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我國金屬復合材料的發展前景
文: 來源:耐磨綜合網 時間:2009-4-14 點擊:8115
金屬復合材料技術可以發揮組元材料各自的優勢,實現各組元材料資源的最優配置,節約貴重金屬材料,實現單一金屬不能滿足的性能要求, 它既可以替代進口并填補國內空白,又具有廣闊應用范圍,具有很好的經濟效益和社會效益,容易獲得方方面面的扶持和幫助。如發展不銹鋼復合材料就一直是國家發改委、科技部積極支持、倡導的高科技項目。
一、中國將成為金屬加工業中心
由于異質金屬復合材料的性能功能化和較低的成本及應用范圍廣泛,提高了傳統金屬材料的發展潛力。近期產業化的重點是:建設鋁-不銹鋼、鋁-鋼、鈦-鋼、銅-鋼帶液-固相復合工藝生產線,鋼-不銹鋼復合板坯離心澆鑄工藝生產線,表面復合精飾技術制備薄覆層(0.008MM-0.1MM)金屬復合板帶生產線;開發顆粒增加鋁基復合材料規;a技術、半固態成形技術、連續包敷復合高速鋼材料及制品,并實現產業化。
中國制造業迅速崛起,作為制造業的基礎行業之一的金屬加工、成形行業,發展更為明顯:在過去幾年,整個行業以年均增長20-30%的速度發展,產品品質也在以驚人的速度提升,逐漸獲得整個世界制造業的認可。以2005年為例,整個金屬加工、成形行業消耗各種鋼材8600多萬噸,其中進口數量為2000多萬噸;工裝模具約395億元,其中進口約占58億元;新購設備約234億元,其中進口約134億元;沖壓、鈑金生產企業約4-5萬家,從業人數近100萬人。
據國家統計局等部門的數據顯示,整個金屬加工、成形行業包括設備、模具、原材料及成形零部件將保持在每年10-20%的增長速度。隨著中國的進一步發展,強勁的市場需求拉動著金屬板材、管材、型材、線材生產高增長,未來世界鋼鐵總產量及消耗量的60%都將來自亞洲,尤其是中國。目前中國鋼產量約占全球鋼產量的34%,市場消費量約占全球的33%,已成為全球鋼鐵產量與消費量最大的國家。預計到2010年,建筑、機械、汽車、造船、鐵道、石油、家電、集裝箱等八大行業2010年需用鋼材達2.61億噸。中國金屬加工、成形行業的市場總量巨大,正成為亞洲乃至全球金屬加工、成形行業的中心。
二、稀有金屬復合材料增長速度依然較快
隨著國家環保產業政策實施力度的加強,稀有金屬復合材料在電力煙氣脫硫設備的應用持續增長,同時化工行業的投資國產化程度大大加快,也為稀有金屬材料的發展提供了良好發展機遇,07年上半年化工行業的銷售比重已經超過50%,是主要的增長點。國家產業政策的支持、較高的技術壁壘、產業升級的需求拉動為行業的發展提供了廣闊空間。
稀有金屬復合材料行業,作為一種新型材料是國家鼓勵類的產業結構,其傳統應用領域的是電廠的煙氣脫硫裝置,國家節能排污環保政策的進一步推進,為稀有金屬材料行業的發展提供政策上的支持也為行業需求的拉動提供了穩定的基礎。而隨著國家宏觀經濟的好轉,化工行業的固定資產投資也在快速發展,化工設備的國產化為稀有金屬材料行業發展提供的新的發展機遇。05年以后在化工行業的應用發展最為迅速,07年開始已經超過傳統在電力行業的應用。中國裝備制造業的結構升級尤其是在數控機床、大型成套設備上的更新換代也為稀有金屬材料行業的發展提供廣闊的發展空間。
