汽车轻量化的北美启示录​

  • 方正证券
  • 发表于: 2014/10/09 22:44:15 来源:车云网

中国平均每辆车用铝量比发达国家低15%左右,在全球乘用车铝化率提高的大趋势下,这个趋势从北美扩散到中国是个必然的进程。

铝及铝合金是现代社会使用最广泛的金属材料之一。选择铝合金材料替代钢材是目前整车厂商最现实、最可能的选择。铝的密度仅为钢铁的1/3,使用成本远低于钛合金、碳纤维等材料。

由于环保和节能要求日趋严格,汽车轻量化已成为世界汽车发展的趋势。一般来说,车体、底盘这两项占据了整个汽车重量的60%以上。汽车用铝合金材料量增加后所带来的效应主要体现在以下几个方面:

  1. 1、明显的减重效益及降低能耗。铝合金材料具有轻质、可回收和易成型的特点。理论上铝制汽车可以比钢制汽车减轻重量达30%-40%,其中铝质发动机可减重30%,铝散热器比铜的轻20%-40%,全铝车身比钢材减重40%以上,汽车铝轮毂可减重30%。因此,铝合金材料是汽车轻量化最理想的材料之一。

  2. 2、提高汽车的行驶性能、舒适性和安全性。减轻车重可以减小发动机的负荷,提高汽车的行驶性能,美国铝业协会提出,如果车重减轻25%,就可使汽车加速到100km/h的时间从原来的10秒减少到6秒钟;使用铝合金车轮,使震动变小,可以使用更轻的反弹缓冲器。并且减轻车重可以有效降低刹车距离,使得转向和过弯的过程中也更加灵活。因而使汽车更稳定,乘客空间变大,在受冲击时铝合金结构能吸收分散更多的能量;因而更具舒适性和安全性。

目前汽车用铝合金基本可分为压铸铝合金和变形铝合金,其中以压铸铝合金为主,约占80%左右。变形铝合金又可以分为挤压件和压延件,各占10%左右。变形铝合金能显著减少结构尺寸,易于表面处理,变形铝合金的性价比要高于铸造铝合金。越来越多的车身部件开始采用变形铝合金,尤其在引擎盖、行李箱及车门上。


汽车铝化率提高的路径

从20世纪70年代以来,由于中东战争导致了油价飚涨,汽车厂商和消费者逐渐开始重视汽车轻量化以降低油耗。

在开始的阶段,热交换器是汽车里首先大规模使用铝的部件,除了因为铝比之前作为散热器材料的铜重量轻了不少之外,另外很重要的原因是铝比铜便宜很多,可以节约制造成本。再后来随着铝加工技术的进步,从车轮、保险杠、车梁、引擎盖等逐渐实现了铝化率的提高。譬如根据Ducker Worldwide的预测,铝制引擎盖的渗透率在2012年为34%,2015年将上升至48%。

目前轻量化发展的阶段,到了在整车中重量占比最高的车身和车门采用全铝制作的阶段,车身用铝板是最具潜力的细分市场。一般来说,车身重量占到了整车重量的30-40%左右,空载情况下约60%-70%的油耗用于车身自身重量。正如前文所分析,特斯拉的Model S和2015款福特F-150,开启了畅销车型使用全铝车身的新时代,车身用铝是下一步乘用车提高铝化率的重点领域。汽车车身铝板对加工工艺、精度等有各种极其严格的质量要求,当前只有全球铝加工行业排名领先的几家厂商能够生产。

除了车身用铝的压延件会获得爆发式增长外,同时,车用挤压材、压铸件生产商都会受益于汽车轻量化的趋势。发动机缸体、变速箱壳、踏板、托架、后备箱、天窗等一系列汽车零部件的铝化率都将大幅度提高,从而从整体上达到降低车重的目的。

汽车轻量化的北美启示录

在乘用车车身及部件上,用轻质的铝合金替代钢材,这并不是一件新鲜事。但我们注意到,近几年在北美这个替代趋势的进程大大加快。我们观察到特斯拉的Model S采用了全铝车身,2015款的福特畅销皮卡F-150也将采用全铝车身,另外还有铝轧制品巨头诺贝丽斯(NovelisInc.)在全球大幅扩张汽车用铝板的产能。

汽车厂商采用全铝车身制造乘用车已经开始逐渐形成气候。预计2015年北美生产的1700万辆乘用车中,有超过50万辆的皮卡和电动汽车会使用全铝车身,尽管从比例上来看只有3%,但从绝对量来看这就将使用25万吨铝材。预计到2025年,超过70%的皮卡都将会采用全铝车身。


