淺談鋁合金材料在粉罐半掛車上的應用

朱學平

輕量化是當今粉罐半掛車技術發展的主題，隨著國內治超、治限力度的加大，鋁合金散裝水泥運輸半掛車在國內市場嶄露頭角。從罐車用鋁合金材料介紹、鋁合金材料在粉罐半掛車上應用的優勢、歐洲鋁合金粉罐半掛車的發展、國內鋁合金粉罐半掛車發展影響因素以及今后發展趨勢等方面對鋁合金材料在粉罐半掛車上的應用進行了闡述。

隨著現代物流運輸車治超、治限、安全和環保法規日趨嚴格，“輕量化”技術已成為現階段專用汽車行業關注的熱點問題。尤其是2016年9月21日《超限運輸車輛行駛公路管理規定》（交通運輸部令2016年第62號）政策實施以來，國內各個市場隨之掀起了對小立方輕量化粉罐半掛車需求的高潮，然而高強度鋼材料的粉罐半掛車已是日前輕量化技術的瓶頸。而鋁合金材料具有密度小、強度高以及耐腐蝕等特點，鋁合金已成為粉罐半掛車輕量化技術應用的優選材料，主結構（罐體、車架）材料為鋁合金的散裝水泥運輸半掛車（圖1）在國內市場上適勢而生、嶄露頭角。

罐車用鋁合金材料簡介

粉罐半掛車的結構鋁合金化的發展得益于國內鋁合金材料基礎技術及產業的日趨成熟，下面對鋁合金材料做簡要介紹。

1XXX系為純鋁;2XXX為Al-Cu系合金，主要合金元素為銅;3XXX為Al-Mn系合金，主要合金元素為錳;4XXX為Al-Si系合金，主要合金元素為硅;5XXX為Al-Mg系合金，主要合金元素為鎂;6XXX為Al-Mg2Si系合金，主要合金元素為鎂和硅;7XXX為Al-Zn系合金，主要合金元素為鋅。其中Al-Mn系、Al-Mg系、Al-Mg2Si系合金為鋁合金粉罐半掛車常用材料，粉罐半接車常用鋁合金材料的化學成分如表l所示。

Al-Si系合金應用最廣泛的為3003材料，由于其較Al-Mg系合金強度低及3003材料的市場價格低，通常作為工具箱門板、底板、罐頂走道等非重要強度件應用。

Al-Mg系合金通常作為罐體材料被廣泛應用，其中5083是最為普遍的鋁鎂合金，具有良好的焊接性能、抗腐蝕性能及加工性能，中等強度（表2所示），是較為常用的罐體材料。5454鋁合金板是一種適合在高溫條件下使用的鋁鎂合金，在高溫下具有較好的強度和耐腐蝕性。表3為厚度為3～6mm鋁合金5083（O/H111）、5454（O/H111）板不同溫度下的許用應力，從表3可以看出，長期使用溫度135℃以上時，5454（O/Hlll）比5083 （O/Hlll）鋁鎂合金具有更好的強度。5182是油罐車專用鋁合金板，是近年來為罐車儲存和危險品運輸研發的符合ADR（危險貨物國際道路運輸歐洲公約）[6]要求的新型高鎂合金。在計算殼體最小厚度值時ADR用“抗拉強度×延伸率”來描述簡體材料的力學性能.5182 （O/Hlll）相應的延伸率較5083 （O/Hlll）、5454（O/Hlll）高。

Al-Mg2Si合金通常作為擠壓鋁型材應用在粉罐半掛車上的管道、防護、大梁等結構件，其中應用最廣泛的為6061、6063材料。表4 為室溫下8～16mm厚6061鋁合金擠壓型材力學性能，可以看出，同種熱處理狀態下.6061較6063力學性能好些;同時由于硅、錳含量增加，焊接性能降低，因6063較6061具有較好的焊接性能。

