汽車用精密鋼管現狀分析與展望

李殿杰，郝曉東，李 江

（1.冶金自動化研究設計院有限公司，北京 100081；2.天津市焊接鋼管企業重點實驗室，天津 301606）

汽車產業作為國民經濟的重要支柱產業［1-3］，是實現“中國制造2025”的重要載體，也是體現國家競爭力的標志性產業之一。面臨當前世界能源和環境的危機，汽車行業正發生著一場關于輕量化的深刻變革，這場變革對鋼鐵企業、零部件廠商提出了多方面的要求。針對汽車用精密鋼管，一方面以空心鋼管代替汽車中實心棒材和型材以減輕車身質量［4-7］，另一方面以精密焊管代替無縫鋼管進一步提高產品的尺寸精度已成為重要的發展趨勢［8-9］。

1 汽車行業現狀及發展趨勢

1.1 全球汽車行業現狀

汽車產業歷經百年發展，已成為世界上規模最大、最重要的產業之一，是包括美國、日本、德國、法國在內的眾多工業發達國家和地區的國民經濟支柱產業。根據國際汽車制造商協會（OICA）統計，除去2019—2021 年受新型冠狀病毒疫情影響的非正常數據，近十年來全球汽車產量整體平穩增長，總產量從2011 年的7 988 萬輛增長至2018 年的9 571 萬輛，年復合增長率為2.3%，2022 年全球汽車產量達8 502 萬輛。2011—2021 年全球汽車總產量如圖1 所示。

圖1 2011—2022 年全球汽車總產量

隨著經濟全球化進程的快速發展，全球汽車產業格局發生了很大變化，具體如圖2 所示。美國、歐洲、日本等傳統汽車工業發達的國家和地區的汽車產量和銷量增長態勢平穩，市場逐漸趨于飽和，一些勞動密集、資源密集的汽車制造活動已逐步向亞洲、南美等地區的發展中國家轉移，其中尤以巴西、俄羅斯、印度、中國為代表的新興市場發展最為迅猛，成為帶動銷量增長的主要動力。發展中國家經濟增速高，消費結構正處于升級階段，可以預見未來汽車產業重心仍將向發展中國家傾斜。

圖2 2011—2022 年世界主要國家汽車銷量

1.2 中國汽車行業現狀

近年來，我國汽車產業高速發展，中國汽車產量和銷量的增長速度高于全球平均水平。據中國汽車工業協會統計，中國汽車產量從2011 年的1 842萬輛增長至2018 年的2 780 萬輛，年復合增長率達5.3%；中國汽車銷量從2011 年的1 851 萬輛增長至2018 年的2 808 萬輛，年復合增長率達5.4%。2021 年，汽車行業經歷了嚴峻的考驗，面對芯片短缺、原材料價格持續高位等不利因素影響，全年汽車產量和銷量呈現穩中有增的發展態勢，展現出強大的發展韌性和發展動力。2011—2022 年中國汽車產銷量情況如圖3 所示，2022 年汽車產量和銷量分別達到2 702 萬輛和2 686 萬輛，同比增長3.4%和2.1%。2022 年，新能源汽車產量和銷量分別達到705.8 萬輛和688.7 萬輛，同比增長96.9%和93.4%，市場占有率達到25.6%。

圖3 2011—2022 年中國汽車產量和銷量情況

2 精密鋼管在汽車中的應用

輕量化發展一直是汽車行業及其零部件制造行業的主旋律。根據相關數據顯示，在動力系統和傳動系統相同的前提下，對乘用車而言整車質量每減少10%，油耗可降低6%～8%。據德國巴斯夫股份公司統計，汽車每減少自身質量100 kg，每百公里油耗可降低0.3～0.6 L、二氧化碳排放可減少5 g/km。相較于汽車的動力系統和傳動系統的技術改革，輕量化是降低能耗、減少排放的有效措施之一。汽車行業的輕量化趨勢為汽車用精密鋼管提供了發展機遇，隨著汽車零部件制造高新技術的應用，特別是液力成型等部件加工技術的成熟應用，轎車、乘用車結構發生了變化，轎車零部件制造用精密鋼管也相應出現了一些新的需求。汽車用精密鋼管分布如圖4 所示，汽車行業精密鋼管用途為框架、車橋、傳動軸、半軸、燃油汽車的油管及排氣管等［1，10］，每輛乘用車用鋼管約60 kg，每輛商用車用鋼管約80 kg。根據中國汽車工業協會數據，2022 年中國汽車總產量為2 702 萬輛，其中乘用車和商用車產量分別為2 383.5 萬輛和318.5 萬輛，據此測算每年汽車用精密鋼管需求量為160 萬～200 萬t。