稀有金屬材料行業在技術門檻上相對也比較高。尤其是爆炸復合焊接需要現場爆炸,而民用爆炸需要取得許可證。
稀有金屬材料主要應用于大規模、連續性的化工、電力行業,客戶的資源積累對于缺乏技術、規模支持的新進入者構成了很高的壁壘稀有金屬材料行業的整體規模還比較小,客戶的需求個性化特征比較明顯,這對于資金實力雄厚的大企業缺乏足夠的吸引力,因此這一塊市場對大企業構成市場障礙公司的其他業務如金屬纖維,主要用于化工、汽車尾氣過濾,國家的節能排污政策的推廣也為行業的發展提供了良好發展機遇。而難溶金屬制品主要應用于冶金、航天航空、核能、電子等高科技產業,這些產業的快速發展對于難溶金屬制品行業也是良好的機遇。
三、不銹鋼復合板
在整個現代化進程中,許多行業為了提高容器和構件的使用壽命需要使用優質或貴重的材料,如果在普通金屬上包覆一層特殊性能的材料來代替純貴重材料的使用,既滿足使用要求又避免浪費,那將最為理想,這種材料就是雙金屬復合材料。其復合層常有銅、鈦、銀等有色金屬或貴重金屬,以及工具鋼、模具鋼、不銹鋼等特種鋼材。不銹鋼復合鋼板是一種以碳鋼為基體單面或雙面整體連續地包覆0.1-20MM不銹鋼的兩種金屬高效節能材料。它充分發揮兩種材料特性優勢,既具有不銹鋼的耐腐蝕、耐磨性、抗磁性、豪華性和裝飾性;又具有碳鋼良好的可焊性、成型性、拉延性和導熱性,因而它是一種多功能材料。同時由于它可節約鎳鉻合金,可降低成本,價格低廉,因而被廣泛用于石油、化工、制鹽制堿等國民經濟和行各業,用于取代全不銹鋼,甚至取代B30銅和蒙及爾合金,具有巨大的社會經濟效益。
(一)不銹鋼復合中板的應用范圍和市場容量
1.產品品種規格
單面復合:不銹鋼+碳鋼或普碳鋼+特殊鋼
雙面復合:不銹鋼+碳鋼+不銹鋼或不銹鋼+特殊鋼+不銹鋼
規格:(2-5MM)+(8-50MM)
不銹鋼:奧氏體鋼,鐵素體鋼,奧氏體+鐵素體鋼,鐵素體+馬氏體鋼、馬氏體鋼
2.主要用途和用量
不銹復合中板是我國國民經濟不可缺少的鋼材品種,其應用前景十分廣闊,國內需求量近期為3萬噸,中期為10萬噸/年。
(1) 煉油和石化工業
高硫、高鹽、高酸度值原油的煉制,其主要煉制設備如:常減壓塔、吸收塔、分餾塔、穩定塔均需用不銹復合鋼板取代普通容器鋼板來制造,才能保證必要的壽命。我國老年化的油田也有這個問題。而更主要的是從保護國內資源出發,自95年以來我國有計劃地入股世界油田,如蘇丹、伊朗、伊拉克、哈薩克斯坦等油田的股份,每年約購入5000萬噸高硫原油,使我國煉油行業必須滿足這些高硫原油的高腐蝕性的挑戰。鐵素體不銹鋼復合鋼是該行業首選的復合鋼板僅此一項每年約需用5000噸以上。
此外,隨著對石油、天然氣的開發和對高H2S、SO2及含氮離子氣田的開發,國內外采用不銹復合鋼板作為輸油、輸氣管線,我國設計部門已經在考慮采用不銹復合的焊管。例如我國正同三菱公司和?松疽黄鹫埲丝季恳粭l從德黑蘭到東京的7000KM長的輸油管道的可行性,從哈薩克斯坦到新疆的輸油管工程將開工,這些都是潛在市場。此外石油化工如合成橡膠、乙烯等石化產也將大量使用不銹鋼復合鋼板,保守估計僅大口徑復合焊管一項每年約需2000噸。
