在純電動汽車（EV）的鋼板研發方面，日本製鐵正在虛擬空間內實施汽車碰撞試驗。在每輛車上標記1000萬處，詳細計算變形情況，分析斷裂風險等。在追求車體輕量化的純電動汽車上，鋼板與鋁等原材料之間的競爭日趨激化。日本製鐵將推動輕薄且強度高的鋼板研發，改善作為經營最優課題的汽車鋼板業務。

  

    

      「受到這種衝擊，存在中柱(CenterPillar）斷裂的危險」，在日本製鐵的鋼鐵研究所內，研究人員正在重覆純電動汽車和插電式混合動力車（PHV）等新一代汽車等的碰撞試驗。不過，試驗中既沒有碰撞聲也沒有震動。因為那是在虛擬空間之中。

 

      碰撞試驗是日本製鐵與汽車企業的聯合作業。汽車企業提供詳細數據，包括正在開發的車體形狀和各部位不同的鋼板數據等。在三維模擬車輛的數據基礎上，通過日本製鐵開發的系統模擬碰撞情況。

 

      計算斷裂風險

 

      通過車體在數字空間內被分解為數毫米見方的方塊來計算出碰撞負荷。每輛乘用車分解的方塊數量達到幾百萬～1000萬個。

   

   

      根據零部件的形狀和使用的鋼材種類，計算因碰撞産生的變形和零部件內發生的力。利用自主演算法分析斷裂風險和剛性等。

 

      演算法體現出以多大強度牽拉會斷裂、在多大程度上彎曲會折斷等材料固有的特性。充分利用了日本製鐵多年來積累的鋼鐵相關數百TB的大數據。

 

      試驗結果通過3D圖像交給汽車企業，以便其用於設計變更。自2020年起引進了變形可視化技術。能夠一眼看出存在斷裂風險的部位。

  

汽車的鋼鐵需求非常大（千葉縣君津市的東日本製鐵所君津地區）

  

      日本製鐵自2000年代初期開始推進虛擬碰撞試驗。最初電腦的處理速度等存在極限，分解的方塊數量不足1萬個，難以進行詳細分析。用於實際碰撞試驗的試製車每輛花費數千萬～數億日元。模擬實驗能大幅降低相關成本。鋼鐵研究所的室長丹羽俊之表示，「設計、試製與評估、重新設計的週期也明顯加快」。

 

      汽車企業也在自主利用虛擬空間推進碰撞試驗。但是，丹羽室長表示「能預測鋼板斷裂的，只有具備自主材料數據的鋼鐵企業」。

 

      日本製鐵根據試驗數據，以應對純電動汽車時代日趨激烈的汽車原材料競爭。自2021年起，日本製鐵正式邀請國內外的汽車企業推進聯合試驗。

 

      對鋼鐵企業來説，汽車鋼板業務是經營的「最優先課題」。日本鋼鐵聯盟的統計顯示，2020年在普通鋼中，汽車用途佔到近2成，數量最多，在特殊鋼中的佔比達到近4成。

 

      鋼用量減少，重量變輕

 

      但是，美國調查團體CAR的統計顯示，鋼鐵佔車體材料的比例將從2020年的65％降至2040年的46％。特斯拉積極採用鋁等，包括塑膠和碳纖維在內，鋼鐵以外的材料正在提高存在感。純電動汽車需要裝載沉重的電池以提高延長續航距離，因此車體的輕量化變得不可或缺。

 

      日本製鐵的碰撞試驗數據將用於能對抗鋁等材料的新型鋼鐵的研發活動。其中之一是高強度鋼板。

 

      在不易斷裂的高強度鋼板領域，被稱為「超高強度鋼板」的鋼材強度是1990年代主流産品的近3倍，目前也在實用化過程中。不過，這種鋼板的強度雖高，但需要與柔軟的零部件並用，僅限於車體的支柱等局部使用。

 

      日本製鐵將根據試驗結果分析鋼材的特性，通過改變摻入鋼鐵的元素配比等措施，挑戰進一步兼顧輕量化和易加工性。丹羽室長表示，「我們將與汽車企業合作，清除對斷裂、變形和剛性的擔憂」。基於大數據向車企提出設計的改善方案等，以擴大超高強度鋼板的採用。

 

      3月，日本製鐵計劃在國內時隔約30年新建熱軋生産線，到2026年度投入運作。社長橋本英二表示，「將穩定製造最尖端的超高強度鋼板」。

 

      由於日本國內需求的減少和與中國企業的價格競爭，日本製鐵將國內14座高爐減少為10座，正在推進大規模的合理化措施。不久前又提高了對豐田供貨的鋼板價格，反映出以高附加值鋼板作為支柱的戰略。

 

      海外企業的數據平臺領先

 

      在屬於「重厚長大」型産業代表的鋼鐵行業，數位化也成為緊迫的課題。日本製鐵將在始於2021年度的5年內向數位化轉型（DX）投入1000億日元以上，JFE控股也將在4年時間投入1200億日元。已開始取得高爐的人工智慧（AI）操作等一定成果。

 

      海外企業也將推進數位化轉型。世界最大鋼企、中國寶武鋼鐵集團2020年底啟動了自主大數據中心的試運作。將用3年時間構建資訊分析平臺。此外，歐洲安賽樂米塔爾也在2021年7月在法國開設了首個數字研究所，將加快技術開發。

 

      此前席捲世界鋼鐵市場的日本企業在積累的歷史操作數據等方面具有優勢。但是，JFE鋼鐵的常務執行董事風間彰表示，「在基礎設施建設方面，我們落後於海外企業」。日本鋼企需要發揮此前積累的數據優勢，在數位化轉型的基礎設施建設方面挑戰海外企業。

 

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網）湯前宗太郎

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