中国铝合金锻造产业矗立世界潮头
http://www.chinabathware.com 2021-02-23 00:00:00 中国有色金属报

  金属锻造是一种古老的工艺,几乎与人类使用金属材料同时诞生,人类发现与使用金属的几千年历史都伴随着锻造技术的发展,电解法提取铝始于1888年,可是此前的拿破仑时代就用手工锤锻法以化学法提取的少量铝为皇室制造器皿和玩具,当时铝的价格比黄金还贵。

  铝的机械化锻造始于19世纪末和20世纪初欧美国家。中国铝合金锻造工业基本是解放后发展起来的。1961年,哈尔滨铝加工厂(现在的东北轻合金有限责任公司)二期项目锻压车间建成投产,开中国有现代化铝锻造工业的先河,有从苏联引进的100MN、50MN、30MN模锻机各1台,3MN自由锻造机1台,靠模铣床2台,模锻件设计生产能力370万吨/年,自由锻件生产能力800吨/年,产品主要为航空工业服务。1962年生产了36吨模锻件,1972年开始生产自由锻件。到1983年,哈尔滨铝加工厂共生产模锻件1.76万吨,自由锻件372.8吨,生产能力20.2吨/(MN·a)。

  1973年,西南铝加工厂(现在的西南铝业(集团)有限责任公司)300MN模锻水压机第三次试车成功,模锻件设计生产能力2500吨/年。1974年,首批轰六框架H81下线。有八柱立式300MN模锻水压机和60MN立式自由锻造机各1台,它们都是第一重型机器制造厂设计制造的。后来扩建,增加了一台100MN自由锻油压机、100MN多向模锻水压机、500mm径轴向数控轧环机,锻件生产能力达68t/(MN·a)。

  改革开放前,中国冶金系统建成的铝合金锻造企业就是上述两厂。另外,航空航天系统建成了4个锻造厂。

  1966年投产的贵州安大航空锻造有限责任公司,有引进的10MN、80MN、250MN等温模锻机各1台,环轧机1台,锻件生产能力5200吨/年。

  1970年投产的陕西兴平锻造厂(原148厂),有200MN模锻机1台,15kN、20kN、50kN、100kN锻造机各1台,全部国产,锻件生产能力9500吨/年。

  1968年投产的汉中群峰机械制造有限公司,总锻造力93.8MN,有国产40MN、25MN、12.5MN、6.3MN的各1台,还有3台锻造力更小的自由锻造机,生产能力约405吨/年。

  1970年投产的江西景航航空锻铸有限公司,有63MN摩擦压力机与模锻机各1台,80MN及10MN模锻机各1台,其它小型锻造机7台,都是中国设计制造的,总锻造力246MN,总生产能力1.11万吨/年。

  据调查,截至2020年12月,中国约有40家铝合金锻造厂(不含车轮的),约有115台锻造机,总锻造力约8000MN,锻件生产能力总计约36万吨/年。据估算,设备开工率仅约60%,因此2020年的实际产量仅21.6万吨,不但满足了国内需求,还有少量出口。

  锻造产业跻身世界大国行列

  2020年,中国铝锻件与冲挤件(forgingsandImpacts)的产量约34万吨,铝材产量3600万吨(笔者数据),锻件产量占铝材总产量的0.94%,比美国的1%稍小一些,因为中国航空航天锻件的产量比美国的少,但也说明中国铝材的结构很合理,锻件占的比例与发达国家的很接近,可以说中国与美国铝合金锻件在铝材总产量中的占比几乎相等。2020年,中国铝合金锻件产量约占全球总产量的48%,美国的产量只有中国产量的68%。中国稳居世界铝合金锻件与冲挤件产量第一大国,美国第二,日本第三,德国第四,俄罗斯第五。俄罗斯航空航天锻件的产量虽比日本和德国的大,但其它锻件却少得多。

  中国拥有世界上最多的大锻造机,我们可把锻造力在100MN到500MN之间的锻造机定义为大锻造机,把锻造力大于500MN的定义为重型或超大锻造机。截至2020年12月,中国拥有大锻造机约21台;重型锻造机3台,它们是中国二重集团的800MN模锻机,南山铝业的500MN模锻机,山东航桥新材料的500MN模锻机。800MN模锻机,是全球的,是天下锻压机的“航母”,是四川德阳第二重型机械集团有限公司设计制造的,安于该公司的锻造厂内,自2003年投产以来,一直运转正常,为祖国航空航天工业等提供了大批优质的铝合金和钛合金锻件,该公司还有400MN、200MN、45MN、16MN锻造机各1台,锻造机的这种配置结构极为合理。在重型模锻机中,俄罗斯有2台750MN的,法国有1台650MN的。二重锻压厂是中国的锻压企业,锻压机的总锻压力1461MN。

  南山铝业有4台锻压机,2015年12月以来陆续投产,是中国2015年以后新建的与进的,由法国设计,在中国建的铝加工厂中,这也是首次,所有锻造设备全从德国引进。其中125MN、500MN锻压机各1台,由德国新贝尔康普公司(Siempelkamp)制造,于2016年上半年安装调试完毕。还有25MN、60MN自由锻造机各1台,从德国韦普科海底里克公司(Wepukohypdiulik)引进。项目总锻造力710MN,设计锻件生产能力1.4万吨/年,即约20吨/(a·MN)。此前,南山铝业与法国赛峰公司、英国罗罗公司进行了很好的合作,向前者交付了首批B737机轮,成为中国能为民航飞机提供锻造机轮的企业;与后者合作推进了轴类锻件产品的认证,完成了罗罗公司某型号盘、轴件COSAP检测。

