全球環(huán)保政策對燃油效率限制加速了輕量化材料競爭體系的發(fā)展.為此，POSCO成立了復合材料TFT(專項組)，提供相應(yīng)業(yè)務(wù)的服務(wù)。

順應(yīng)CO₂排放限制的環(huán)保政策,全球車企不僅僅是尾氣排放,還對碳中和層面進行規(guī)劃。

LCA(全生命周期)中鐵和非鐵材料在LCA(全生命周期)的表現(xiàn),原材料生產(chǎn)中CO₂碳排放鐵為樹脂的7%，鋁的19%水平。

并且,鐵常用的沖壓工藝CO₂碳排放量也比鋁和樹脂的常用加工工藝低很多。

POSCO積極配合車企,為其提供鋼材應(yīng)用及CO₂排放限制的環(huán)保政策方面的服務(wù).且為所有鋼材產(chǎn)品獲得EPD(環(huán)保產(chǎn)品認證)，提供給需求的客戶. (EPD認證 : 產(chǎn)品在其全生命周期內(nèi)以何種方式對環(huán)境造成的影響的說明)。

新能源動力電池技術(shù)，由初期改造內(nèi)燃機和燃油箱位置安裝電池發(fā)展到車身底部中安放滑板式電池包，以及向電池外殼作為車身結(jié)構(gòu)一部分的CTV(Cell to Vehicle)技術(shù)發(fā)展。目前，POSCO也對CTV技術(shù)中鋼材應(yīng)用解決方案進行先行研究.該技術(shù)發(fā)展需要確保爆炸的危險性和碰撞時的穩(wěn)定性，也需要適用于整個車體的廣寬幅千兆鋼，POSCO可生產(chǎn)供應(yīng)CTV需求的廣寬幅千兆鋼。

 復合材料可充分發(fā)揮鋼和鋁的性能優(yōu)勢進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計，為客戶提供最佳優(yōu)化解決方案.我司復合材料TFT(專項組)，可提供碰撞分析得出能量的分散和吸能部位進行復合材料(千兆杠+鋁)的優(yōu)化配置方案.并以此為依據(jù)，結(jié)合重量、成本、性能等因素為企業(yè)提供復合材料應(yīng)用的最佳解決方案。

POSCO已自主設(shè)計完成3種電池包方案 (PBP: Posco Battery Pack, 內(nèi)燃機改造型/應(yīng)用千兆鋼型/復合材料型)。

最近完成開發(fā)的復合材料型PBP在重量，成本，性能方面均優(yōu)于全鋁電池包。

根據(jù)上訴相關(guān)研究，為客戶在材料應(yīng)用中的需求和技術(shù)上提供多方面的技術(shù)支援.除此,還可對鋼鋁復合材料應(yīng)用中的替換機械連接的電阻焊技術(shù)支援、焊接處腐蝕問題的高耐蝕鋼應(yīng)用，以及高延伸、高強度要求的千兆鋼材料應(yīng)用等方面，為車企研發(fā)提供相應(yīng)的解決方案。

 POSCO集團

WSD* (World Steel Dynamics：全球鋼鐵專業(yè)分析機構(gòu)）: 世界最具競爭力的鋼鐵公司連續(xù)12年排名第一

 - 21年總銷售額76萬億（韓元）/員工數(shù) 18000多人/覆蓋52個國家

 - 加工中心及法人運營情況說明

POSCO低碳環(huán)保規(guī)劃藍圖

POSCO于20年12月11日發(fā)布到2050年實現(xiàn)”碳中和(Carbon Neutral)”目標，并發(fā)表了氣候行動報告書等低碳環(huán)保計劃的推進。

為實現(xiàn)2050年碳中和目標,制定了2030年和2040年將碳排放分別減少20%和50%的中長期目標 ,且分階段開發(fā)多種碳減排解決方案和技術(shù)。