鋁合金材料在粉罐半掛車上應用的優勢

1.整備質量降低

鋁合金的密度儀約足鋼材的l/3，鋁合金材料應用在粉罐半掛車上，可極大地降低粉罐半掛車的整備質量。以某38m3臥式粉罐半掛車為例，主結構（罐體、車架）及附件為高強度鋼結構的粉罐半掛車整備質量約6.15～6.5t，而主結構（罐體、車架）及附件為鋁合金結構的粉罐半掛車整備質量約5.Ot;38m3鋁合金結構可較高強度鋼結構的臥式粉罐半掛車整備質量輕1.2～1.5t。

2.經濟效益高

根據GB 1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》[8]規定，六軸半掛車列車的最大總重不得超過49t。為了取得更好的經濟效益，車輛進行輕量化增加有效裝載量尤為重要。據調研用戶，江蘇地區施某反饋每百公里每噸水泥運輸費用約50元，每多拉1t水泥每天可多掙約100元;湖南地區用戶張某反饋每百公里每噸水泥運輸費約40元，每多拉It水泥每天可多掙約140元。按每年運營300天計算（較忙年度），在鋁合金粉罐半掛車自重減輕1.5t的情況下，每年可多掙4.5～6.3萬元。

3.節能減排

根據歐洲鋁業協會有關的研究報告，車輛自重每減輕lOOkg，百公里油耗可降低0.6L，每節約1L燃油可減少CO，排放2.3kg[9-10]。如果一輛鋁合金臥式粉罐半掛車，減重1.5t，年行駛12萬km，按一半的空載里程計算，每年可節省燃油5400L，可減少CO2排放量14.42t。

4.耐腐蝕

鋁合金與空氣接觸，表面會自然形成氧化膜，具有較好的耐腐蝕性，因此粉罐半掛車的鋁合金結構件可不做表面防銹油漆涂層。鋁合金結構的粉罐半掛車在降低工廠油漆涂層成本的同時，也降低了油漆噴涂對操作員工身體的傷害及對環境的污染。

5.回收價值高

由于鋁合金具有較高的耐腐蝕性，在車輛達到強制報廢年限時，車體尚沒有較大的損傷，且鋁合金較高強度鋼的回收價值高。據查相關數據，日前廢鋁價格約1.1萬元/t，廢鐵價格約為0.19萬元/t。若一臺鋁合金粉罐半掛車使用2t鋁合金材料，鋁合金材料的回收價格為2.2萬元;同等容積的高強度鋼粉罐半掛車使用3.5t高強度鋼，鋼材的回收價格為0.665萬元（同時鋼材的耐腐蝕性能差，高強度鋼材的回收價格要低于此值）。因此鋁合金較碳鋼粉罐半掛車回收價格高15350元（實際差值更高）。歐洲鋁合金粉罐半掛車的發展

日前歐洲粉罐車多為立式（圖2）、舉升式（圖3）粉罐半掛車，這與其所運物料有關，歐洲因少有大規模基建活動，水泥、煤灰等建材用量極少，主要以運輸化工顆粒、食品、飼料為主。歐洲粉罐車在新材料應用上走在了世界前沿，罐體、車架基本上全足鋁合金材質，在側后防護、罐頂走道、儲氣筒、支腿、工具箱、懸架等附件上也都大量應用鋁合金材料，其中較為優秀的企業為德國的SPITZER、FFB公司，以及奧地利的MELMER和意大利的OME公司等。

SPITZER公司成立于1872年，是一家家族企業，由Johann Spitzer創立，早年主要從事農產品的制造和銷售，于1950年開發和制造第一輛用于運輸水泥和蘇打的粉罐車。長期以來，該公司一直被視為鋁合金粉罐車生產的先驅，自20世紀60年代末以來，SPITZER公司一直專注于粉罐車的生產。

FFB公司成立于19 75年，由Otto Feldbinder和jand-dirk Beckmann創立，主要生產粉罐車和液罐車，其鋁合金立式粉罐半掛車的罐體結構在國內影響較為深遠。

