當前，各國紛紛致力于汽車輕量化，鋁材、鎂材、CFRP等輕量材料的用量有所增加，但鋼鐵材料的使用仍占有重要地位。鋼鐵材料有重量大、易生銹等缺點，但資源豐富，并且在力學性能、成形性、加工性、循環利用性以及成本方面具有優勢，所以到目前為止，是使用最多的機械結構用材。這種情況今后也會繼續下去。

車體輕量化用鋼鐵材料的開發

汽車的輕量化推動了高強鋼的應用，特別是車體骨架方面，為了保護乘員的安全，車體部件可分為能量吸收部件、抑制變形部件、保持形狀部件。各類部件分別使用強度不同的鋼種（圖1）。

圖１　車輛沖撞時特性要求

近年來，在采用冷軋超高強度鋼的同時，還采用了“熱沖壓成型鋼”。熱沖壓成型鋼是將鋼板加熱后，對鋼板進行沖壓的同時進行淬火，使沖壓后的部件具有普通鋼板強度4～5倍的超高強度。采用熱沖壓成型鋼，即使鋼板減薄，部件強度也遠高于普通鋼板部件。

隨著熱沖壓工藝進行的改進，汽車B柱、搖桿等形狀復雜的部件也可使用高強度材料。過去第1代豐田普銳斯（プリウス）車采用的熱沖壓材料只有3%，第4代豐田普銳斯車采用的熱沖壓材料提升到19%，既保證了車體的安全性，又實現了輕量化。

組件裝置輕量化用鋼鐵材料的開發

1）活塞連桿輕量化

活塞連桿是將活塞和曲軸連接起來的部件，將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，因此類似于活塞連桿這樣的運動部件輕量化，不僅實現本身重量的減輕，而且對曲軸周邊部件輕量化和降低振動、噪音、摩擦損失都具有很顯著的效果。

活塞連桿承受燃料燃燒時產生的爆發力、沖擊力以及旋轉時的慣性力，所以要求活塞連桿具有高的壓屈強度和高的疲勞強度。根據鋼的強度和生產效率，活塞連桿用鋼的組織是鐵素體+珠光體。為了提高鋼的強度，針對軟質的鐵素體組織進行改進。一般采用提高珠光體比例的方法提高鋼的強度，但這種方法會導致鋼的切削性不良。

新開發的活塞連桿用鋼，通過優化C和V的含量，將鐵素體比例和硬度控制到不影響切削性的最佳程度，使開發鋼實現高強度化。用開發鋼制作的活塞連桿的桿體斷面小，重量約減輕17%（圖2）。

圖2　連桿輕量化事例

2）齒輪高性能化

裝有許多齒輪的變速箱和差速器是將發動機產生的動力傳遞到車輪的重要組件裝置。為了提高發動機的效率，不斷對齒輪提出高強度小型化的要求。

為此通過優化成分和工藝，開發出高硬度、冷鍛性好、抑制滲碳時晶粒粗大的疲勞強度高的齒輪用鋼。采用開發的齒輪鋼，可將原來的4個齒輪變為2個齒輪。由于組件裝置結構簡化，實現了裝置的小型化和提高了差速器的允許轉矩。

汽車輕量化對特殊鋼的期待

鋼鐵材料的高強度化，容易導致缺口敏感性增大，容易引起疲勞和氫脆延遲斷裂。人們已經很熟知金屬疲勞和延遲斷裂現象，但時至今日，仍然未能解決這兩種斷裂問題。這兩種斷裂現象特點是斷裂強度波動性很大，所以要保證高強鋼部件具有很大的安全系數。因此期待今后分析得出這兩種斷裂現象的機理并找出適宜的應對措施。

來源：冶金信息網