1 引言
近年來世界汽車保有量與日俱增，正以越來越大的影響力改變着人們的工作與生活，但隨之而來的能源短缺、環境污染等一系列問題也日益突出。隨着國際原油和國內成品油價格的上漲，輕型、節能、環保、安全舒適、低成本成為各汽車製造廠家追求的目標，節能減排已成為世界汽車工業界亟待解決的問題。
汽車質量的大小影響到滾動阻力、爬坡阻力與加速阻力，因此汽車質量與其燃油消耗有着極為密切的關係。據分析降低油耗的主要方法有，減輕質量(輕量化)佔50%，提高發動機效率佔20%，降低行駛阻力佔30%，其中最有效的方法是汽車輕量化。因此在汽車設計中，輕量化是一個必須考慮的問題。汽車的輕量化不僅可以減小各種行駛阻力，降低燃油消耗，而且也有利於改善汽車的轉向、加速、制動和排放等多方面的性能。同時，隨着計重收費範圍的擴大和油價不斷上漲，載貨車用户既要多承載，又要油耗少的呼聲越來越高，各大載貨車企業也正集中力量進行載貨車輕量化研發。圖1給出了車重和油耗之間的關係。
2 汽車輕量化的途徑及材料應用趨勢
2.1 途徑
實現汽車輕量化主要有3種途徑。一是改進汽車結構，使部件薄壁化、中空化、小型化及複合化，在結構設計上採用前輪驅動，將前置發動機後輪驅動結構改為前輪驅動結構，減輕傳動系統質量，目前歐洲汽車已有約60%改為前輪驅動。二是開發應用新型輕質材料，如使用鋁、鎂合金等有色金屬、塑料及非金屬複合材料等密度小、強度高的輕質材料，或者截面厚度較薄的高強度鋼。三是採用先進的製造工藝，將兩個或多個零件集成為一個零件;研發各種先進的成形技術，如激光拼焊、液壓成形等。
2.2 材料應用趨勢
近幾年來，雖然鋁合金的研發應用逐漸增多，但鋼鐵材料仍占主導地位，只是其內部結構將發生變化，主要變化趨勢是高強度鋼的用量有較大的增長，鑄鐵和中、低強度鋼的比例將會逐步下降。通常，高強度鋼按照ULSAB所採用的術語，將屈服強度為210~550 MPa的鋼定義為高強度鋼(HSS)，屈服強度為550 MPa以上的鋼定義為超高強度鋼(UHSS)，而先進高強度鋼(AHSS)的屈服強度覆蓋於HSS和UHSS之間的強度範圍。
大量事實表明，高強度鋼已成為頗具競爭力的`汽車輕量化材料，它在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面較其他材料具有較大的優勢。安全法規是推動高強度鋼應用的重要動力。採用高強度鋼板，首先能改善汽車的安全和碰撞性能，現代汽車必須滿足政府規定的各部分乘用空間的安全性，尤其是正面碰撞和側面碰撞的要求，傳統的碳素鋼雖然可以吸收碰撞能量，但其缺點是質量大，影響燃油經濟性;高強度鋼板用於汽車車身，除能夠減薄零件、降低自重之外還可以提高汽車表面件的抗凹陷性及抗破壞能力，在降低燃油消耗的同時又可提高汽車的安全性。
3 高強度鋼在汽車輕量化中的應用現狀
3.1 國內應用現狀
上世紀80年代，重慶汽車研究所就開展了雙相鋼研究;一汽、奇瑞汽車公司也在轎車車身上進行了高強度鋼板的初步應用試驗。奇瑞汽車公司與寶鋼合作，2001年在試製樣車上使用的高強度鋼用量為262 kg，佔車身鋼板用量的46%，對減重和改進車身性能起到了良好的作用。吉利車身也大量採用了高強度鋼和激光拼焊、液壓成形等技術，其中吉利金剛48個零件改用高強度鋼。同時在新開發車型中，高強度鋼在車身中的質量已佔30%以上，預計2009年要超過50%。據悉，吉利汽車目前已經實現了汽車減重10%~14%的初期目標，2008年吉利汽車輕量化的目標是13%~16%。