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有色进入“新”时代

2014-03-13

中国有色金属 2014年23期
关键词:铜合金铜箔镁合金

在需求不振的市场格局下,有色金属新材料行业却爆发出勃勃生机,铜、铝、镁等基本金属材料经过高新工艺技术淬炼,在军工、交通运输等领域扮演着重要的角色,也代表着中国有色金属行业新兴的发展力量。

随着世界各国对新兴产业的高度重视,新兴产业正成为新一轮世界经济、科技竞争的制高点。为了在未来竞争中占据主动地位,我国也制定了战略性新兴产业的发展规划,新材料是其中的一个重要领域,有色金属高新技术产品也成为新材料的重点突破领域。

国务院参事、中国有色金属工业协会会长陈全训在为中国有色金属工业协会编制出版的《有色金属行业高新技术产品推荐目录》作的序言中强调:“我国虽然是世界有色金属工业大国,但仍不是强国,产业总体上仍处于国际分工的中低端环节,面临资源保障能力不足、环境压力不断加大、自主创新能力不强、产能阶段性过剩、行业运行效益不高等挑战。因此,以提高行业发展的质量和效益为中心,加快产业结构调整,通过大力发展有色金属高新技术产品,不断提高产品附加值,扩大应用领域,走创新驱动,内生增长的发展道路,推动产业转型升级,是实现建设世界有色金属工业强国目标的重要保障。”

新材料正成为展现企业实力的重要内容,有色金属新材料领域也是“一片盎然”,铜、铝、镁三大有色金属领域的新技术、新产品层出不穷,成为有色金属新材料发展的重头戏,同时也存在发展的难点和问题。

铜:新技术变革新铜材

铜基新材料是当前各新兴产业领域发展的重要功能性新材料,广泛应用于能源电力、电子信息、交通运输、航空航天等领域。虽然在产品的高性能、高精度、高稳定性等方面,中国产品的整体优势并不明显,但经过中国铜企业的不断创新,一批科技含量高的铜基新材料正在走向市场。

高精度电子铜箔

随着电子产业的发展,作为铜基新材料中重要方面的电子铜箔也得到了快速发展。根据中国电子铜箔协会统计,2013年铜箔产能27.3万吨,销售收入142.78亿元,预计“十二五”期间计划产能将增加到18.4万吨。目前,我国生产铜箔企业有山东金宝、中科英华、建滔公司等20余家。

铜陵有色金属集团公司不断加大在电子铜箔领域的投入,打造总计3.5万吨的高精度铜箔产能,其中1万吨为锂离子电池用铜箔。铜陵有色电子铜箔生产线产品优良率稳定在86%,制造技术及产品品质都居于国际、国内同行前列。铜陵有色业已研制生产出8微米~210微米的高精度电子铜箔,其中部分产品已成为生益科技、富士康等公司供应商,间接进入苹果、三星、联想等国内外巨头的产业链。

在科技革命迅猛发展的当代,新产品日新月异,产业升级、材料换代步伐加快,对新型铜合金材料的发展提出来更高的适应性要求。宁波博威合金材料股份有限公司“年产2万吨高性能高精度铜合金板带生产线项目”于2013年12月投产,产品主要为铜合金板带材高端产品。安徽蛟龙科技公司投资的稀土铜合金电缆项目2012年底投产,项目总投资1.5亿元,项目达产后可年产稀土铜合金电缆5000吨,实现销售收入6亿元。

江西省发改委2012年批复,在鹰潭高新技术产业园区建设鹰潭新材料省级战略性新兴产业基地,重点发展铜合金新材料。公开数据显示,鹰潭高新技术产业园区现有铜加工企业50余家,铜加工能力60余万吨,产品涉及铜杆线、铜棒、铜板带、铜排、铜铸件、漆包线、镀锡丝、铍青铜等20多个品种,其中铜合金新材料约占85%。此外,江西省发布《2014年江西省战略性新兴产业重大项目申报指南》,有色金属新材料成江西省2014年重点扶持新材料产业项目,高精铜材为其中重要的内容。

全国有色重金属标准化分技术委员会秘书长杨丽娟告诉记者,“未来铜加工产业应该是以围绕国家战略性新兴产业发展、国家重大工程建设、传统产业转型升级、构建国际竞争新优势为主发展新型铜合金材料。”

我国铜新材料产业起步较早,但因铜价格高、消费低,相对于铝新材料产业发展落后,目前,我国铜企超过千余家,其中研发生产铜新材料并不多,大大落后于铝新材料的研发生产。加之,传统铜企品种单一、竞争力弱、效益低下,也制约他们研发生产铜新材料。另外,铜合金材料的研发主要是以企业为主,大学和研究院为辅共同进行,研发主要以解决企业自身的发展为主,与国外发达国家(美国、日本、欧盟等)相比,相差较大,主要体现在合金牌号少、状态少、产品精度不高,性能单一,不能完全满足国家发展战略和高端制造的需要,与我国作为铜加工材生产大国的地位不相适宜。