(2)制鹽制堿工業及其它化工工業
我國基礎化工產品名列世界前茅,普通制鹽的母液蒸罐、真空制鹵的蒸發室已普遍采用復合鋼板取代塞焊板:化學工業的高壓釜、結晶器,貯藏槽等都已用上了不銹鋼復合鋼板,只不過是大多是推焊制造的。隨著對不銹復合鋼板的破壞機理的深入研究,在強腐蝕介質條件下采用復合鋼板取代100%不銹鋼的可能性愈來愈大。70年代引進的13套大化肥和自制的上百套小化肥設備的改造中,對不銹復合鋼板的需求正在提上議事日程,僅化學工業一項每年需求量約1萬噸。
(3) 電力工業
水電工業中用于排沙底孔,導流底空的鋼襯,以及船閘廊道、閘坂的襯板等,其基本要求是高耐磨性、抗沖擊性和適當的耐蝕性。電力工業對復合板的要求是近幾年才提到的日程上的,但來勢迅猛,數量驚人,僅一座三峽大壩上便需要1.5萬噸之多,而橫斷山脈的水力蘊藏量是三峽的10余倍,此外廣西等地均有相當的水力資源,水電行業的應用前景是十分誘人的。水利專家預測:如果今后地球上還有超過三峽水利工程的話,那一定是我國的西南。屆時,誰能提供大幅面的馬氏體不銹鋼復合鋼板,誰就主宰了水電市場,這是帝圣公司的目標之一。
每座大型水電廠大約需200噸復合鋼板,主要用于料倉、料斗、溜槽、脫水器等部位,不過近年來由于對環保要求的提高,降底空氣中的SO2的煙氣脫硫工程的出現,不銹鋼復合鋼板將成為火電廠的首選材料,每座火電廠特別是大城市的火電廠需另增雙相不銹鋼復合板300-400噸。
(4)建筑結構管
用不銹復合鋼管建設大型體育場館的屋頂是集美觀與經濟于一體的永久型建筑設計。椐悉2008年青島奧運場館的復合結構管已由馬來西亞華人在積極試制,其市場戰略是先青島后北京再上海,要拿下整個奧運場館和世博展館的結構管訂單。用爆炸法是難以生產出這種大復基比的復合材料的,該項任務就自然地落到了軋制法的肩上,如果再鋪之以拋光表面,則可搶到先機。
(5)金屬鎂精煉爐
金屬鎂是重要的戰物資源又是國民經濟的基礎資源,精密鑄造,及鋁合金的制造等領域,我國生產40多萬噸,其90%以上是利用皮江法生產的。用該法生產出來的粗鎂要在精煉爐中經過再熔和脫除雜質的精煉過程,才能達到合格的產品。
中國是鎂儲量大國,也是鎂生產大國。山西更是得天獨厚,現已探明儲量,山西省境內的鎂儲量占全國產量的70%,占全球的40%,地處山西南部的山西銀光鎂業公司以年產量17萬噸的資歷多年來一直位居全國前三甲。據不完全統計省內共有鎂廠近90家,多數屬于民營企業,規模較小。近兩年發展較快,年產約萬噸的廠家僅太原就有兩家。目前省內諸多產鎂企業存在的一個共性問題是產品級別低,科技附加值低。這注定價格上去。國外企業將山西的半成品鎂錠收購后,經合金化等深加工后再買回國內,價格會翻到十幾倍,外匯大量流失。造成這種現象的原因之一是,精煉設備和精煉工藝的落后所致。
目前國內硅熱法還原制鎂精煉爐大多采用井式爐,其熱源主要是外熱式燃煤和煤氣或電力。通過爐殼將熱量傳給爐內的金屬鎂,進行熔化和精煉。精煉鍋大多是奧氏體熱強鋼,離心澆鑄筒體與普通燒鑄封頭焊接而成。因其材料本身導熱性和可焊性都很低,加之鑄造過程中不可避免的鑄造缺陷,導致使用中存在著熱效率低、爐子壽命低、生產率低、燃料浪費大、成品質量差等重大問題。
