钢材制造商们正在研发更轻、更强的材料，迎接轻质汽车的挑战
原始设备制造商在为汽车选择恰当的钢材时一定要有所权衡。钢材需要非常强硬，才能在撞车事故中保护乘客，同时还要很轻，才能减少二氧化碳排放并提高能源效率。
为了满足这些需求，汽车制造商正在评估钢材轻质方案，提高应用范围。2014年，Ford开始生产市场为导向的F-150全铝车身，从而登上新闻头条。2015年4月，BMW宣布，2016 7-系列底盘将广泛采用碳纤维复合材料（CFRP），加强主要零部件的结构，包括B-柱和C-柱，以及顶板梁。尽管这些材料的使用成本要比钢高得多，但是这些技术有望在将来10年内发生长足发展。
钢材面临的挑战
钢材业面对这些挑战并没有坐视不理，而是进行大量投资，研发更加先进的超高强钢（AHSS和UHSS），可以让汽车制造商用更少的材料，制造更多的东西。
ArcelorMittal公司欧洲汽车部首席市场营销官Philippe Aubron说，“六七年前，我们将产品中的AHSS含量大概提高了10%，现在达到大约25-30%，而且这个比率将来还会提高。”
AHSS是一种极限抗拉强度（UTS）超过500MPa的钢，而UHSS是一种极限抗拉强度超过980MPa的钢。这些材料主要用于白车身（BIW），生产的组件能够在撞车事故中吸收大量能量，比如车辆前段，旁边以及后侧组件。
据Tata Steel公司产品市场经理Chris Woofindin说，“UHSS的轻质潜力主要依赖组件的应用和UHSS种类的强度。加入能代替传统的微合金高强度钢（340MPa）— 用于生产需要弯曲强度的组件 — UHSS钢种可以通过降低组件的尺寸，从而降低30-50%的重量。
“使用钢材是减少汽车重量最廉价的方法。如果使用铝或CFRP，成本将会高得多” – Philippe Aubron, ArcelorMittal
除此以外，使用高成本UHSS，将产生较少的材料补偿；一个轻质UHSS组件的成本很高。
Aubron继续说，“使用钢材时减少汽车重量最廉价的方法。如果使用铝或CFRP，成本会很高。铝的成本会高出3-4倍，而CFRP则会更高。原始设备制造商和供应商们已经有冲压机床和焊接机床；万事俱备，因此他们不需要对UHSS进行额外投资。”
成型与功能
当然，能用铝和CFRP制造的组件也可以使用UHSS制造。尽管UHSS与传统钢材很相似，但是使用起来仍然有很多困难。
在所有困难中，排在第一位的是成型。比如，马氏体钢种 — 正如其名 — 主要成分是马氏体加上少量铁酸盐和贝氏体。SSAB公司于2014年引进Docol 1700M马氏体钢（抗拉强度达到1,700MPa），能量吸收力极强。这种材料特别适合生产轻质钢材保险杠。然而，这种钢极难成型，只能用滚轧成型。
Woofindin说，“使用具有高强度材料的困难在于，最终成型不能出现任何材料断裂或回弹造成的高程度变形。”
在对平板材料完成冷处理时，会释放成型力，材料会因为弹性特性而恢复成原来的形状。这种回弹受到很多因素的影响，比如抗拉强度和抗屈强度。
热冲压
生产较复杂集合结构的组件、又可以限制回弹问题的一个方法就是热冲压技术。该技术是由SAAB公司于1984年首次应用于汽车制造业 — 就是将一个板材放到熔炉里加热至900°C，形成一个内部冷却的冲压模座，然后在每秒冷却速度在27°C的压力下淬火。这种最低冷却率保证了马氏体钢微观结构的成型，并保持高强度。
“使用具有高强度材料的困难在于，最终成型不能出现任何材料断裂或回弹造成的高程度变形” – Chris Wooffindin, Tata Steel
为了实现这种工艺，开发了硼钢，比如ArcelorMittal公司开发的Usibor 1500和Tata公司的HQ1500，这两种材料的抗拉强度在也冲压之后都达到1,500 MPa。制造的组件在最后成型之后都具有高准确性。
从加热板材到冲压的整个过程，只需要5至10分钟，熔炉技术改进之后，每个零部件的生产过程需要20秒钟左右。
热冲压技术在汽车制造业的应用越来越普遍；Volvo XC90的白车身的40%都是用这种工艺。然而，热成型所需能源，使得该技术的成本要比冷成型高得多。
回弹模拟
制钢业已经开发了电脑模拟程序，能让客户预测到组件的回弹过程，让他们修改冷成型技术，限制回弹。
