歐洲鋁合金汽車板生產(chǎn)概述及國內(nèi)市場分析展望

劉洪波

(達(dá)涅利冶金設(shè)備(北京)有限公司，北京100025)

1 歐洲鋁合金汽車車身板生產(chǎn)、應(yīng)用及發(fā)展變遷

鋁合金與鋼相比具有很多優(yōu)點，例如比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、回收率高等，但是價格較高。歐洲從20世紀(jì)40年代就開始鋁制汽車車身板的研發(fā)和生產(chǎn)使用，但因為工藝及成本原因，直到20世紀(jì)90年代鋁合金在汽車上的應(yīng)用仍大都局限于鑄造部件，鋁合金車身板的使用量很少。

上世紀(jì)末以來，隨著全球變暖日益顯著，歐盟對汽車油耗標(biāo)準(zhǔn)和CO2排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，如歐盟要求在歐盟銷售的汽車2020年應(yīng)達(dá)到90g CO2/km，到2030年應(yīng)達(dá)到60g CO2/km，油耗的要求則是2016年要達(dá)到百公里4.5L 。為了滿足這些苛刻的標(biāo)準(zhǔn)，包括家用轎車在內(nèi)的各種車輛都必須減重，這就迫使各汽車制造商去考慮新材料，鋁合金車身板的工藝研發(fā)、生產(chǎn)應(yīng)用就得到了迅速發(fā)展。2010年以前，鋁合金汽車結(jié)構(gòu)件、車身部件和車身板(ABS)僅用于一些高端車型或特定部件(如豐田RAV4和本田CRX的車頂板)。隨后由于歐盟立法規(guī)定了嚴(yán)格的時間表，鋁合金汽車板(ABS)的消費量自2009年開始穩(wěn)步上升，目前歐洲的消費量已經(jīng)接近200,000 t/a，預(yù)計到2015年消費量將達(dá)到600,000 t/a。相應(yīng)的，鋁合金汽車板的生產(chǎn)能力也在不斷增加，其生產(chǎn)發(fā)展帶動了歐洲乃至全球的工業(yè)發(fā)展。2000年以后歐洲歷年鋁合金汽車板的消費量、生產(chǎn)能力統(tǒng)計及預(yù)測詳見圖1和圖2[1]。

圖1 2000～2016年歐洲鋁合金汽車板消費量(kt)

圖2 歐洲鋁合金汽車板的生產(chǎn)能力(kt/a)

歐洲鋁合金汽車車身板生產(chǎn)歷史年表如下：

1997年，Novelis 開始在其位于德國Nachterstedt工廠生產(chǎn)，熱處理和精整線的速度150m/min，年生產(chǎn)能力10萬t。2009年增加投資后，該廠的年生產(chǎn)能力提高到12萬t；

2000年，Novelis開始在其瑞士Sierre工廠生產(chǎn)，卷材預(yù)處理線的帶材厚度范圍為0.8～2.2mm，寬度為1.0～2.2m，熱處理年生產(chǎn)能力8萬t；

2003年，Aleris 在比利時的Duffel 開始生產(chǎn), 連續(xù)熱處理拉彎矯處理線(CALP 線)帶材厚度范圍0.5～3.0mm，寬度為0.8～2.3m，速度80m/min，年生產(chǎn)能力8萬t；

2003年Hydro鋁業(yè)在德國Grevenbroich 開始生產(chǎn)，1#涂層線年生產(chǎn)能力2～3萬t，2008年2#熱處理線厚度最大3.0mm，寬度最大2.3m，速度100m/min，年生產(chǎn)能力4萬t(兩條線未整合在一起)；

2006年，AMAG 開始在奧地利的 Ranshofen生產(chǎn)，熱處理線年生產(chǎn)能力2萬t，隨后在2011年增加一條表面處理線；

2007年，Constellium 開始在法國的 Neuf Brisach生產(chǎn)，連續(xù)熱處理線和表面處理線是在現(xiàn)有設(shè)備改造的，可認(rèn)為是新線，年生產(chǎn)能力5萬t。

