环境影响评价及其应用实用教案

1、2022-5-101材料(cilio)的环境影响评价1第1页/共46页第一页，共47页。2022-5-102 环境材料概念提出后，主要的问题转变为：强调人类与环境的关系必须转变（消耗型转变为资源再生(zishng)型，从损害环境转变为与环境协调的生产、生活方式）。 在可持续发展思想的指导下，环境材料评价系统包括： 材料的环境负荷评价系统； 材料对自然环境的作用程度评价； 现用材料的合理性评价； 环境材料的论证体系及其标准； 材料再生(zishng)的合理性评价等。 环境材料的评价(pngji)系统 第2页/共46页第二页，共47页。2022-5-103 生命周期评价(pngji)方法（LCA）

2、2第3页/共46页第三页，共47页。2022-5-104材料的生命周期评价 (Life-Cycle-AssessmentLCA) ：LCA评估涉及到产品、加工以及人类活动的整个(zhngg)过程，包括了原材料提取、分离与加工、生产或制造、输运、产品的配置、使用、再使用、维持或贮存、再生以及最终废弃等整个(zhngg)“生命”循环过程。 LCA要求尽量从定量的角度，通过计量被消耗的能量和材料，以及释放到环境中的废物量来表征对环境的影响的方法; 同时从中发现环境发展的机会。 LCA强调所研究的系统对包括生态平衡、人类健康和资源消耗等方面在内的环境的影响，而不着眼于强调相关经济利益。注意：与其它科学

3、模型一样，LCA是一个简化了的系统，尚不可能提供对每一种环境的内部相互作用进行绝对和完整表示的整套方法。2.1 生命周期评价(pngji)(LCA)的定义第4页/共46页第四页，共47页。2022-5-105LCA评估的主要目标是: 尽量提供一幅(y f)关于人类生产活动与生态环境间的各种可能的相互作用的完整图像； 弄清人类生产活动对自然环境的影响的整体轮廓和相互作用； 为决策部门提供确定的人类生产活动对环境的影响和促进环境发展的相关信息。 (如京都议定书：减排CO2给各个国家定量)。 生命周期（Life Cycle）的概念是LCA方法最基本的特性之一，是全面和深入(shnr)地认识产品环境影

4、响的基础，是得出正确结论和做出正确决策的前提。 LCA不是评估空间意义上的环境质量，与环境科学中的环境质量评估有着根本区别。 LCA方法着眼于产品形成过程中的环境影响，这与产品质量管理和控制等方法完全不同。2.2 LCA评估的主要(zhyo)目标第5页/共46页第五页，共47页。2022-5-1062.3 LCA评估(pn )的对象ISO定义的LCA的评估对象是产品系统或服务系统造成的环境影响， 所以LCA的评估对象可以(ky)是一个产品（服务也是一种抽象的产品）、加工处理过程、一个新建项目、一个工厂或一项活动等等。 LCA的评估范围要求覆盖评估对象的整个寿命周期，包括原材料的提取与加工、制造

5、、运输和分发、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终废弃。而不只是产品寿命周期中的某个或某些阶段。第6页/共46页第六页，共47页。2022-5-1072.4 LCA的技术(jsh)框架从方法论的角度看，研究目标与范围确定以后，LCA包括以下(yxi)三个部分： 环境影响评估 编目分析 环境改善评估第7页/共46页第七页，共47页。2022-5-108环境影响评估 主要从能源消耗、对环境负担(fdn)，或对环境及生态的危害性来分析，这种影响可以主要分为以下4类: 对生物或人类具有直接的毒性或其它危害性； 影响人类的生活环境； 对可再生资源循环体系（生态系统）的破坏； 对不可再生资源（矿产资源等

6、）的大量消费。第8页/共46页第八页，共47页。2022-5-109 是LCA的主要工作部分，可由框图进一步表示。编目分析部分详细地给出了涉及到能量与原材料的输入、对环境和生态带来影响的各种输出(shch)，以及整个材料从原材料和加工至产品废弃的全过程（生命周期）等各项内容。细目(xm)分析输入端输出端系统边界生命周期第9页/共46页第九页，共47页。2022-5-1010环境(hunjng)改善评估 综合分析所获数据，提出对所研究项目的评估意见，对实施后可能造成的环境影响进行分析、预测和评估，提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施，进行跟踪(gnzng)监测的方法与制度。 材料的生态循环评