此外，许多第三代AHSS和UHSS钢种都接近商品化阶段，将来更容易以室温进行成型。
2014年，ArcelorMitaal宣布开发成功冷冲压可塑性AHSS，这可以使用双期钢，将组件的重量降低20%。为了替代DP钢种，ArcelorMittal在法国和美国研发了Fortiform钢种。
Fortiform钢种目前包括3个钢种。Fortiform 1050是第一个出现在市场上的钢种。由于具有高抗拉强度，Fortiform1050钢种特备适合生产需要吸收能力强的零部件。这种钢在轴向挤压试验中表现突出，使用了欧米茄结构，拥有56 km.h–1冲击速度点焊封板。第一批使用这种材料的车辆，将于2017年面世。
其他两个钢种是Fortiform980和Fortiform1180，将于2017年完成。制造商已经得到样品，在2014年就进行测试，工业产品从2015年就投入市场。其他产品也将陆续出现。
公司称，原始设备制造商不需要对生产线进行大量改动，就能使用新的钢种。只需要在点焊参数上进行稍微改动 — 由于碳的增加，就需要增加电极压力，调节焊接周期 — 但是，由于制造某个零部件的所需钢材要比DP钢种少，因此在生产线上使用这种钢种不会产生任何附加成本。
Vehicles components must adsorb large amounts of energy in the event of a crash冷成型钢种
NanoSteel是一种纳米结构的铁基合金，是由一家美国公司开发，据说具有20%以上的环境温度，因此使用AHSS和UHSS钢种进行冷成型是不可能的。
在传统的钢材中，组成材料结构的颗粒和冲模是以微米计算的。NanoSteel公司的合金是纳米结构的，也就是说颗粒和冲模的尺寸都小于100nm。这些纳米大小的微型结构能带来力学与物理性能。
NanoSteel合金开辟了两个新的机制，可以在高温生产环境中制造纳米结构，并且在变形时产生第一无二的性能。第一个机制叫做NanoPhase Refinement。虽然大多数纳米材料在高温下都会发生晶体生长，但是公司的NanoPhase Refinement机制可以改善这些晶体，同时保留有益的性能。第二个机制叫做Dynamic NanoPhase Strenthening，是在伸缩之后产生高机械硬化和柔软性，这样材料就可以成型，制造汽车零部件。
NanoSteel将为汽车制造商提供合金样品进行试验，比如通用汽车，已经在分公司进行投资。
接合难题
将AHSS和UHSS组件接合也是一个难题。Woofindin说，“UHSS钢种拥有相对丰富的冶金术，在接合时需要额外关注，与传统钢种相当不同。”
点焊技术可以在这些材料的接合中使用。焊接技术生产商AWL-Techniek公司称，焊接Usibor钢板就需要这种工艺。
Usibor涂层是一种铝硅材料，可以保证钢材在热成型时不发生氧化，并时最后的组件具有很好的抗腐蚀性。然而，涂层中的铝会影响焊接技术。因此，需要特别注意才能在点焊时的精准定位，并减少电流密度。
ArcelorMittal已经开发了激光烧蚀技术来解决这个问题。激光烧蚀技术可以在接合时，蒸发掉Usibor钢材表面的ALSi涂层。之后的钢材就可以使用激光焊接了。
事实上，公司还提供激光焊接钢板，可以综合不同钢种。使用这种钢板可以保证正确的材料用在正确的组件上，最大限度减少补充焊接数量。
焊接UHSS和铝质组件非常困难，但是目前汽车制造商掌握五花八门的接合方法。粘合剂是一个非常有效的方法，因为它可以提高结构在碰撞中的能量吸收。机械接合也是一个逐渐普遍的方式，尤其是那些生产铝密度车辆的制造商。
机械紧固专家Profil公司销售经理Adrian Ellis说，“粘合剂加上机械接合方法，比如自冲铆接或激光焊接，都可以实现板材与板材的接合。但是材料尺寸变薄，板材形状变得更加复杂的时候，问题就变得困难。”
随着轻质材料UHSS和AHSS优质性能不断显现，将来5年至10年里会有更多的原始设备制造商使用这种材料。然而，由于有关燃料效率和二氧化碳排放的规定越来越严厉，钢材的竞争对手 — 铝和CFRP — 高成本劣势也变得不那么重要了。制钢业为了保持竞争优势，将不断进行改进。