2 歐洲鋁合金汽車車身板生產(chǎn)工藝簡介

在歐洲用作汽車車身板的鋁合金主要有5×××、6×××系合金，其中5×××系強(qiáng)度較高，多用作內(nèi)板和內(nèi)部結(jié)構(gòu)板，6×××系多用作外板。自20世紀(jì)40年代開始，Alcoa、奧肯鋁業(yè)(Alusuisse)、Alcan等著名鋁加工企業(yè)先后與包括英國利蘭汽車(Leyland)、福特(Ford)和捷豹路虎(Jaguar Land Rover)在內(nèi)的汽車企業(yè)合作，在鋁合金車身板的研發(fā)方面做了許多工作，他們對每步生產(chǎn)工藝都開發(fā)了一套詳細(xì)的參數(shù)，目的是為了與其供貨的客戶捆綁在一起，使其它廠商很難為這些廠商供貨。如AA6016A產(chǎn)品在不同范圍內(nèi)有很嚴(yán)格的要求，并要求額外的表面處理，如電火花毛化(EDT)表面和穩(wěn)定的鈍化層，這就導(dǎo)致進(jìn)入歐美的鋁合金汽車板市場至少需要5年的時間通過認(rèn)證，這樣就給其它鋁加工企業(yè)進(jìn)軍歐美鋁合金汽車板市場造成了極大的阻力。

汽車板的生產(chǎn)過程為半連續(xù)鑄造、銑面、熱軋、冷軋、連續(xù)固溶熱處理、精整及表面處理(清洗、鈍化、濕或干涂油、矯直)。其中鑄造、熱軋和冷軋階段與罐料生產(chǎn)的許多情況類似，加工過程的瓶頸在于連續(xù)固溶熱處理階段(6×××系和少數(shù)5×××系合金需要進(jìn)行固熔熱處理)，因此汽車板的生產(chǎn)能力取決于這些生產(chǎn)線。典型的連續(xù)固溶處理線包括開卷機(jī)(有可能帶有在線輥式矯直機(jī))、活套(可以在卸卷或換卷時儲存足夠量的卷材)。然后帶材進(jìn)入爐內(nèi)加熱，典型的加熱溫度在550～600℃，然后快速淬火、卷取。卷取在可控的狀態(tài)下進(jìn)行以實現(xiàn)穩(wěn)定的預(yù)時效，最終達(dá)到T4狀態(tài)，這時材料變得穩(wěn)定、柔軟，且成形性較好。

熱處理之后是一系列表面精整過程。帶材經(jīng)過化學(xué)或電解清洗、漂洗，然后用氟鋯酸和氟鈦酸進(jìn)行穩(wěn)定化處理防止進(jìn)一步氧化，使之在制造商使用前至少6個月板材具有穩(wěn)定的表面。鈍化處理后，板材被輥涂或噴涂干潤滑膜，增加在沖壓面板時的成形性，然后干燥、卷取。供貨形式根據(jù)不同廠家的要求，可以是剪切后的板材，也可以是卷材。

3 歐洲鋁合金汽車車身板生產(chǎn)廠家介紹

3.1 AluNorf GmbH(德國阿魯諾夫)

位于德國Neuss的AluNorf工廠由Novelis和Hydro鋁業(yè)分別持有50%的股份。兩個公司精整線使用的大部分冷軋卷材都來自AluNorf工廠。

AluNorf軋制廠年熔化能力100萬t/a，而兩條熱軋線的產(chǎn)能為170萬t/a。2009年11月，投資了一個5萬t/a的廢鋁回收設(shè)施。1臺相同的熔化爐于2011年投產(chǎn)。

主要熱軋線包括6臺EBNER的立推式鑄錠加熱爐，每臺裝爐量490t。工廠有4臺熱軋機(jī)，1臺輥面寬度3300mm的4輥可逆熱粗軋機(jī)，1臺輥面寬度2500mm 的4輥可逆熱粗軋機(jī)，1臺輥面寬度3050mm的4輥3機(jī)架熱連軋精軋機(jī)，1臺輥面寬度2700mm的4輥4機(jī)架熱連軋精軋機(jī)。AluNorf還有2臺冷軋機(jī)，1臺輥面寬度2340mm 的SMS 單機(jī)架不可逆冷軋機(jī)，1臺輥面寬度2450mm的 SMS 兩機(jī)架冷連軋機(jī)。