采用復合鋼板制做的精煉爐可提高精煉爐的使用壽命。2002年全國金屬鎂產量已突破40萬噸大關,產地集中在山西省和以山西為中心的周邊省、河南省、內蒙、寧夏按現行的精煉爐壽命期產量計算每年需2000只精煉爐。需專用不銹鋼復合鋼板2000噸/年。
(6) 貯運行業
乙二醇、橄欖油、啤酒等液體的貯罐和專用槽車的制造現已逐漸采用不銹鋼復合材料,年需求量不斷增長,拋光復合板愈來愈受青睞。預計每年約2000噸。
(7) 大口徑工業焊管
主要用于各種腐蝕介質的輸送,高硫原油的輸送等。
此外,隨著城市建設的飛速發展,煤氣已成為居民燃料結構的主要組成部分,錯綜復雜的煤氣管的防腐問題已成為城市安全防范目標之一,復合焊管的應用前景是樂觀的。
(8)大型照明燈桿、路燈桿、旗桿
隨著城市建設的發展,對耐腐蝕、美觀典雅的勻變截面燈桿的需求已經提到議事日程上,目前市場上出現的包敷式的復合直管已無法滿足各種造型的要求,而用軋制法生產出來的拋光復合鋼板可制成各種變截面燈桿,效果十分理想。大中城市每條街約需這種材料200—500噸,前景十分看好。據悉北京2008年奧運會主燈桿每支價值40000元。
(9) 建筑用結構管
拋光不銹鋼復合中板是各種體育館、展覽館球結點管結構的首選材料,已經有人將目光瞄準2008年北京奧運和2010年上海世博會的鋼結構管,將不銹鋼復合管全面推向市場。
(二)不銹復合冷軋鋼板和鋼帶的品種和市場容量
1.產品說明
不銹復合鋼冷軋薄鋼板是以深沖鋼或用戶指定的其它碳鋼為層基,在兩面整體地連續包覆一定厚度的不銹鋼,然后施以熱軋和冷軋而成和特種鋼板?蓮V泛應用于建筑門窗、幕墻、輕工、食品醫藥衛生、環境保護等部門。近幾年來在建筑門窗、幕墻、焊管方面的應用正在探索中前進。
該項新產品在國外尚無應用報導,亦無專用標準可鑒。日本JISG3601不銹鋼標準中規定的產品范圍為8MM以上,沒有包括薄板和薄帶更不包括冷軋產品。美國ANSL/ASTNA263耐腐蝕鉻鋼復合鋼板、薄鋼和鋼帶標準中規定的產品規格范圍為2.7MM×254MM熱軋板和2.73MM×609.6MM冷軋板、在同一標準中兼有熱軋板和冷軋板,并且這種材料通常只用壓力容器。我國于1997年11月發布的不銹復合冷軋鋼板和鋼帶(GB/T17102—1997)國家標準是目前國際和國內該產品和第一代標準,其應用范圍主要偏重于民用和非壓力容器用。
2. 產品品種規格
復合板總厚度:0.7-3.0MM
復合鋼板寬度:250-1200MM
復合鋼板長度:單張或卷
復層厚度:雙面對稱型復合鋼板復層厚0.07-1.0MM
雙面非對稱型復合鋼板復層厚0.07-1.0MM
用于焊接工藝的復合鋼板復層厚0.15MM
基層鋼號:05AI 08AI
復層鋼:奧氏體不銹鋼
3. 應用和市場前景
復合中板和復合薄板(帶)的應用是不銹復合鋼板應用的兩只輪子;而工業和民用的應用則是它的另兩只輪子。復合中板大多應用于工業;復合薄板(帶)又大多應用于民用。人們常常在重視復合鋼板工業應用的同時,忽視了它在民用項目中的應用,這就導致了復合鋼板市場發育出現了偏廢現象。實際上,冷軋不銹復合薄鋼帶在人們的日常生活中可應用的項目很多,其用量應遠大于主要應用于工業的復合中板。
