汽车用精密钢管现状分析与展望

李殿杰，郝晓东，李 江

（1.冶金自动化研究设计院有限公司，北京 100081；2.天津市焊接钢管企业重点实验室，天津 301606）

汽车产业作为国民经济的重要支柱产业［1-3］，是实现“中国制造2025”的重要载体，也是体现国家竞争力的标志性产业之一。面临当前世界能源和环境的危机，汽车行业正发生着一场关于轻量化的深刻变革，这场变革对钢铁企业、零部件厂商提出了多方面的要求。针对汽车用精密钢管，一方面以空心钢管代替汽车中实心棒材和型材以减轻车身质量［4-7］，另一方面以精密焊管代替无缝钢管进一步提高产品的尺寸精度已成为重要的发展趋势［8-9］。

1 汽车行业现状及发展趋势

1.1 全球汽车行业现状

汽车产业历经百年发展，已成为世界上规模最大、最重要的产业之一，是包括美国、日本、德国、法国在内的众多工业发达国家和地区的国民经济支柱产业。根据国际汽车制造商协会（OICA）统计，除去2019—2021 年受新型冠状病毒疫情影响的非正常数据，近十年来全球汽车产量整体平稳增长，总产量从2011 年的7 988 万辆增长至2018 年的9 571 万辆，年复合增长率为2.3%，2022 年全球汽车产量达8 502 万辆。2011—2021 年全球汽车总产量如图1 所示。

图1 2011—2022 年全球汽车总产量

随着经济全球化进程的快速发展，全球汽车产业格局发生了很大变化，具体如图2 所示。美国、欧洲、日本等传统汽车工业发达的国家和地区的汽车产量和销量增长态势平稳，市场逐渐趋于饱和，一些劳动密集、资源密集的汽车制造活动已逐步向亚洲、南美等地区的发展中国家转移，其中尤以巴西、俄罗斯、印度、中国为代表的新兴市场发展最为迅猛，成为带动销量增长的主要动力。发展中国家经济增速高，消费结构正处于升级阶段，可以预见未来汽车产业重心仍将向发展中国家倾斜。

图2 2011—2022 年世界主要国家汽车销量

1.2 中国汽车行业现状

近年来，我国汽车产业高速发展，中国汽车产量和销量的增长速度高于全球平均水平。据中国汽车工业协会统计，中国汽车产量从2011 年的1 842万辆增长至2018 年的2 780 万辆，年复合增长率达5.3%；中国汽车销量从2011 年的1 851 万辆增长至2018 年的2 808 万辆，年复合增长率达5.4%。2021 年，汽车行业经历了严峻的考验，面对芯片短缺、原材料价格持续高位等不利因素影响，全年汽车产量和销量呈现稳中有增的发展态势，展现出强大的发展韧性和发展动力。2011—2022 年中国汽车产销量情况如图3 所示，2022 年汽车产量和销量分别达到2 702 万辆和2 686 万辆，同比增长3.4%和2.1%。2022 年，新能源汽车产量和销量分别达到705.8 万辆和688.7 万辆，同比增长96.9%和93.4%，市场占有率达到25.6%。

图3 2011—2022 年中国汽车产量和销量情况

2 精密钢管在汽车中的应用

轻量化发展一直是汽车行业及其零部件制造行业的主旋律。根据相关数据显示，在动力系统和传动系统相同的前提下，对乘用车而言整车质量每减少10%，油耗可降低6%～8%。据德国巴斯夫股份公司统计，汽车每减少自身质量100 kg，每百公里油耗可降低0.3～0.6 L、二氧化碳排放可减少5 g/km。相较于汽车的动力系统和传动系统的技术改革，轻量化是降低能耗、减少排放的有效措施之一。汽车行业的轻量化趋势为汽车用精密钢管提供了发展机遇，随着汽车零部件制造高新技术的应用，特别是液力成型等部件加工技术的成熟应用，轿车、乘用车结构发生了变化，轿车零部件制造用精密钢管也相应出现了一些新的需求。汽车用精密钢管分布如图4 所示，汽车行业精密钢管用途为框架、车桥、传动轴、半轴、燃油汽车的油管及排气管等［1，10］，每辆乘用车用钢管约60 kg，每辆商用车用钢管约80 kg。根据中国汽车工业协会数据，2022 年中国汽车总产量为2 702 万辆，其中乘用车和商用车产量分别为2 383.5 万辆和318.5 万辆，据此测算每年汽车用精密钢管需求量为160 万～200 万t。