3.2 Novelis(諾威利斯)

2005年成立以來，Novelis繼承了德國Nachterstedt和瑞士Sierre的工廠，前者有冷軋廠及熱處理生產(chǎn)線和精整線，汽車板生產(chǎn)能力10萬t/a；后者有鑄造、熱軋、冷軋、精整以及研發(fā)中心，汽車板年生產(chǎn)能力8萬t/a。Novelis的汽車板生產(chǎn)由瑞士控制。

無論在歐洲還是全球，Novelis都是汽車板供應(yīng)商的領(lǐng)導(dǎo)者。其原料主要來自工序廢料和挪威Elkem熔煉廠的原鋁，供給AluNorf后，AluNorf將冷軋卷供給Novelis歐洲的每個汽車板廠。

Nachterstedt工廠在2002年安裝了一條激光切割生產(chǎn)線，包括4臺激光切割機(jī)。1mm厚板材切割速度可以達(dá)到15m/min，每年為德國的OEM和捷豹提供超過100萬張板片。2007年瑞士Sierre工廠也裝備了激光切割生產(chǎn)線，最大切割速度達(dá)到40m/min。Sierre工廠每年可提供220萬張板片，板材寬度最大2.2m、長度最大4m。Novelis認(rèn)為直接供應(yīng)切割成形的板材的優(yōu)勢在于無需在后續(xù)工廠切割，這樣就可優(yōu)化材料物流，且可以減少周轉(zhuǎn)和運(yùn)輸工藝廢料的費用。激光切割的邊部質(zhì)量非常好沒有廢料，無需進(jìn)一步處理可直接送入沖壓生產(chǎn)線[2]。

3.3 Aleris (愛勵)

Aleris旗下Duffel工廠的汽車板生產(chǎn)線在2003年進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)建，擴(kuò)建后成品汽車板的年生產(chǎn)能力達(dá)到8.0萬t。

Duffel工廠裝備了完整的汽車板生產(chǎn)線，包括鑄造、熱軋和冷軋設(shè)備，以及汽車板連續(xù)熱處理線和精整線。熱軋線是2008年從Aleris科布倫茨工廠接管的，是歐洲最寬的熱軋線之一，后來又更換了新的熱軋機(jī),其改造全部由SMS完成。熱粗軋機(jī)輥身長度3760mm，連軋機(jī)輥身寬度2490mm，可生產(chǎn)的卷材最大寬度為2300mm。目前產(chǎn)能受3臺冷軋機(jī)限制(最大帶寬為1830mm)，隨后通過安裝一臺新的冷軋機(jī)(達(dá)涅利制造，投資7000萬美元)，可使寬度最大到2200mm。

連續(xù)熱處理生產(chǎn)線和精整線包括全自動開卷、卷取部分、脫脂、氣墊爐和淬火爐、張力矯直、酸洗、鈍化和干式潤滑。

3.4 Constellium (肯聯(lián)鋁業(yè))

肯聯(lián)鋁業(yè)(Constellium)是由百年鋁業(yè)巨頭佩希內(nèi)(Pechiney)、瑞士鋁公司(Alusuisse)和加拿大鋁業(yè)公司(Alcan)新建組成的行業(yè)翹楚?？偛课挥诎屠?，由阿波羅全球管理公司、力拓礦業(yè)集團(tuán)和法國戰(zhàn)略投資基金三家公司投資成立。

肯聯(lián)鋁業(yè)(Constellium)特板部包括在法國的Neuf-Brisach和德國的 Singen軋制、循環(huán)回收工廠及專門的研發(fā)部門。在Neuf-Brisach工廠，20世紀(jì)90年代開始生產(chǎn)白車身汽車板，內(nèi)面板采用AA5754，外面板采用AA6016，主要為法國制造商PSA(標(biāo)志和雪鐵龍)和雷諾公司供貨。近年來AA5×××系內(nèi)車門板的生產(chǎn)很少要求精整處理。

