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  • 我国金属复合材料的发展前景

    时间:2012-10-30 12:09 作者:admin 点击:
    我国金属复合材料的发展前景 金属复合材料技术可以发挥组元材料各自的优势,实现各组元材料资源的最优配置,节约贵重金属材料,实现单一金属不能满足的性能要求, 它既可以替代进口

    我国金属复合材料的发展前景
    金属复合材料技术可以发挥组元材料各自的优势,实现各组元材料资源的最优配置,节约贵重金属材料,实现单一金属不能满足的性能要求, 它既可以替代进口并填补国内空白,又具有广阔应用范围,具有很好的经济效益和社会效益,容易获得方方面面的扶持和帮助。如发展不锈钢复合材料就一直是国家发改委、科技部积极支持、倡导的高科技项目。
    一、中国将成为金属加工业中心
    由于异质金属复合材料的性能功能化和较低的成本及应用范围广泛,提高了传统金属材料的发展潜力。近期产业化的重点是:建设铝-不锈钢、铝-钢、钛-钢、铜-钢带液-固相复合工艺生产线,钢-不锈钢复合板坯离心浇铸工艺生产线,表面复合精饰技术制备薄覆层(0.008MM-0.1MM)金属复合板带生产线;开发颗粒增加铝基复合材料规模化生产技术、半固态成形技术、连续包敷复合高速钢材料及制品,并实现产业化。
    中国制造业迅速崛起,作为制造业的基础行业之一的金属加工、成形行业,发展更为明显:在过去几年,整个行业以年均增长20-30%的速度发展,产品品质也在以惊人的速度提升,逐渐获得整个世界制造业的认可。以2005年为例,整个金属加工、成形行业消耗各种钢材8600多万吨,其中进口数量为2000多万吨;工装模具约395亿元,其中进口约占58亿元;新购设备约234亿元,其中进口约134亿元;冲压、钣金生产企业约4-5万家,从业人数近100万人。
    据国家统计局等部门的数据显示,整个金属加工、成形行业包括设备、模具、原材料及成形零部件将保持在每年10-20%的增长速度。随着中国的进一步发展,强劲的市场需求拉动着金属板材、管材、型材、线材生产高增长,未来世界钢铁总产量及消耗量的60%都将来自亚洲,尤其是中国。目前中国钢产量约占全球钢产量的34%,市场消费量约占全球的33%,已成为全球钢铁产量与消费量最大的国家。预计到2010年,建筑、机械、汽车、造船、铁道、石油、家电、集装箱等八大行业2010年需用钢材达2.61亿吨。中国金属加工、成形行业的市场总量巨大,正成为亚洲乃至全球金属加工、成形行业的中心。
    二、稀有金属复合材料增长速度依然较快
    随着国家环保产业政策实施力度的加强,稀有金属复合材料在电力烟气脱硫设备的应用持续增长,同时化工行业的投资国产化程度大大加快,也为稀有金属材料的发展提供了良好发展机遇,07年上半年化工行业的销售比重已经超过50%,是主要的增长点。国家产业政策的支持、较高的技术壁垒、产业升级的需求拉动为行业的发展提供了广阔空间。
    稀有金属复合材料行业,作为一种新型材料是国家鼓励类的产业结构,其传统应用领域的是电厂的烟气脱硫装置,国家节能排污环保政策的进一步推进,为稀有金属材料行业的发展提供政策上的支持也为行业需求的拉动提供了稳定的基础。而随着国家宏观经济的好转,化工行业的固定资产投资也在快速发展,化工设备的国产化为稀有金属材料行业发展提供的新的发展机遇。05年以后在化工行业的应用发展最为迅速,07年开始已经超过传统在电力行业的应用。中国装备制造业的结构升级尤其是在数控机床、大型成套设备上的更新换代也为稀有金属材料行业的发展提供广阔的发展空间。
    稀有金属材料行业在技术门槛上相对也比较高。尤其是爆炸复合焊接需要现场爆炸,而民用爆炸需要取得许可证。
    稀有金属材料主要应用于大规模、连续性的化工、电力行业,客户的资源积累对于缺乏技术、规模支持的新进入者构成了很高的壁垒稀有金属材料行业的整体规模还比较小,客户的需求个性化特征比较明显,这对于资金实力雄厚的大企业缺乏足够的吸引力,因此这一块市场对大企业构成市场障碍公司的其他业务如金属纤维,主要用于化工、汽车尾气过滤,国家的节能排污政策的推广也为行业的发展提供了良好发展机遇。而难溶金属制品主要应用于冶金、航天航空、核能、电子等高科技产业,这些产业的快速发展对于难溶金属制品行业也是良好的机遇。