在未来的十年内,汽车的各个主要部件用铝渗透率都将明显提高。预计铝制引擎盖的渗透率会从2015年的48%提升到2025年的85%,铝制车门渗透率会从2015年的6%提升到2025年的46%,这将是铝最容易渗透的两个汽车部件。另外在车顶、后备箱、保险杠等领域,铝的渗透率也将大幅度提高。

车身用铝行业将迎来黄金十年。目前北美采用全铝车身的车型占比不到1%,全球全铝车身车型的占比只会更低。根据IHSAutomotive的数据,2013年全球乘用车产量为8280万辆,预计在2025年采用全铝车身的车型占比达到30%,按平均车身用铝350Kg计算,车身用铝将新增870万吨需求。

新能源车发展带来轻量化新趋势

以电动汽车为代表的新能源汽车加速发展,将大幅带动汽车铝材的需求。对于电动汽车而言,消费者最大的诉求就是续航里程,在单体电池容量不变的情况下,增加续航里程就必须安装更多电池。而电池是电动汽车最主要的成本之一,安装更多电池不仅会显著增加成本,而且带来的车重增加也会消耗更多电能。电动汽车轻量化的紧迫性远大于传统燃油汽车,使用更多的铝材可以有效地减轻整体重量。

特斯拉的代表车型Model S采用了全铝车身。2011年,北美纯电动车厂商特斯拉推出了跨时代产品Model S,也是特斯拉目前销量最好的一款电动车,2013年全球销量超过2.23万辆。Model S除了其充满科技感的设计和构造,突出的亮点是采用了铝合金作为车身框架材料,从而控制了整体车重,给消费者带来了更好的驾驶体验。Model S的重量大约为2100Kg,其中铝合金车身占比17%,大约360kg。

采用铝合金作为电动车车身材料,可以有效减少车重,降低制造成本。欧洲铝业协会(EAA)的研究表明,对于大众高尔夫之类的典型车型,在相同续航里程的情况下,由于铝制电动车携带的电池重量小于钢制电动车,全铝车身比钢制车身需要的电池容量减少了9%。尽管全铝车身成本较高,但由于减少车重节约的电池成本大于用铝后增加的成本,使得全铝电动车在出厂时就具有明显的价格优势,平均下来每辆铝制电动车比传统钢制电动车便宜635欧元。

福特F-150属于福特的F系列皮卡,是史上最受欢迎的车型之一,24年位居美国最佳销量汽车名单之首。2013年F-150全年销量达到了76万辆,占据了美国皮卡市场40%的份额。

2015款新福特F-150将采用全铝车身制造,为全球首款采用全铝车身的高量产车,开启了汽车用铝的新时代。每辆F-150的铝合金使用量超过480Kg,占到整车质量的25%。采用全铝车身后,整车重量将减轻317Kg,燃油经济性有望提高15-20%。这是全球首次在高量产车上使用全铝车身,意义非常重大。之前也有汽车厂商在某些高端车型上采用了全铝车身,譬如奥迪A8等,但都是在豪华车上使用,用量比较小。

F-150在北美的售价在3万美元左右,属于中端车型。福特F-150作为销量第一的皮卡,采用了全铝车身,标志着传统整车厂大规模用铝的开始,标志着全铝车身从高端车向中端车开始普及。到2016年,预计福特将会生产85万辆F-150皮卡,每年需求超过40万吨铝材。

小结:

自09年全球金融危机以来,原油价格从50美金/桶的低位反弹,近年来一直基本维持在100-110美金/桶的区间,居高不下的油价使得用车成本处于高位。而铝价从09年反弹至11年的高点后,便一直处于下跌空间,尽管最近有所反弹,但仍处于2000美金/吨左右的相对低位。

整车厂商提高车辆用铝的比重会增加消费者的购车成本,但同时也会降低消费者的用车成本。在同样满足燃油消耗和排放标准的前提下,只有使用铝材降低的用车成本大于增加的购车成本时,整车厂商才会有动力去用铝材替代钢材。我们判断目前的铝价和油价水平,已经达到或者超过了成本的均衡点,使得整车厂商愿意用铝材去替代钢材,从而满足消费者的需求。这也解释了福特F-150这类高销量车开始采用铝制车身的原因。

乘用车生产是全球充分竞争性行业,民用铝材生产也是全球竞争性行业。北美乘用车铝化率加速提高的趋势,将很快影响到我国以及其他国家。2013年,中国汽车产量为2200万辆,位居世界第一,目前平均每辆车用铝量比发达国家低15%左右。在全球乘用车铝化率提高的大趋势下,这个趋势从北美扩散到中国是个必然的进程。

(注:本文摘编自方正证券关于汽车轻量化的分析报告,原文有所删节)

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