(1) 建筑行業的應用
隨著在建筑和高檔建筑中對門窗材料的功能性、裝飾性、工藝性諸項要求的提高,不銹鋼冷軋鋼板將是今后高層建筑、沿海建筑的首選最佳材料。不銹鋼門窗比鋁合金門窗具有高得多的抗風載強度、保溫性和抗腐蝕性等優點,但令門窗制造廠家深感頭痛的是不銹鋼的強度較高,在軋制型材過程中殘余變形大,尺寸精度難以控制,而不銹復合鋼板因其碳鋼基板和復層材料巧妙和設計配合使冷做硬化大大減小彎曲園角半徑減小工件形狀美觀,恰好揚長避短,因而是當今最具有發展潛力的新型高檔門窗用材,已經受到建筑行業選覺者的青睞。近期需求量2萬噸/年,中期需求量10萬噸/年。
此外,高層高檔建筑中的幕墻是提高建筑物外裝飾、豐富城市景觀的關鍵部位,由于不銹鋼幕墻裝飾效果極佳,其格調高雅、明快、鮮亮醒目、安全可靠,給整個建筑物增添光彩和實力,因而已經成為我國建筑裝飾的趨勢。復合鋼板在其保持全不銹鋼功能的基礎上,令成本大大降低,因而將會是幕墻骨架的最佳首選材料。近期需求量2000噸/年,中期需求量1萬噸/年
西方國家50年代就出現了不銹鋼幕墻和外墻,但真正引起全球關注的還是80年代后期,由于每個建筑項目的用量基本上都在1000-2000噸,因而各家的爭奪十分激烈。在我國不銹鋼框架玻璃幕墻以其豪華華麗的外觀、極強的耐腐蝕性極少的維護費用以及強度高、壽命長等特點引起建筑師和用戶的關注,很有發展前途。近2年我國每年安裝500萬-600萬M2的幕墻,按每平方米框架12KG計算,需鋼材7.2萬噸,不銹鋼復合鋼板以其比不銹鋼優越的可加工性和低50%的熱膨脹系數和相同的表面質量,低30%-40%的售價,對市場的吸引力是顯而易見的,如能有10%市場即7200噸已經是一個十分可觀的數字了。
95期間我國建筑物每年需窗8000萬M2,普通鋼窗加彩板鋼窗40%,塑鋼窗15%、鋁窗33%、其它12%,其中不銹鋼窗僅占0.6%,按9KG/M2計算,需不銹鋼4320噸。這什么不銹鋼強度高、不生銹、豪華典雅的高級材料在門窗上推廣步履艱難呢?其原因正如中國門窗研究所主要領導分析的那樣;開發不銹鋼門窗型村存在“三難”:一是成型難,不銹鋼冷作硬化大,回彈大,軋制比較困難,歪扭嚴重,過渡圓弧大,型材難以達到標準;二是保持表面質量難,板面愈光亮,缺陷和不平愈明顯,加工組窗難,這仍與強度較高有關;三是全不銹鋼價格高。而不銹復合鋼板是可以克服這“三難”的;復合板的加工同彩板一樣,可同彩板共用一套模具,可降低成本,提高生產率。通過進一步發展,不銹鋼復合板鋼窗的價格可降為245-260元/M2,與鋁窗的價格已經相當接近了,而使用效果卻要好得多。
塑鋼門窗有著材料自身難以克服的四大問題:一是著火后放出有害的二惡英,二是所有的PVC都含有鉛鹽,三是老化發黃,四是塑料變形系數大,冬天縮縫夏天伸撐變形。有鑒于此,塑鋼門窗熱正在退潮。由于不銹復合鋼門窗型料的開發速度遲緩,因而鋁門窗得到了回潮的機會。
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