构件,在实现轻量化的同时,因省略冷轧及退火工序而显著降低生产成本与碳排放,实现了高效、节能、高质量与低碳制造的深度融合,展现出与传统工艺竞争的显著优势。

3.3 典型产品及应用

依托薄板坯连铸连轧和薄带铸轧等近终形制造技术,中国相关钢铁企业已成功开发出系列高技术含量、高附加值的高性能汽车用钢。目前已形成从550~700 MPa 级低合金高强钢[58]、590~780 MPa 级双相钢[59-60],到980~1470 MPa 级马氏体钢,再到1500~2000 MPa 级热成形钢[61-62]及580~780 MPa级高扩孔钢的完整产品体系。这些材料不仅实现了在汽车领域关键零部件的规模化示范及应用(如图7 所示),满足了车身轻量化与安全性能的双重需求,更为汽车产业的技术进步与低碳转型提供了关键材料支撑。

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图7 典型近终形制造高强汽车用钢零部件
Fig.7 Typical high-strength automotive steel components produced by near-net-shape manufacturing


4 展 望

碳中和背景下,汽车行业的快速发展与市场竞争加剧,驱动钢材向低碳排放、高性能、低成本转型升级。废钢循环利用和近终形制造作为可持续汽车用钢发展的两条关键路径,分别从材料循环和工艺革新推动汽车用钢低碳变革。目前两者正在不断深化产业化探索,未来随着技术成熟与产业链协同,将迎来规模化应用,前景广阔。

(1) 新能源汽车飞速发展与市场竞争加剧驱动材料革新

随着新能源汽车市场的迅猛扩张与行业竞争格局的深刻变化,汽车产业对钢铁材料的期望已超越传统性能范畴,聚焦于“低碳排放、高性能、低成本”三位一体的综合解决方案。这一趋势正强力驱动上游钢铁行业加速技术革新与产品迭代,以实现汽车轻量化、安全性与全生命周期碳足迹的协同优化。

(2) 废钢循环与近终形制造构筑可持续汽车用钢低碳未来

在碳中和目标的引领下,基于废钢循环利用与近终形制造的可持续材料,正共同构成汽车用钢未来发展的两大关键技术路径。前者通过循环利用模式从材料端减少资源依赖与碳排放,后者则通过革新制造工艺实现降碳增效。二者相辅相成,从“材料循环”与“制造革新”两条路径,为汽车产业的低碳转型提供了坚实的技术支撑。

(3) 低碳汽车用钢关键技术突破驱动规模化应用

基于废钢循环利用与近终形制造的可持续汽车用钢已实现了从技术蓝图到工厂实践的跨越,开展了卓有成效的产业化探索,其应用领域已逐步覆盖热成形钢、双相钢、低合金高强度钢及特殊钢等多个高端材料领域。这为其后续发展奠定了坚实的技术与市场基础。可以预见,规模化应用是技术成熟和成本下降的必经之路,未来随着技术迭代与产业链协同效应的增强,低碳排放汽车用钢将迎来更大规模的应用,前景极为广阔。

信息来毛新平, 卢军, 汪水泽【作者机构】北京科技大学碳中和研究院

【期刊】《现代交通与冶金材料》 2025年第6期 pp.1-10




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