    三、不锈钢复合板
    在整个现代化进程中,许多行业为了提高容器和构件的使用寿命需要使用优质或贵重的材料,如果在普通金属上包覆一层特殊性能的材料来代替纯贵重材料的使用,既满足使用要求又避免浪费,那将最为理想,这种材料就是双金属复合材料。其复合层常有铜、钛、银等有色金属或贵重金属,以及工具钢、模具钢、不锈钢等特种钢材。不锈钢复合钢板是一种以碳钢为基体单面或双面整体连续地包覆0.1-20MM不锈钢的两种金属高效节能材料。它充分发挥两种材料特性优势,既具有不锈钢的耐腐蚀、耐磨性、抗磁性、豪华性和装饰性;又具有碳钢良好的可焊性、成型性、拉延性和导热性,因而它是一种多功能材料。同时由于它可节约镍铬合金,可降低成本,价格低廉,因而被广泛用于石油、化工、制盐制碱等国民经济和行各业,用于取代全不锈钢,甚至取代B30铜和蒙及尔合金,具有巨大的社会经济效益。
    (一)不锈钢复合中板的应用范围和市场容量
    1.产品品种规格
    单面复合:不锈钢+碳钢或普碳钢+特殊钢
    双面复合:不锈钢+碳钢+不锈钢或不锈钢+特殊钢+不锈钢
    规格:(2-5MM)+(8-50MM)
    不锈钢:奥氏体钢,铁素体钢,奥氏体+铁素体钢,铁素体+马氏体钢、马氏体钢
    2.主要用途和用量
    不锈复合中板是我国国民经济不可缺少的钢材品种,其应用前景十分广阔,国内需求量近期为3万吨,中期为10万吨/年。
    (1) 炼油和石化工业
    高硫、高盐、高酸度值原油的炼制,其主要炼制设备如:常减压塔、吸收塔、分馏塔、稳定塔均需用不锈复合钢板取代普通容器钢板来制造,才能保证必要的寿命。我国老年化的油田也有这个问题。而更主要的是从保护国内资源出发,自95年以来我国有计划地入股世界油田,如苏丹、伊朗、伊拉克、哈萨克斯坦等油田的股份,每年约购入5000万吨高硫原油,使我国炼油行业必须满足这些高硫原油的高腐蚀性的挑战。铁素体不锈钢复合钢是该行业首选的复合钢板仅此一项每年约需用5000吨以上。
    此外,随着对石油、天然气的开发和对高H2S、SO2及含氮离子气田的开发,国内外采用不锈复合钢板作为输油、输气管线,我国设计部门已经在考虑采用不锈复合的焊管。例如我国正同三菱公司和埃克森公司一起请人考究一条从德黑兰到东京的7000KM长的输油管道的可行性,从哈萨克斯坦到新疆的输油管工程将开工,这些都是潜在市场。此外石油化工如合成橡胶、乙烯等石化产也将大量使用不锈钢复合钢板,保守估计仅大口径复合焊管一项每年约需2000吨。
    (2)制盐制碱工业及其它化工工业
    我国基础化工产品名列世界前茅,普通制盐的母液蒸罐、真空制卤的蒸发室已普遍采用复合钢板取代塞焊板:化学工业的高压釜、结晶器,贮藏槽等都已用上了不锈钢复合钢板,只不过是大多是推焊制造的。随着对不锈复合钢板的破坏机理的深入研究,在强腐蚀介质条件下采用复合钢板取代100%不锈钢的可能性愈来愈大。70年代引进的13套大化肥和自制的上百套小化肥设备的改造中,对不锈复合钢板的需求正在提上议事日程,仅化学工业一项每年需求量约1万吨。
    (3) 电力工业
    水电工业中用于排沙底孔,导流底空的钢衬,以及船闸廊道、闸坂的衬板等,其基本要求是高耐磨性、抗冲击性和适当的耐蚀性。电力工业对复合板的要求是近几年才提到的日程上的,但来势迅猛,数量惊人,仅一座三峡大坝上便需要1.5万吨之多,而横断山脉的水力蕴藏量是三峡的10余倍,此外广西等地均有相当的水力资源,水电行业的应用前景是十分诱人的。水利专家预测:如果今后地球上还有超过三峡水利工程的话,那一定是我国的西南。届时,谁能提供大幅面的马氏体不锈钢复合钢板,谁就主宰了水电市场,这是帝圣公司的目标之一。
    每座大型水电厂大约需200吨复合钢板,主要用于料仓、料斗、溜槽、脱水器等部位,不过近年来由于对环保要求的提高,降底空气中的SO2的烟气脱硫工程的出现,不锈钢复合钢板将成为火电厂的首选材料,每座火电厂特别是大城市的火电厂需另增双相不锈钢复合板300-400吨。