圖4 汽車用精密鋼管分布

目前精密焊管已逐步應用于汽車穩定桿、凸輪軸、安全氣囊、減震器、轉向柱、驅動軸、傳動軸、排氣管、前后橋和座椅等部位［11-13］。由于焊管質量的不斷提升，汽車用精密鋼管的市場需求也會發生較大的結構調整，為高端精密焊管企業提供新的發展機遇和廣闊的市場前景。但目前我國汽車用精密焊管還處于起步階段，生產裝備水平和產品質量等均無法滿足汽車零部件行業的技術要求［8］。汽車用精密焊管的特點是小直徑、厚壁，外徑一般不超過114 mm。汽車用精密焊管的成型和后續的冷拔加工的難度都成倍增加［14-15］，雖然國內焊管機組眾多，但無一能勝任此類高難度焊管的生產。以空心穩定桿用管為例，其徑壁比不大于5，是小直徑厚壁焊管的典型代表，而且原材料帶鋼的屈服強度高，焊管的成型和焊接都非常困難［16］，目前該技術只被德國、日本等國家和地區的少數企業所掌握。富奧遼寧汽車彈簧有限公司、上海中國彈簧制造有限公司等國內主要的穩定桿生產廠商，其原料冷拔精密焊管均為從歐洲進口，不但價格高昂，且采購周期一般達到一年以上。

3 汽車用精密鋼管生產企業

3.1 國外主要汽車用精密鋼管生產企業

（1）瑞士嚴森（Jansen）公司。瑞士嚴森公司的鋼管產品覆蓋門窗建筑、汽車、家具等領域。汽車領域的主要產品包括穩定桿用精密鋼管、凸輪軸用精密鋼管、傳動軸管、安全氣囊管、活塞桿、轉向柱管等產品。針對不同的產品，該公司提供不同的特性以滿足其幾何精度、表面精度以及組織性能要求，生產研發情況見表1。

表1 瑞士嚴森公司汽車用精密鋼管的生產研發情況

（2）德國慕貝爾（Mubea）集團。德國慕貝爾集團是世界領先的汽車彈簧及相關部件供應商，其產品涵蓋汽車懸架彈簧、穩定桿、氣門彈簧、皮帶張緊輪、彈簧卡箍、變速器碟型彈簧、中間軸以及柔性軋制板等。德國慕貝爾集團生產的精密焊管尺寸范圍為Φ16～76 mm×0.8～6.0 mm，冷拔精密管尺寸范圍為Φ10～60 mm×0.8～5.5 mm。目前，德國慕貝爾集團在歐洲、美洲和亞洲等的18 個國家和地區擁有50 多家生產地，每年共生產超過1 400 萬支實心和空心穩定桿。2011 年在德國新建了Φ45 mm精密焊管生產線，可年產Φ20～45 mm×2.5～6.0 mm焊管4 萬t。德國慕貝爾集團是歐洲汽車用管市場的主要供貨商，并且在全球市場大約占22%的份額。1980 年，德國慕貝爾集團生產的空心穩定桿首次應用于保時捷928 車型，減少質量40%，從此開啟了汽車輕量化之路；2004 年在中國成立慕貝爾汽車部件（太倉）有限公司，首次在中國設立工廠；2010 年在江蘇省昆山市成立了昆山因諾泰克汽車零部件有限公司，2013 年在沈陽成立了慕貝爾汽車部件（沈陽）有限公司。2022 年德國慕貝爾集團租賃揚州廣利鋼管制造有限公司廠房及辦公樓，建設年產2 萬t 汽車穩定桿用精密鋼管項目，項目占地96 657 m2，總投資1.2 億歐元，主要生產汽車精密鋼管和其他汽車零部件。2021 年4 月，德國慕貝爾集團旗下的OBR 鋼管股份公司收購了Jansen 鋼管有限公司位于德國東部丁格爾施泰特（Dingelstadt）的鋼管公司和位于瑞士烏巴希特（Oberriet）的鋼管事業部，其鋼管產品將繼續使用Jansen 鋼管有限公司的品牌名稱。

（3）日本JFE 鋼鐵公司。日本JFE 鋼鐵公司是2003 年日本川崎鋼鐵公司（Kawasaki Steel）和日本鋼管公司（NKK）合并成立的。在新成立的公司中，鋼管生產業務擴大到4 個廠生產，即東日本鋼廠所屬的千葉廠和京濱廠，西日本鋼廠所屬的福山廠和生產特殊鋼管的知多廠。日本JFE 鋼鐵公司生產的產品包括：無縫鋼管、電阻焊管、UOE 焊管和螺旋縫焊管。在汽車用精密鋼管領域，日本JFE 鋼鐵公司的產品幾乎覆蓋了汽車用管所有規格的產品需求，產品規格如圖5 所示。在精密焊接鋼管方面，日本JFE 鋼鐵公司獨創的HISTORY（high speed tube welding and optimum reducing technology）工藝，可以為汽車行業提供優質的超厚壁精密焊管，由于采用了獨特的CBR（chance-free bull roll，無鼓肚變形輥成型）工藝（圖6）［17］，其焊管的徑壁比可低至3.88（Φ27.2 mm×7.0 mm 規格），而經熱張力減徑后最終的徑壁比最低只有3.33，而且穩定桿用管產品的抗拉強度可達1 300 MPa。

