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日鐵借助虛擬試驗研發(fā)更輕更硬的EV鋼板

生活經(jīng)驗知識分享

在純電動汽車（EV）的鋼板研發(fā)方面，日本制鐵正在虛擬空間內(nèi)實施汽車碰撞試驗 。在每輛車上標記1000萬處，詳細計算變形情況，分析斷裂風險等 。在追求車體輕量化的純電動汽車上，鋼板與鋁等原材料之間的競爭日趨激化 。日本制鐵將推動輕薄且強度高的鋼板研發(fā)，改善作為經(jīng)營最優(yōu)課題的汽車鋼板業(yè)務(wù) 。
“受到這種沖擊，存在中柱(CenterPillar）斷裂的危險”，在日本制鐵的鋼鐵研究所內(nèi)，研究人員正在重復(fù)純電動汽車和插電式混合動力車（PHV）等新一代汽車等的碰撞試驗 。不過，試驗中既沒有碰撞聲也沒有震動 。因為那是在虛擬空間之中 。
碰撞試驗是日本制鐵與汽車企業(yè)的聯(lián)合作業(yè) 。汽車企業(yè)提供詳細數(shù)據(jù)，包括正在開發(fā)的車體形狀和各部位不同的鋼板數(shù)據(jù)等 。在三維模擬車輛的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過日本制鐵開發(fā)的系統(tǒng)模擬碰撞情況 。
計算斷裂風險通過車體在數(shù)字空間內(nèi)被分解為數(shù)毫米見方的方塊來計算出碰撞負荷 。每輛乘用車分解的方塊數(shù)量達到幾百萬～1000萬個 。
根據(jù)零部件的形狀和使用的鋼材種類，計算因碰撞產(chǎn)生的變形和零部件內(nèi)發(fā)生的力 。利用自主算法分析斷裂風險和剛性等 。
算法體現(xiàn)出以多大強度牽拉會斷裂、在多大程度上彎曲會折斷等材料固有的特性 。充分利用了日本制鐵多年來積累的鋼鐵相關(guān)數(shù)百TB的大數(shù)據(jù) 。
試驗結(jié)果通過3D圖像交給汽車企業(yè)，以便其用于設(shè)計變更 。自2020年起引進了變形可視化技術(shù) 。能夠一眼看出存在斷裂風險的部位 。
日本制鐵自2000年代初期開始推進虛擬碰撞試驗 。最初計算機的處理速度等存在極限，分解的方塊數(shù)量不足1萬個，難以進行詳細分析 。用于實際碰撞試驗的試制車每輛花費數(shù)千萬～數(shù)億日元 。模擬實驗?zāi)艽蠓档拖嚓P(guān)成本 。鋼鐵研究所的室長丹羽俊之表示，“設(shè)計、試制與評估、重新設(shè)計的周期也明顯加快” 。
汽車企業(yè)也在自主利用虛擬空間推進碰撞試驗 。但是，丹羽室長表示“能預(yù)測鋼板斷裂的，只有具備自主材料數(shù)據(jù)的鋼鐵企業(yè)” 。
日本制鐵根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，以應(yīng)對純電動汽車時代日趨激烈的汽車原材料競爭 。自2021年起，日本制鐵正式邀請國內(nèi)外的汽車企業(yè)推進聯(lián)合試驗 。
對鋼鐵企業(yè)來說，汽車鋼板業(yè)務(wù)是經(jīng)營的“最優(yōu)先課題” 。日本鋼鐵聯(lián)盟的統(tǒng)計顯示，2020年在普通鋼中，汽車用途占到近2成，數(shù)量最多，在特殊鋼中的占比達到近4成 。
鋼用量減少，重量變輕但是，美國調(diào)查團體CAR的統(tǒng)計顯示，鋼鐵占車體材料的比例將從2020年的65％降至2040年的46％ 。特斯拉積極采用鋁等，包括塑料和碳纖維在內(nèi)，鋼鐵以外的材料正在提高存在感 。純電動汽車需要裝載沉重的電池以提高延長續(xù)航距離，因此車體的輕量化變得不可或缺 。
日本制鐵的碰撞試驗數(shù)據(jù)將用于能對抗鋁等材料的新型鋼鐵的研發(fā)活動 。其中之一是高強度鋼板 。
在不易斷裂的高強度鋼板領(lǐng)域，被稱為“超高強度鋼板”的鋼材強度是1990年代主流產(chǎn)品的近3倍，目前也在實用化過程中 。不過，這種鋼板的強度雖高，但需要與柔軟的零部件并用，僅限于車體的支柱等局部使用 。
日本制鐵將根據(jù)試驗結(jié)果分析鋼材的特性，通過改變摻入鋼鐵的元素配比等措施，挑戰(zhàn)進一步兼顧輕量化和易加工性 。丹羽室長表示，“我們將與汽車企業(yè)合作，清除對斷裂、變形和剛性的擔憂” ?；诖髷?shù)據(jù)向車企提出設(shè)計的改善方案等，以擴大超高強度鋼板的采用 。
3月，日本制鐵計劃在國內(nèi)時隔約30年新建熱軋生產(chǎn)線，到2026年度投入運行 。社長橋本英二表示，“將穩(wěn)定制造最尖端的超高強度鋼板” 。
由于日本國內(nèi)需求的減少和與中國企業(yè)的價格競爭，日本制鐵將國內(nèi)14座高爐減少為10座，正在推進大規(guī)模的合理化措施 。不久前又提高了對豐田供貨的鋼板價格，反映出以高附加值鋼板作為支柱的戰(zhàn)略 。
海外企業(yè)的數(shù)據(jù)平臺領(lǐng)先在屬于“重厚長大”型產(chǎn)業(yè)代表的鋼鐵行業(yè)，數(shù)字化也成為緊迫的課題 。日本制鐵將在始于2021年度的5年內(nèi)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型（DX）投入1000億日元以上，JFE控股也將在4年時間投入1200億日元 。已開始取得高爐的人工智能（AI）操作等一定成果 。
海外企業(yè)也將推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型 。世界最大鋼企、中國寶武鋼鐵集團2020年底啟動了自主大數(shù)據(jù)中心的試運行 。將用3年時間構(gòu)建信息分析平臺 。此外，歐洲安賽樂米塔爾也在2021年7月在法國開設(shè)了首個數(shù)字研究所，將加快技術(shù)開發(fā) 。
【日鐵借助虛擬試驗研發(fā)更輕更硬的EV鋼板】此前席卷世界鋼鐵市場的日本企業(yè)在積累的歷史操作數(shù)據(jù)等方面具有優(yōu)勢 。但是，JFE鋼鐵的常務(wù)執(zhí)行董事風間彰表示，“在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，我們落后于海外企業(yè)” 。日本鋼企需要發(fā)揮此前積累的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面挑戰(zhàn)海外企業(yè) 。

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