    (4)建筑结构管
    用不锈复合钢管建设大型体育场馆的屋顶是集美观与经济于一体的永久型建筑设计。椐悉2008年青岛奥运场馆的复合结构管已由马来西亚华人在积极试制,其市场战略是先青岛后北京再上海,要拿下整个奥运场馆和世博展馆的结构管订单。用爆炸法是难以生产出这种大复基比的复合材料的,该项任务就自然地落到了轧制法的肩上,如果再铺之以抛光表面,则可抢到先机。
    (5)金属镁精炼炉
    金属镁是重要的战物资源又是国民经济的基础资源,精密铸造,及铝合金的制造等领域,我国生产40多万吨,其90%以上是利用皮江法生产的。用该法生产出来的粗镁要在精炼炉中经过再熔和脱除杂质的精炼过程,才能达到合格的产品。
    中国是镁储量大国,也是镁生产大国。山西更是得天独厚,现已探明储量,山西省境内的镁储量占全国产量的70%,占全球的40%,地处山西南部的山西银光镁业公司以年产量17万吨的资历多年来一直位居全国前三甲。据不完全统计省内共有镁厂近90家,多数属于民营企业,规模较小。近两年发展较快,年产约万吨的厂家仅太原就有两家。目前省内诸多产镁企业存在的一个共性问题是产品级别低,科技附加值低。这注定价格上去。国外企业将山西的半成品镁锭收购后,经合金化等深加工后再买回国内,价格会翻到十几倍,外汇大量流失。造成这种现象的原因之一是,精炼设备和精炼工艺的落后所致。
    目前国内硅热法还原制镁精炼炉大多采用井式炉,其热源主要是外热式燃煤和煤气或电力。通过炉壳将热量传给炉内的金属镁,进行熔化和精炼。精炼锅大多是奥氏体热强钢,离心浇铸筒体与普通烧铸封头焊接而成。因其材料本身导热性和可焊性都很低,加之铸造过程中不可避免的铸造缺陷,导致使用中存在着热效率低、炉子寿命低、生产率低、燃料浪费大、成品质量差等重大问题。
    采用复合钢板制做的精炼炉可提高精炼炉的使用寿命。2002年全国金属镁产量已突破40万吨大关,产地集中在山西省和以山西为中心的周边省、河南省、内蒙、宁夏按现行的精炼炉寿命期产量计算每年需2000只精炼炉。需专用不锈钢复合钢板2000吨/年。
    (6) 贮运行业
    乙二醇、橄榄油、啤酒等液体的贮罐和专用槽车的制造现已逐渐采用不锈钢复合材料,年需求量不断增长,抛光复合板愈来愈受青睐。预计每年约2000吨。
    (7) 大口径工业焊管
    主要用于各种腐蚀介质的输送,高硫原油的输送等。
    此外,随着城市建设的飞速发展,煤气已成为居民燃料结构的主要组成部分,错综复杂的煤气管的防腐问题已成为城市安全防范目标之一,复合焊管的应用前景是乐观的。
    (8)大型照明灯杆、路灯杆、旗杆
    随着城市建设的发展,对耐腐蚀、美观典雅的匀变截面灯杆的需求已经提到议事日程上,目前市场上出现的包敷式的复合直管已无法满足各种造型的要求,而用轧制法生产出来的抛光复合钢板可制成各种变截面灯杆,效果十分理想。大中城市每条街约需这种材料200—500吨,前景十分看好。据悉北京2008年奥运会主灯杆每支价值40000元。
    (9) 建筑用结构管
    抛光不锈钢复合中板是各种体育馆、展览馆球结点管结构的首选材料,已经有人将目光瞄准2008年北京奥运和2010年上海世博会的钢结构管,将不锈钢复合管全面推向市场。
    (二)不锈复合冷轧钢板和钢带的品种和市场容量
    1.产品说明
    不锈复合钢冷轧薄钢板是以深冲钢或用户指定的其它碳钢为层基,在两面整体地连续包覆一定厚度的不锈钢,然后施以热轧和冷轧而成和特种钢板。可广泛应用于建筑门窗、幕墙、轻工、食品医药卫生、环境保护等部门。近几年来在建筑门窗、幕墙、焊管方面的应用正在探索中前进。
    该项新产品在国外尚无应用报导,亦无专用标准可鉴。日本JISG3601不锈钢标准中规定的产品范围为8MM以上,没有包括薄板和薄带更不包括冷轧产品。美国ANSL/ASTNA263耐腐蚀铬钢复合钢板、薄钢和钢带标准中规定的产品规格范围为2.7MM×254MM热轧板和2.73MM×609.6MM冷轧板、在同一标准中兼有热轧板和冷轧板,并且这种材料通常只用压力容器。我国于1997年11月发布的不锈复合冷轧钢板和钢带(GB/T17102—1997)国家标准是目前国际和国内该产品和第一代标准,其应用范围主要偏重于民用和非压力容器用。
