曹正：我国汽车结构钢技术进步明显，市场潜力巨大
---专访中国汽车工程学会材料分会名誉副主任
原中国第一汽车集团技术中心技术总监
曹正先生
近十年，我国汽车业处于高速发展时期，对钢材需求量不断增加。钢材作为汽车生产的主要原材料，我国每年的汽车钢消耗量超过2000万吨。在汽车用钢中，除了汽车钢板，汽车结构钢也占很大比例。汽车行业对汽车结构钢的开发应用现状和发展趋势一直是比较关注的。近期，中国汽车材料网对著名汽车材料专家--中国汽车工程学会材料分会名誉副主任，原中国第一汽车集团技术中心技术总监曹正进行了专访，曹总就国内结构钢棒线材在汽车上的应用情况、技术与市场的发展趋势等方面进行了深入探讨。以下是采访实录：
中国汽车材料网（Auto-Material，以下简称AM）：目前汽车上钢材占比大概55-80%，除了汽车钢板之外，汽车用结构钢也有很大的用量，请您介绍一下目前汽车结构钢棒线材在汽车上的应用情况，包括主要的分类和典型应用情况。
曹总：随着汽车轻量化的要求，汽车用钢铁材料在整车中占的比例也发生变化，这个发展趋势是钢材的用量在逐步减少，非金属材料和有色金属材料的用量逐渐加大，但总体来说钢材目前还是汽车生产的主体材料。
由于车型的差异，钢材在整车用材的比例也各不相同，差异也很大，55－80％是一个大约数。一般来说商用车用钢材比例高一些，乘用车用钢材比例低一些。棒线材在钢材中的比例大约为30％左右，商用车用量要高一些，乘用车用量要低一些。汽车用棒线材若按用途分类的话，主要有：渗碳钢、调质钢和非调质钢、弹簧钢、冷墩钢、不锈钢和耐热钢钢等。
AM：请您简要介绍一下我国车用结构钢棒线材的发展历程与趋势。
曹总：在我国汽车工业发展初期，结构钢棒线材钢种不多，钢材牌号也很少，主要采用的是前苏联的标准，五十年代末六十年代初我国为了打破资本主义国家当时对我国的经济封锁，开发了硼系列结构钢，如20MnTiB、40MnB等，通过推广取得很好的应用成果。这时期汽车产品的要求不高，零部件的设计强度也不高，一般700MPa强度级别的钢材就可以满足使用要求了。
随着汽车技术的发展，汽车用材料发生很大的变化，我国在80年代末九十年代初随着国外技术引进和与国外合资企业的建立，产品的技术要求有很大的提升，也促进了我国结构钢棒线材的开发，这期间开发了很多钢种，如MnCr系、CrMo系 ZF（德国采埃孚公司在Mn2Cr钢的基础上再加硼处理,形成了颇具特色的ZF钢系列）、SAE等系列的齿轮钢、MnV系非调质钢等。近年来为了提高汽车的可靠性和满足轻量化的需求，汽车零部件的设计强度不断提起高，目前很多零部件的设计强度已经提高到900MPa以上，这对汽车用钢又提出更高的要求。
AM：从整个行业层面来说，您认为国内汽车行业结构钢开发与应用上与国外还存在哪些差距？
曹总：刚才说了，我国汽车用钢这些年已经取得了长足的进步，不论从钢铁企业的冶金质量上，还是从汽车企业的材料应用技术水平上，和国外相比差距已经不是太大。但还是存在一些问题。
在汽车用钢品种方面，我国现在已经能够生产各个系列的钢种，钢种数量上，不是少了，而是多了。但我国目前汽车用钢仍然没有形成自己的产品系列，以齿轮钢为例，我国现在常用的钢种有三十多个，汽车企业和钢铁企业签订的技术协议上百种。按欧系的、日系的、美国的标准条款要求生产的钢种都有。很多钢种化学成份相当，性能水平相当，但技术指标要求就是不同。品种多，行不成批量，不利于钢厂生产组织和降低生产成本。目前汽车行业已经注意到这一问题，现在正在制定汽车行业（CSAE）的材料系列标准，目前汽车用渗碳钢、汽车用非调质钢和汽车用弹簧钢的标准已经制定完成，但推广应用还需要相当长的时间。
