鋁和鋼的戰爭 Choice between Aluminum and Steel
【 Yahoo!奇摩汽車 Press L 】

「用鋁？還是用鋼？」這個問題始終困擾著汽車工程師。鋁合金一度威脅到汽車工業內鋼鐵在過去所扮演的領導地位，如果以鋁和製鋼的原料鐵來相比，不但重量減輕了一半，抗腐蝕性也更優於鋼，但是鋁的價格也相對昂貴，且在製造和維修上都很困難。因此近年隨著超輕型高強度鋼板的問世，也使得鋁合金的優勢部分喪失。相對於鋁合金，不少汽車製造商更加傾向於選擇高強度碳鋼來替代普通鋼材，不過鋁和鋼之間的戰爭，可不會就這麼輕易結束。

車用鋁合金零件比重顯著增加




雖然消費者對於車輛安全性的要求越來越高，然而整個社會對於環保節能的呼聲也相對提高，因此也使得汽車製造商們不得不尋求更堅固、更輕薄的造車原料，而鋁與鋼之間的戰爭也正由此展開。


鋁合金因其「輕量化」的特性，因而被廣泛應用在航空工業上。
要製造一輛普通中型汽車必須耗去1,600磅的鋼和鑄鐵，還要再加上770磅的沖壓鋼板。相比之下，鋁合金在一款歐洲汽車內的所佔重量，則是從1990年的110磅增加到2005年的290磅（多數仍用於引擎內部件與缸體），而且預計到了2010年還會再增加55磅。跟製鋼原料的鐵相比，鋁的重量不僅減輕了一半，其抗腐蝕能力也更優於鋼，種種特質也使得鋁更加受到汽車設計師們的青睞。

在今日汽車歷史上，已經出現過不少使用全鋁合金車身打造的市售車，包括Honda的超級跑車NSX以及Audi為了彰顯技術實力而推出的小型車A2，而目前在市面上仍在販售的車型則有Audi A8、R8和Jaguar XJ是採用全鋁合金車身。其中Jaguar XK更是將鋁合金技術與輕量化優勢發揮到極致，不僅車身零件結合總數從5,189個降至2,761個，車身剛性更一舉提高了48％，同時還大幅達到瘦身140kg的效果（從1685kg減重至1,595kg）！




全新XK車系的馬力輸出僅比起舊款車型小幅增加6hp，而達到300hp的最大馬力，但是在瘦身有成之後的重量/馬力比，再加上懸吊系統的改良，換來的卻是平易近人、更加靈巧的操控與駕馭感受。目前Jaguar車廠的銷售量（12萬570輛）與15年前被Ford收購前相比，也早已呈倍數成長。

高強度鋼材迎戰鋁合金


以鋁合金材質打造車體結構可有效減輕車重，因此也更適用於強調性能的跑車上，車壇上包含Honda NSX和Audi R8都是車體大量運用鋁合金技術的實例。
鋁合金的異軍突起讓車用鋼鐵供應商們倍感壓力，因此他們也決定統一採取行動以對抗鋁的威脅。早在1995年，便已有32家跨國鋼鐵生產廠商聯合提出了「超輕碳鋼車身」的概念，這種採用高強度鋼材所製造的車身實現了更薄和更輕的結構，能使車身重量減輕達25％！輕薄化的車身確實提高了高強度鋼材的銷售數字，但是製鋼廠卻另外宣稱，這種材料還有另一大好處，也就是讓汽車在EuroNCAP撞擊測試中得到更高的分數！

歐洲新車評測系統（European New Car Assessment Program）中的碰撞測試，目前已經發展成為是歐洲新車量產前的必要程序，也早已成為消費者在購車時重要的一項參考依據，當今一款新車要想獲得「不差」的安全聲譽，得要在撞擊測試中得到4至5顆星的評分。


經得起強力撞擊的車型才能得到NCAP更優異的評分，因此鋼材對於汽車製造商們來說顯然頗具吸引力。
根據Volvo安全中心工程師Marten Levenstam介紹，鋼材品質的提高使得汽車業者能夠製造出更具安全性的車身結構，並且還可不增加車身重量。「您能用普通鋼材構成撞擊力道吸收區，用高強度鋼構成超級安全的乘坐區！」Marten Levenstam說，經得起強力撞擊的車型，才能得到NCAP更優異的評分，所以這對於汽車製造商們來說顯然頗具吸引力。