  第三大锻造厂是山东航桥航空材料有限公司,2016年8月投产,是北京航空材料研究院与魏桥铝电有限公司的合资企业,有1台500MN自由锻造机,是第一重型机器制造公司提供的;36MN、25MN、16MN模锻机各1台;全是天津锻压设备有限公司设计制造的。公司锻压机的总锻压力577MN,设计生产能力1万吨/年,即约17.3吨/(a·MN)。由以上所述可知,国产锻压机的单位挤压力年生产能力方面与引进的先进设备相比还是有一些差距,但差距不大。

  西北铝业有限责任公司为南昌舰声纳系统提供了高精度铝合金锻件,铝合金特别是5系合金对海水和海洋环境有很强的抗腐蚀性能,是制造海洋装备结构件与岸基设施材料之一。西北铝为我国南昌舰的“水下之眼”海底声呐系统提供了高精度高质量的铝锻件产品。

  锻造加工有利于产品的工艺优化,能改善其组织结构,具有晶粒较细、大小均匀的特点,经热加工后变形抗力减小,提高了金属的塑性和力学性能,并具有良好的耐腐性、导热性和非磁性,能够满足特殊产品所需要的特性。为满足精密锻件生产需要,西北铝引进了8MN锻压机,研发和生产部门密切配合,上下联动,从模具设计、产品试制、工艺完善到形成批量化生产逐层攻关,为中船重工提供了两种规格近5000件铝锻件产品。

  中国铝合金锻件向世界航空航天领域挺进

  自1961年,东北轻合金有限责任公司锻造车间投产以来,我国已建成约40家有一定规模的为航空航天工业和通用制造工业服务的铝合金锻造厂(不含车轮厂),为它们提供所需轻合金锻件的同时,还在积极砥砺前行走向世界,取得了可喜的成就。

  近十几年来,西南铝业(集团)有限责公司的锻件成功进入美国波音公司、欧洲空客公司的供应圈,所产锻件成功地装上了它们生产的成千上万的航天器,翱翔蓝天,飞遍天涯海角。

  今年1月,贵州安大航空锻造有限公司在英国罗罗公司举行的全球环锻件及机匣项目竞标会议上,取得全球第三、中国地区第一的订单份额成绩,为安大国际民用航空产业发展谱写新篇章。

  此次竞标是继今年罗罗公司全球机加件竞标后举行的环锻件及机匣竞标项目,安大作为罗罗公司战略锻件供应商应邀参加。在公司领导的高度重视和安排部署下,安大竞标团队几个月前就开始分组整理竞标技术方案、生产能力情况、数字化达标情况、价格调整方案等竞标资料,为正式竞标做好准备。在正式竞标的一周内,由于时差原因,团队成员每天从下午五时一直忙到次日凌晨,通过网络会议方式向罗罗公司招标团队陈述竞标资料,连续每天近16小时的高强度工作,最终,成功中标。

  近年来,围绕建成中国特种锻造基地、打造航天锻件供应商的企业发展愿景,安大依托专业锻造核心技术优势,以民用航空等外贸领域为突破口,积极探索和深化与全球知名装备制造企业的合作,现已发展成为英国罗罗、美国GE、西班牙ITP、法国赛峰、日本IHI等20多个国际知名企业的民用航空锻件产品的重要供应商。

  宏润首次用喷射成形锭挤出大直径锻造坯料

  今年1月下旬,河北宏润核装备科技股份有限公司与江苏豪然喷射成形合金有限公司合作,用其喷射成形的铝-锂合金锭挤压成功用于制造高端航空航天锻件的大直径坯料,还成功挤出了大直径管材。

  此前,铝-锂合金大型锻件只有美国和俄罗斯具备较为成熟的生产能力,该铝-锂合金材料的成功挤压,为我国铝-锂合金行业发展及轻量化产业发展奠定了基础。

  “这种材料比纯铝材料还要轻3%,但是通过挤压成型后,它的强度提高了6%,而且产品附加值高,仅仅完成的大直径铝-锂合金棒材及管材这一项业务,就能为企业创造近800万元利润。”河北宏润核装备科技股份有限公司生产副总经理李福海介绍说。大直径铝-锂合金棒材,为实现我国4~7m直径铝合金环形锻件高精度高性能设计制造提供了有力保障,也为企业发展奠定了坚实基础,拓宽了发展领域。

  据悉,铝-锂合金大型锻件挤压棒坯由该公司与江苏豪然喷射成形合金有限公司共同合作完成,这是该公司继2020年以来完成四代核电快堆压力管、核级P11 1079mm管、316H 1020mm管、650℃高温G115科研三通、P92钢管、镍基合金棒材、7075大口径铝合金挤压成形产品等多项特殊产品后的又一创新力作。江苏豪然喷射成形合金有限公司是目前国内首家专业从事喷射成形高性能合金研发、生产和销售的高新技术企业,工业化生产航空航天、先进工业等高端领域亟需的关键合金材料,主要包括铝合金、硅-铝电子封装材料、合金钢、铝-锂合金等。

  群星灿烂的锻造铝合金

  铝合金具有一系列的优点,因此其锻件具有等同的性能,诸如:低的密度,铝合金的密度只有钢的34%,铜的30%,因此等强度铝合金锻件质量只有钢锻件的54%;比强度、比刚度、比弹性模量大,疲劳强度高;显微组织细密均匀,很少有可见的缺陷,其可靠性远高于铸件及压铸件;良好的成形性,可锻成种种形状复杂的锻件;高强的抗蚀性,良好的导热性,又无磁性,远优于钢锻件;表面性能良好,亮丽光洁,还有的表面处理性能(常用的锻造铝合金特性及典型应用见下表)。(作者:王祝堂)

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