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国内外镁合金板材生产与展望

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1镁合金板(卷)材的应用前景

镁合金是目前工业上应用最轻的金属材料,由于它具有较强的比强性、比例性、减震性和电磁屏蔽性及易切削性等综合性能而成为电子通讯、现代汽车、印刷影和、轨道交通、航空航天及军工武器等行业的重要新型材料,尤其是人类对能源和环境非常关注的今天,镁合金产品受到日益重视,具有广阔的市场开发应用前景。


镁板是目前镁业深加工领域最具发展潜力的产品,由于镁合金晶体结构是密排六方结构,滑移系数小、低温塑性变形能力差,过去的十多年中在镁板轧制工艺没有取得长足的发展、成品率低、成本高,市场难以接受。近年来,随着原镁价格的下降和高温耐热、高强耐蚀、塑性变形能力强等新型镁合金的出现,镁板轧制工艺的改进,生产成本逐渐下降,产品越来越被市场接受,使国内外越来越多的企业和研发机构进入该领域,生产和研制不同用途的各类镁板。


目前镁板的生产和市场处境,正像十多年前的铝板市场一样,那时,几乎铝板市场是一片空白,但随着这十年来的发展,铝板市场增长速

度有目共睹,应用领域也在不断扩大,最早建立铝板生产线的厂家现在大都成为行业龙头,享受市场高速增长的红利。镁板的应用范围和前景同样十分广阔,铝板可以涉足的领域镁板大多也可涉足。使用镁板生产的冲压件,比起现在普遍采用镁压铸工艺生产的压铸件,具有成品率高、生产率高、产品强度高的优点。因此未来一部分镁压铸产品将会被镁板冲压产品取代。而且利用镁的材料特性,镁板将会被大规模用于制造汽车前后盖板、汽车门板、动车外壳、动车底座及床铺、以及飞机和火箭等航空航天器上。目前的镁板市场就像—片蓝海,发展潜力巨大.

2镁板材生产工艺


镁板生产工艺一股分为两大类:即传统的轧制工艺和双轮铸轧工艺。

2⒉.1传统轧制工艺:将镁合金锭进行预热、熔炼、净化,铸造成一般为0.3m×1m×2m的扁坯,将扁坯48℃下进行几个小时的初次均质化处理,然后进行多次、往返、连续的热轧、温轧,形成5mm~6mm厚的板材,再将板材在34℃下进行退火、精加工后生产出成品。该工艺成本高(扁坯成本大约为5万/吨,加工成本大约为9万/吨)、耗时多、成品率低(一般在20%~40%) 、如果生产薄板,成品率更低,每批次的产品质量不稳定、不能连续生产,产量受限,无法支持大规模、工业化生产,只能小规模为军工企业牛产中厚板,每年产量大约在1000t左右,产品厚度和宽度均满足不了当前汽车制造和电子产品市场的需求。

2.2双辗铸轧,工艺:第二类是近年来在国内外开发的双辗铸轧,工艺,该工艺将熔融后的镁合金液体直接用泵咀均匀地喷射到双辗轧机鲲面之间,用轧辐内的冷水冷固,通过辗缝一次性、连续铸轧成3mm~ 3.5mm板带,然后进行2~5次的连续温轧、平整、热处理等精加工后生产出0.5mm~ 1.5mm厚,600mm ~1800mm宽的镁卷材成品,成品率均在93%以上,直接应用于电子产品制造上。该工艺极大地提高了产品的成品率,省去了传统工艺多次压轧过程,生产率高、生产成本低、工艺成熟、产品质量稳定,可规模化、商业化生产,是目前生产低成本、高性能镁合金板材的现代工艺。

2.3工艺流程

传统轧制工艺流程:坯锭预热→熔炼→净化→铸锭→均匀化→洗面→加热一热轧,(多次加热)→温轧(多次火)→冷轧→成品退火一板材分剪→成品堆扎。

双轮铸轧,工艺流程:镁锭预热→熔炼→镁液净化→双轮铜铸轧→少量温轧→成品退火→板材分剪→成品扎。

3镁合金板材生产现状

随着各国经济的发展,镁板材消费结构有了较大的变化,尤其是近几年,随着镁材价格的降低和高温耐热、高强耐蚀等新型镁合金的发

展,使各国研发机构和商业公司对镁板的开发和生产颇感兴趣,镁板的生产技术日趋成熟。

CSIRO-澳大利亚联邦科学与工业研究组织,该组织经过长达十多年的研究,在镁合金及镁合金板材生产方面取得了可喜的成果。CSIRO已开发出了具有专利权的镁合金板材双混铸轧技术,将熔融AZ31镁液喷射至双辗之间进行铸轧、冷却,即轧制出厚度为3mm ~3.5mm、宽幅为600mm的镁合金铸态卷板,再将铸态卷板进行少量的温轧及精加工后,即可生产出3C产品所需的宽幅6OOmm,厚度0.5mm ~1.5mm的成品镁板,工艺成熟,技术处于世界领先。CSIRO的技术独特在于它能有效地优化显微组织,最小化缺陷,最大化镁板强度和成型性。CSIRO生产的镁合金板样品已在日本和美国分别进行了制造3C产品零部件和汽车部件的精加工检验,被确定性能先进,符合生产3C产品和汽车零部件的要求。目前CSIRO正在致力于将宽幅为600mm镁板材技术进行商业化应用。