图4 汽车用精密钢管分布

目前精密焊管已逐步应用于汽车稳定杆、凸轮轴、安全气囊、减震器、转向柱、驱动轴、传动轴、排气管、前后桥和座椅等部位［11-13］。由于焊管质量的不断提升，汽车用精密钢管的市场需求也会发生较大的结构调整，为高端精密焊管企业提供新的发展机遇和广阔的市场前景。但目前我国汽车用精密焊管还处于起步阶段，生产装备水平和产品质量等均无法满足汽车零部件行业的技术要求［8］。汽车用精密焊管的特点是小直径、厚壁，外径一般不超过114 mm。汽车用精密焊管的成型和后续的冷拔加工的难度都成倍增加［14-15］，虽然国内焊管机组众多，但无一能胜任此类高难度焊管的生产。以空心稳定杆用管为例，其径壁比不大于5，是小直径厚壁焊管的典型代表，而且原材料带钢的屈服强度高，焊管的成型和焊接都非常困难［16］，目前该技术只被德国、日本等国家和地区的少数企业所掌握。富奥辽宁汽车弹簧有限公司、上海中国弹簧制造有限公司等国内主要的稳定杆生产厂商，其原料冷拔精密焊管均为从欧洲进口，不但价格高昂，且采购周期一般达到一年以上。

3 汽车用精密钢管生产企业

3.1 国外主要汽车用精密钢管生产企业

（1）瑞士严森（Jansen）公司。瑞士严森公司的钢管产品覆盖门窗建筑、汽车、家具等领域。汽车领域的主要产品包括稳定杆用精密钢管、凸轮轴用精密钢管、传动轴管、安全气囊管、活塞杆、转向柱管等产品。针对不同的产品，该公司提供不同的特性以满足其几何精度、表面精度以及组织性能要求，生产研发情况见表1。

表1 瑞士严森公司汽车用精密钢管的生产研发情况

（2）德国慕贝尔（Mubea）集团。德国慕贝尔集团是世界领先的汽车弹簧及相关部件供应商，其产品涵盖汽车悬架弹簧、稳定杆、气门弹簧、皮带张紧轮、弹簧卡箍、变速器碟型弹簧、中间轴以及柔性轧制板等。德国慕贝尔集团生产的精密焊管尺寸范围为Φ16～76 mm×0.8～6.0 mm，冷拔精密管尺寸范围为Φ10～60 mm×0.8～5.5 mm。目前，德国慕贝尔集团在欧洲、美洲和亚洲等的18 个国家和地区拥有50 多家生产地，每年共生产超过1 400 万支实心和空心稳定杆。2011 年在德国新建了Φ45 mm精密焊管生产线，可年产Φ20～45 mm×2.5～6.0 mm焊管4 万t。德国慕贝尔集团是欧洲汽车用管市场的主要供货商，并且在全球市场大约占22%的份额。1980 年，德国慕贝尔集团生产的空心稳定杆首次应用于保时捷928 车型，减少质量40%，从此开启了汽车轻量化之路；2004 年在中国成立慕贝尔汽车部件（太仓）有限公司，首次在中国设立工厂；2010 年在江苏省昆山市成立了昆山因诺泰克汽车零部件有限公司，2013 年在沈阳成立了慕贝尔汽车部件（沈阳）有限公司。2022 年德国慕贝尔集团租赁扬州广利钢管制造有限公司厂房及办公楼，建设年产2 万t 汽车稳定杆用精密钢管项目，项目占地96 657 m2，总投资1.2 亿欧元，主要生产汽车精密钢管和其他汽车零部件。2021 年4 月，德国慕贝尔集团旗下的OBR 钢管股份公司收购了Jansen 钢管有限公司位于德国东部丁格尔施泰特（Dingelstadt）的钢管公司和位于瑞士乌巴希特（Oberriet）的钢管事业部，其钢管产品将继续使用Jansen 钢管有限公司的品牌名称。

（3）日本JFE 钢铁公司。日本JFE 钢铁公司是2003 年日本川崎钢铁公司（Kawasaki Steel）和日本钢管公司（NKK）合并成立的。在新成立的公司中，钢管生产业务扩大到4 个厂生产，即东日本钢厂所属的千叶厂和京滨厂，西日本钢厂所属的福山厂和生产特殊钢管的知多厂。日本JFE 钢铁公司生产的产品包括：无缝钢管、电阻焊管、UOE 焊管和螺旋缝焊管。在汽车用精密钢管领域，日本JFE 钢铁公司的产品几乎覆盖了汽车用管所有规格的产品需求，产品规格如图5 所示。在精密焊接钢管方面，日本JFE 钢铁公司独创的HISTORY（high speed tube welding and optimum reducing technology）工艺，可以为汽车行业提供优质的超厚壁精密焊管，由于采用了独特的CBR（chance-free bull roll，无鼓肚变形辊成型）工艺（图6）［17］，其焊管的径壁比可低至3.88（Φ27.2 mm×7.0 mm 规格），而经热张力减径后最终的径壁比最低只有3.33，而且稳定杆用管产品的抗拉强度可达1 300 MPa。