Constellium投資二千萬歐元對原有熱處理生產(chǎn)線進(jìn)行了改造和擴(kuò)建，改造后2007年年產(chǎn)量超過了7萬t，增加了化學(xué)處理和表面處理設(shè)備，可生產(chǎn)AA6×××系需熱處理的合金?；瘜W(xué)處理采用Henkel’s Alodine 2010和X459氟鈦/鋯酸溶液兩種工藝，可以采用噴涂和膠輥輥涂。這樣拓寬了產(chǎn)品范圍，滿足了更多用戶包括奧迪、戴姆勒、保時捷、寶馬等的要求。特定產(chǎn)品供給雪鐵龍C4、標(biāo)志308、寶馬5GT和捷豹XJ。此外，還為奔馳 CL級頂棚、奔馳SLS的翼門板、奧迪 A8的內(nèi)車身部件和奔馳C級的外車身板(1800mm寬)供貨。由于寶馬車身板要求寬度>2000mm，而能夠提供的板材最大寬度為1950mm所以不能夠為其供貨。一般為PSA 和雷諾供貨的是激光切割后的板坯， 而為德國廠商供貨的是卷材。

根據(jù)Alusuisse制定的規(guī)格開發(fā)了一系列產(chǎn)品，并根據(jù)各自功能為其命名，如成形型 51系列具有良好成形性，強(qiáng)度型擁有較高強(qiáng)度，安全型系列提高防撞性及行人安全性，表面型系列的產(chǎn)品表面質(zhì)量非常好適用于外車身板，超強(qiáng)型系列(以AA7021合金為基礎(chǔ)正在開發(fā))強(qiáng)度達(dá)400MPa可與高強(qiáng)鋼媲美[3]。

精整線包括1臺分切機(jī)和1臺BWG的連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線(含入口活套塔)，熱處理段包括容克(Otto Junker)的連續(xù)熱處理爐(操作溫度500～580℃)、水淬區(qū)、空氣淬火區(qū)。隨后帶材被送入化學(xué)處理段(鈍化)，經(jīng)烘干、光學(xué)表面質(zhì)量檢查后送入另一條生產(chǎn)線，根據(jù)不同用戶的要求在其表面涂干式或濕式潤滑劑，50%德國用戶要求干涂，而大部分法國用戶要求濕涂。之后部分卷材直接包裝儲存，另一部分送至橫剪線和激光切割生產(chǎn)線處理。

3.5 Hydro Aluminium (海德魯鋁業(yè))

Hydro 鋁業(yè)位于德國Grevenbroich的工廠擁有專門的加工中心和生產(chǎn)線，由本部的2臺冷軋機(jī)和16臺鋁箔軋機(jī)供貨，是世界最大的鋁箔生產(chǎn)廠，距離前文提到的AluNorf工廠只有幾英里?？舍槍luNorf的熱軋或冷軋卷、或自己的冷軋機(jī)制定工藝。

Grevenbroich的全部生產(chǎn)能力是50萬t/a。冷軋汽車板的最大寬度是2100mm，95%以上的冷軋板原材料來自AluNorf。

Hydro專用汽車板涂層線AL1于2003年投產(chǎn)，配有切邊機(jī)(通常切邊量是30～150mm)、輥式和張力矯直機(jī)(進(jìn)行微量矯直以保持材料成形性)、清洗和脫脂、輥式涂層，熱熔式潤滑涂油(多數(shù)基礎(chǔ)油為礦物油)，具體工藝根據(jù)用戶的特定要求生產(chǎn)。除6016合金外還可生產(chǎn)6960、5754、5182和6130(含3.5%Mg，與5系合金性質(zhì)相似用于白車身板，強(qiáng)度相對較高但無晶間腐蝕敏感性)合金。這條涂層線年產(chǎn)汽車板3～4萬t，但由于沒有連續(xù)熱處理設(shè)備，所以這條線現(xiàn)基本全部用于生產(chǎn)5系合金。

Hydro 位于Grevenbroich的AL2連續(xù)熱處理線于2008年調(diào)試結(jié)束，這條生產(chǎn)線具有專門為連續(xù)熱處理設(shè)計的爐子，號稱是最現(xiàn)代化的熱處理生產(chǎn)線，專門用于生產(chǎn)表面質(zhì)量要求非常高的6系汽車板。