CSIRO更期望将本项技术应用于汽车行业的镁板材生产上,但宽幅600mm的板材显然不能满足汽车工业的要求,目前汽车工业对镁合金板材的宽幅要求一般在18O0mm以上,为此,CSIRO正在进行该技术的进一步开发和产品尺寸的提升,使60Omm的宽幅扩大至1800mm-2000mm。

德国的GKSS镁技术工程中心对双辗铸轧镁合金板材技术也进行了多年的研究,尤其是在镁合金的铸造、压轧、表面防腐等方面在材料晶相控制和加工工艺上都有很多研究和前期技术储备,后段精加工方面也取得了新的进展。德国亥姆霍兹联合会是德国最大的国家级科研机构.新型镁合金的研发及其在工业领域的应用,是吉斯达赫材料研究中心研究的主要对象,该中心研发并建成的双辗铸轧和温轧示范厂,使板材连续的变薄。目前,这种优化后的宽幅为650mm,最小厚度为4mm的AZ31镁合金铸轧板材各项参数符合批量生产工业用材的要求,并能吸引投资伙伴,进行合作生产或技术转让。―2011年初,韩国浦项钢铁公司(POSCO)在韩国全罗南道的顺川建设镁板材项目,开发和生产宽幅镁合金板材,该项目年设计能力为1万吨镁合金板材,宽幅1800mm ~ 2000mm,产品定位于汽车行业,于2012年10月投产并实现商业化生产,现已成功生产出汽车前后盖板及门板产品,并与韩国现代、韩国起亚和日本丰田等汽车厂家签订意向供货协议。早在2007年,浦项在此就有一生产能力为3000吨/年,宽幅为600mm的镁板厂在运营,产品用于生产移动设备的硬质外壳,如移动手机和笔记本电脑.

德国MgF Magnesium Flachprodukte(蒂森克虏伯镁板生产厂)于2010年与弗莱贝格工业大学联合,在德国弗莱贝格用铸轧技术生产镁合金板材,其宽幅为180mm~ 650mm,厚度为5mm,然后用温轧工艺生产厚度为0.5mm ~ 5.0mm的不同尺寸的板材或卷材,产品用于汽车制造和航空航天工业制造业。

澳大利亚迪肯大学前沿材料研究院,莫纳什大学材料工程系开发的牌号EX1变形镁合金比传统的AZ31变形镁合金更具有可塑性,挤压速度快,生产效率高。EX1合金用于挤压和锻造镁合金板材和型材,其挤压速度比传统的AZ31合金快5倍,与常用铝合金型材的挤压速度一样,这样会大大降低生产成本,该研究院已在其示范厂用这两种合金挤压出了8m长的型材和自行车轮毂,其市场应用前景广阔.

日本的Gonda Metal、土耳其的VIG Makina,英国的Magnesium-Electron也在分别生产和开发AZ61和AZ31等不同类型的镁合金板材,用于电子产品装配件和航空航天工业。

奥地利劳和是一家专门从事镁合金熔炉及相关热处理系统的研制、开发和生产企业,致力于研发世界最前沿镁生产工艺及设备,以拓宽镁原料的使用领域,通过该公司的多年研究和与欧美及亚太伙伴公司的合作,也已开发出了双辗铸轧技术,由液态镁合金可直接生产固态镁合金卷材。该公司已向全球的镁板生产商提供了6套镁合金熔炼系统,其中向韩国浦项镁业分别与2004年和2008年先后提供了两套设备,生产宽幅为800mm和1800mm的镁合金板材,其设备及生产工艺已得到了市场的广泛验证和认可。

另外,国内也有多家专业生产镁合金板材的厂家,如:山东正义物资有限公司,他们所用工艺均为传统轧制和双辐铸轧工艺,生产规模小,产品有中厚板和薄板。

2013年初,西安航空基地与陕西工业技术研究院等三家企业共同签订协议,计划在西安航空城投资17亿元打造年产7万t镁合金研发生产项目,将陆续在园区内建设新型镁合金板材、高铁轻轨和汽车专用镁合金型材、高纯度精炼镁锭、镁合金锭、冲压零部件等生产线,以镁合金精、深加工产品为主导,建成占地约250亩的高品质镁合金产品的研发、中试及产业化基地,总产能将达到7万t以上。其中的镁板材项目,采用最新的“铸轧+温轧”短流程工艺,年产3000t镁合金超宽超薄板卷带。项目建成后,将进一步扩大镁合金材料的应用市场,大幅降低镁合金产品的生产成本,提升镁合金产品的质量和制造水平。