在产品质量上，可以说近年提高很快，但问题是产品的稳定性差，主要表现在碳和合金元素的偏析过大，齿轮钢带状组织超标，材料淬透性带波动大等。
在钢种研发方面钢铁企业的开发能力还不强，钢铁企业和汽车企业合作不够，没有形成真正的战略合作，具有自己知识产权的新钢种还不多。
在此我们也呼吁汽车行业上下游，能够积极应用国内汽车用钢的标准规范，从材料的标准化上来降低成，提高产品性能的稳定性。标准的统一，可以形成产业链上下游的多赢，进一步提高国产汽车用钢产品，已经国产汽车的产品性能和市场竞争力。
AM：目前国内汽车用结构钢国产化水平如何？据我了解现在有些材料还要从国外进口，如发动机连杆用材料，国产钢材满足不了要求吗？
曹总：你说的是对的，现在我国还有一些汽车用钢材料需要进口。一般来说，进口材料的原因大致有以下几种：
一是产品的需要，国内产品不能满足技术要求，必须用国外产品，这种情况大多发生在技术引进和合资产品的生产初期，然后进行国产化。
二是商务问题，国外钢种价格上并不高于国内同类钢种价格，这种情况并不多，但确实发生过。如国内某钢厂同类钢板的价格高于韩国钢板的价格，国内某特钢厂同类棒材价格高于德国进口棒材的价格，汽车企业考虑生产成本采用进口。
三是外资企业或合资企业产品认证问题，现在进口钢材大多属于这一类，国内钢材不是技术指标不行，是没有通过外资或合资企业主机厂认证而无法供货，这原因就复杂了。
比如你提到的汽车发动机连杆材料，这些年连杆用钢的技术指标变化很大。强度从原来的700MPa提高到950MPa，钢种从原来的中碳调质钢过渡到非调质钢。非调质钢的牌号上从中碳MnV系发展到高碳如C70S6，C70MnVS4，近年又开发出中碳高钒的36MnVS4,46MnVS5等。国内在发动机连杆用钢材方面研发并不滞后，胀断连杆材料C70S6早在2000年就完成了国产化，并在国产品牌及一些合资品牌产品上得到应用，效果也很好。其他的一些钢种国内都可以生产。但确实现在还有一些采用进口材料，这主要是刚才说的认证问题。
总之，现在我国汽车用棒线钢进口量并不是太大，自主品牌汽车产品基本上不用进口，国内钢材性能可以满足使用要求。
AM：由于汽车行业的竞争日趋激烈，成本问题是目前面临的很大一个挑战，在汽车结构钢应用上，目前有没有一些低成本的新材料和新方案推荐给行业？
曹总：汽车用钢材降成本可以从以下几个方面进行，一是采用细晶粒低合金或微合金钢替代现用合金钢，降低合金成本。二是采用非调质钢替代调质钢，从而节省热处理工序，降低生产和能源成本。三是采用高温渗碳齿轮钢，节省渗碳时间，降低生产中工艺成本。前两种措施近年推广较快，但高温渗碳工艺由于受国内设生产备的限制，推广应用还需要一定的条件和时间。
AM：在汽车轻量化方面，汽车结构钢领域有哪些新的材料和技术来满足汽车行业的需求？
曹总：现在我国国产汽车，特别是商用车，同样载货吨位的车型国产车要重很多。总成和零部件也一样，比如同样扭矩的变速器，国产变速器要比ZF变速器重很多。
这涉及两方面的原因，一方面是钢材使用强度的问题，如钢才说得汽车连杆，强度从700MPa提高的950MPa,连杆质量就减轻了很多。其它如前轴、曲轴等零件其使用应力都在提升，均可以减轻质量，这方面现在已经取得一些进展。另一方面是设计问题，由于我们没有可靠的材料基础数据，零部件产品设计往往做不到可靠性设计，为了保证产品的可靠，安全系数选择的比较大，或称为性能过设计。当然，国内商用车较重，还有超载需求等深层次问题。
