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中國鋁合金鍛造產業矗立世界潮頭

2021-02-23 08:20:00 來源: 中國有色金屬報

  金屬鍛造是一種古老的工藝,幾乎與人類使用金屬材料同時誕生,人類發現與使用金屬的幾千年歷史都伴隨著鍛造技術的發展,電解法提取鋁始於1888年,可是此前的拿破侖時代就用手工錘鍛法以化學法提取的少量鋁為皇室制造器皿和玩具,當時鋁的價格比黃金還貴。

  鋁的機械化鍛造始於19世紀末和20世紀初歐美國家。中國鋁合金鍛造工業基本是解放後發展起來的。1961年,哈爾濱鋁加工廠(現在的東北輕合金有限責任公司)二期項目鍛壓車間建成投產,開中國有現代化鋁鍛造工業的先河,有從蘇聯引進的100MN、50MN、30MN模鍛機各1臺,3MN自由鍛造機1臺,靠模銑床2臺,模鍛件設計生產能力370萬噸/年,自由鍛件生產能力800噸/年,產品主要為航空工業服務。1962年生產了36噸模鍛件,1972年開始生產自由鍛件。到1983年,哈爾濱鋁加工廠共生產模鍛件1.76萬噸,自由鍛件372.8噸,生產能力20.2噸/(MN·a)。

  1973年,西南鋁加工廠(現在的西南鋁業(集團)有限責任公司)300MN模鍛水壓機第三次試車成功,模鍛件設計生產能力2500噸/年。1974年,首批轟六框架H81下線。有八柱立式300MN模鍛水壓機和60MN立式自由鍛造機各1臺,它們都是第一重型機器制造廠設計制造的。後來擴建,增加了一臺100MN自由鍛油壓機、100MN多向模鍛水壓機、500mm徑軸向數控軋環機,鍛件生產能力達68t/(MN·a)。

  改革開放前,中國冶金係統建成的鋁合金鍛造企業就是上述兩廠。另外,航空航天係統建成了4個鍛造廠。

  1966年投產的貴州安大航空鍛造有限責任公司,有引進的10MN、80MN、250MN等溫模鍛機各1臺,環軋機1臺,鍛件生產能力5200噸/年。

  1970年投產的陜西興平鍛造廠(原148廠),有200MN模鍛機1臺,15kN、20kN、50kN、100kN鍛造機各1臺,全部國產,鍛件生產能力9500噸/年。

  1968年投產的漢中群峰機械制造有限公司,總鍛造力93.8MN,有國產40MN、25MN、12.5MN、6.3MN的各1臺,還有3臺鍛造力更小的自由鍛造機,生產能力約405噸/年。

  1970年投產的江西景航航空鍛鑄有限公司,有63MN摩擦壓力機與模鍛機各1臺,80MN及10MN模鍛機各1臺,其它小型鍛造機7臺,都是中國設計制造的,總鍛造力246MN,總生產能力1.11萬噸/年。

  據調查,截至2020年12月,中國約有40家鋁合金鍛造廠(不含車輪的),約有115臺鍛造機,總鍛造力約8000MN,鍛件生產能力總計約36萬噸/年。據估算,設備開工率僅約60%,因此2020年的實際產量僅21.6萬噸,不但滿足了國內需求,還有少量出口。

  鍛造產業躋身世界大國行列

  2020年,中國鋁鍛件與衝擠件(forgingsandImpacts)的產量約34萬噸,鋁材產量3600萬噸(筆者數據),鍛件產量佔鋁材總產量的0.94%,比美國的1%稍小一些,因為中國航空航天鍛件的產量比美國的少,但也說明中國鋁材的結構很合理,鍛件佔的比例與發達國家的很接近,可以說中國與美國鋁合金鍛件在鋁材總產量中的佔比幾乎相等。2020年,中國鋁合金鍛件產量約佔全球總產量的48%,美國的產量只有中國產量的68%。中國穩居世界鋁合金鍛件與衝擠件產量第一大國,美國第二,日本第三,德國第四,俄羅斯第五。俄羅斯航空航天鍛件的產量雖比日本和德國的大,但其它鍛件卻少得多。

