國(guó)內(nèi)外鎂合金板材生產(chǎn)與展望

王永昌

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了鎂合金板（帶）材的生產(chǎn)方法以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，以及采用雙輥鑄軋技術(shù)生產(chǎn)鎂合金板（帶）材具有生產(chǎn)的連續(xù)化程度強(qiáng)、成品率高；短流程、低成本以及可大規(guī)模進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)及市場(chǎng)推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鎂合金；板帶材；雙輥鑄軋；均勻化處理

中圖分類號(hào)：TG146 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 鎂合金板（卷）材的應(yīng)用前景

鎂合金是目前工業(yè)上應(yīng)用最輕的金屬材料，由于它具有較強(qiáng)的比強(qiáng)性、比剛性、減震性和電磁屏蔽性及易切削性等綜合性能而成為電子通訊、現(xiàn)代汽車、印刷影印、軌道交通、航空航天及軍工武器等行業(yè)的重要新型材料，尤其是人類對(duì)能源和環(huán)境非常關(guān)注的今天，鎂合金產(chǎn)品受到日益重視，具有廣闊的市場(chǎng)開發(fā)應(yīng)用前景。

鎂板是目前鎂業(yè)深加工領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品，由于鎂合金晶體結(jié)構(gòu)是密排六方結(jié)構(gòu)，滑移系數(shù)小、低溫塑性變形能力差，過(guò)去的十多年中在鎂板軋制工藝沒(méi)有取得長(zhǎng)足的發(fā)展、成品率低、成本高，市場(chǎng)難以接受。近年來(lái)，隨著原鎂價(jià)格的下降和高溫耐熱、高強(qiáng)耐蝕、塑性變形能力強(qiáng)等新型鎂合金的出現(xiàn)，鎂板軋制工藝的改進(jìn)，生產(chǎn)成本逐漸下降，產(chǎn)品越來(lái)越被市場(chǎng)接受，使國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)入該領(lǐng)域，生產(chǎn)和研制不同用途的各類鎂板。

目前鎂板的生產(chǎn)和市場(chǎng)處境，正像十多年前的鋁板市場(chǎng)一樣，那時(shí)，幾乎鋁板市場(chǎng)是一片空白，但隨著這十年來(lái)的發(fā)展，鋁板市場(chǎng)增長(zhǎng)速度有目共睹，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，最早建立鋁板生產(chǎn)線的廠家現(xiàn)在大都成為行業(yè)龍頭，享受市場(chǎng)高速增長(zhǎng)的紅利。鎂板的應(yīng)用范圍和前景同樣十分廣闊，鋁板可以涉足的領(lǐng)域鎂板大多也可涉足。使用鎂板生產(chǎn)的沖壓件，比起現(xiàn)在普遍采用鎂壓鑄工藝生產(chǎn)的壓鑄件，具有成品率高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。因此未來(lái)一部分鎂壓鑄產(chǎn)品將會(huì)被鎂板沖壓產(chǎn)品取代。而且利用鎂的材料特性，鎂板將會(huì)被大規(guī)模用于制造汽車前后蓋板、汽車門板、動(dòng)車外殼、動(dòng)車底座及床鋪、以及飛機(jī)和火箭等航空航天器上。目前的鎂板市場(chǎng)就像一片藍(lán)海，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2 鎂板材生產(chǎn)工藝

鎂板生產(chǎn)工藝一般分為兩大類：即傳統(tǒng)的軋制工藝和雙輥鑄軋工藝。

2.1 傳統(tǒng)軋制工藝：將鎂合金錠進(jìn)行預(yù)熱、熔煉、凈化，鑄造成一般為0.3m×1m×2m的扁坯，將扁坯在480℃下進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)的初次均質(zhì)化處理，然后進(jìn)行多次、往返、連續(xù)的熱軋、溫軋，形成5mm～6mm厚的板材，再將板材在340℃下進(jìn)行退火、精加工后生產(chǎn)出成品。該工藝成本高（扁坯成本大約為 5萬(wàn)/噸，加工成本大約為9萬(wàn)/噸）、耗時(shí)多、成品率低（一般在20%～40%）、如果生產(chǎn)薄板，成品率更低，每批次的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、不能連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量受限，無(wú)法支持大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)，只能小規(guī)模為軍工企業(yè)生產(chǎn)中厚板，每年產(chǎn)量大約在1000t左右，產(chǎn)品厚度和寬度均滿足不了當(dāng)前汽車制造和電子產(chǎn)品市場(chǎng)的需求。

