1、簡介

車身鈦板（以工業純鈦TA系列及TC4鈦合金為主）憑借超高比強度（TC4達198-233 MPa·cm³/g）、極端環境耐蝕性（鹽霧年腐蝕失重<0.01 mg/cm²）及碰撞吸能優勢（較高強鋼提升50%），成為新能源車輕量化核心材料。相較于傳統DP780高強鋼，鈦板可實現40%以上的減重效果，且終身免涂裝降低全生命周期成本30%。隨著一體化壓鑄與多材料車身技術發展，鈦板需突破冷成形回彈控制、鈦-鋁異種連接及超薄板軋制（≤0.8mm）三大瓶頸，其技術體系覆蓋材料設計、短流程制造與數字驗證全鏈條。

2、名義及化學成分與國際牌號對應

主力牌號包括低強度高成形性TA1與中高強度TC4，成分設計聚焦輕量化與工藝兼容性：
表1：車身鈦板主流牌號化學成分（質量百分數%）

牌號	Ti	Al	V	Fe	O	其他
TA1/GR1	余量	-	-	≤0.20	≤0.18	C≤0.08, N≤0.03
TC4/GR5	余量	5.5-6.8	3.5-4.5	≤0.30	≤0.20	C≤0.10
Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr	余量	4.5-5.5	-	0.2-0.6	≤0.15	Mo:4.5-5.5, V:4.5-5.5, Cr:2.5-3.5

牌號對應關系：

TA1：美標Gr1（ASTM B265）、日標TR270C（JIS H4600）

TC4：美標Gr5（ASTM B348）、歐標3.7164（EN ISO 5832-3）

Ti-5553：無直接國標，遵循AMS 4986（美航標）

3、物理性能、機械性能與耐腐蝕性能

3.1 關鍵機械性能

表2：車身鈦板力學性能對比

性能參數	單位	TA1	TC4	Ti-5553	DP780鋼
密度	g/cm³	4.51	4.51	4.65	7.85
抗拉強度	MPa	270-410	895-1050	1100-1300	780
屈服強度	MPa	≥165	825-950	1000-1200	690
比強度	MPa·cm³/g	60-91	198-233	236-280	99
斷裂伸長率	%	≥27	≥10	≥8	≥19
彈性模量	GPa	102-110	110-115	80-85	210

3.2 特殊環境適應性

鹽霧腐蝕：5% NaCl溶液中500小時無點蝕，失重<0.01 mg/cm²，免除電泳涂層；

熱膨脹匹配：熱膨脹系數8.6×10⁻⁶/K（TA1），與碳纖維復合材料（CFRP）差值≤2×10⁻⁶/K，減少熱應力變形。

4、制造工藝、工藝流程與執行標準

4.1 核心工藝流程

工藝創新點：

溫軋控形：300-500℃區間多道次軋制（減薄率15%/道次），實現0.8mm薄板厚度公差±0.05mm；

超塑成形（SPF）：TC4在900℃下延伸率>400%，可一次成型A柱曲面件（回彈量降低70%）。

4.2 關鍵執行標準

標準類型	材料規范	連接工藝	輕量化認證
中國	GB/T 3621-2007	T/CSEA 22-2021	QC/T 797-2023
國際	ASTM B265	AWS D17.1	SAE J2578

5、與其他車身金屬材料的區別

表3：車身結構材料性能對比

特性	TC4鈦板	DP780鋼	6082鋁合金	鎂合金AZ31
密度(g/cm³)	4.51	7.85	2.70	1.78
比強度(MPa·cm³/g)	233	99	148	135
鹽霧壽命(年)	>15（免涂層）	10（需鍍鋅）	8（需涂層）	5（需涂層）
碰撞吸能(kJ/kg)	35	25	28	22
熱成形溫度(℃)	900	950	500	350
材料成本系數	4.0	1.0	2.5	3.2