杨丽娟秘书长建议国家大力投入和支持铜合金新材料的自主研发,组织行业对标,制定配套的研发目标,建立我国高性能铜合金材料数据库,同时及时跟进铜合金新材料的标准化工作,在铜合金新材料研发和产业化的过程中,建立相应的质量标准。

加强我国铜新材料研发,无论对发展军工产业、确保国家安全,还是推进信息化、工业化、城镇化等建设,改善人民生活,都具有重大意义,也是我们的迫切需要。

轨道交通用大截面铝型材

铝:为绿色制造而创新

铝冶炼过程中消费了较多的能量,也被带上了“两高一资”的帽子,但从整个生命周期来看却是节能的。铝可以多次循环使用过程中,消耗的能源不到初始生产能耗的5%,是一种典型的绿色材料。

我国将新型环保材料的高效利用,制造产业的绿色创新作为重中之重,作为“绿色制造”工程首选的铝合金材料也迎来了发展的机遇,众多技术领先、具有一定市场发展潜力的铝合金加工产品和未来我国重点发展的领域将成为市场关注的新热点。

国内部分铝加工龙头企业通过自主创新,一些高端结构材料项目建设遍地开花,推动了铝行业的绿色应用。中国忠旺(天津武清)年产200万吨板带箔项目,这是世界上一次性建设最大规模的铝板带项目;中国忠旺(大庆)年产120万吨铝板带箔项目;内蒙古通辽年产50万吨连铸连轧板带项目;河南中孚实业股份有限公司年产30万吨高性能铝合金特种铝材项目;洛阳龙鼎铝业有限公司投资年产60万吨高精度铝板带箔项目;南山铝业年产20万吨超大规格高性能特种铝合金材料项目;中国铝业国际(集团)有限公司年产15万吨高档节能铝型材加工项目;吉林麦达斯铝加工有限公司(洛阳)年产5万吨轨道车型材及车体大部件和10万吨铝合金棒项目等,就是其中的代表项目。

在交通运输领域,铝企业通过自主创新,产品已经成为绿色制造的重要组成部分。2012年,中国汽车产量达到1927.18万辆,连续四年蝉联世界第一。乘用车车身板的铝化空间十分巨大,孕育着巨大的市场需求,受此推动,中国的车身板生产业已经起步。2012年1月15日,诺贝丽斯汽车板项目在常州高新区奠基,项目一期总投资近1亿美元,预计2014年底投入运行,年产能达12万吨;爱励公司也在其镇江板带项目追加投资,将产品覆盖面从最初的航空板进一步扩大到汽车板;西南铝(集团)有限责任公司2013年1月6日获得ISO/TS16949质量管理体系认证书,成为中国首家全球认证汽车用铝合金供应商。

随着我国汽车轻量化的逐步推进,铝制车身板的应用将成为我国铝合金应用市场的又一新热点。2012年12月10日,杭州鼎盛轻合金材料有限公司“年产20万吨高速列车和车用镁铝合金板带”项目正式开工建设,采用的连铸连轧铝深加工工艺是当今世界上最先进的热轧短流程生产线,所生产的轻量化、低耗能、高性能的车用铝合金材料,主要用于小型汽车、轨道列车、船舶板材等。2012年10月26日,山东丛林集团研发生产的首批13辆全铝烟草运输车成功下线。

在航空航天领域,铝新材料已经进入了大飞机产业链,大飞机专用第三代新型铝锂合金试制成功。中铝西南铝业集团有限责任公司试制成功大飞机专用第三代新型2099铝锂合金直径540毫米圆锭,此举填补了此前我国不能生产多组元、高合金化铝锂合金的空白。大飞机项目急需的7A85和2099两种排号合金均在中铝西南铝企业试制成功,并由此转入批量生产阶段。2012年12月21日,爱励国际在江苏镇江设立的总投资为4亿美元的爱励铝业镇江公司举行第一块航空航天高性能铝合金板材下线,在我国的“大飞机项目”及航空航天业的发展中起着重要作为。

在城市轨道交通方面,从2009年开始全国总历程以每年270千米的速度增加,截至2012年年底,全国地铁总里程达到2223千米;部分大城市的轨道交通也在2013年建成并投入使用。在轨道车辆中,用铝最多的是高铁、磁悬浮列车、地铁等。2012年中国地铁轨道车辆的铝化率约为31.5%,每节车厢的铝采购量为7~8吨;而高铁车辆90%都采用了铝合金车体,每节车厢的铝采购量为10~12吨。极大推进铝合金在高铁和城市轨道交通领域的应用。