鋁合金材料在粉罐半掛車上的應用

粉罐半掛車是粉粒物料運輸半掛車的簡稱，按罐體結構的不同，可分為臥式（圖6）、立式（圖7）、舉升式（圖8）三種類型。日前，我國粉罐半掛車以臥式結構為主，承擔著水泥、粉煤灰等常規散裝物料的運輸，占據著絕對的市場份額。預測在未來的一段時間內，國內鋁合金臥式粉罐半掛車將占據大多數的份額。

1.罐體

從表3可知，在135℃的溫度范圍內，5083（O/H111）的力學性能優于5454 （O/Hlll）的力學性能;同時根據《水泥質量管理規定》，出磨水泥溫度不得大于135℃，因此在運輸的散裝物料溫度不高于135℃的情況下，如水泥等，鋁合金粉罐半掛車的罐體材料宜選用5083 （O/Hlll）材料。另外5083（O/Hlll）材料作為粉罐車罐體材料在歐洲粉罐車上有著充分的市場實踐基礎。

2.車架

車架宜多采用擠壓鋁型材，如6061材質的L型梁、T型梁、三角型梁等翼板型材。對于非規則形狀的局部腹板及其他結構件可選用5083或5182等材料。

3.附件

在附件如管道、側防護、后防護、罐頂走道等方面亦可采用鋁合金材料：同時經過幾年的發展，鋁合金附件結構在鋼鋁混合結構（罐體、車架為高強度鋼，部分附件及配套件為鋁合金）的粉罐半掛車上得到了充分的發展。

4.配套件

鋁合金輪輞、支腿、儲氣筒、擋泥板作為半掛車的通用鋁合金配套件在各型半掛車上得到了長足的發展;鋁合金人孔蓋、出料蝶閥、止回閥、安全閥等是粉罐半掛車的專用配套件，在此行業做的較久的廠家為sureseal等國外企業，國內一些廠家如揚州北方、黃巖通達、延邊渤海等企業亦對鋁合金粉罐半掛車專用配套件進行了研究和開發。

國內鋁合金粉罐半掛車發展的影響因素

鋁合金粉罐半掛車的發展在我國尚處于起步階段。鋁合金粉罐半掛車在歐美發達國家已相當普及，但在我國鋁合金粉罐半掛車之所以產銷量小，發展緩慢，制約的主要因素有以下幾個方面。

1.限載、治超政策的影響

前些年，粉罐車在向粗放式方向發展，如GB 1589-2004《道路軍輛外廓尺寸、軸荷及質量限值》制定的六軸列車最大總質量不得超過49t，國內超載、超限時有發生。隨后，GB 1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》同樣制定了六軸列車最大總質量不得超過49t。2016年9月21日交通運輸部發布了《超限運輸車輛行駛公路管理規定》（交通運輸部令2016年第62號）與標準GB 1589-2016基本保持一致，六軸列車最大總質量不得超過49t。執法逐漸嚴格，治超、限載的臨管力度加大，粉罐車在向輕量化、標準化、小型化方向發展，輕量化鋁合金粉罐半掛車在此情況下也應運而生、嶄露頭角。

2.原材料成本高

鋁合金的材料價格高出碳鋼材料的數倍，如610L鋼的價格約4千多元每噸，而5083鋁合金的的價格在2萬多元每噸。同時鋁合金焊絲多采用進口優質鋁合金焊絲，成本高，因此鋁合金粉罐半掛車，在鋁材、鋁焊絲等原材料方面成本高。

3.制造成本高

由于國內鋁合金專用汽車發展處于初級階段，相應制造設備及技術不成熟。企業發展鋁合金專用汽車需新購置鋁合金粉罐半掛車制造設備，如單面焊雙面成型的拼板焊機、數控等離子或激光切割機、數控卷板機、罐體滾輪架，TIG焊自動焊機、TIG、MIIG焊手工焊機以及鋁合金粉罐半掛車加工過程的工裝臺架等。同時鋁合金焊接人工成本高，瓴弧焊焊接人員的工時約是普通二保焊焊接人員工時成本的1.5倍。