不可替代性：

碰撞安全：TC4防撞梁在50km/h偏置碰撞中吸能35kJ/kg，較鋼梁提升50%（特斯拉Cybertruck實測）；

耐蝕免維護：終身無需防腐涂層，全生命周期成本降低30%。

6、核心應用場景與突破案例

6.1 防撞結構件

特斯拉Cybertruck前防撞梁：采用2.0mm TC4鈦板激光焊接，碰撞吸能達82kJ（較鋼梁+50%），單件減重12kg；

表面強化工藝：微弧氧化生成5μm TiO₂層（硬度800HV），抗石擊磨損性提升3倍。

6.2 車身骨架與覆蓋件

蔚來ET9底盤縱梁：Ti-5553 β鈦合金超塑成形，抗拉強度≥1100MPa，模量85GPa（較TC4降低25%），減重18kg/車；

折疊車頂鉸鏈：3D打印TC4鉸鏈（壁厚0.3mm），疲勞壽命>50萬次，較不銹鋼減薄40%。

6.3 電池包防護結構

一體化鈦合金底板：TA1軋制板（1.5mm）模壓成箱體，接地腐蝕電流<0.1μA/cm²，無需絕緣涂層。

7、先進制造工藝進展

7.1 短流程溫軋技術

多道次控溫軋制：寶鈦集團實現0.8mm薄板連續生產（300-500℃軋制），晶粒度達ASTM 10級，成品率>90%；

AI板形控制：軋機輥縫動態補償系統（響應時間≤50ms），厚度波動≤±0.03mm。

7.2 復合連接技術

激光-自沖鉚復合：鈦-鋁接頭剪切強度提升至145MPa（純鉚接僅105MPa），用于奧迪A8后備箱蓋；

微弧氧化-膠接協同：表面納米孔TiO₂層提升膠粘劑浸潤性，剝離強度達45N/mm。

8、國內外產業化對比

維度	中國	國際領先水平
主力企業	寶鈦股份、西部超導	美國ATI、德國Deutsche Titan
薄板產能	≤0.8mm（極限0.5mm）	≤0.3mm（ATI Beta-C）
成本水平	TC4: 350-400元/kg	TC4: 500-550美元/kg
認證體系	GB/T 3621-2007	ASTM B265/AMS 4911
應用比例	<0.5kg/車（高端車型）	5.2kg/車（Cybertruck）

差距分析：

國產TA1薄板（0.8mm）性能達標，但超薄板（<0.5mm）成品率<70%（國際>85%）；

連接數據庫缺失：缺乏鈦-鋁異種接頭疲勞壽命模型（SAE J2578覆蓋不足）。

9、技術挑戰與前沿攻關

9.1 瓶頸問題

回彈控制：TA1冷彎回彈角達25°（DP780鋼僅15°），補償算法誤差>12%；

氫脆風險：陰極電泳工藝氫擴散系數2.1×10⁻¹¹ m²/s（需阻氫涂層）；

成本制約：鈦材占白車身成本18%（鋼僅5%）。

9.2 攻關方向

低溫SPF技術：Ti-5553在750℃延伸率>300%（目標降至650℃）；

鈦-鋼復合軋制：界面冶金結合強度≥300MPa（寶鋼2025中試線）。

10、趨勢展望

材料設計輕量化：開發納米晶TA1（晶粒尺寸≤100nm），目標強度≥600MPa，延伸率≥15%；

智能制造升級：

數字孿生成形：回彈預測精度>95%（奧迪與Deutsche Titan合作項目）；

區塊鏈溯源：從海綿鈦到整車部件全流程碳足跡追蹤（寶馬i系列試點）；

循環經濟突破：廢鈦氫化脫氧再生技術（回收率≥98%，寶鋼2030規劃）。

車身鈦板正從“豪華車選配”轉向“主流車標配”，其核心競爭力在于輕量化-安全-耐蝕的三角協同。隨著短流程制造與多材料集成技術突破，將成為新能源車平臺化架構的戰略支撐材料。

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