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《麻田散鋼》是倚天劍還是屠龍刀?《Ford Kuga》科技報導(二)

《麻田散鋼》是倚天劍還是屠龍刀?《Ford Kuga》科技報導(二)

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《麻田散鋼》是倚天劍還是屠龍刀?《Ford Kuga》科技報導(二)

▲美規Ford Escape,台灣稱之為Kuga。名稱不同,但是都有「麻田散鋼」科技加持!

上一回提到硼鋼,這一回來談談麻鋼吧,還有,是麻鋼不是「麻瓜」,但麻鋼並沒有魔法,也沒有鋼鐵人的科技加持!然而此技術目前依然新穎與神秘,但為何是福特率先採用?相信您看完後就會明白,因為此科技目前應用範圍依然有限,不像硼鋼一樣可以左右一輛車的命運…

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非麻辣湯底或運功散

上一篇提到的「比硼鋼更犀利的可量產超高剛性金屬」用來打造新世代核子潛艇的重要鋼材就是指「麻田散鋼」,精確名稱為「Martensitic steel馬田式體時效鋼」,以下簡稱「麻鋼」。其實此鋼還沒有真正在汽車領域發酵,因為麻田散鋼目前依然是航太、軍事材料科技第一把交椅,重要性不下於鈦合金,所以目前仍處於有條件開放階段。鈦合金雖然輕,但是論及剛性、硬度以及相當重要的「價格」,麻田散鋼的綜合評價與用途仍高於鈦合金,但是鈦合金種類實在太多、特性相當複雜,在耐熱、生物(醫療)和關鍵的「極限用途」,鈦合金依然佔上風,整體來說各有千秋。

麻田散鋼不只能用來製造深水潛艇,更應用於各類飛彈、導彈、火箭之關鍵零件,其他如直昇機的起落架、水翼船的支柱、高強度軸承、齒輪、傳動軸、彈簧、固定件、各類模具…,使用範圍非常廣泛,此外還包含一項非常重要的核工儀器,那就是鈾濃縮離心機的超高速旋轉筒!可以想像,麻田散鋼製造廠商特別需要提防的採購對象,包括伊朗、伊拉克、北韓、巴基斯坦、以色列、印度、中國、俄羅斯…

沒錯,因為種種限制,所以麻田散鋼短時間內還不會在汽車領域造成太大的漣漪,更何況硼鋼的金屬特性是一般鋼材的2~4倍,差異非常明顯,但是福特所使用的「護國神柱2.0」,剛性表現為1700MPa,與硼鋼的1500MPa相較,似乎有種「不用不一定會怎樣、用了也不能怎樣」的感覺!

《麻田散鋼》是倚天劍還是屠龍刀?《Ford Kuga》科技報導(二)

▲縱貫A柱與車頂的粉紅色鋼樑就是麻田散鋼「護國A柱2.0」!截面呈現類三角形,管徑不粗但支撐力強大,同時降低A柱視線遮蔽問題。

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▲硼鋼需要使用「熱成形」方式壓製成各種形狀的鈑件,橘色鈑金就是加熱後的硼鋼。

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▲硼鋼或麻鋼都需要特殊的冶煉方式才能達到高剛性目的,貴的不是成分而是技術與設備。

公路車界的神兵利器

那麼Kuga特別強調麻田散鋼是在喊辛酸的嗎?其實不然,在此舉個例子讀者會更明白。在車界中,鉬鉻鋼、硼鋼、麻田散鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、碳纖維等各種先進材質,交錯廝殺最激烈的領域不是汽車,而是動力僅有一隻人力的「公路車」。為了達到良好的車體抗扭曲表現、優異的耐用性,再加上輕量化等多重目的,使用鉬鉻鋼管打造的公路車架,重量可以壓低在2.0kg以下,至於硼鋼則是可以壓低在1.6kg以下,但是這對競賽領域相當無感,因為鋁合金車架可以將管壁抽得非常薄,重量比鉬鉻鋼、硼鋼車架更輕,接近碳纖維的能耐。因此「鋼」這種材質在一線競賽等級公路車領域始終抬不起頭,直到麻田散鋼的出現,終於看見一絲藍天!

首先麻田散鋼的剛性不只1700MPa,全新Kuga是考量「成形」問題才使用此剛性等級,依照不同合金成分,以及不同的熱處理方式,麻田散鋼的最高剛性可達2000MPa左右,而且屬性是不鏽鋼、不鏽鋼、不鏽鋼…非常重要所以要講三遍!這對經常風吹日曬雨林的公路車架有關鍵性影響,因為硼鋼會生鏽,而且延展性不夠好、剛性差一點點,無法做成很薄的管型,即便硼鋼車架可達1.4kg,但是加上厚厚的防鏽烤漆處理後變成1.6kg!其價值可想而知。