東風汽車公司在減輕東風商用汽車自重、提高有效載貨量方面已經取得了一定成果，目前已經採用含磷鋼進行車身零件的試生產，如後圍外板、後圍內板、地板、後下橫樑、前圍隔板、門外板、擋泥板等零件， 2008年1月初，由中國汽車工程學會、中國第一汽車集團公司、東風汽車有限公司、吉林大學、寶山鋼鐵股份有限公司等12家相關企業及科研機構共同組成了產、學、研一體的汽車輕量化聯盟。汽車輕量化聯盟的12個成員單位將獲國家撥款1億元、企業自籌5億元的資金保障，聯盟將圍繞汽車輕量化共性關鍵技術開展攻關，在2008年到2010年之間完成設計新型輕量化材料、輕量化材料先進成形技術等3個專題共10個課題的工作，實現轎車減輕自重8%~10%的目標。汽車工業共性關鍵核心技術的缺失，是制約我國汽車創新發展的瓶頸。輕量化技術是一項基礎的共性技術，汽車輕量化技術創新戰略聯盟的出現，對於提升我國汽車行業的自主研發能力和國際競爭力，有着里程碑式的重要意義。
目前，我國高強度鋼在應用過程中仍存在一定問題。首先是自主開發能力不足，新產品的開發與生產主要依靠引進技術與裝備，品種少，不能完全滿足國內汽車工業的需求;國內高強度鋼的質量水平與國外仍存在一定差距;近幾年，發達國家掀起一股“綠色浪潮”，歐盟、美國的汽車業正在大力推廣“無廢棄物加工”技術，新型環保材料被大量採用，倡導材料循環利用，這就給鋼板的生產增加了難度。
3.2 國外應用現狀
目前，汽車使用的高強度鋼主要為板材與管材，它取代普鋼、鑄鐵用於車身零件和其他結構件。如北美開發的PNGV-Class級轎車，其車身全部採用高強度鋼，質量只有218 kg，與全鋁車身相當。為滿足日益嚴格的碰撞安全性要求、温室氣體排放量的限值要求及解決輕量化和節省資源相互矛盾的問題等，國際鋼鐵協會成立了由18個國家的35家鋼鐵公司組成的ULSAB項目組，目的是在不增加成本的情況下，在維持車身功能與抗衝擊安全性的同時，減輕車身質量，進行從車型設計到試製、評價等系列工作。其主要研究成果有，車身結構比同類車平均減重25%，車身抗彎和抗扭強度比同類車提高52%和80%，車身造價比同類車降低15%，可達到歐洲新車評估程序的五星級要求。在此基礎上，1998年3月鋼鐵企業又開始在全球實施ULSAB-AVC計劃，即先進的汽車概念項目，從整體上研究開發新一代鋼鐵材料汽車結構(車身、覆蓋件與懸掛件等)，該車達到了2004年美國和歐洲的五星級碰撞標準，生產成本約為9 200~10 200美元，可被普通家庭接受，從2004年起，歐盟各國、美國、日本各大汽車公司所開發的新款汽車均部分或全部地採用ULSAB-AVC這一新技術。
ULSAB-AVC計劃指出，高強度鋼的強度將是低碳鋼的5倍。現在各國都在加速高強度鋼和超高強度鋼在汽車車身、底盤、懸架等零部件上的應用。
4 結束語
儘管高強度鋼板減重的效果相比鋁合金有一定差距，但是高強度鋼具有生產成本較低、加工工藝成熟的特點，因此採用高強度鋼板進行車身的輕量化具有一定的優勢。並且隨着世界各國日益嚴格的安全法規的出台，高強度鋼在汽車上的用量逐漸增多，並將逐步取代傳統用鋼。作為輕量化和增強安全性的主要材料，當前的主要問題是如何開發出具有良好加工性能的高強度鋼，並以它為原材料，開發出具有全新結構的超輕鋼製汽車。但汽車的輕量化是一個複雜的系統工程，要想以最低的成本獲取最佳的輕量化效果，需要在開發新材料的同時，不斷髮展相應的汽車零部件設計、製造技術和其他相關技術。
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