盡管如今的汽車制造世界日新月異，塔塔鋼鐵歐洲公司（Tata Steel Europe，下稱 TSE 公司）首席商務(wù)官 Karl Haider 博士則一直堅信：鋼鐵將繼續(xù)是汽車行業(yè)的首選材料。在接受 SAE 獨家采訪時，Haider博士表示，“未來 20 年及以后，這種情況也不會改變。這種材料之所以能取得這種高度的成功得益于鋼鐵的無限可回收性：鋼鐵可以一次又一次的進行回收。正因如此，我相信鋼鐵是汽車制造的最佳材料，沒有之一。我們的研發(fā)項目則可以保證這種常青材料的不斷改進。”
Haider 在TSE 公司位于荷蘭艾默伊登 的總部發(fā)表講話時表示，在可持續(xù)發(fā)展這個全球性課題之下，整個社會都希望可以在不剝削地球自然資源的情況下制造新車。
“社會和汽車行業(yè)都希望實現(xiàn)‘循環(huán)’經(jīng)濟，更多地使用可回收材料。”Haider 說，“我們已經(jīng)開始準備迎接這一趨勢。例如，我們在嘗試使用不同方式生產(chǎn)鋼鐵，還可以應(yīng)用多種技術(shù)，使汽車制造達到碳中性的水平。”
Haider 介紹說，公司的 HIsarna 技術(shù)就是其中一個例子。HIsarna 技術(shù)是一個聯(lián)合項目，主要在公司位于阿姆斯特丹北海運河口的 TSE IJmuiden 工廠開展。Haider 認為，Hlsarna 將改變未來的鋼鐵生產(chǎn)模式，將二氧化碳排放降低至遠低于現(xiàn)狀的水平。
HIsarna 技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的高爐工藝。此前，為了在高爐中制造液態(tài)鐵，工廠必須首先將鐵礦石和冶金煤預(yù)加工為燒結(jié)礦（鐵礦石塊）、球團（鐵礦石小球）和焦炭。
對比之下，在使用HIsarna 工藝時，原料將直接以粉末的形式注入，直接轉(zhuǎn)化為液態(tài)鐵。Haider 表示，在“碳捕獲和封存”（CCS）或“碳捕獲和使用”（CCU）技術(shù)的支持下，我們幾乎可以將鋼鐵生產(chǎn)的碳足跡降為零。
HIsarna 工廠主要生產(chǎn)用于高端汽車應(yīng)用的鋼鐵液體。“目前，國際上的常見目標是在 2050 年實現(xiàn)碳中性目標，”Haider 表示，“在我看來，這為時已晚。通過采用包括 Hlsarna 工藝在內(nèi)的各種技術(shù)組合，我們已經(jīng)可以向前邁出一大步。業(yè)界必須盡早采取行動。”
他認為，2030 - 2035 年將是取得重大進展的重要時間窗口。屆時，即使 TSE 公司無法 100% 的實現(xiàn)碳中性，但也有決心領(lǐng)先于其他有同樣減排目標的競爭對手公司；TSE公司希望在未來 10 年內(nèi)將碳排放降低 30% 到 40%。
Haider 稱“電氣化”、“數(shù)字化”和“可持續(xù)發(fā)展”是支持公司未來發(fā)展計劃的三大支柱，且公司25% 的產(chǎn)出均將輸送至汽車行業(yè)。“我們的目標是使用非常先進的鋼材實現(xiàn)輕量化，為 OEM 提供應(yīng)用工程價值。我們的鋼材不僅適用于白車身結(jié)構(gòu)。我們的超薄（非顆粒向）Hi-Lite電工鋼在電動機制造中有重要應(yīng)用。”
Hi-Lite 的生產(chǎn)主要在 TSE 公司位于瑞典 Surahammar 的工廠進行，旨在節(jié)省重量和最大限度地減少磁損失。TSE 公司在Hi-Lite 的產(chǎn)品描述中寫道，厚度在 0.10 mm 到 1.00 mm 之間的非向性電工鋼在制造各種尺寸的旋轉(zhuǎn)設(shè)備和電磁應(yīng)用中至關(guān)重要。
“這種材料的磁性能由為其量身定制的絕緣涂料進一步加強，可以滿足制造工藝和最終應(yīng)用的最高性能需求。具體來說，我們會首先采用成品退火工藝改善材料的磁性能，而后再為其應(yīng)用定制的絕緣涂層，”Haider解釋說。
Haider 表示，在電動汽車制造方面，我們會使用拉伸強度為1000 兆帕（MPa）及以上的鋼材，主要考慮是為了吸收能量并提升對電池保護結(jié)構(gòu)的防護，從而保護車輛在碰撞免受損壞。此外，隨著汽車行業(yè)向高度自動駕駛汽車的穩(wěn)步邁進，車艙配置也出現(xiàn)了更加多樣化的設(shè)計，但也同時對各防撞路徑上的輕質(zhì)高端鋼材提出了需求。這種應(yīng)用場景可以使用強度1000 兆帕的鋼材或其他材料，但通常對板材厚度和成型性有較高要求，以確保達到輕質(zhì)和結(jié)構(gòu)完整性目標。