以較為落後的「焊接鋼管」所打造的麻田散鋼公路車架,重量可以壓低至1.2kg以下,以新專利「無縫鋼管」工藝所打造的麻田散鋼公路車架,其重量可以壓低至1.0kg!而且管壁非常薄,但車架剛性依然充裕,性能可與碳纖維車架平起平坐,超越鈦合金車架的物理極限(因各項科技仍在進步所以不一定是永遠超越)。此外論及成本、硬度、耐用度,麻田散鋼更具優勢,因為碳纖維、鋁合金、鈦合金等材質,隨著時間增加都會有剛性疲乏問題,比耐刮、耐撞、碎裂、氧化、變質,麻田散不鏽鋼相對優異,一輛麻田散鋼車架用數十年仍不顯老態,保值性極佳。

《麻田散鋼》是倚天劍還是屠龍刀?《Ford Kuga》科技報導(二)

▲熱成形硼鋼樑常見於A、B、C柱及其四周,採用ㄇ形三明治夾鋼工法組合而成,但外表看不出任何蹊蹺。

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▲傳統點焊與雷射連續焊接可對應中、高剛性鋼板,但對於超高剛性鋼板沒輒!

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▲此為Tesla Model 3的車體結構,紅色為硼鋼,以黃色高剛性鋼板,搭配藍色中剛性鋼板,將硼鋼夾在中間,方能發揮最佳車體抗扭與撞擊安全特性。

麻鋼一箭三鵰!

以上論述可以看出麻鋼的第一項優勢就是剛性表現非常優異,至於硼鋼則是沒有太大的進化空間。目前麻鋼最高的2000MPa剛性係數,比起硼鋼的1500MPa就有明顯優勢,加上耐腐蝕的特性,因此核子潛艇捨棄硼鋼改採用麻鋼,可說是「天經地義」!

麻鋼的第二項優勢就是成形比硼鋼容易,舉例來說:大改款Kuga的「護國A柱2.0」以3D滾壓技術捲成三角形截面柱狀體,鈑件滾壓角度小於90度,呈現銳角狀態,對鋁合金和鈦合金來說沒有太大困難,但硼鋼則是無法達成,就算用熱成形方式也很容易出現折角裂痕,嚴重影響成形後的剛性,但是麻鋼辦到了!試想:如果硼鋼可以做成護國A柱2.0,其實也不一定要用價格貴一倍以上的麻鋼,區區百萬國產國民客貨休旅車Kuga有必要這麼「搞鋼」嗎?需要使用這麼多種不同的鋼材、鋁材嗎?啊不就是「硼鋼做不出護國A柱2.0」咩!就算硬是用硼鋼做出來,其結果將演變成方方粗粗一根的「礙眼A柱100」,也就是寬度100mm!搞得轉向視野奇差、被車主罵個半死而已!

麻鋼的第三項優勢就是耐腐蝕,此特點之前已經說明,在此無須贅述。

麻鋼為何貴?其實不是貴在合金成分而是冶煉過程。不鏽鋼主要有三種晶體結構~奧式體、肥粒鐵、馬田氏體,麻鋼就是馬田氏體結構,必須在特定溫度、特定時間下才會形成這樣的結晶,此外還要經過回火處理,才能擁有良好的韌性與硬度,未回火的麻鋼容易碎裂難以成形。由此不難體會,麻鋼昂貴其實是冶煉技術、設備、時間、專利等問題,而且在冶煉過程中可能會用到少量的鈦金屬。所以不要小看全新Kuga A柱內一根看不到的不鏽鋼管,雖然只是福特的一小步,卻是整個造車工藝的一大步。或許有人或覺得不公平,麻鋼的應用為何是福特先出頭?應該是Porsche、M-Benz、BMW更強才對?主因在於歐係車比較著墨在硼鋼、熱處理、碳纖維複合材質開發,但麻鋼則是美國重工業的強項,許多專利技術都在美系鋼鐵廠商的手中,基於此,短時間內麻鋼普及取代硼鋼是不可能的事,事實上也沒有絕對必要性,更何況VW、M-Benz等大汽車集團才剛整備完自家的熱成形硼鋼生產線,成本都還沒回收,怎麼可能再投資新技術平台與新產線?

編輯觀點

最後,既然有網友提出硼鋼、麻鋼車體問世,「焊接技術」也要跟著進化這回事,基本上只對了一半,因為硼鋼、麻鋼都經過特殊熱處理,使用一般點焊或更強大的雷射連續焊接,遇到強大外力時只會將四周搭接的中高剛性鋼板撕裂,因此最好的方式乃是「ㄇ形三明治夾心結構」,以高剛性鋼材將硼鋼或麻鋼包在其中,接點多半仰賴航太鉚釘等更堅固的結構。所以硼鋼或麻鋼生產線,該精進的不只焊接技術而已,而是車輛技術平台要重新設計,生產機具要汰舊換新,使用特殊模具,檢測與品管設備必須更為精進(對應熱成形或二次成形技術),整體來說是「產線全面進化」,絕非導入雷射焊接局部優化這麼簡單。

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