青海盐湖镁业于2009年引进厕拿大北海德鲁电解镁厂技术,一年产电解镁为10万t的金属镁—体化项目在格尔木察尔汗盐湖正在建设之中,预计2014年投产。与此同时,青海盐湖镁业也在寻求合作伙伴,一年产1万吨的镁合金板材加工项目也正在积极计划当中。

4镁合金板材市场分析

目前,国内镁板主要应用在军工和航空航天领域,民用工业涉及不多。这主要是因为国内镁板只能通过老式热轧温轧工艺制造,产品产量低,薄板成品率只有35%左右,生产成本高(大约9.5~10万/吨)。因此售价也高,限制了终端客户使用。

国际上,近年来,随着原镁价格的下降,镁合金板材生产工艺的提高和高温耐热、高强耐蚀等新型镁合金的出现,镁板的生产成本逐渐下降,镁合金板材被越来越多地应用于电子产品、汽车制造及高速列车、城市轻轨等诸多领域,应用市场逐渐成熟,镁板材需求逐年增加.

过去,电子行业镁合金制品大多采用压铸机压铸工艺生产,然而,由于薄壁件压铸成型技术不成熟、成品率低、生产成本过高等不利因素,目前,被易成型、低成本的镁合金薄板所代替,使得越来越多的生产商转向用镁合金板材冲压电子产品部件。全球每年电子产品对镁合金板材的需求量大概在5000t ~6000t,宽幅超于300mm ~600mm,厚度在1mm~0.5mm。

据不完全统计,2021年笔记本电脑在全球的销量约为2.1亿台,其中微型平板电脑约占15%,即:3150万台,这些平板电脑中,每台镁板材的量一般占到20%,大约为700g左右,即2011年,镁合金板材在微型平板电脑中的用量达到了4410t,预测这个需求量还会逐年增加,因为微型平板电脑(如iPad)易于随身携带,被越来越多的人所接受。平板电脑由于易携带、体积小、运行速度高、易产生热量,而镁合金板材板具有比刚性、轻薄、散热、电磁屏蔽等优点,故镁合金板材是微型平板电脑制造商首选的材料之一。

汽车工业对镁板材的需求量也是在逐年成倍的增加。出于节能与环保的要求,减轻汽车体重,减少汽油消耗和废气排放,汽车上原有的钢板、铝板部件被越来越多的镁合金板材所取代。据国际镁协(IMA)的预测,未来2~3年内,汽车制造T业对镁合金板材的需求量将会达到1万t,仅现代汽车需求量每年在2000t左右,通用汽车公司(GM)已经表示有两个车型每年需求量为1000t的薄板。汽车用镁板的宽幅要求一般在1200mm~1800mm,厚度在1mm~1.5mm。

另外,中国随着高铁和城市轨道交通的建设,也开始大量使用镁合金板材,主要以镁合金蜂窝板的开试用于列车的车厢内壁和地板,镁板

的使用既能减重,又能吸收震动能量,降低噪音,增加列车的舒适性和安全感。据交通大学权教授介绍,中国即将建设8横8纵高速铁路,急需大量的轻质高强度镁合金板材用于车厢制造。

印刷强和版业对镁合金薄板的需求量未来几年也将会急剧增加,原来印刷影和版以铜板为主,铜板密度大,造价高,操作不方便,现在.

随着镁板材的出现,越来越多的铜板被镁蚀刻板所代替,其镁板厚度为一般为5mm.

在市场价格方面,随着镁板的宽幅和厚度不一样,市场价格也不一样,一般在17~40万元/吨不等,厚度越薄,价格越高,而生产镁板的主要原材料AZ31B镁合金锭的价格目前在2.1~2.3万元/吨,生产成本大约在8万左右,其中运行成本大约为1万元。

镁合金板材通常按产品厚度划分为: 0.5mm ~ 5mm为薄板,6mm~21mm为中板,22mm~7Omm为厚板。薄板一般定位于3C产品及汽车制造业及轻轨列车,中厚板通常应用于航空及军工领域。


结语

综上所述,随着镁合金板材加工技术的提高、生产规模扩大、生产成本的下降,对镁板材的需求量将会逐年增加,镁合金板材市场潜力巨

大。

随着中国经济的发展,镁材消费结构有了较大的变化,尤其是近几年,随着镁材价格的降低和高温耐热、高强耐蚀等新型镁合金的发展.镁合金板材在汽车、电子、印刷、城市轻轨、高速列车等领域的应用逐步扩大,致使镁合金板带材的供求缺口越来越大,预测到2017年国内镁合金板材需求约5万t左右。



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