钢铁：马氏体高强钢：汽车轻量化的成本优势何在？

马氏体高强钢：汽车轻量化的成本优势何在？ 钢铁 评级：看好 日期：2024.09.12 证券研究报告|行业深度 报告要点 新能源车的发展带来轻量化需求。新能源车由于动力系统由燃油向电驱动的转变，三电系统特别是电池的重量较大，从而带来了迫切的轻量化需求。例如 蔚来汽车在2017年底推出的第一款车ES8就选择了全铝车身设计。 轻量化的代价。按照目前的市场价格，采用以铝代钢的轻量化方案，每减重 1kg需要花费成本大约17.5元。铝合金在带来良好的轻量化效果的同时也大幅增加了车企的物料成本。 新能源车的市场变化和技术迭代以及钢材的技术进步，带来了以钢代铝的反替代可能。随着电池技术进步，电池包的整体重量不断降低。同时新能源车的 分析师孙亮 登记编码：S0950524040001：(021)61102509 ：sunl8@wkzq.com.cn 行业表现2024/9/11 2% -4% -9% -15% -20% -26% 2023/92023/122024/32024/6 价格竞争越来越激烈，马氏体钢以其高强度低成本的优势成为车企轻量化材钢铁上证综指深证成指 料的新选项。未来轻量化材料的选择可能会出现从铝合金重新回归钢材的趋势。 马氏体高强钢的应用有望给车企带来1000元/车的成本下降。初步估算马氏体钢可以在电池包壳体、一体式门环和下车体等领域替代铝合金，单车原材 料成本节省约1000元。其潜在市场规模可能会达到213亿元。 资料来源：Wind，聚源 风险提示：1、受限于车企的底盘系统的复杂性和底盘研发高昂的费用，重新选材会受到一定的限制，这会影响高强钢在底盘系统的替代进度；2、若电池电芯技术没有进一步发展，会导致电池包能量密度提升停滞，如此电池包壳体轻量化需求会阻碍高强钢在这个领域突破。 内容目录 1.新能源汽车的轻量化趋势4 1.1.传统燃油车的车身选材4 1.2.新能源汽车大发展带来了轻量化需求4 1.3.轻量化的代价5 2.新能源汽车的发展带来的钢铝用材的新变化5 2.1.电池能量密度持续提升，轻量化要求降低6 2.2.电池包重量的演变和发展6 2.3.新能源汽车的蓝海市场-在低价位上拼成本7 2.4.高强钢技术进步带来了新的降本希望8 2.5.国内钢厂对于铝硅镀层热成型钢的技术突破以及带来的成本降低9 3.马氏体高强钢在车身领域的不同应用及其经济性差异9 3.1.马氏体高强钢在电池包壳体领域的应用9 3.2.马氏体高强钢在其他领域的应用10 3.2.1马氏体高强钢在汽车一体式门环的应用10 3.2.2马氏体高强钢在下车体上的应用11 3.2.3.马氏体高强钢在防撞梁上的应用12 3.3.马氏体高强钢应用带来的成本效益13 3.3.1.马氏体高强钢替代铝合金用于电池包壳体带来的成本效益13 3.3.2.马氏体高强钢替代铝合金用于防撞梁带来的成本效益14 3.3.3.马氏体高强钢用于一体式下车体带来的成本效益14 4.潜在市场规模可能超百亿，单车可节省成本近千元14 4.1.马氏体高强钢在电池包壳体、防撞梁和下车体等领域的市场规模超百亿14 4.2.轻量化材料替换为马氏体高强钢单车成本下降1000元15 5.风险提示15 图表目录 图表1：捷豹XFL全铝车身参数4 图表2：新能源车比传统燃油车重量增加5 图表3：轻量化成本估算5 图表4：电池包能量密度不断提升6 图表5：电池包能量密度提升带来的电池包减重效果示例6 图表6：电池包重量下降续航提升7 图表7：纯电车型在不同价位的渗透率（2023年）7 图表8：高强钢与铝合金的性能对比8 图表9：高强钢对比铝合金的成本优势8 图表10：同级热成型钢价格对比-宝钢VSVAMA9 图表11：钢制电池包壳体和铝电池包壳体的设计方案对比10 图表12：热冲压马氏体钢零件加工过程10 图表13：东风风行星海V9采用一体式热冲压门环11 图表14：VAMA高强钢一体式门环方案11 