第一階段，用更經(jīng)濟的低碳能源來提高能源效率。

第二階段，提高廢鋼的利用率， 最大限度地利用碳捕獲存儲技術(shù)。

最終目標，開發(fā)氫能源煉鐵技術(shù)，最終實現(xiàn)基于氫還原和再生能源的碳中和煉鐵工程。

復合材料特點

——材質(zhì)特征及 LCA（全生命周期）

市場環(huán)境

?為應(yīng)對環(huán)保， 油耗限制政策 → 輕量化材料競爭激化

- 全球市場:至25年平均油耗控制在23.2km/L以下的規(guī)定 (美國)。

?豪華車, 美)中,大型車中非鐵材料應(yīng)用增速明顯

 - 福特F-150,寶馬i3的上市,驗證了鋁,碳纖維樹脂的可應(yīng)用性。

?20年的歐洲CO₂排放限制規(guī)定適用到21年進行推算，各主機廠賠償金額非常高

 -各主機廠通過制訂長期規(guī)劃藍圖，樹立30~50碳中和目標。

 - 不僅對尾氣排放，還包括從原材料生產(chǎn)→加工→廢棄為止的全生命周期層面進行管理。

?從原材料生產(chǎn) & 加工等 LCA(全生命周期)層面考慮，鋼材最具競爭力優(yōu)勢

 - 原材料生產(chǎn)中鋼材的 CO₂ 排放量(kg/kg) : 2.09 (碳纖維樹脂的7%, 鋁19%水平)。

 - 根據(jù)零件加工工藝的 CO₂ 排放量(kg/kg) : 鋼材沖壓加工的CO₂ 排放量(kg/kg) 最少，數(shù)值為0.31。

? 原材料生產(chǎn)至零件制造過程中較少CO₂ 排放: 與鋁相比，以鋼材為基板的復合材料更具優(yōu)勢。

復合材料應(yīng)用趨勢

? 復合材料的應(yīng)用從汽車外板重應(yīng)用擴展至<新能源汽車電池包>領(lǐng)域

- 新能源車重視續(xù)航里程, 加大使用輕量材料

- 電池包模組: 多采用鋁制結(jié)構(gòu)，近來因熱失控危險性問題對鋼的關(guān)注度增加

- 電池包殼體: 隨著新能源車生產(chǎn)/銷售增加，對成本和輕量化重視度提高

?  隨著復合材料的應(yīng)用增加，市場需求量也將隨之增多

 POSCO 復合材料應(yīng)用方案

——產(chǎn)品供應(yīng)范圍

? 按復合形式區(qū)分制造與采購

 ? 主機廠&零件廠：復合材料零件的設(shè)計，加工/生產(chǎn)，非鐵材料的采購 (鋁, 樹脂等)

POSCO : 復合材料應(yīng)用方案 + 復合材料用鋼材

MM  TF組服務(wù)范圍

- 復合材料應(yīng)用方案 : 為提高客戶效益的技術(shù)性/商業(yè)性支援服務(wù)

- [非鐵組件] : 非鐵組件替換成鋼材或復合材料化來擴大鋼材應(yīng)用范圍

- [復合零件(非鐵材料+鋼材)] : 通過提供復合零件應(yīng)用方案開拓新市場

- [復合材料(三明治板, 復合鋼板)] : 與復合鋼板廠家開展合作開發(fā)客戶及材料來擴大市場

POSCO 復合材料應(yīng)用方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計

?POSCO電池包骨架中應(yīng)用復合材料的概念設(shè)計及樣品檢測

1、概念設(shè)計

2、仿真分析性能評估

3、樣品制作

4、性能檢測(3點彎曲測試)

PBP方案

電池包復合材料應(yīng)用方案及樣品

電池包中應(yīng)用復合材料的方案

> 復合材料 Posco Battery Pack 設(shè)計及樣品制作

> PBP 骨架 (千兆鋼+鋁 復合 )

  - 相比全鋁，相似重量/性能條件下, 單價降低 20%

   - 相比全鋼, 重量降低 10% , 性能提高 20%

   - 復合材料, 鋼約占 71% ,  鋁約占 29%

柱碰評估

> 比鋼(2nd PBP)性能優(yōu)秀，與Al水平相近

電池包復合材料應(yīng)用方案樣品

鋁 VS 鋼 VS 復合材料 （電池包重量）

^* 以100kwh為基準換算成60kwh進行對比

- 與鋁制電池包(85kg)相似重量條件下，可保證同等性能

應(yīng)用范圍

電池包復合材料應(yīng)用方案及樣品

> 采用鋼+輕質(zhì)鋁材的復合材料應(yīng)用設(shè)計方案

 ? 特點：比單一材料鋁材成本低 / 比單一鋼材重量輕

> 針對車輛零部件的降本及輕量化目標，提供復合材料應(yīng)用方案

  - 引擎蓋 :  內(nèi)板（鋼） + 外板（鋁）  (與韓國整車廠協(xié)力先行開發(fā))

  - 電池包 : 鋼制外框 +  鋁制內(nèi)芯  (POSCO 概念 PBP 完成)