  中國擁有世界上最多的大鍛造機,我們可把鍛造力在100MN到500MN之間的鍛造機定義為大鍛造機,把鍛造力大於500MN的定義為重型或超大鍛造機。截至2020年12月,中國擁有大鍛造機約21臺;重型鍛造機3臺,它們是中國二重集團的800MN模鍛機,南山鋁業的500MN模鍛機,山東航橋新材料的500MN模鍛機。800MN模鍛機,是全球的,是天下鍛壓機的“航母”,是四川德陽第二重型機械集團有限公司設計制造的,安於該公司的鍛造廠內,自2003年投產以來,一直運轉正常,為祖國航空航天工業等提供了大批優質的鋁合金和鈦合金鍛件,該公司還有400MN、200MN、45MN、16MN鍛造機各1臺,鍛造機的這種配置結構極為合理。在重型模鍛機中,俄羅斯有2臺750MN的,法國有1臺650MN的。二重鍛壓廠是中國的鍛壓企業,鍛壓機的總鍛壓力1461MN。

  南山鋁業有4臺鍛壓機,2015年12月以來陸續投產,是中國2015年以後新建的與進的,由法國設計,在中國建的鋁加工廠中,這也是首次,所有鍛造設備全從德國引進。其中125MN、500MN鍛壓機各1臺,由德國新貝爾康普公司(Siempelkamp)制造,於2016年上半年安裝調試完畢。還有25MN、60MN自由鍛造機各1臺,從德國韋普科海底塈J公司(Wepukohypdiulik)引進。項目總鍛造力710MN,設計鍛件生產能力1.4萬噸/年,即約20噸/(a·MN)。此前,南山鋁業與法國賽峰公司、英國羅羅公司進行了很好的合作,向前者交付了首批B737機輪,成為中國能為民航飛機提供鍛造機輪的企業;與後者合作推進了軸類鍛件產品的認證,完成了羅羅公司某型號盤、軸件COSAP檢測。

  第三大鍛造廠是山東航橋航空材料有限公司,2016年8月投產,是北京航空材料研究院與魏橋鋁電有限公司的合資企業,有1臺500MN自由鍛造機,是第一重型機器制造公司提供的;36MN、25MN、16MN模鍛機各1臺;全是天津鍛壓設備有限公司設計制造的。公司鍛壓機的總鍛壓力577MN,設計生產能力1萬噸/年,即約17.3噸/(a·MN)。由以上所述可知,國產鍛壓機的單位擠壓力年生產能力方面與引進的先進設備相比還是有一些差距,但差距不大。

  西北鋁業有限責任公司為南昌艦聲納係統提供了高精度鋁合金鍛件,鋁合金特別是5係合金對海水和海洋環境有很強的抗腐蝕性能,是制造海洋裝備結構件與岸基設施材料之一。西北鋁為我國南昌艦的“水下之眼”海底聲吶係統提供了高精度高質量的鋁鍛件產品。

  鍛造加工有利於產品的工藝優化,能改善其組織結構,具有晶粒較細、大小均勻的特點,經熱加工後變形抗力減小,提高了金屬的塑性和力學性能,並具有良好的耐腐性、導熱性和非磁性,能夠滿足特殊產品所需要的特性。為滿足精密鍛件生產需要,西北鋁引進了8MN鍛壓機,研發和生產部門密切配合,上下聯動,從模具設計、產品試制、工藝完善到形成批量化生產逐層攻關,為中船重工提供了兩種規格近5000件鋁鍛件產品。

  中國鋁合金鍛件向世界航空航天領域挺進

  自1961年,東北輕合金有限責任公司鍛造車間投產以來,我國已建成約40家有一定規模的為航空航天工業和通用制造工業服務的鋁合金鍛造廠(不含車輪廠),為它們提供所需輕合金鍛件的同時,還在積極砥礪前行走向世界,取得了可喜的成就。

  近十幾年來,西南鋁業(集團)有限責公司的鍛件成功進入美國波音公司、歐洲空客公司的供應圈,所產鍛件成功地裝上了它們生產的成千上萬的航天器,翱翔藍天,飛遍天涯海角。

  今年1月,貴州安大航空鍛造有限公司在英國羅羅公司舉行的全球環鍛件及機匣項目競標會議上,取得全球第三、中國地區第一的訂單份額成績,為安大國際民用航空產業發展譜寫新篇章。