图表15：宝钢高强钢一体式门环方案11 图表16：下车体普通高强钢分体焊接组装方案11 图表17：下车体马氏体高强钢一体式热成型方案11 图表18：汽车防撞梁不同选材方案的轻量化效果对比12 图表19：汽车防撞梁不同选材方案的安全性对比-低速碰撞13 图表20：马氏体高强钢电池包方案带来的降本效果13 图表21：马氏体高强钢用于防撞梁降本估算14 图表22：马氏体高强钢在5-30万车型区间的潜在价值量测算14 图表23：马氏体高强钢市场规模在不同新能源车渗透率下的变化趋势14 图表24：使用马氏体高强钢给整车重量带来的综合影响15 图表26：使用马氏体高强钢做轻量化材料单车节省成本15 1.新能源汽车的轻量化趋势 轻量化需求带来的车身材料变革。新能源车由于动力系统由燃油向电驱动的转变，三电系统特别是电池的重量较大，使得新能源车的整车重量要大于燃油车，所以新能源车有迫切的轻 量化需求，由此带来了轻质铝合金在汽车制造中的使用占比大幅增加。但由于铝合金单价较高，在车身选择铝合金完成轻量化目标的同时其物料成本却大幅上升，带来了一定的成本压力。 1.1.传统燃油车的车身选材 传统燃油车车身以钢为主。汽车工业从大规模批量化生产以来，便开始大量使用钢铁材料，这主要得益于其价廉、机械性能高和易于加工的优点，因此市场上传统的燃油车无论是结构类零部件还是功能性的零件，都大量使用了不同种类的钢铁材料。 传统燃油车中，奥迪A8曾经使用过全铝车身结构，而目前依然采用全铝车身工艺的车型是捷豹的XFL,具体参数如图1。从捷豹XFL的数据来看，采用了全铝车身设计方案之后，其整备质量大约是1.8吨，官方显示减重效果在20%-40%之间。 图表1：捷豹XFL全铝车身参数 品牌 车型 价格(万) 整备质量（kg） 减重效果 捷豹 XFL 39.99 1825 20%-40% 资料来源：奇瑞捷豹路虎官网，五矿证券研究所 高端传统燃油车品牌使用全铝车身构造对于消费者的驾驶体验而言，并没有实质性的提升或者改变，因此在传统车时代，全铝车身减重更多的是高端车制造的噱头。 在传统车领域，钢材仍然是车身材料的主流选择，轻质的铝合金材料更多是在价格40万以上的部分豪华车型的特定零部件上有所应用。 1.2.新能源汽车大发展带来了轻量化需求 新能源车三电系统的重量增加带来了车身轻量化的迫切需求。新能源车的能源方式发生转变，由原来的燃油发动机加传动系统的模式更替为目前的三电系统，而受限于电池能量密度有限 的问题，电池组的重量增加导致了新能源车的整车质量要高于原来的传统燃油车。我们以同级别的两款B级车为例进行说明。从表2的数据可以看出，同样作为B级车的比亚迪汉和大众迈腾，传统燃油车迈腾的重量只有1.6吨，而比亚迪汉则达到了近2.2吨的重量。对于同级别车型而言，新能源车和燃油车的车身、底盘和内外饰等总成系统的重量是类似的，说明新能源车增加的大约600kg的重量主要来自于三电系统。 图表2：新能源车比传统燃油车重量增加 比亚迪汉插混比亚迪汉纯电大众迈腾 整车整备质量（kg） 2500 2000 1500 1000 500 0 比亚迪汉插混 比亚迪汉纯电 大众迈腾 整车整备质量（kg）220021701599 资料来源：工信部，五矿证券研究所 为了将整车重量控制在一个合理的范围，在新能源车的设计中，车企往往通过以铝代钢的方式来实现轻量化。 1.3.轻量化的代价 各家车企在选择轻量化材料完成其轻量化目标的同时，也带来了造车成本的上升。我们根据目前车用钢材和铝合金的市场单价，从材料本身的成本差异角度做了以下分析。 在制造同样的一个汽车冲压零部件时，如果采用铝合金作为原材料，假设其原材料用量是10kg，那么如果改成采用钢材作为原材料，钢材的使用量大约是18kg，单纯原材料增加的成本大约是138元，而整体零件减重了8kg，基于这个比例，计算得知每减重1kg，增加的成本大约是17.26元。