7、估(LCA)应该对确定(qudng)的项目给予一个正确而客观的评估。第10页/共46页第十页，共47页。2022-5-1011在讨论LCA问题时，有两点注意： LCA有其特定的适用范围，侧重讨论与材料及制品(zhpn)有关的生态循环评估。这一技术与环境问题中的其它评估技术，如公害判断，灾害评估，废品处理等，是互补的关系，而不是取代的关系; LCA是一个新兴发展的研究领域，在研究进程中，新方法，新规定层出不穷。因此，要不断研究新问题，在发展我国的LCA时，尤其要注意创新。第11页/共46页第十一页，共47页。2022-5-10122.5 LCA的三个发展方向 LCA是对产品环境负荷进行从生到灭全

8、过程分析评价的方法，LCA发展方向包括： 方向一：确定产品的环境负荷比较标准 在满足生产标准的条件下，选择产品及构成产品的原材料和部件等。所以，在制造产品时，首先要了解（确定）原材料和部件的环境负荷标准，通过比较后选择合适的原材料和部件。 方向二：用LCA来解析改善社会体系的对策 即分析产品的环境负荷在其寿命周期中和社会生产体系相关联的部分。产品LCA原来仅用于原材料及部件的分析，现在逐渐扩展到制造原材料和部件的生产设备、及设备的能耗(nn ho)等等从社会生产体系上来综合考虑问题。 方向三：寻求新的LCA方法，即确定环境负荷改善的方向。并不限于单纯针对原材料，还包括主动改变材料成分设计和加工

9、方法来减轻环境负荷的技术层面滚动和提高。第12页/共46页第十二页，共47页。2022-5-1013 LCA的实际(shj)应用3第13页/共46页第十三页，共47页。2022-5-10143.1 汽车(qch)工业的 LCA3.1.1 确定研究目标与范围评估对象和范围的选择 现在(xinzi)，汽车的能源消耗及对环境影响是众所周知的，节能减排的压力与日俱增。根据汽车对能源的依赖和对环境的影响，通过LCA评估：要求：全面认识汽车（轿车）工业，确定(qudng)汽车轻量化与减轻环境负荷的关系 汽车在整个社会中的作用及地位支柱产业，经济战略问题； 通过各方面的技术开发来降低油耗，开发、普及能代替汽

10、油(柴油）的新能源汽车； 就环境协调性汽车的问题进行国际学术交流，促进国际技术合作与技术转让等。在汽车制造商和消费者都有保护地球环境的价值观的基础上，来开发、利用环境协调型汽车。 进步：随着观念、政策、法规的强化，汽车轻型化以及节油技术的开发已取得实质性进展；车辆轻型化技术对材料、新能源，如以电池、酒精+天然气、液氢、太阳能、燃料电池为能源的汽车的开发和实用化正在进行中。第14页/共46页第十四页，共47页。2022-5-10153.1.2 3.1.2 数据采集（编目分析）数据采集（编目分析） 首先，根据环境影响评价（生态循环评价）的方法首先，根据环境影响评价（生态循环评价）的方法(fngf)

11、(fngf)，设定，设定评价的对象和过程。汽车的评价的对象和过程。汽车的 Life Cycle Life Cycle 大致分成以下过程：大致分成以下过程： 可见，汽车工业的环境影响和材料再生(zishng)循环利用已成为国际上环境材料方面一个重要的课题。第15页/共46页第十五页，共47页。2022-5-1016第16页/共46页第十六页，共47页。2022-5-1017经简化经简化( jinhu)： 原材料制备(zhbi) 汽车制造 汽车使用 汽车维护 再制造 循环利用第17页/共46页第十七页，共47页。2022-5-1018由此可见，熟悉一个产品的生产过程和工艺流程(n y li chn

12、)十分重要。流程列出后，要对每一个环节的投入物和排放物有明确的调查和了解（即数据）。上述各过程(guchng)还可进一步细化，如上述制造过程(guchng)还需细化成：第18页/共46页第十八页，共47页。2022-5-1019 对评估对象在所研究范围内的总流程的各个过程都进行如上分析后，按门类进行归纳(gun)整理。 将各个环节的投入物和排放物按环境负荷(fh)进行分类。如，能源、原材料、大气污染物，水质污染物等，如下表所示。第19页/共46页第十九页，共47页。2022-5-1020 在收集数据的基础上进行分析。 a) 决定基础数据 基础数据指的是与单位(dnwi)投入物，单位(dnwi)

