汽車的車架結(jié)構(gòu)通常都由鋼板材料沖壓而成，但隨著各國對汽車燃效的要求日漸嚴(yán)苛，汽車行業(yè)不得不尋求新的材料方案。其中，可選的材料包括先進(jìn)高強(qiáng)度鋼材（AHSS）、輕量化鋁合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。而高強(qiáng)度鋼材沖壓過程并不方便；鋁合金與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成本又較高，其成本不僅指材料本身，還包括對原本的組裝線進(jìn)行工藝改裝的花費(fèi)。

Nanosteel以“納米鋼材”實(shí)現(xiàn)汽車輕量化設(shè)計(jì)。

汽車業(yè)內(nèi)的材料專家和學(xué)術(shù)界人士一直在致力于開發(fā)所謂的第三代高強(qiáng)度鋼——即具有足夠的物理強(qiáng)度，又擁有良好的成型性。不過到目前為止，這類新材料尚未進(jìn)入市場。

現(xiàn)在，一種名為“納米鋼材（NanoSteel）”的新材料出現(xiàn)了，該材料與其供應(yīng)商同名，都為NanoSteel。顧名思義，它是一種擁有納米結(jié)構(gòu)的鋼鐵合金。納米鋼材在環(huán)境溫度下具有很好的延展性，普通高強(qiáng)度鋼在環(huán)境溫度下非常脆，也就是說，納米鋼材擁有高強(qiáng)度鋼所沒有的冷成型（cold-forming）屬性。

NanoSteel是一家來自于美國羅得島州的普洛威頓斯市（Providence）的公司，目前該公司已經(jīng)向通用汽車提供了新型高強(qiáng)鋼合金樣品。該公司還計(jì)劃將新材料技術(shù)授權(quán)給行業(yè)其他供應(yīng)商。

新鋼材

“如今，當(dāng)汽車設(shè)計(jì)師絞盡腦汁如何為汽車減重時(shí)，均會偏向于鋁合金或復(fù)合材料，因?yàn)楦邚?qiáng)鋼雖然強(qiáng)度夠高，它的成型較困難”NanoSteel首席技術(shù)官Daniel Branagan表示：“我們希望在汽車中保留鋼材，因此推出了NanoSteel納米合金鋼。這樣一來，汽車設(shè)計(jì)師能夠有更多的材料選擇余地。”

他還指出，新材料中采用了創(chuàng)新合金成分，其中的納米顆粒寬度不到100納米。更重要的是，這款新材料可以在原有的生產(chǎn)線上制造出來，無需進(jìn)行設(shè)備改造。

Branagan表示，NanoSteel納米合金鋼開發(fā)過程總共經(jīng)歷了20年左右。最初，其在美國能源部下的埃姆斯實(shí)驗(yàn)室（Ames Laboratory）進(jìn)行納米磁材料的研發(fā)，例如釹鐵硼磁鐵。

開發(fā)中的瓶頸

在2006年，Branagan及其團(tuán)隊(duì)遇到了技術(shù)瓶頸。當(dāng)工程師將注意力集中在高強(qiáng)度鋼的冷成型特性上時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，要提升這一能力則必須犧牲鋼材的強(qiáng)度。Branagan指出：“我們可以采用納米結(jié)構(gòu)提升材料強(qiáng)度，但是，材料延展性不夠的問題仍然無法解決。”

Branagan繼續(xù)道：“隨后，研究團(tuán)隊(duì)意識到當(dāng)前所有的方案都進(jìn)入了死胡同。鋼鐵合金在達(dá)到其熔點(diǎn)溫度的80%-90%后，它的晶體顆粒會脹大。”在隨后的幾年中，研究團(tuán)隊(duì)終于發(fā)現(xiàn)了一種在高溫下具有高延展性的材料機(jī)理。

基于新發(fā)現(xiàn)的納米結(jié)構(gòu)形成機(jī)理，同時(shí)可消除鋼材料的脆性，這種鋼材料使用了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝并避免了使用特殊的合金材料。新材料旨在使汽車制造商實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，從而在保持安全性的同時(shí)降低燃料消耗。

目前，Nanosteel已開發(fā)出三種鋼材料，其強(qiáng)度/拉伸率分別為950MPa/35%、120MPa/30%、160MPa/15%。