國際能源署（IEA）三月發(fā)布《全球能源回顧：2021年二氧化碳排放》報(bào)告顯示，2021年，全球能源與工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生二氧化碳排放量達(dá)到有史以來的年度最高水平，高達(dá)363億噸，相較2020年增加21億噸，相較2019年增加1.8億噸。

圖片來源：IEA官網(wǎng)

由于貨幣刺激和疫苗推廣下的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，全球碳排放量在2021年實(shí)現(xiàn)了快速反彈。據(jù)報(bào)道，中國碳排放量超過119億噸，占全球總量的33%，相比2020年的29%，2019年的27%，仍處在逐年上升的趨勢中。因此，要在工業(yè)快速發(fā)展的背景下，通過政策調(diào)節(jié)和技術(shù)革新加速實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，不僅需要全社會(huì)協(xié)同努力，也需要新的減碳思路。

以汽車行業(yè)為例，汽車生命全周期碳排放主要分為兩個(gè)部分，一是汽車生產(chǎn)階段的材料周期碳排放，二是汽車運(yùn)行和回收階段的燃料周期碳排放。如果說推行電動(dòng)化，是汽車運(yùn)行環(huán)節(jié)的對(duì)癥下藥；那么車身輕量化就是覆蓋汽車全生命周期的系統(tǒng)施治：一方面，車身減重有利于車輛運(yùn)行環(huán)節(jié)減碳，另一方面，使用環(huán)境友好的材料，可以在車身制造、回收環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)減碳。

河鋼材料技術(shù)研究院主任工程師熊自柳博士從材料減碳的角度切入，相比于鋁、鎂、碳纖維等材料，鋼的碳排放單位值最低，綜合成本、安全性等多因素，河鋼集團(tuán)將推動(dòng)以鋼為主，多材料混合應(yīng)用的汽車輕量化工藝，主攻研發(fā)高強(qiáng)級(jí)汽車板材料，輔以架構(gòu)、工藝輕量化，多舉措并行賦予鋼鐵新的時(shí)代生機(jī)。

熊自柳博士 河鋼材料技術(shù)研究院主任工程師

行業(yè)號(hào)召也是社會(huì)擔(dān)當(dāng) 河鋼集團(tuán)主推綠色發(fā)展“6+2”戰(zhàn)略

汽車輕量化好比為人類的減脂塑形，其中材料、工藝輕量化是去除不必要的脂肪，減輕體重，使運(yùn)動(dòng)起來更輕盈；設(shè)計(jì)輕量化是提高肌肉密度，調(diào)整體型和身材以達(dá)到最佳的運(yùn)動(dòng)效果。

前者要求使用比強(qiáng)度（強(qiáng)度/表觀密度）更高或密度更小的高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料代替普通鋼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自重的減低；提高冶煉工藝實(shí)現(xiàn)性能提升、形狀和形貌的優(yōu)化等。

后者要求找到有效載荷傳遞路徑、最佳材料分布，提高整體結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。一般而言，簧下質(zhì)量（懸架以下控制臂、卡鉗、輪轂等）減重性價(jià)比遠(yuǎn)高于簧上質(zhì)量。所謂“簧下1公斤，簧上10公斤”，其實(shí)就在強(qiáng)調(diào)簧下質(zhì)量對(duì)汽車加速和操控性的決定性作用。

河鋼集團(tuán)自身專注于材料、工藝輕量化的技術(shù)研發(fā)，在與客戶的合作中進(jìn)一步探索了架構(gòu)輕量化的解決方案。

圖片來源：河鋼集團(tuán)官網(wǎng)

熊自柳表示，車身輕量化需要綜合考慮材料重量和生產(chǎn)過程單位碳排放強(qiáng)度。目前，車身輕量化材料包含高強(qiáng)度鋼、鋁、鎂、碳纖維材料，根據(jù)汽車用鋼聯(lián)盟數(shù)據(jù)，從碳排放單位強(qiáng)度來看，高強(qiáng)鋼只有鋁、鎂、碳纖維的20%，10.5%和5%，乘以典型零件不同用材重量值，高強(qiáng)鋼制造零件的總溫室氣體排放量相比于其他幾種材料更具備環(huán)保優(yōu)勢。

宏觀來看，高強(qiáng)度鋼能夠順應(yīng)雙碳與車身輕量化的大趨勢。從企業(yè)角度看，河鋼集團(tuán)具備進(jìn)一步打造低碳化材料的潛力與戰(zhàn)略。熊自柳介紹，2020年中國鋼協(xié)發(fā)布了“控碳-降碳-凈零碳”的三步走技術(shù)路徑：第一步嚴(yán)控產(chǎn)能、壓減產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)總量控制。第二步節(jié)能提效、結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源替代實(shí)現(xiàn)降碳。第三步發(fā)展氫冶金、碳捕集技術(shù)，借助碳匯實(shí)現(xiàn)“凈零碳”助力汽車輕量化和“零碳”發(fā)展。