這二條生產(chǎn)線都設(shè)在與主廠房相鄰的單獨廠房內(nèi)。AL2配有BWG提供的2個水平活套塔，雙層布置。帶材從上方的活套塔進(jìn)入溫度約580℃的連續(xù)熱處理爐，在爐內(nèi)始終懸浮于清潔的空氣上，速度10～20m/min。AL2下面一層有兩個卷軸，一個生產(chǎn)時另一個可同時準(zhǔn)備新卷材，縫合機(jī)可在1～2min內(nèi)把卷材連接起來。帶材的末端、卷取機(jī)前設(shè)有質(zhì)量檢查裝置，通過X射線和其它可視檢查系統(tǒng)對帶材表面質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)控。這條線的生產(chǎn)能力是2萬t，如果增加投資、加長上層活套塔前方的爐子段，產(chǎn)量即可擴(kuò)大到3萬t。

3.6 AMAG Austria Metall AG(奧地利阿瑪格)

該公司最初僅有位于奧地利Ranshofen、由VAW建于1939年的熔煉廠，奧地利政府二戰(zhàn)后1946年接管該廠，并在1950年建成軋制廠和擠壓廠。

1985年該公司更名為奧地利金屬有限公司，主要生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)特殊鋁加工產(chǎn)品如光亮板、花紋板、汽車和航空航天材料，復(fù)合材料的生產(chǎn)實力也很強(qiáng)。其軋制品13%～15%用于汽車工業(yè)，20%用于交通運(yùn)輸業(yè)(包括汽車業(yè))，5%～10%用于航空航天業(yè)。高強(qiáng)度、高表面質(zhì)量產(chǎn)品及光亮產(chǎn)品為公司的優(yōu)勢產(chǎn)品。

AMAG在Ranshofen有AMAG鑄造廠和軋制廠兩個工廠，可生產(chǎn)1×××～8×××的全部鋁合金產(chǎn)品。鑄造廠90%以上使用的是回收合金，軋制廠鑄造板坯使用75%～80%各種合金牌號的回收鋁。目前軋制產(chǎn)品的生產(chǎn)能力約為15萬t/a。

車身板的生產(chǎn)始于2006年，當(dāng)年新安裝了一條連續(xù)熱處理線，這條線包括連續(xù)熱處理、淬火、拉彎矯、脫脂、涂層、涂油、卷取和打帶設(shè)備。產(chǎn)量取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，寬1600mm的車身板卷材產(chǎn)量約為2萬t/a，產(chǎn)品直接面向高端汽車板和航空航天工業(yè)產(chǎn)品。2011年這條線又增加了鈍化、脫脂、張力矯和涂油工藝，這樣AMAG就可以提供用于車身和結(jié)構(gòu)件制造的鈍化板。

該公司還生產(chǎn)一種特殊的5系合金即高成形性5083。該合金為一種自然時效合金，在～500℃具有超塑性，能夠使金屬在模具內(nèi)流向均勻，在模具內(nèi)各處變形均勻，從而使得AMAG的客戶可以加工出更復(fù)雜的形狀。根據(jù)溫度不同，整個工序可在30s左右使材料的延伸率達(dá)到70%～90%。該工藝主要用于卡迪拉克車頂板和梅賽德斯SLS門板的成形。

根據(jù)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)環(huán)境及市場需求，公司計劃在2014年前安裝1臺新的熱軋機(jī)。一期擴(kuò)建需要對鑄造車間和軋制車間進(jìn)行大規(guī)模投資，使產(chǎn)能增加到23萬t/a。主要產(chǎn)品將定位于航空航天和汽車工業(yè)的高強(qiáng)度板帶材。