由於歐盟修改了汽車廢氣排放中的二氧化碳含量標準，將其限制在每公里130克，使得汽車設計師們的注意力也隨之轉移到能減輕車身重量的鋼合金上。普通鋼板的厚度通常為0.7到0.75mm，而今日的超強度鋼板厚度則僅有0.65mm甚至更薄，新款Opel Zafira的引擎蓋鋼板便只有0.6mm厚！


在1995年當時已有32家跨國鋼鐵生產廠商聯合提出了「超輕碳鋼車身」概念，採用高強度鋼材所製造的車身將實現更薄和更輕的優勢，並能使車重減輕25％。
鋼鐵生產廠商Arcelor-Mittal、Robert Bosch GmbH與諮詢公司Arthur D. Little的分析結果得出了一個發人深省的結論：僅僅減輕車身重量就能節省約5％的燃油，不過透過這樣的方式來提高油耗表現，卻只需在每輛車上增加212歐元（約為280美元）的成本以購買高強度鋼材。現有的省油科技包括可變氣門與進氣岐管、渦輪增壓和汽缸間歇功能等，卻絕對無法達到5％的節油效果，而且降低車身重量，還可有效減輕煞車系統的負荷並提高引擎效能。

鋁合金的技術瓶頸


BMW製造了以鋁鋼材料混用的車身結構，但是首要原因則是為了平衡車身前後配重以換取更佳的操控性，但是這種混合結構卻也使得製造成本上升了25％。
鋼鐵生產廠商Arcelor-Mittal認為，採用高張力鋼板來減輕車身重量是比較經濟的選擇，他們也預料隨著高張力鋼板達到更高的經濟規模，市售車的重量亦能夠進一步減輕。儘管鋁合金生產廠商無法反駁這一點，但是他們卻用另一種觀點對其提出質疑：如果想要降低二氧化碳的排放量，考量到汽車的生命週期和資源回收性（鋁的回收比例高於鋼鐵），鋁顯然更優於鋼！

除了Audi和Jaguar之外，對於推出「全鋁合金車款」有興趣的車廠至今仍寥寥無幾。BMW製造了鋁鋼材料混用的車身結構，但是首要原因卻是基於平衡車身前後配重以提升操控性。BMW 5 Series即是鋼製車身和鋁製車首（主要在引擎蓋）的結合體實例，而X5僅在車身前半部用上了少數鋁合金零件，其整體結構仍為鋼製。


鋁合金在製造一款歐洲車上的所佔重量，已經從1990年的110磅增加到2005年的290磅，預計到了2010年還會再增加55磅。
不過僅僅是這種混合結構，就已經使得製造成本增加了25％，而起這還不是讓車廠頭痛的唯一原因，因為鋁在受熱後體積大幅膨脹的金屬特性，更使得鋁製車用零件的製造難度大大增加，在焊接車身時必須使用特製夾鉗，並採用特殊製程才能將鋁製零件固定在特定位置。包括GM在內的國際車廠仍無法將鋁合金廣泛應用在旗下車型上，主要原因就是考量到處理鋁製零件的特殊設備無法在遍佈全球的組裝廠與維修點廣泛普及。


鋁在受熱後體積大幅膨脹的金屬特性，使得鋁製車用零件的製造難度大大增加，因為在焊接車身時必須使用特製夾鉗，並採用特殊製程才能將鋁製零件固定在正確位置。
由於鋁金屬價格昂貴，且在製造和維修上都很困難，因此汽車製造商更傾向於選擇高強度碳鋼來替代普通鋼材。在1995年當時，幾乎所有車廠都只會使用普通鋼材造車，不過如今，每輛車平均已含有26％的高強度碳鋼和6％更高等級的鋼鐵合金。根據Arcelor-Mittal市場研究部門主管Patrick Pichant的預測，高速鋼（High-Speed Steel/高強度鋼鐵合金材料之一）的應用將會在5年內由現在的6％增加到12％，而由於歐盟對於二氧化碳排放量的嚴格限制導致車廠迫切需要減輕車身重量，高速鋼也很可能會因而得到更廣泛的應用。

一個是源自於航空工業的輕量化材質（鋁合金），一個是現有材料的技術升級（高強度鋼材），看來鋁和鋼之間的戰爭在短期之內仍不會結束。