圖5 日本JFE 鋼鐵公司生產的汽車用精密鋼管的產品規格

圖6 CBR 成形及超厚壁焊管樣品

除上述三家著名汽車用精密管生產企業外，德國曼內斯曼（Salzgitter Mannesmann Precision，SMP）精密鋼管公司專業生產冷拔精密無縫鋼管和冷拔精密焊接鋼管，用于汽車引擎和變速箱、燃油供料系統、動力系統、底盤、轉向系統及車身。德國本特勒（Benteler）汽車工業公司下屬鋼管事業部也可提供汽車用精密無縫鋼管和精密焊接鋼管產品。

3.2 國內主要汽車用精密鋼管生產企業

（1）寧波永信精密管業有限公司。寧波永信精密管業有限公司于1988 年在浙江寧海成立，是國內最早生產高要求精密冷軋無縫鋼管的廠家之一。自嘉興工廠——嘉興永信精密鋼管有限公司建立以來，寧波工廠專注于精密管件機加工，建立液壓轉向器油缸筒、電力助動轉向齒條筒、電力助動轉向管柱生產線，已形成年產4 000 萬件精密鋼管零件的生產能力。寧波永信精密管業有限公司生產汽車用管情況見表2。

表2 寧波永信精密管業有限公司生產汽車用管情況

（2）嘉興杰富意精密鋼管有限公司。嘉興杰富意精密鋼管有限公司（簡稱嘉興杰富意公司）成立于2014 年7 月，為日本JFE 鋼鐵株式會社、日本JFE 溶接鋼管株式會社、日本伊藤忠丸紅鐵鋼株式會社和萱華工業股份有限公司（臺灣）投資的合資公司，主要從事精密焊接鋼管、冷拔鋼管的生產銷售。目前公司設計規模為年產13 560 t 精密焊接鋼管、11 640 t 冷拔鋼管，部分產品用于搖臂軸、凸輪軸等引擎關聯產品，部分用于穩定桿、轉向管柱、轉向桿等汽車底盤關聯產品；此外，部分鋼管還用于汽車座椅、安全帶、油壓配管等汽車零部件。

（3）隆昌山川精密焊管有限責任公司。隆昌山川精密焊管有限責任公司是一家集科研、設計、生產、銷售為一體的汽車零部件企業，始建于1965年，前身為中國兵器裝備集團公司旗下的四川山川機械廠。近年來，憑借在精密焊管領域和減震器行業的技術積累，公司在汽車零部件專業領域迅速崛起。在充分引進吸收美國先進能源工業公司（Advanced Energy Industries，Inc.，AE）、日本KYB（凱邇必）公司和美國德爾福公司先進技術的基礎上，該公司已成功開發了Φ12～130 mm×0.8～6.0 mm 多種規格的汽車結構用管、方形焊管和拖曳臂、扭力梁等充液成型延伸產品以及百余種車型減震器，具有年產10 萬t 電焊冷拔精密管（優質焊管7 萬t，冷拔精密焊管3 萬t）、600 萬支減震器和100 萬支后背支撐桿的生產能力。

（4）江蘇迪歐姆股份有限公司。江蘇迪歐姆股份有限公司成立于2007 年，建設有6 條精密焊管生產線、11 條冷拔生產線和3 條進口無氧化熱處理生產線，年產中高端精密焊管8 萬t，冷拔精密焊接鋼管5 萬t，冷拔精密無縫鋼管1 萬t，產品主要用于汽車、摩托車、高檔家具、工程機械、健身器材、低中壓流體用管等行業。目前，該公司參與起草制定了GB/T 33821—2017《汽車穩定桿用無縫鋼管》、YB/T 4675—2018《摩托車減震器用精密無縫鋼管》、GB/T 33156—2016《氣彈簧用精密焊接鋼管》等精密鋼管標準。

4 結語

汽車用無縫鋼管大部分國內可以供貨，部分向國外采購。對于汽車用焊接鋼管，目前國內只能提供一般要求的精密焊接鋼管，且存在著焊縫質量不穩定、焊縫熱處理性能不均勻、尺寸精度低等一些質量特性問題。對于徑壁比小于5 的小直徑厚壁精密鋼管，如轎車的懸臂架管、車轎用管、座椅用小直徑管、高精度和高強度的薄壁傳動軸管、超高強度的轎車側防撞桿、超高強度穩定桿用鋼管等，目前國內還無法滿足穩定供應或生產要求。因此，突破設備能力、工藝技術配套等因素制約，實現汽車用精密焊管特別是小直徑厚壁精密焊管的國產化發展已成為一項重要任務。