圖片來源：河鋼材料技術(shù)研究院 熊自柳

積極響應(yīng)行業(yè)號(hào)召，河鋼集團(tuán)制定了企業(yè)綠色發(fā)展“6+2”戰(zhàn)略：依托兩大碳數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，深耕六項(xiàng)降碳技術(shù)路徑。具體而言，一是 “鐵素資源優(yōu)化”路徑，二是“流程優(yōu)化重構(gòu)”路徑，具體措施包括全廢鋼電爐流程比例提高和界面優(yōu)化；三是“系統(tǒng)能效提升”路徑，四是“用能結(jié)構(gòu)優(yōu)化”路徑，五是“低碳技術(shù)變革”路徑，具體措施為氫冶金和CCUS技術(shù)應(yīng)用；六是“產(chǎn)業(yè)協(xié)同降碳”路徑，具體措施為發(fā)展森林碳匯、綠色建材和城市共融。

圖片來源：河鋼材料技術(shù)研究院 熊自柳

熊自柳著重介紹了河鋼集團(tuán)“低碳技術(shù)變革”和“流程優(yōu)化重構(gòu)”技術(shù)路徑的具體實(shí)施辦法。河鋼集團(tuán)在綠鋼生產(chǎn)上主要采用兩種技術(shù)路徑：氫基豎爐綠鋼和廢鋼回爐。熊自柳介紹，河鋼集團(tuán)在提純氫環(huán)節(jié)使用風(fēng)能、光能實(shí)現(xiàn)電解水制造清潔能源，從而為汽車用鋼注入綠色元素。

不僅如此，通過提高廢鋼回爐在全煉鋼流程中的比例，多舉措并行可以控制碳含量降低20%以上。熊自柳表示，2022年8月份，河鋼集團(tuán)同寶馬簽署MOU戰(zhàn)略合作，寶馬將成為河鋼綠色低碳鋼第一個(gè)汽車行業(yè)的客戶，“十四五”末，河鋼集團(tuán)預(yù)計(jì)會(huì)有380萬噸的氫基豎爐直接還原鐵產(chǎn)能。

此外，河鋼集團(tuán)正致力于開發(fā)碳減排技術(shù)，包括二氧化碳捕集、儲(chǔ)存技術(shù)，并利用碳匯協(xié)同減碳，爭取于2050年前深度脫碳，實(shí)現(xiàn)企業(yè)碳中和目標(biāo)。

輕量化兼顧安全性 綠鋼如何打入市場？

綠色發(fā)展戰(zhàn)略下，河鋼集團(tuán)的綠鋼不僅需要材料環(huán)境友好作為主打競爭點(diǎn)，由于汽車的第一定位仍是載人工具，綠鋼要上車，還需要在強(qiáng)度、可靠性、工藝輕量化等方面具備諸多亮點(diǎn)。

同鋁、鎂合金、碳纖維等材料相比，鋼在強(qiáng)度、彈性模量等安全性能方面優(yōu)勢明顯。熊自柳介紹，一旦鋼的強(qiáng)度超過1500MPa，在比強(qiáng)度和比膜量上的優(yōu)勢差距也會(huì)顯現(xiàn)出來，這些都有助于塑造安全可靠的車身架構(gòu)。

強(qiáng)度之外，河鋼集團(tuán)通過提升材料延展性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)和傳力路徑，打造輕量化、高強(qiáng)韌、高吸能的產(chǎn)品。熊自柳舉例，河鋼集團(tuán)的鋼材強(qiáng)度從2005年的340MPa，發(fā)展至目前的2000MPa，而980MPa高強(qiáng)鋼的塑形最高可達(dá)22%。這些指數(shù)的直觀反映是：碰撞場景中鋼材的剛度和壓潰性能都明顯提高。

工藝輕量化方面，河鋼集團(tuán)的主要工藝采取冷成形和熱成形兩種。

熱成形鋼是指將鋼板經(jīng)過AC3點(diǎn)以上的高溫加熱之后成形，然后又迅速冷卻，全面提升了鋼板強(qiáng)度，經(jīng)過這樣處理的鋼材稱之為熱成形鋼。一般熱成形鋼的強(qiáng)度達(dá)1000MPa之上，每平方厘米能承受10噸以上的壓力，而河鋼集團(tuán)熱成形鋼的強(qiáng)度在2000MPa左右。冷成形意為在室溫下對(duì)金屬進(jìn)行塑性變形，屬于成形工藝。

結(jié)合冷成形與熱成形兩種工藝，河鋼集團(tuán)的高強(qiáng)鋼成形技術(shù)朝著成形高強(qiáng)鋼、提升成形效率兩個(gè)方向發(fā)展，陸續(xù)推進(jìn)冷沖壓、冷彎成形、熱沖壓、激光拼焊、一體化熱成形、一體化冷成型等技術(shù)發(fā)展，從而提高成形效率并降低制造成本。