4.維護困難

由于國內鋁合金專用汽車普及率低，國內各地缺乏鋁合金粉罐半掛車的氬弧焊機及柑應的氬弧焊接人員，因此鋁合金粉罐半掛車在售后維護方面難度較大。

5.運輸市場的不確定性

近幾年，隨著國家對超限超載車輛治理的不斷加強，超載現象已明顯好轉。但超載現象仍時常存在，如2018年中央電視臺綜合頻道曝光的某地執法人員與客戶勾結，部分車輛仍然超限、超載運輸。同時用戶對新材料、新產品的接受需要一個過程，對鋁合金粉罐半掛車的強度、承載能力和使用壽命尚存在疑問和顧慮。鋁合金粉罐半掛車的發展趨勢

國內鋁合金粉罐半掛車將深受上述因素的影響，同時鋁合金粉罐半掛車將向以下幾個方面發展。

1.鋁化率更高

在罐體、車架及主要附件進行鋁合金結構化后，配件的鋁合金結構化也將不斷提高。如鋁合金懸架、鋁合金止回閥、安全閥等配套件更進一步的應用。

2.產品系列化

企業的鋁合金粉罐半掛車不再僅是單一的結構車型，將向臥式、立式、舉升式粉罐半掛車的各容積系列方向發展。

3.輕量化

應用鋁合金材料并不能實現絕對的輕量化，實現產品的輕量化還在于對產品輕量化技術的研究、探索，以達到在使用鋁合金材料情況下的最“輕量化”。

4.卸料性能更高

卸料性能一直是粉罐半掛車追求的性能指標之一，粉罐半掛車在實現鋁合金結構化后，卸料性能尤其剩余率將會有更高的要求和進步。

5.標準化、模塊化

提高產品零部件之間的通用性，實現小總成部件的模塊化設計、制造及裝配，降低整車制造的誤差，提高每個部件之間焊縫的精細化。對車輛進行標準化、模塊化設計，是縮短交貨周期的有效途徑。

結語

鋁合金粉罐半掛車在治超、限載等法規日趨嚴格的情況下應運而生，由于鋁合金粉罐半掛車具有運營效益高、節能減排等優勢，鋁合金粉罐半掛車近兩年在國內得到快速發展。歐洲專用車的發展指引著國內專用車未來的發展方向，同時國內鋁合金粉罐半掛車的發展受政策、鋁合金技術應用等條件的制約。本文對鋁合金材料在粉罐半掛車上的應用進行了闡述，指出了鋁合金粉罐半掛車未來可能的發展方向，對我國鋁合金粉罐半掛車的發展具有一定的指導意義。

參考文獻

[1] GBlT 3190-2008變形鋁及鋁合金化學成分[s].北京：中國標準出版社，2008.

[2] EN 12392-2016 Aluminium andaluminium alloys Wrought productsand cast products Special requirementsfor products intended for theproduction of pressure equipment[S].

[3] GB/T 33881-2017罐車川鋁合金板、帶材[s].北京：中國標準出版社，2017.

[4] EN 14286-2008 Aluminium andaluminium alloys- Weldable rolledproducts for tanks for the storage andtransportation of dangerous goods [S].

[5] EN 13445-8-2014 Unfired pressurevessels Part 8： Additional requirementsfor pressure vessels of aluminium andaluminium alloys[S].

[6]聯合國歐洲經濟委員會（編），交通運輸部運輸服務司（譯）.危險貨物國際道路運輸歐洲公約[Z].北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.

[7] GB/T 6892-2006+般工業川鋁及鋁合金擠壓型材[s].北京：中國標準出版社，2006.

[8] GB 1589-2016汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值[S].北京：中國標準出版社.2016.

[9]郭青，鋁合金運輸車開發與應用前景[J].汽車與配件.2012 （07）：23-26.

[10]韓林，鋁合金材料在專用汽車上的應用[J].汽車與配件.2015（08）：38-41.

[11]工大偉，工祝堂.鋁在廂式車與專用運輸車中的應用[J].輕合金加工技術.2016 （04）：1—5.

[12]吳茹旱，王慶國，趙飛等.淺談鋁合金在專用汽車上的應用[J].專用汽車.2018（02）：80-82.