当然这仅仅考虑了原材料替换带来的成本增加，而替换铝合金后带来的制造成本的上升尚未考虑在内。由此可见选用轻量化材料虽然带来了整车重量的降低，同时也带来了成本的大幅提升。 图表3：轻量化成本估算 （kg） （kg） （元） /kg） 22.8 4.995 10 18 138.09 17.26 铝板价格（元/kg）钢板价格（元/kg） 轻量化成本铝制零件重量 钢制零件重量 成本差 单位减重成本（元 资料来源：机械工程师，SMM，五矿证券研究所测算 2.新能源汽车的发展带来的钢铝用材的新变化 新能源车的技术进步和价格竞争正在改变目前的钢铝选材的格局。随着电池技术的不断进步和三电控制系统的不断优化，电池包能量密度不断提升，同时钢铁材料技术也在不断进步， 为车身的轻量化提供了更多的选择。目前新能源车市场渗透率在不断提高，随之而来的价格竞争不断加剧。车企在做新车型设计时可能会考虑在部分零件上用钢重新替代一部分铝，降低物料成本压力。 2.1.电池能量密度持续提升，轻量化要求降低 电池包能量密度提升缓解了电池包壳体严苛的轻量化需求。从2017年开始，新能源车电池包技术进入快速更新迭代的赛道，图表4是三元锂电池包能量密度的变化趋势。由数据可以 发现，电池包能量密度从开始的100Wh/kg逐步上升，到2022年已经达到180Wh/kg左右的水平。这主要得益于电池包设计优化、单体电池能量提升以及电池包壳体轻量化等几个方面的综合作用。 图表4：电池包能量密度不断提升 能量密度（Wh/kg） 200 180160140120100806040200 201720182019202020212022 资料来源：工信部，五矿证券研究所 由于电池包能量密度的提升，也带来了电池包重量的降低。我们以市场上常见的60KWh的电池包为例，对比了电池包能量密度提升前后理论上电池重量的变化。从图表5可以发现，在电池包容量60KWh固定不变的前提下，2017年某款车的电池包能量密度大约是102Wh/kg,推算得知其对应的电池包总重量是590kg，而到2022年某车型的电池包能量密度达到近189Wh/kg,推算对应的电池包总重量是318kg，整体电池包理论重量可以降低272kg，理论计算结果显示，因电池包能量密度提升带来的减重效果明显。 图表5：电池包能量密度提升带来的电池包减重效果示例 电池容量 （KWh） 2017年电池包能 量密（Wh/kg） 原先电池包 重量（kg） 2022年电池包能 量密（Wh/kg） 目前电池包 重量（kg） 电池包重差值（kg） 60 101.75 590 188.8 318 272 资料来源：工信部，五矿证券研究所测算 2.2.电池包重量的演变和发展 电池包整体重量不断下降。我们收集了从2020年以来，市场上搭载50KWh电池容量的相关车型的数据，在图表6中分别列出了它们的电池容量和续航的变化数据，这类车型的续航普遍在400-450km左右，从2020年以来，在续航里程不断增加的前提下，电池包的重量却 在逐步下降。 从图表6的数据来看，这类车型的电池包容量都在50KWh出头，2020年的秦D1的续航在418km，其电池包容量54KWh，重量383kg。而到2024年，同级别的MINICOOPERSE续航达到了452km，而其电池包容量51.5KWh，重量只有339kg，电池包重量降低了44kg。 综合以上分析，因为电池能量密度提升而带来的电池包重量下降，这个结果在一定程度上缓 解了新能源车轻量化的压力，车企以往不计成本的单纯依靠车身材料的轻量化实现减重的需求压力降低，可能会转向更加合理的选材方案来平衡轻量化和成本之间的关系。 图表6：电池包重量下降续航提升 年份 汽车生产企业 通用名称 车辆型号 电量（Kwh） 电池包重量（kg） 续航 2020 比亚迪 秦D1 BYD7007BEV 54 383 418 2021 奇瑞 ARRIZOe NEQ7000SEVJ60 50.9 3