图5 日本JFE 钢铁公司生产的汽车用精密钢管的产品规格

图6 CBR 成形及超厚壁焊管样品

除上述三家著名汽车用精密管生产企业外，德国曼内斯曼（Salzgitter Mannesmann Precision，SMP）精密钢管公司专业生产冷拔精密无缝钢管和冷拔精密焊接钢管，用于汽车引擎和变速箱、燃油供料系统、动力系统、底盘、转向系统及车身。德国本特勒（Benteler）汽车工业公司下属钢管事业部也可提供汽车用精密无缝钢管和精密焊接钢管产品。

3.2 国内主要汽车用精密钢管生产企业

（1）宁波永信精密管业有限公司。宁波永信精密管业有限公司于1988 年在浙江宁海成立，是国内最早生产高要求精密冷轧无缝钢管的厂家之一。自嘉兴工厂——嘉兴永信精密钢管有限公司建立以来，宁波工厂专注于精密管件机加工，建立液压转向器油缸筒、电力助动转向齿条筒、电力助动转向管柱生产线，已形成年产4 000 万件精密钢管零件的生产能力。宁波永信精密管业有限公司生产汽车用管情况见表2。

表2 宁波永信精密管业有限公司生产汽车用管情况

（2）嘉兴杰富意精密钢管有限公司。嘉兴杰富意精密钢管有限公司（简称嘉兴杰富意公司）成立于2014 年7 月，为日本JFE 钢铁株式会社、日本JFE 溶接钢管株式会社、日本伊藤忠丸红铁钢株式会社和萱华工业股份有限公司（台湾）投资的合资公司，主要从事精密焊接钢管、冷拔钢管的生产销售。目前公司设计规模为年产13 560 t 精密焊接钢管、11 640 t 冷拔钢管，部分产品用于摇臂轴、凸轮轴等引擎关联产品，部分用于稳定杆、转向管柱、转向杆等汽车底盘关联产品；此外，部分钢管还用于汽车座椅、安全带、油压配管等汽车零部件。

（3）隆昌山川精密焊管有限责任公司。隆昌山川精密焊管有限责任公司是一家集科研、设计、生产、销售为一体的汽车零部件企业，始建于1965年，前身为中国兵器装备集团公司旗下的四川山川机械厂。近年来，凭借在精密焊管领域和减震器行业的技术积累，公司在汽车零部件专业领域迅速崛起。在充分引进吸收美国先进能源工业公司（Advanced Energy Industries，Inc.，AE）、日本KYB（凯迩必）公司和美国德尔福公司先进技术的基础上，该公司已成功开发了Φ12～130 mm×0.8～6.0 mm 多种规格的汽车结构用管、方形焊管和拖曳臂、扭力梁等充液成型延伸产品以及百余种车型减震器，具有年产10 万t 电焊冷拔精密管（优质焊管7 万t，冷拔精密焊管3 万t）、600 万支减震器和100 万支后背支撑杆的生产能力。

（4）江苏迪欧姆股份有限公司。江苏迪欧姆股份有限公司成立于2007 年，建设有6 条精密焊管生产线、11 条冷拔生产线和3 条进口无氧化热处理生产线，年产中高端精密焊管8 万t，冷拔精密焊接钢管5 万t，冷拔精密无缝钢管1 万t，产品主要用于汽车、摩托车、高档家具、工程机械、健身器材、低中压流体用管等行业。目前，该公司参与起草制定了GB/T 33821—2017《汽车稳定杆用无缝钢管》、YB/T 4675—2018《摩托车减震器用精密无缝钢管》、GB/T 33156—2016《气弹簧用精密焊接钢管》等精密钢管标准。

4 结语

汽车用无缝钢管大部分国内可以供货，部分向国外采购。对于汽车用焊接钢管，目前国内只能提供一般要求的精密焊接钢管，且存在着焊缝质量不稳定、焊缝热处理性能不均匀、尺寸精度低等一些质量特性问题。对于径壁比小于5 的小直径厚壁精密钢管，如轿车的悬臂架管、车轿用管、座椅用小直径管、高精度和高强度的薄壁传动轴管、超高强度的轿车侧防撞杆、超高强度稳定杆用钢管等，目前国内还无法满足稳定供应或生产要求。因此，突破设备能力、工艺技术配套等因素制约，实现汽车用精密焊管特别是小直径厚壁精密焊管的国产化发展已成为一项重要任务。