黑色金属材料的轻量化

钢作为工程材料广泛应用于诸如汽车、航空航天、运输、建筑、重型设备和机械等生产生活的各个领域。虽然轻质材料如镁、铝合金、各种复合材料、纤维、塑料等逐渐发展，但钢铁材料由于其优良的结构强度、成形能力、成本适中和可回收性而广泛应用于汽车领域。然而，由于汽车排放是世界上温室气体排放的第二大来源，近年来世界各地都颁布了严格的环境法律法规来限制汽车排放，如2007年欧洲汽车CO2的排放量平均值是158.7g/km，2015年该排放量必须降低为130g/km，而2020年该排放量要降到95g/km。汽车动力传递和发动机的研究促进了电动汽车的发展，这就需要减轻白车身和其它汽车零部件的质量以弥补电池和电机的额外质量。减轻传统汽车的质量同样也可以提高车辆的燃油消耗率，因此需要钢铁企业生产轻质钢材，以减轻汽车质量。

概述了降低钢密度的不同方法，介绍了铁合金冶金及其应用。广泛使用降低钢密度的方法有：采用铁基大块合金、铁基复合材料、泡沫钢、钢基层压板。铁基复合材料主要把较轻的各种碳化物、氮化物、硼化物、氧化物的陶瓷颗粒加入到铁素体或奥氏体基体中。泡沫钢依靠结构中填充气体的存在，可使用结构骨架或发泡剂，填充气体的孔可以通过液体铸造和粉末冶金的方法获得。钢基层压板基本上是钢片和轻质材料交替形成的一种混合材料，可以是金属-金属或是金属-纤维交替。由于前3种方法不适合大量生产，所以关于这3种方法的研究受到了限制。低密度大块铁合金则适合大量生产，其采用铸造方法生产将很有发展前景，因此已经引起许多冶金方面的专家和学者的注意。

目前，相关专家学者就黑色金属材料轻量化已经做了大量的研究，但新型合金距离实际应用还有很长的路要走。目前，研究的重点集中在了解这些合金的热力学原理、热处理方法，如退火和过时效、合金化、铁素体成型等。

刊名：The Minerals, Metals & Materials Society（英）

刊期：2014年第9期

作者：Radhakanta Rana Jom et al

编译：于立娇