汽车轻量化路径：材料、工艺、结构设计并行

 铝合金综合性价比突出，是汽车轻量化的首选材料

目前汽车轻量化使用的材料主要有：高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维复合材料。从减重效果看，高 强度钢-铝合金-镁合金-碳纤维呈现减重效果递增的态势；从成本方面看，高强度钢-铝合金-镁合金-碳纤维呈 现成本递增的态势。在汽车轻量化材料中，铝合金材料综合性价比要高于钢、镁、塑料和复合材料，无论应 用技术还是运行安全性及循环再生利用都具有比较优势。铝合金应用范围广，国内外全铝汽车的快速发展， 特斯拉（TESLA）ModelS 系列车型中 95%结构采用铝合金材料。此外，上游供应稳定，配套产业完善，铝合金零部件厂商议价能力有保障。

 高强度钢

高强度钢是指冷轧340MPa、热轧490MPa以上的钢。钢的强度越高，减重效果越好。相对于传统的340MPa 的材料,600MPa级的钢种在理论上的减重潜能大约为20%，800MPa的材料减重潜能会提高至30%以上。目前高强钢主要应用在汽车安全件、底盘及车身等方面。

由于高强度钢相对于其他轻量化材料使用成本更低，各大车企以及相关配套企业对第三代先进高强度 钢研究及资金的投人力度越来越大。这些钢种通过调节合金成分及热处理工艺，获得比现有先进高强度钢更 高的强度和延展性能，连接能力也更加高效，同时成本也低。预计到2020年全球汽车先进高强度钢需求量2839万吨，年均复合增长12%，对应市场规模4258亿元。

 铝合金

铝的密度是钢的1/3，质量更轻，具有较高的比强度、很好的挤压性、很强的耐腐蚀性和高度的可回收 性。铝合金在汽车产品上运用，减重的同时，能实现更加的刹车性、更优的操控性、更好的驾驶舒适度和更 突出的动力。铝合金型材生产工艺流程:熔铸、挤压、表面处理、深加工工。

目前铸造铝合金约占汽车用铝量的77%，可用于制造发动机零部件、壳体类零件和底盘上的其他零件；变形铝合金(锻造铝合金和铝合金板材)在车身零件及结构件的应用方面也发展较快，主要应用于发动机盖、 翼子板、保险杠、车厢底板结构件、热交换器、车轮以及车身骨架等。汽车车身用铝合金材料主要包括：铜元素含量最高、硬度也较高的2000系；主含镁元素，又称“镁铝合金”的5000系；镁硅含量高、抗腐蚀和抗氧化性能好的6000系；镁锌铜含量高、可热处理合金、有良好的耐磨性和焊接性的7000系。汽车车身的不同受力部位会采用不同系列型号的板材、型材、管材及高性能铸铝等铝合金材料。

中国乘用车单车用铝量距离发达国家仍有一定距离。预计到2020年，我国乘用车平均单车用铝量将达231kg，年平均复合增速达15%。预计2020年我国汽车用铝量需求为510万吨，按照车用铝合金4万元/吨 市场价计算，市场空间可达2500亿元。2016-2020年 CAGR 为12%，其中 SUV 和新能源汽车将是汽车用铝 成长最快的领域。

 镁合金

镁合金是目前商用的最轻的金属结构材料。镁的密度只有1.8 g/cm³，是铝的2/3，钢的2/9，采用镁合金可在使用铝合金的基础上再减轻15%-20%。镁合金具有优良的导电性、导热性、电磁屏蔽性能、高的比 度、减震性、加工工艺性能、易回收和有利于环保。现阶段62%的镁合金制品应用在汽车产业上，镁合金在 汽车上的应用主要集中于车身、发动机和内饰三大部分。镁合金在汽车上应用的零部件有100多种，主要分为壳类和架类两类零件。

北美、欧洲、日本等地汽车用镁持续增长，我国成长空间大。2015年北美地区单车用镁量已达到3.8kg， 使用和研发中的镁合金零部件达100 多种；日本单车用镁量高达9.3kg，越来越多的在汽车的变速杆、座椅 架等部位采用镁合金材料；欧洲车用镁合金铸件的使用量以年均 25%的速度增长，奔驰、通用、宝马的部分 车型，镁合金用量已超过20kg。相比而言，我国2015年单车用镁量约为1.5kg。预计2020年国内单车用镁 量目标为10kg，汽车业对镁合金的需求量将达到33.1万吨。

 碳纤维复合材料

碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的，一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维 材料。碳纤维是一种高强度、高模量的高性能纤维材料，不仅具有碳材料强抗拉力的特性，还兼具纤维软加 工性，与传统材料相比，碳纤维密度不到钢的1/5，强度是钢的8倍。碳纤维还对一般的有机溶剂、酸、碱 具有良好的耐腐蚀性，具有很好的润滑性，摩擦系数小，导电性好，不存在生锈问题。

碳纤维复合材料（CFRP）在汽车中可应用于车身、底盘、车顶、车门、头盖、引擎盖、尾翼、压尾翼、 中控台、装饰条、传动轴、板簧、构架、刹车片、内饰和外饰配件等系统。宝马 车型使用符合材料模块化 设计，全碳纤维的座舱（LifeDrive 架构），类似 F1 赛车的设计，整车重量仅1480千克。

碳纤维复合材料在汽车上应用不但能满足轻量化的需求，还能提升安全性能，实现更好的驾驶性能，更 低的组装耗费和更好的碰撞安全性。 碳纤维复材的总体需求量将不断上升，预计到 2020年，碳纤维复材的 需求量可以达到约20万吨的左右。