  此次競標是繼今年羅羅公司全球機加件競標後舉行的環鍛件及機匣競標項目,安大作為羅羅公司戰略鍛件供應商應邀參加。在公司領導的高度重視和安排部署下,安大競標團隊幾個月前就開始分組整理競標技術方案、生產能力情況、數字化達標情況、價格調整方案等競標資料,為正式競標做好準備。在正式競標的一周內,由於時差原因,團隊成員每天從下午五時一直忙到次日淩晨,通過網絡會議方式向羅羅公司招標團隊陳述競標資料,連續每天近16小時的高強度工作,最終,成功中標。

  近年來,圍繞建成中國特種鍛造基地、打造航天鍛件供應商的企業發展願景,安大依托專業鍛造核心技術優勢,以民用航空等外貿領域為突破口,積極探索和深化與全球知名裝備制造企業的合作,現已發展成為英國羅羅、美國GE、西班牙ITP、法國賽峰、日本IHI等20多個國際知名企業的民用航空鍛件產品的重要供應商。

  宏潤首次用噴射成形錠擠出大直徑鍛造坯料

  今年1月下旬,河北宏潤核裝備科技股份有限公司與江蘇豪然噴射成形合金有限公司合作,用其噴射成形的鋁-鋰合金錠擠壓成功用於制造高端航空航天鍛件的大直徑坯料,還成功擠出了大直徑管材。

  此前,鋁-鋰合金大型鍛件只有美國和俄羅斯具備較為成熟的生產能力,該鋁-鋰合金材料的成功擠壓,為我國鋁-鋰合金行業發展及輕量化產業發展奠定了基礎。

  “這種材料比純鋁材料還要輕3%,但是通過擠壓成型後,它的強度提高了6%,而且產品附加值高,僅僅完成的大直徑鋁-鋰合金棒材及管材這一項業務,就能為企業創造近800萬元利潤。”河北宏潤核裝備科技股份有限公司生產副總經理李福海介紹說。大直徑鋁-鋰合金棒材,為實現我國4∼7m直徑鋁合金環形鍛件高精度高性能設計制造提供了有力保障,也為企業發展奠定了堅實基礎,拓寬了發展領域。

  據悉,鋁-鋰合金大型鍛件擠壓棒坯由該公司與江蘇豪然噴射成形合金有限公司共同合作完成,這是該公司繼2020年以來完成四代核電快堆壓力管、核級P11 1079mm管、316H  1020mm管、650℃高溫G115科研三通、P92鋼管、鎳基合金棒材、7075大口徑鋁合金擠壓成形產品等多項特殊產品後的又一創新力作。江蘇豪然噴射成形合金有限公司是目前國內首家專業從事噴射成形高性能合金研發、生產和銷售的高新技術企業,工業化生產航空航天、先進工業等高端領域亟需的關鍵合金材料,主要包括鋁合金、硅-鋁電子封裝材料、合金鋼、鋁-鋰合金等。

  群星燦爛的鍛造鋁合金

  鋁合金具有一係列的優點,因此其鍛件具有等同的性能,諸如:低的密度,鋁合金的密度只有鋼的34%,銅的30%,因此等強度鋁合金鍛件質量只有鋼鍛件的54%;比強度、比剛度、比彈性模量大,疲勞強度高;顯微組織細密均勻,很少有可見的缺陷,其可靠性遠高於鑄件及壓鑄件;良好的成形性,可鍛成種種形狀復雜的鍛件;高強的抗蝕性,良好的導熱性,又無磁性,遠優於鋼鍛件;表面性能良好,亮麗光潔,還有的表面處理性能(常用的鍛造鋁合金特性及典型應用見下表)。(作者:王祝堂)

  鍛造鋁合金特性及其典型應用

中國鋁合金鍛造產業矗立世界潮頭

中國鋁合金鍛造產業矗立世界潮頭

  注:A—優,B—良,C—一般,D—差。


(責任編輯:靜水)