13、排放物相关的数据。要在明确的、有科学根据和准确性的基础上，客观地选择最可靠的数据。 b) 分析 在收集数据一览表的基础上，对每一类的评价项目(如二氧化碳、二氧化氮等)进行累加。分类累加时，可采用权重系数进行累加的方法。3.1.3 数据分析第20页/共46页第二十页，共47页。2022-5-1021例如(lr)：空气污染物第21页/共46页第二十一页，共47页。2022-5-1022 综合来看，汽车生命周期中各个阶段的环境负荷，汽车制造过程(guchng)和使用过程(guchng)具有最大的环境负荷。根据(gnj)解析结果，按照汽车环境评价的目的进行综合评价, 综合评价结果：3.1.4 综合(z

14、ngh)评价第22页/共46页第二十二页，共47页。2022-5-1023 汽车工业的主导产业的地位不可动摇，它带来的产业带动效应：材料、能 源与节能环保技术(jsh)、制造、信息、基本建设； 汽车对人类物质精神文化需要的驱动和对内需的拉动； 就业市场； 汽车对环境资源的影响主要在于使用过程，烧油和高油耗是主因； 降低油耗的途径减轻车重； 开发和推广小排量、新能源汽车势在必行。 3.1.5 环境改善对策(duc)（评估结论和发展机会）第23页/共46页第二十三页，共47页。2022-5-10243.1.6.1 汽车轻量化技术策略“塑身”与“减肥” 汽车“身材”要曲线(qxin)流畅 测试显示，

15、当轿车以80公里/时的速度行驶时，60%的油耗用来克服风阻。而风阻系数每下降10%，燃油就可节省7%。因此，塑造理想的车身曲线(qxin)，可以降低风阻，减少油耗。目前，轿车的风阻系数普遍在0.35左右，风阻系数较小的如帕萨特、凯美瑞，分别达到0.28和0.29。外形方正的SUV，风阻系数相对要高。如上海大众途安风阻系数为0.315。 3.1.6 结果：汽车轻量化革命(gmng)对汽车材料发展的影响第24页/共46页第二十四页，共47页。2022-5-1025汽车(qch)轻量化的基本原则：节能、环保、安全、舒适 钢铁材料不仅在美国的新一代汽车开发中、也在欧洲的汽车更新换代中受到铝和工程塑料的

16、革命性冲击。在德国新型奔驰S-级轿车中钢铁的使用比例已从旧型S-级的63% 降至53%，而铝合金则从6% 增至14%，工程塑料从8% 增至10% 。不过钢铁材料仍然保持其主导地位。这是由于钢在强度、延展性、抗冲撞能力、再循环使用以及低成本各方面的综合优越性，以及车身功能设计的全面考虑。 在车身减重中，钢铁和铝相比，最大弱点是它的比重几乎是铝的三倍。然而在车身的功能设计方面，德国BMW公司的研究结果认为，车身重量的最佳化是基于对安全，舒适，节能(ji nn)和环保四方面的要求，必须综合考虑和分析。节能(ji nn)和环保要求降低车身重量，而安全和舒适要求增加车身重量，因此车身功能设计是根据车重的

17、质量因素L来进行的。第25页/共46页第二十五页，共47页。2022-5-1026 汽车钢板品种与强度(qingd)的演变传传 统统软钢和高强度汽车板先先 进进高强度汽车板高强度汽车板品品 种种强度级别（强度级别（YS/TSYS/TS）品品 种种强度级别（强度级别（YS/TSYS/TS） IF钢：EDDQ SEDD 软钢：DQ,DDQ 烘烤硬化钢BH 高强度IF钢:IF-HS 各向同性钢IS 含磷钢RP 低合金钢HSLA 微合金钢MA 高合金不锈钢304L140/270180/270 180/300260/360 180/340260/380220/340260/370300/440350/4

18、50350/450170/465双相钢DP 相变诱导塑性钢TRIP 复相钢CP 马氏体钢MS 淬火分离钢QP 铁素体/贝茵体钢FB热成型钢HF成型后热处理钢PFHT 高合金TWIP钢350/600700/1000350/600650/1000700/800850/1000950/12001250/1520850/10001000/1200350/450, 420/550TS500-600TS1300-1600TS500-600TS900-1400350/600650/1000第26页/共46页第二十六页，共47页。2022-5-1027其次，对具体(jt)材料组织控制的要求：汽车车体用钢种新材