从轻量化的选材设计上，材料的基础性能数据，特别是疲劳性能数据还需要汽车企业和钢铁企业合作来完成，为产品设计提供准确的材料基础数据，实现高可靠性设计以减轻汽车的质量。
AM：目前，从供应链角度来说，结构钢的材料企业不直接与整车厂接触，很多新的材料和技术很难推广和实施，您有没有什么好的建议来改善这种现状。
曹总：你提到的这个问题是现实存在的问题，现在的情况是这样，一些管理规范的大型整车企业，有完善的材料研发部门，这些材料部门与钢铁企业的研发部门有很紧密的合作关系，如一汽－宝钢联合试验室，对汽车用新材料的研发和推广起到很好的作用。但有些整车企业对于汽车材料的管理不系统，造成你说得那种材料供应商不直接和主机厂联系，再加上没有完整的材料认证体系，使材料应用不合理，造成产品质量的下降。现在有些企业已经注意到这一问题，如长城汽车，近几年材料部门发展很快，从人员上，设备上充实了大量的力量并开展了卓有成效的工作，收效也是很大的。汽车材料技术的发展，必须由汽车企业和钢铁企业研发部门的合作来完成，目前，这种合作的形式在逐步加强。因此，未来产业链合作脱节的现象也会逐渐减少。
AM：您是国内较早从事汽车材料研究与应用的行业专家，作为行业的前辈，请给从事汽车材料行业的工程师简单谈谈您从事汽车材料工作的心得体会。
曹总：汽车材料技术是汽车产品技术的基础技术，是非常重要的。材料技术必须满足汽车技术发展的需求，因此材料技术工作者必须了解产品，熟悉产品，为汽车产品设计提供准确、完整的材料性能数据。另外汽车材料工作者要为生产制造提供支撑，为汽车零部件产品制造提供完整的材料选择及制造工艺方案。材料部门是支撑部门，是“配角”，但配角也不是不重要，材料工程师要甘当配角，为汽车技术的发展做出更大的贡献。
编后：中国已成为汽车大国，近些年汽车材料技术的发展多倾向于汽车新材料的开发、应用与推广。从汽车材料的构成来说，行业已形成广泛的共识：“短期仍将以钢材为主”。以结构钢为代表的传统汽车材料，在材料产品性能的提升、基础性能数据测试、性能标准统一等方面仍将有很多的基础工作需要开展。可喜的是，国内已经开始重视这些基础工作，行业协会已开始建立国内的汽车用钢技术规范、原材料企业与整车厂已开展了应用开发，汽车企业也开始重视材料性能数据的应用。这些工作开发将为进一步挖掘汽车结构钢的应用潜力，促进国内汽车用钢市场的健康发展。
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曹正先生简介：
男 1952年生 研究员级高工 1982年毕业于吉林工学院材料工程系
原任中国第一汽车集团公司高级专家、技术中心技术总监兼材料部副部长、中国汽车工程学会材料分会副主任委员、中国机械工程学会材料分会理事、中国金属学会特殊钢分会理事、中国金属学会非调质钢专业委员会副主任委员、中国汽车工程学会特聘专家。
2012年退休，目前任江阴兴澄特钢顾问，中国汽车工程学会材料分会名誉副主任委员、中国金属学会非调质钢专业委员会副主任委员。
主要从事汽车用金属材料应用研究、汽车零部件强化技术和工艺研究、汽车零部件可靠性试验研究工作。承担国家863、部、省及中国第一汽车集团公司科研项目20余项，获省部科技进步2、3等奖7项、一汽集团科技进步2、3等奖6项。