PVD progress 物理氣相沉積涂層的發(fā)展
在車身結(jié)構(gòu)壽命方面，目前絕大多數(shù)的2020 款量產(chǎn)車型，其理論上的使用壽命現(xiàn)在更多地是基于未來替換機械部件是否具有成本效益，而不再受限于結(jié)構(gòu)腐蝕的問題，這在一定程度上歸功于鍍鋅工藝的大幅提高。鍍鋅工藝自上世紀70 到 80 年代中首次應(yīng)用至量產(chǎn)車型，此后一直用于為車輛提供防護，半個世紀以來已經(jīng)有了顯著提升，且有望取得進一步發(fā)展。此外，TSE 公司還在與韓國浦項鋼鐵公司（POSCO）等多家合作伙伴公司合作，致力于“物理氣相沉積（PVD）”涂層技術(shù)的研發(fā)，即首先將金屬涂層材料汽化而后通過使其凝結(jié)在鋼基體表面來達到涂層的目的。PVD工藝的研發(fā)主要在 TSE 公司位于荷蘭的實驗室進行。盡管 TSE 公司并不計劃在 2025 年之前大規(guī)模推廣 PVD 技術(shù)，但這些工藝可能將對延長汽車壽命做出進一步的重大貢獻。
Haider 強調(diào)了開展此類研發(fā)項目的重要性，這樣可以保證鋼鐵行業(yè)始終著眼未來，并繼續(xù)主動預(yù)測汽車行業(yè)的需求。那么，鋼鐵行業(yè)過去20 年前是否缺乏這樣的思考？
“也許是的，過去的鋼鐵行業(yè)可能有點太居高臨下了！”他承認，“但近年來，這種情況已經(jīng)完全改變了。我們必須針對不同OEM 采取為其量身定制的合作方法，否則不可能成功；研發(fā)工程技能至關(guān)重要 - 要從材料科學(xué)的角度準確理解工程師的需求。我們可以引導(dǎo)他們。未來，我們必須在我們的工藝生產(chǎn)線中開發(fā)新的化學(xué)品和新的溫度曲線，以滿足汽車行業(yè)對高強度和優(yōu)異成形性材料的需求。”
TSE 公司的計劃還包括為汽車行業(yè)價值鏈提供數(shù)字化服務(wù)，為其提供材料可追溯性和質(zhì)量跟蹤體系，從而提高加工效率并持續(xù)適應(yīng)客戶的特定需求。TSE公司預(yù)計，未來，我們將更快地推出針對客戶需求量身定制的新產(chǎn)品，以提高質(zhì)量并降低總擁有成本（TCO）。TSE 公司還將使用生命周期評估（LCA）服務(wù)，幫助客戶了解自己的碳足跡。
如今，很多OEM 都在追求混合材料應(yīng)用戰(zhàn)略，創(chuàng)新連接技術(shù)的出現(xiàn)也使截然不同的材料也可以通過粘合、緊固或其他方式連接在一起。在此背景下，TSE 公司將如何進一步鞏固鋼材的地位呢？Haider回答說，“我們擁有一個非常開放的研發(fā)部門，他們總是持續(xù)關(guān)注各種加工、焊接和膠合工藝的發(fā)展。例如，我們也投資了結(jié)合鍍鋅鋼板與聚合物蜂窩結(jié)構(gòu)的技術(shù)。”
這種名為Coretinium 的混合板材已經(jīng)應(yīng)用于商用拖車。Haider 表示，這個解決方案相當可靠，具有進一步推廣至更多應(yīng)用的潛力，特別是在輕型商用車領(lǐng)域。TSE 公司稱Coretinium 混合板材的層間粘附力水平“是其他復(fù)合材料的兩倍，即使在苛刻的負載情況下也能保持復(fù)合材料的剛性。”此外，這種材料的單元結(jié)構(gòu)表面光滑且?guī)缀涡螤顑?yōu)異，不會出現(xiàn)其他蜂窩復(fù)合材料常見的表面凹陷問題（高爾夫球效應(yīng)）。接著，TSE公司將采用連續(xù)線圈進料層壓工藝，為材料內(nèi)核覆裹一層鋼皮。
Haider 表示，正是因為這些先進工藝的存在，未來，鋼鐵仍將是汽車行業(yè)的首選材料。他總結(jié)說，TSE公司的目標是為 OEM 開創(chuàng)下一代鋼鐵產(chǎn)品，進一步助力汽車輕量化并減少車輛制造的整體排放。此外，公司將同時規(guī)劃成立新的“未來鋼鐵廠”。
夜間煉鋼：TSE在荷蘭的Hlsarna工廠正在努力實現(xiàn)碳中和。（塔塔鋼鐵歐洲公司）
TSE 公司的 KarlHaider 博士表示，“我們必須針對不同 OEM 采取為其量身定制的合作方法，否則不可能成功；研發(fā)工程技能至關(guān)重要。”（塔塔鋼鐵歐洲公司）
鋼材在當代輕型汽車中的應(yīng)用。（塔塔鋼鐵歐洲公司）
鋼鐵的耐撞性能對保護電動汽車電池至關(guān)重要。TSE公司會使用抗拉強度為 1000 MPa 及以上的鋼材。（塔塔鋼鐵歐洲公司）
準備出貨：TSE公司位于英國和荷蘭南威爾士的鋼鐵生產(chǎn)基地。（塔塔鋼鐵歐洲公司）