19、料的组织构成演变汽车车体用钢种新材料的组织构成演变钢钢 种种组组 织织特特 性性软钢LC:未合金化低碳低碳铝镇静钢; 超深冲超深冲用钢IF : 无间隙原子钢, 微合金化超深冲微合金化超深冲用钢高强度钢( HSS)BH : 烘烤硬化钢, 涂漆处理后通过碳的时效使强度增加IF - HS : 高强 IF钢, 无间隙原子钢；通过添加锰、 磷固溶强化，N + C 5%。 低碳TRIP钢： 在小应变下立即发生RAM转变，提高成型性； 高碳TRIP钢：RA稳定，在大应变下才发生RAM转变，提高抗冲撞能力。第30页/共46页第三十页，共47页。2022-5-1031 TRIP钢的性能(xngnng)特点与优越

20、性 高延伸率、高n值良好深拉延性能（Strechability) 极限拱高试验、半球冲压拉延试验 动态应变诱导相变良好深冲性能（deep-drawability) 圆柱桶形深冲试验、矩形箱体深冲试验 TRIP效应与深冲机理分析 高El高n值TRIP效应深拉延深冲高成型极限 高抗张强度高延伸率 TSEl高抗冲撞能力 轴向冲撞试验、高应变速率吸收功 应变速率对强度和均匀延伸的影响(yngxing) 各级别汽车板抗冲撞能力的比较高延、塑性(sxng)：高强塑积：高疲劳极限、高烘烤硬化能力第31页/共46页第三十一页，共47页。2022-5-1032 Q-P钢与TRIP钢的化学成分比较接近，而获得细小

21、残余奥氏体RA的工艺途径与TRIP钢不同，残奥RA的数量、形貌、尺寸、分布也不同。 对TRIP钢添加Si或Al合金元素，用以抑制快速冷却奥氏体在贝氏体区等温处理过程中渗碳体的析出与贝氏体的形成，可以(ky)在“无碳贝氏体”（或称“贝氏体型铁素体”）的板条之间形成富碳的亚稳“残余奥氏体”。 Q-P技术的拓展 对化学成分相近的Q-P钢在（）双相区等温处理后，淬火冷却到马氏体点MS以下获得铁素体奥氏体马氏体（M），而后升温到贝氏体区进行等温处理，使一部分马氏体中的碳“分离”转移到相邻的奥氏体中，获得少量富碳的亚稳的残余奥氏体RA。最后获得铁素体贝氏体马氏体残余奥氏体（BM+RA）多相组织。 Q -

22、P 钢的多相(du xin)组织第32页/共46页第三十二页，共47页。2022-5-1033 TWIP 钢是孪生诱导塑性( Twinning induced plasticity)效应的高强度、高塑性指标的新一代汽车用钢。 TWIP 钢为高锰奥氏体钢， 15 %25 % Mn, 以及含 2 %4 %的 Si、 Al。该钢冷却到室温下的组织为稳定的奥氏体，施加一定的外部载荷时，由于应变诱导产生机械孪晶, 会产生大的无颈缩延伸，显示出非常优异的力学性能：高的应变硬化率、 高的塑性值和高的强度, 强度塑性积可达到(d do) 50 000 MPa %。相对于其它汽车深冲钢板而言, 其比吸收能量(

23、Esp )值也几乎在2 倍以上。这一出色的性能不仅使更为复杂的车体设计成为可能, 且汽车驾驶者的安全性也得到显著提高。 TWIP 钢除了因TWIP 效应而导致的高塑性和高加工硬化指数, 更有如下特性: TWIP 钢的超塑性对应变速率呈现正效应。在高应变速率下也依然有 TWIP 效应和良好的加工硬化, 在 103/ s 下其颈缩前的均匀应变依然高达50 %; TWIP 钢优良的冲击韧性几乎不随温度( - 180200 )变化。孪生(lunshng)诱导塑性钢 ( Twinning induced plasticity) TWIP 钢第33页/共46页第三十三页，共47页。2022-5-1034