镁:轻量化的新突破

中国是镁业大国,产业整体竞争力不高,产业集中度低,但镁业新材料近年来蓬勃发展,尤其是在镁合金轮毂方面,走在了世界的前列。如江苏荣镁轮毂有限公司采用自主研发的先进镁合金超塑模锻生产工艺技术,突破了“工艺技术参数”和“模具设计与设备装置设计”等关键难题。该公司使用AZ80等一系列成熟镁合金,正式工业化批量生产出普通乘用车(家庭轿车)通用系列——16英寸/17英寸/18英寸规格的全镁合金轮毂,这是具有我国完全独立自主知识产权的汽车部件产品。

在稀土镁合金及半连续铸棒方面,中国也取得了非凡的成绩,稀土镁合金及半连续铸棒类产品取得发明专利并已实现批量生产。如闻喜瑞格镁业的新产品——稀土镁合金及半连续铸棒投产一年多,目前已实现批量生产。由闻喜瑞格镁业申请的“一种高强度耐热抗蠕变稀土镁合金的制备方法”发明专利已被授权生效。

跨海架桥镁型材板类产品研发取得突破。如闻喜银光镁业集团与重庆大学、成都一三五星模具厂共同研发的跨海架桥镁型材板,在3600吨挤压机上成功挤出宽幅镁合金快速搭桥板,每只的质量比钢材减轻170千克、浮力超钢材5倍以上,是在江海、河流湖泊中临时快速搭桥通车的一种新型材料。

此外,中国特种镁合金材料打破国际市场垄断。上海交通大学开发出的高强度中等塑性、高塑性中等强度的JDBM系列镁合金,可以解决医用镁合金临床应用面临的“强韧性、生物安全性、降解可控性”三大关键问题,可显示出良好的强韧性匹配、耐均匀腐蚀性能和生物相容性。研制的JDBM镁合金指甲径向支撑力超过血管最大收缩压的4倍,满足临床要求,比目前欧洲临床实验的WE43支架具有更好的强度、塑性和更低的降解速度。有望在骨内固定和心血管支架等领域获得应用。上海交大研制的比容量达到200毫安时/克镁离子电池及相关制备工艺获得了稳定的可充电镁电池体系。上海交大采用直流电弧等离子体法制备了Mg及MgH2纳米粉体,其储氢动力学性能和热力学性能明显改善,可应用在电动汽车、高能炸药、推进剂等领域。

镁行业的大发展,主要得益于技术发展与产学研用相结合。陕西省依托航空航天产业基础,利用当地丰富的镁资源,开发飞机用镁材料。西安航空基地与陕西工业技术研究院、陕西中能雍工航空镁业有限公司、中国重型机械研究院股份公司共同签订协议,投资建设“航空镁合金产业园及高效节能镁合金板带示范线”项目。

尽管国家有关部门大力支持镁合金的开发利用,但由于镁合金材料自身的物理化学性质存在一定缺陷,加上金属镁生产过程能耗过高,镁合金材料的真正广泛应用还有待创新突破。但交通运输工具提出轻量化要求,依然是带动我国镁合金应用的主要推动力量。

预计2015年镁合金及其加工材料需求将达到50万吨以上,2020年将达到150万吨以上。随着加工技术的进步,镁有望成为应用广泛的金属结构材料,镁合金将扮演重要的角色。在中国政府的扶持和市场需求的驱动下,中国有望出现镁新材料产业集聚区,在国际上形成影响力。

镁合金汽车驾驶台

把脉未来市场

铜、铝、镁是地球上储量和产量最大的三种有色金属,建设有色强国首先是发展铜、铝、镁材料科学和振兴这三大产业。目前,我国有色金属新材料和国外先进国家的差距主要体现在几个方面,第一,品种少 ,优势品种更少;第二,发展速度缓慢,推出一种新材料从研发到推向市场西方国家最快只要几个月,而我国需要半年以至数年。第三,性能低,除航天、潜海等高科技材料外,一般工业用新材料的耐高低温、抗腐蚀、传导性能等都较差。第四,民用新材料研发严重滞后,不但落后西方国家,更与我国高速发展的国民经济不相适应。

究其原因,专家认为,“首先是历史原因,我国发展新材料工业才40年左右。其次,由于体制机制原因,管理落后、条块分割、各自为政,已成为发展新材料产业的主要障碍。再次,企业重效益轻研发的倾向没有得到根本扭转,这将影响产品市场主体进一步做大做强,也严重拖累我国发展新材料工业的步伐。”

在需求不振的市场格局下,有色金属新材料行业却爆发出勃勃生机,铜、铝、镁等基本金属材料经过新技术淬炼,在军工、交通运输等领域扮演着重要的角色,也代表着中国有色金属行业新兴的发展力量。2013年国家出台的《有色金属工业“十二五”发展规划》强调,要继续支持和发展有色金属产业,努力加大投入,加强研发及应用,扩大品种,提升性能,拓展领域,尽快把我国从有色大国转变为有色强国。相信,在有色金属各企业及科研院所广大有识之士共同努力下,我国有色新材料领域在不久的将来,品种将更丰富,应用将更广泛,作用将更凸显。

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