通过使用含钼先进高强度钢(AHSS)进行汽车轻量化

本文介绍了国际钼协会（IMOA）于2014年进行的生命周期评价研究的结果，该研究评估了福特Fusion不同代的两个B柱设计的生命周期影响。

B柱提供了车辆前部和后部之间的垂直支撑，并且在侧面碰撞期间起到保护乘员和保持车辆结构完整性的关键作用。

近几年，汽车制造商面临越来越大的压力，要求减少汽车对环境的影响。汽车轻量化就是一种广泛使用的策略，用于减少车辆的环境影响，并且可以通过材料选择和部件重新设计的组合来实现。 由于强度和抗碰撞性要求，材料选择可能在车辆车身结构的一些关键部件中受到限制。提高燃油效率和降低尾气排放的一种有效方法是使用先进的高强度钢（AHSS），在低质量下提供同等强度和抗碰撞性能。

本研究评估了福特Fusion中考虑用于B柱的两种钢种的生命周期环境影响：在先前的车辆模型中使用的压制硬化硼钢设计和由含钼双相钢DP800和DP1000的混合物制成的液压成形部件。

目的：评估两种福特Fusion B柱设计的生命周期从摇篮到坟墓的影响。 IMOA委托该研究帮助其成员和更广泛的利益相关者了解在车辆车身结构中使用含钼的AHSS可量化的环境影响。

功能单位：福特Fusion中的一个B柱，其总寿命为20万公里，为期10年。

使用软件：GaBi LCA软件

系统边界：LCA的系统边界包括生产钢材所需的所有上游材料; 炼钢和铸造; 轧制、精加工和成型; 车辆使用超过20万公里，包括燃料生产和燃烧; 以及寿命结束。

评价指标：为评估选择的环境影响评估类别和生命周期清单指标包括全球变暖潜势，酸化潜力，光化学臭氧形成，富营养化潜力和一次能源需求。

图1：全球变暖潜力结果	图2：酸化潜力结果	图3：富营养化潜力结果
图4：光化学形成结果	图5：一次能源需求结果

这些数字表明，使用阶段是B柱生命周期影响的主要贡献者。在20万公里的车辆寿命和假设汽油动力传动系统中，以使用阶段GWP为例， DP 800/DP1000B-柱占全生命周期的93%，硼钢B柱占全生命周期的94%。对于本研究中包含的所有类别，使用阶段占总影响的80%以上。因此，4公斤重的重量节省和相关的动力总成调整导致的燃料消耗减少，是这两种B柱设计之间差异的主要原因

图6：制造业的全球变暖潜力（摇篮到大门）

这两种B柱设计的结果表明，新设计在生产过程中对环境的影响也较小。图6显示了仅由制造业产生的全球变暖潜力，并展示了钼和其他合金元素所做的贡献。由于在DP800和DP1000钢级中使用钼等合金元素的使用增加，其影响的微小增加，超过了B-支柱所需材料的减少，以及由此导致的钢铁制造和二次炼钢的影响减少。在评估的所有其他影响类别中也出现了类似的趋势，新设计在所有情况下都有较低的影响。

图7：灵敏度分析——包括/排除在降低燃料值时的动力总成调整尺寸

如前所述，没有关于用于制造新部件的液压成形工艺的相关影响的数据。为了本研究的目的，对两种成分的成形进行了常规成形工艺的估算。灵敏度分析表明，由于两种设计的生产影响不同，即使形成的影响增加一倍(即100%的增加)，也不会导致生产的全球升温潜力高于最初的硼钢设计。对于酸化和富营养化潜力，敏感性分析发现，当形成的影响增加50%时，新设计的生产影响较高。对于光化学臭氧的形成和一次能源的需求，当形成的影响分别在80%和90%以上时发生交叉点。

结论：

1、对与汽车行业相关的选定环境指标的生命周期影响的评估发现，用于第二代福特聚变蒙迪欧的新型氢化物DP 800/DP1000B柱设计的影响明显低于以往的硼钢设计。大部分这些节省是由于减少了使用阶段的影响，因为重量轻和调整大小的新设计，使用含钼的先进高强度钢动力系统。

2、仅侧重于生产的影响，增加使用包括钼在内的合金元素所造成的影响小幅度增加，结果表明，炼铁和二次炼钢所节省的费用足以弥补这些影响。没有考虑到的来自液压成形过程的其他影响可能会增加总体结果，但不太可能抵消与新成分相关的影响的减少。

3、这些改善环境的同时也改善了B柱在侧面撞击时的碰撞性能。福特还估计，重新设计产生了显著的成本节约，这表明转向DP 800/DP 1000 B柱设计可能带来的好处超过了通过这项研究确定的减少对环境的影响。这表明了利用AHSS和创新的制造技术可以实现的潜在改进，以及钼在今后支持类似创新方面所能做出的贡献。