  - 車頂結(jié)構(gòu)件 :  鋼 + 樹脂 + 鋼  (三明治板開發(fā)中)

異種金屬點焊

? 異種金屬點焊

○ 目前對異種金屬機械接合技術(shù)應(yīng)用廣泛， 但從降低制造成本方面考慮有待開發(fā)點焊技術(shù)

○ 由于異種金屬的不同熱/物理特性和金屬間高脆性化合物的形成導致的焊接質(zhì)量下降，導致點焊應(yīng)用案例少見

  - 通用在量產(chǎn)凱迪拉克 CT6 座椅靠背中，應(yīng)用了剛性電極焊接異種金屬

? 電池包復合材料應(yīng)用方案及樣品

○ 通過優(yōu)化電極形狀及焊接通電條件改善焊接強度  

  - 剪切拉伸強度(TSS) : 與自沖鉚(SPR)相比，焊接強度在同等及以上水平

  - 十字拉伸強度(CTS): 不同材料組合方式，焊接強度為自沖鉚(SPR)的 40~210% 水平→熔焊的極限鋁材點焊強度的65%水平以上

  - 點焊+防電化腐蝕的結(jié)構(gòu)膠條連接方式比自沖鉚+結(jié)構(gòu)膠連接強度的CTS更高

○ 導出保證異種金屬間焊接性能的最優(yōu)材料及接合類型

  - 不同鍍層的異種金屬接合特性 : GI(或 EG) > CR > GA 

  - 根據(jù)接合類型的特性: 鋼/鋁/鋼 > 鋁/鋼/鋼

? 電池包復合材料應(yīng)用方案及樣品

○ 剛性連接部件

   - 部件: 鋁/鋼 PKG Tray Ass’y

  - 量產(chǎn)應(yīng)用: 自沖鉚(SPR)+結(jié)構(gòu)膠(Adhesive), 點焊(RSW)+結(jié)構(gòu)膠(Adhesive)

  - 剛性評估模式: 彎曲性能, 扭轉(zhuǎn)剛度

  - 兩種接合方式的初期斜率趨同，判斷在車身結(jié)構(gòu)剛性方面性能類似

  * 隨變形量增加斜率產(chǎn)生了差異的原因為，受實際量產(chǎn)中應(yīng)用的減震墊及制作方法(批量 vs.手工)等影響

  ?  對于剛性連接部件中可采用點焊(RSW)

耐腐蝕性

? 鋼鋁接合位置電化腐蝕

○ 電化腐蝕: 不同金屬間接合處，有一側(cè)金屬出現(xiàn)嚴重腐蝕現(xiàn)象

- 電化腐蝕產(chǎn)生條件:①異種金屬、②電氣接觸、③放置于同一電解液 ，以上條件需同時滿足 

? 使用PosMAC1.5鍍層鋼+鋁，可減弱鋼鋁接合處產(chǎn)生的電化腐蝕

○ 鋼鋁卷邊接合部耐腐蝕性測試結(jié)果 (12年工況加速模擬腐蝕試驗)

- [Steel INR] CR ? 鍍層 (GI > GA > PosMAC1.5

- [AL OTR] CR接觸 ? 鍍層接觸 (GI > GA > PosMAC1.5)，采用PosMAC1.5鍍層，可同時降低鐵和鋁的腐蝕

- PosMAC1.5與GI的耐腐蝕效果，耐腐蝕效果：鋼材降低50% , 鋁材降低 85%

卷邊接合內(nèi)部腐蝕狀態(tài) (75 cycle)]

腐蝕深度檢測結(jié)果:(中) Steel INR, (右) AL OTR]

? 內(nèi)板(PosMAC1.5) + 外板(鋁) 引擎蓋部件耐蝕性

- PosMAC1.5-AL, 混動引擎蓋零件制作(小型電動車用), 復合材料中應(yīng)用磷酸鹽處理及電泳/中涂/上涂/清漆的全部涂裝工藝

- 模擬12年工況加速腐蝕實驗后，內(nèi)/外板卷邊處, 復合材料連接處的腐蝕情況：未發(fā)生腐蝕

- 涂層劃痕處腐蝕情況: PosMAC1.5 內(nèi)板涂膜未剝離, 鋁發(fā)生部分絲狀腐蝕

? PosMAC1.5-AL 復合材料的引擎蓋部件，采用合理的涂層工藝和密封劑時，不會出現(xiàn)耐蝕性缺陷

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