24、热成型(chngxng)钢 Hot Formed Steel 在奥氏体区（900-950）对淬火硬化钢进行热成型，可以获得无回弹和最佳精度的复杂形状构件。在热成型过程中，该钢在三个阶段具有不同的力学性能： 考虑到钢板下料模具的设计，热成型钢在室温下的抗张强度最高为TS 600 MPa；最常用(chn yn)的是含硼钢，成型后用于安全结构件。 在变形温度（900-950）下，钢板的低强度（TS 50%)使得复杂形状的构件能够顺利冲压成型。为避免构件表面氧化，配备一种专用的以Al和Si为基的防高温氧化涂料。 热成型后对模具中的构件进行淬火处理，可以获得(hud)1300MPa以上的高强度。必须采用

25、专门的构件精整工艺，而没有附加的成型、切割和剪边等设备。第34页/共46页第三十四页，共47页。2022-5-1035 成型(chngxng)后热处理PFHT钢 Post-Forming Heat Treatable Steel 成型后热处理是开发更高强度钢的另一种可选择的常用(chn yn)方法。这种方法一直没有得到广泛应用的主要问题是如何在热处理过程中和热处理之后保持构件的几何形状。先固定构件、然后加热（炉内或感应）并淬火处理似乎是生产应用的解决办法。此外，冲压成型是在钢板较低强度下进行，然后通过热处理显著提高构件强度。第35页/共46页第三十五页，共47页。2022-5-1036成型(c

26、hngxng)后热处理PFHT钢 一种工艺是水淬，可以使成分简单、价格不贵的钢板在冷成型和热处理后获得抗张强度高达TS 900-1400MPa的构件。此外，由于热处理在高温下的时间很短，某些镀锌板也可以经得起这种热循环。为满足各种构件的特殊规格要求，对钢板的化学成分范围(fnwi)要求也很宽，这需要汽车制造厂商与钢板供应厂商之间的协调。 另一种是空冷硬化，可以采用成型性良好的合金化钢在空冷硬化后获得高强度。除了对薄钢板成型后进行热处理外，还可以对焊管在液压成型后进行空冷硬化热处理。这些构件在保护气氛炉内热处理（奥氏体化）后在空气或保护气氛中自然冷却硬化和回火。在C-Mn钢的基础上添加Cr、Mo

27、、V、B、Ti等合金元素可以获得良好的淬透性和回火抗力。这种钢在热处理硬化前后均易于焊接，并可以热镀锌。Post-Forming Heat Treatable Steel第36页/共46页第三十六页，共47页。2022-5-1037小 结 汽车的环境影响评价对车用材料(cilio)演变的影响极具解决系统问题的典型性， 也是具有深远战略意义的！新材料的发展对于推动(tu dng)传统钢铁材料的变革开辟了新的思路和新的领域。 新材料将材料性能的开发蕴含于制备(zhbi)或制造过程中，一步到位，省略了大量的后期强化工序，对节能环保的意义不言而喻。刺激了更轻新材料的竞争与开发。第37页/共46页第三十

28、七页，共47页。2022-5-1038环境负荷(fh)值(ELV):ELV=KkEFk k = 1, 2, 3式中：EFk 各种环境因子; Kk 相应的权重系数。3.2 常用钢的环境影响定量(dngling)评价 第38页/共46页第三十八页，共47页。2022-5-1039优质碳素钢的环境(hunjng)负荷值钢号 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60平均碳含量/% 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 0.550 0.600综合(zngh)指标ELV/tt-1(钢) 69.487 68.836 68.688 6

29、8.613 68.541 68.468 68.433 68.398 68.364 68.330能源因子EF1/tt-1(钢) 32.812 32.810 32.808 32.807 32.806 32.804 32.804 32.804 32.803 32.803资源因子EF2/t(标煤)t-1(钢) 6.6869 6.6866 6.6863 6.6860 6.6856 6.6854 6.6852 6.6849 6.6847 6.6844废弃物因子EF3/tt-1(钢) 29.988 29.339 29.194 29.120 29.049 28.979 28.944 28.909 28.876

30、 28.843第39页/共46页第三十九页，共47页。2022-5-1040钢 号 15Cr 20Cr 30Cr 35Cr 40Cr 45Cr 50Cr 55Cr 平均铬含量(hnling)/% 0.800 0.850 0.950 0.900 0.950 0.950 0.950 1.150平均碳含量(hnling)/% 0.150 0.200 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 0.550综合指标ELV/tt-1(钢) 72.914 72.478 72.683 72.397 72.538 72.503 72.468 73.321某些(mu xi)铬系合金钢的环境负荷值第40页/共46页第四十页，共47页。2022-5-1041钢中每增加(zngji)1%的x元素，就会增加(