冷彎成形 圖片來源： 河鋼材料技術(shù)研究院 熊自柳

熊自柳介紹，研發(fā)與生產(chǎn)平臺(tái)并行，河鋼集團(tuán)致力于滿足客戶對(duì)高品質(zhì)鋼材的定制化需求，對(duì)技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)覆蓋全生產(chǎn)流程，建設(shè)了純凈鋼冶煉平臺(tái)、高品質(zhì)熱軋產(chǎn)線平臺(tái)，以及國內(nèi)第一條高氫水淬高強(qiáng)鋼生產(chǎn)線等。

在高強(qiáng)鋼的應(yīng)用方面，河鋼集團(tuán)已經(jīng)取得了一定的成績：截至目前，河鋼集團(tuán)推出的高強(qiáng)汽車板產(chǎn)品涵蓋熱軋酸洗板，冷軋板，熱鍍鋅板，鋅鋁鎂鍍層板，鋁硅鍍層板共五個(gè)產(chǎn)品大類，含磷鋁鎮(zhèn)靜鋼、IF鋼、BH鋼、HSLA鋼、擴(kuò)孔鋼、DP/DH鋼、TRIP鋼、MS鋼、熱成形鋼、Q&P鋼共十余個(gè)產(chǎn)品系列，一百余個(gè)牌號(hào)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度級(jí)別和產(chǎn)品規(guī)格的全覆蓋。

就車身不同部件的應(yīng)用來進(jìn)行區(qū)分：對(duì)應(yīng)汽車外板輕量化的需求，河鋼集團(tuán)開發(fā)了140-340MPa級(jí)別冷軋和熱鍍鋅全系列烘烤硬化鋼產(chǎn)品（BH），技術(shù)上實(shí)現(xiàn)6個(gè)月長時(shí)效；對(duì)應(yīng)汽車結(jié)構(gòu)件、安全件的輕量化需求，河鋼集團(tuán)推出的高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）包括260-500MPa級(jí)別冷軋和熱鍍鋅產(chǎn)品，組織均勻、屈強(qiáng)比高；為滿足座椅等高端零件需求，河鋼集團(tuán)還開發(fā)了550-1000MPa級(jí)別HSLA。

圖片來源：河鋼材料技術(shù)研究院 熊自柳

品質(zhì)拓寬市場 河鋼集團(tuán)進(jìn)入快速發(fā)展期

高質(zhì)量帶來高需求。熊自柳表示，2021年，河鋼集團(tuán)不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，汽車板產(chǎn)銷量達(dá)到660余萬噸，隨著鋼材產(chǎn)品技術(shù)與服務(wù)的并行發(fā)展，河鋼集團(tuán)迎來新的技術(shù)與服務(wù)升級(jí)期。

2015年前，河鋼集團(tuán)主要供應(yīng)商用車，目前，河鋼集團(tuán)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域拓展至乘用車，應(yīng)用車型和場景增多，從傳統(tǒng)車型向新能源車型轉(zhuǎn)變；高端用戶增多，從自主品牌向合資、外資品牌轉(zhuǎn)變。

應(yīng)對(duì)這些改變帶來的挑戰(zhàn)，河鋼集團(tuán)從外板輕量化解決方案、碰撞（正碰、側(cè)碰）解決方案、激光拼焊解決方案、座椅解決方案四個(gè)方向入手，為主機(jī)廠提供高專業(yè)性、高覆蓋面的產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)。

以側(cè)碰解決方案為例，河鋼集團(tuán)將高塑性的1.5GPa到2GPa熱成形鋼材應(yīng)用于車門防撞梁，結(jié)合W形截面設(shè)計(jì)，在零件層滿足高速性能要求與氫致開裂性能要求，實(shí)現(xiàn)了新能源車的高側(cè)碰安全性能，也達(dá)到了減重的效果。

W形截面 圖片來源： 河鋼材料技術(shù)研究院 熊自柳

正如熊自柳所言：“今天的鋼鐵匯聚了現(xiàn)代社會(huì)最活躍的創(chuàng)新元素。”厚植于技術(shù)創(chuàng)新，是河鋼集團(tuán)與時(shí)代同步，以低碳制造、高強(qiáng)度、高塑性、輕量化等元素賦能鋼鐵材料，助力傳統(tǒng)材料煥發(fā)嶄新生命力，進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的最主要因素，厚植技術(shù)創(chuàng)新，也就是厚植未來。

（以上內(nèi)容根據(jù)河鋼材料技術(shù)研究院主任工程師熊自柳博士于2022年8月23日由蓋世汽車主辦的蓋世汽車2022第二屆中國車身大會(huì)發(fā)表的《河鋼集團(tuán)汽車輕量化產(chǎn)品及應(yīng)用解決方案》主題演講進(jìn)行理解和整理。）

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