自20世紀(jì)90年代末首次出現(xiàn)以來，先進(jìn)高強(qiáng)鋼 （AHSS）對美國汽車工業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。隨著輕型車輛溫室氣體排放標(biāo)準(zhǔn)（CAFE）的期限不斷臨近，業(yè)內(nèi)已經(jīng)加快采用先進(jìn)高強(qiáng)鋼。根據(jù)美國的現(xiàn)行法律，在2025年之前，乘用車的油耗需接近54.5MPG，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2016年24.7MPG的水平。雖然美國政府已經(jīng)提出了比CAFE更寬松的“安全和可負(fù)擔(dān)燃油效率”（SAFE）標(biāo)準(zhǔn)，但為了朝著CAFE方向努力，美國汽車制造商依然致力于制造更輕便的汽車，減少污染，因而不斷加大了先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用比重。
先進(jìn)高強(qiáng)鋼的描述
當(dāng)提及鋼材的制造與加工，先進(jìn)高強(qiáng)鋼的兩大關(guān)鍵性能指標(biāo)就可以很好地滿足CAFE標(biāo)準(zhǔn)，一是延展性，或者說是拉伸應(yīng)力下的成形性；二是屈服強(qiáng)度，這是碰撞試驗中的一大重要安全指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度超過780MPa的先進(jìn)高強(qiáng)鋼被稱作“超高強(qiáng)鋼”（UHSS），抗拉強(qiáng)度高于1000MPa的被稱作千兆鋼（1000MPa=1GPa）。
更重要的是，先進(jìn)高強(qiáng)鋼兼具較高的延展性和屈服強(qiáng)度，同時重量較輕，從而使汽車在實現(xiàn)輕量化效果的同時，其性能也可以滿足CAFE標(biāo)準(zhǔn)的要求。最終目標(biāo)就是實現(xiàn)汽車重量更輕、材料更薄、燃油效率更高，同時具備耐碰撞性，最大程度地確保乘客安全。由此來看，先進(jìn)高強(qiáng)鋼可以使得汽車制造廠商滿足日益嚴(yán)格的安全、減排和性能目標(biāo)，同時具備成本優(yōu)勢。
先進(jìn)高強(qiáng)鋼的當(dāng)前趨勢
隨著業(yè)內(nèi)對排放標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注與日俱增，預(yù)計到2025年，先進(jìn)高強(qiáng)鋼在北美地區(qū)汽車上的使用量有望從2015年的279磅增至450磅。2013-2018年間，美國國內(nèi)的福特、菲亞特克萊斯勒（FCA）和通用等汽車廠商也紛紛在其車身上更多地采用先進(jìn)高強(qiáng)鋼。不過，寶馬和本田等非本土廠商在先進(jìn)高強(qiáng)鋼/超高強(qiáng)鋼的使用方面已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。舉例來說，雪佛蘭2019 Silverrado車型在白車身和框架上采用了強(qiáng)度更高的鋼材，先進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼的比重已經(jīng)增加了約5%；重新設(shè)計的本田思域車型在白車身上采用超高強(qiáng)鋼的比重約為26%。
鋼鐵工業(yè)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展，開發(fā)了全新的高級鋼種，同時實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。在典型白車身結(jié)構(gòu)上的實際應(yīng)用使先進(jìn)高強(qiáng)鋼獲得了廣泛的認(rèn)可，同時限制了替代性材料的應(yīng)用。2019年北美地區(qū)輕量化汽車的扁平材使用量估計為1480磅，低于2013年的1615磅，這正是因為汽車整備重量的整體減輕。
將2018年輕量化汽車的扁平材用量與2013年的情況相比，可以發(fā)現(xiàn)，鋼材的比重已經(jīng)從54%提升至62%。雖然鋁材已經(jīng)取代了鋼材的部分份額，但先進(jìn)高強(qiáng)鋼已經(jīng)取代了更多軟鋼，而且在一些部位，先進(jìn)高強(qiáng)鋼的幾何尺寸和成形性都得到明顯改善。時至今日，從2013年到2018年，第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼正在同時取代高強(qiáng)鋼（HSS）和高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA），其增幅達(dá)90磅，增長率約為38%。先進(jìn)高強(qiáng)鋼/超高強(qiáng)鋼的使用量年均約凈增長20磅。
2019年推出的新車型預(yù)示著先進(jìn)高強(qiáng)鋼/超高強(qiáng)鋼未來將得到更多應(yīng)用。隨著全球環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，汽車廠商們會繼續(xù)修訂電氣化計劃，以滿足CAFE最為嚴(yán)格的規(guī)定。為此，先進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼無疑將成為最具競爭力的材料。
先進(jìn)高強(qiáng)鋼的未來趨勢
汽車廠商們意識到，新標(biāo)準(zhǔn)還將更快地出現(xiàn)。與此同時，隨著先進(jìn)高強(qiáng)鋼的采用，老舊低效的汽車將逐步被更新、更高效的汽車所取代，油耗標(biāo)準(zhǔn)也將更低。在進(jìn)入2020年以后，鋼材依舊會是比重最大的汽車材料，而且高級鋼種將會抑制其他的競爭材料。到2025年，北美地區(qū)汽車的先進(jìn)高強(qiáng)鋼使用量有望顯著增至570磅。鋁材也將繼續(xù)在整車重量上占據(jù)一定的比重，在2020年之前增加約20磅。
雖然汽車裝配企業(yè)的應(yīng)用比重各不相同，但2020年以后，隨著超高強(qiáng)鋼使用量的增加，預(yù)計先進(jìn)高強(qiáng)鋼在每輛汽車上的使用量將出現(xiàn)下滑。自2013年起，超高強(qiáng)鋼的使用量就開始增加，預(yù)計將從2019年的351磅增至2025年的483磅。到2025年之前，先進(jìn)高強(qiáng)鋼/超高強(qiáng)鋼在每輛汽車上的凈增量有望達(dá)175磅，年均增幅為30磅。從現(xiàn)在到2025年，隨著更新的全球汽車標(biāo)準(zhǔn)和美國環(huán)保局目標(biāo)相繼推出，新車型數(shù)量不斷增加，超高強(qiáng)鋼的使用將有所加快。可以預(yù)計，美國也將與歐盟和亞洲一道，共同參與到標(biāo)準(zhǔn)的制定之中，以更好地滿足汽車排放和性能方面的標(biāo)準(zhǔn)。
美國的潛力
截至目前，為了提升先進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼的制造和加工能力。美國汽車制造商和供應(yīng)商依舊在追逐歐盟和亞洲競爭對手的步伐。為了將先進(jìn)高強(qiáng)鋼真正融入到整個供應(yīng)鏈，美國國內(nèi)的汽車制造商、加工商和裝配商都迫切需要進(jìn)行大量的投資。
在美國，先進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼在汽車上的應(yīng)用前景將會是非常光明的。為了深入理解其性能，許多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和團(tuán)體都在致力于研究先進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼，通過不斷優(yōu)化其特性和性能，以滿足客戶需求和法規(guī)要求。在過去幾十年時間里，美國鋼鐵和汽車工業(yè)已經(jīng)達(dá)成了默契的合作關(guān)系，并相繼推出了更為安全、環(huán)保的新一代汽車。在不久的未來，期待先進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼將會出現(xiàn)更多的創(chuàng)新成果。