4 中國鋁合金車身板市場分析及展望

近年來，由于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平提高以及國家刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多種因素的影響，中國的汽車業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)統(tǒng)計2012年末國內(nèi)民用汽車保有量達(dá)12089萬輛，比上年末增長14.3%； 私人汽車保有量達(dá)到9309萬輛，增長18.3%；民用轎車保有量5989萬輛，增長20.7%，其中私人轎車保有量5308萬輛，增長22.8%。如此迅速的發(fā)展導(dǎo)致對環(huán)境的負(fù)面影響和對原油進(jìn)口的依賴度日益嚴(yán)重，因此輕量化必然成為汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。據(jù)報道汽車每減重100kg，百公里油耗可以減少0.3～0.7L。2012年11月上海召開的中國國際交通運(yùn)輸裝備輕量化峰會上，與會專家分析了汽車輕量化的幾種可選擇材料包括鈦合金、復(fù)合材料、鋁合金和鎂合金等，從價格成本、可回收性、生產(chǎn)技術(shù)等方面綜合考慮，鋁合金是其中最具競爭力、最有發(fā)展前途的備選材料。

受到汽車價格成本的影響，目前國內(nèi)銷售的汽車采用鋁合金車身的還非常少，僅限于極少數(shù)高端車型(如奧迪A8等)。但是與歐美各國一樣，隨著環(huán)境惡化和能源短缺凸現(xiàn)，國家相關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的出臺，必然有更多的小型汽車開始使用鋁合金材料作為車身。按照2020年以后每年7000萬輛轎車、其中5%采用鋁合金車身、每輛車用60kg計算，屆時鋁合金車身板的年需求量可望達(dá)到20萬t，因此中國鋁合金車身板的需求量是非?？捎^的。國外著名鋁加工廠已經(jīng)認(rèn)識到鋁合金車身板在中國市場的巨大潛力，據(jù)報道Novelis已經(jīng)在中國建廠，目標(biāo)產(chǎn)品就是鋁合金車身板。

鋁合金車身板雖然市場前景看好，但生產(chǎn)難度極高，因為對材料的各項指標(biāo)(包括硬度、延伸率、表面質(zhì)量、耐蝕性、穩(wěn)定性、烘烤硬化性等)都有著嚴(yán)格要求。而且整條生產(chǎn)線投資大，僅一條高水平的連續(xù)熱處理、表面處理線設(shè)備價格就在4億人民幣左右。通常只有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)實力較強(qiáng)的大型企業(yè)才具備鋁合金汽車板的生產(chǎn)條件。

國內(nèi)鋁合金車身板的研發(fā)起步較晚，約在上世紀(jì)九十年代以后。這期間，一些科研院所、鋁加工企業(yè)、汽車制造企業(yè)都做過許多這方面的研究試驗，但到目前為止，鋁合金汽車車身板生產(chǎn)還基本處于試驗階段，尚沒有形成規(guī)?；a(chǎn)能力，與國外相差甚遠(yuǎn)。

這樣的狀態(tài)與我汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展相比是極不相稱的。早日實現(xiàn)國內(nèi)鋁合金車身板的規(guī)模化生產(chǎn)，既是我國保護(hù)環(huán)境、節(jié)能降耗政策的必然要求，也符合企業(yè)自身發(fā)展的利益訴求。目前國內(nèi)鋁加工發(fā)展迅速，已建成的大型鋁加工企業(yè)大都具備熔鑄、熱軋、冷軋這些汽車板生產(chǎn)的基本平臺，欠缺的是精整熱處理設(shè)備。配備汽車板生產(chǎn)專用精整熱處理設(shè)備的只有正在建設(shè)的南山輕合金有限公司二期工程和廣西南南鋁加工有限公司。中鋁西南鋁原有2條連續(xù)熱處理生產(chǎn)線，具備了生產(chǎn)汽車鋁合金車身板的條件。希望國內(nèi)鋁加工廠和專業(yè)技術(shù)人員抓住機(jī)遇，積極與各汽車制造商密切合作，努力攻關(guān)，在工藝技術(shù)上實現(xiàn)突破，早日使國內(nèi)鋁合金車身板實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

[1]AndrewHall&GeoffScamans.AluminumforAutoBodySheet[J].LightMetalAge, 2011,December: 6.

[2]NovelisLaunchesAggressivePlantoReduceLifecycleImpactofAluminum,諾威利斯(Novelis)新聞稿，2011-05-09.

[3]肯聯(lián)鋁業(yè)(Constellium)關(guān)于鋁制汽車板的觀點(為公布的內(nèi)部交流意見)