    2. 产品品种规格
    复合板总厚度:0.7-3.0MM
    复合钢板宽度:250-1200MM
    复合钢板长度:单张或卷
    复层厚度:双面对称型复合钢板复层厚0.07-1.0MM
    双面非对称型复合钢板复层厚0.07-1.0MM
    用于焊接工艺的复合钢板复层厚0.15MM
    基层钢号:05AI 08AI
    复层钢:奥氏体不锈钢
    3. 应用和市场前景
    复合中板和复合薄板(带)的应用是不锈复合钢板应用的两只轮子;而工业和民用的应用则是它的另两只轮子。复合中板大多应用于工业;复合薄板(带)又大多应用于民用。人们常常在重视复合钢板工业应用的同时,忽视了它在民用项目中的应用,这就导致了复合钢板市场发育出现了偏废现象。实际上,冷轧不锈复合薄钢带在人们的日常生活中可应用的项目很多,其用量应远大于主要应用于工业的复合中板。
    (1) 建筑行业的应用
    随着在建筑和高档建筑中对门窗材料的功能性、装饰性、工艺性诸项要求的提高,不锈钢冷轧钢板将是今后高层建筑、沿海建筑的首选最佳材料。不锈钢门窗比铝合金门窗具有高得多的抗风载强度、保温性和抗腐蚀性等优点,但令门窗制造厂家深感头痛的是不锈钢的强度较高,在轧制型材过程中残余变形大,尺寸精度难以控制,而不锈复合钢板因其碳钢基板和复层材料巧妙和设计配合使冷做硬化大大减小弯曲园角半径减小工件形状美观,恰好扬长避短,因而是当今最具有发展潜力的新型高档门窗用材,已经受到建筑行业选觉者的青睐。近期需求量2万吨/年,中期需求量10万吨/年。
    此外,高层高档建筑中的幕墙是提高建筑物外装饰、丰富城市景观的关键部位,由于不锈钢幕墙装饰效果极佳,其格调高雅、明快、鲜亮醒目、安全可靠,给整个建筑物增添光彩和实力,因而已经成为我国建筑装饰的趋势。复合钢板在其保持全不锈钢功能的基础上,令成本大大降低,因而将会是幕墙骨架的最佳首选材料。近期需求量2000吨/年,中期需求量1万吨/年
    西方国家50年代就出现了不锈钢幕墙和外墙,但真正引起全球关注的还是80年代后期,由于每个建筑项目的用量基本上都在1000-2000吨,因而各家的争夺十分激烈。在我国不锈钢框架玻璃幕墙以其豪华华丽的外观、极强的耐腐蚀性极少的维护费用以及强度高、寿命长等特点引起建筑师和用户的关注,很有发展前途。近2年我国每年安装500万-600万M2的幕墙,按每平方米框架12KG计算,需钢材7.2万吨,不锈钢复合钢板以其比不锈钢优越的可加工性和低50%的热膨胀系数和相同的表面质量,低30%-40%的售价,对市场的吸引力是显而易见的,如能有10%市场即7200吨已经是一个十分可观的数字了。
    95期间我国建筑物每年需窗8000万M2,普通钢窗加彩板钢窗40%,塑钢窗15%、铝窗33%、其它12%,其中不锈钢窗仅占0.6%,按9KG/M2计算,需不锈钢4320吨。这什么不锈钢强度高、不生锈、豪华典雅的高级材料在门窗上推广步履艰难呢?其原因正如中国门窗研究所主要领导分析的那样;开发不锈钢门窗型村存在“三难”:一是成型难,不锈钢冷作硬化大,回弹大,轧制比较困难,歪扭严重,过渡圆弧大,型材难以达到标准;二是保持表面质量难,板面愈光亮,缺陷和不平愈明显,加工组窗难,这仍与强度较高有关;三是全不锈钢价格高。而不锈复合钢板是可以克服这“三难”的;复合板的加工同彩板一样,可同彩板共用一套模具,可降低成本,提高生产率。通过进一步发展,不锈钢复合板钢窗的价格可降为245-260元/M2,与铝窗的价格已经相当接近了,而使用效果却要好得多。
    塑钢门窗有着材料自身难以克服的四大问题:一是着火后放出有害的二恶英,二是所有的PVC都含有铅盐,三是老化发黄,四是塑料变形系数大,冬天缩缝夏天伸撑变形。有鉴于此,塑钢门窗热正在退潮。由于不锈复合钢门窗型料的开发速度迟缓,因而铝门窗得到了回潮的机会。
     

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