2.2 雙輥鑄軋工藝：第二類是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外開發(fā)的雙輥鑄軋工藝，該工藝將熔融后的鎂合金液體直接用泵咀均勻地噴射到雙輥軋機(jī)輥面之間，用軋輥內(nèi)的冷水冷固，通過(guò)輥縫一次性、連續(xù)鑄軋成3mm～3.5mm板帶，然后進(jìn)行2～5次的連續(xù)溫軋、平整、熱處理等精加工后生產(chǎn)出0.5mm～1.5mm厚，600mm～1800mm寬的鎂卷材成品，成品率均在93%以上，直接應(yīng)用于電子產(chǎn)品制造上。該工藝極大地提高了產(chǎn)品的成品率，省去了傳統(tǒng)工藝多次壓軋過(guò)程，生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低、工藝成熟、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可規(guī)?；?、商業(yè)化生產(chǎn)，是目前生產(chǎn)低成本、高性能鎂合金板材的現(xiàn)代工藝。

2.3 工藝流程

傳統(tǒng)軋制工藝流程：坯錠預(yù)熱→熔煉→凈化→鑄錠→均勻化→洗面→加熱→熱軋（多次加熱）→溫軋（多次退火）→冷軋→成品退火→板材分剪→成品堆扎。

雙輥鑄軋工藝流程：鎂錠預(yù)熱→熔煉→鎂液凈化→雙輥鑄軋→少量溫軋→成品退火→板材分剪→成品堆扎。

3 鎂合金板材生產(chǎn)現(xiàn)狀

隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鎂板材消費(fèi)結(jié)構(gòu)有了較大的變化，尤其是近幾年，隨著鎂材價(jià)格的降低和高溫耐熱、高強(qiáng)耐蝕等新型鎂合金的發(fā)展，使各國(guó)研發(fā)機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司對(duì)鎂板的開發(fā)和生產(chǎn)頗感興趣，鎂板的生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟。

CSIRO—澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織，該組織經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)十多年的研究，在鎂合金及鎂合金板材生產(chǎn)方面取得了可喜的成果。CSIRO已開發(fā)出了具有專利權(quán)的鎂合金板材雙輥鑄軋技術(shù)，將熔融AZ31鎂液噴射至雙輥之間進(jìn)行鑄軋、冷卻，即軋制出厚度為3mm～3.5mm、寬幅為600mm的鎂合金鑄態(tài)卷板，再將鑄態(tài)卷板進(jìn)行少量的溫軋及精加工后，即可生產(chǎn)出3C產(chǎn)品所需的寬幅600mm，厚度0.5mm～1.5mm的成品鎂板，工藝成熟，技術(shù)處于世界領(lǐng)先。CSIRO的技術(shù)獨(dú)特在于它能有效地優(yōu)化顯微組織，最小化缺陷，最大化鎂板強(qiáng)度和成型性。CSIRO生產(chǎn)的鎂合金板樣品已在日本和美國(guó)分別進(jìn)行了制造3C產(chǎn)品零部件和汽車部件的精加工檢驗(yàn)，被確定性能先進(jìn)，符合生產(chǎn)3C產(chǎn)品和汽車零部件的要求。目前CSIRO正在致力于將寬幅為600mm鎂板材技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。

CSIRO更期望將本項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)的鎂板材生產(chǎn)上，但寬幅600mm的板材顯然不能滿足汽車工業(yè)的要求，目前汽車工業(yè)對(duì)鎂合金板材的寬幅要求一般在1800mm以上，為此，CSIRO正在進(jìn)行該技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)和產(chǎn)品尺寸的提升，使600mm的寬幅擴(kuò)大至1800mm～2000mm。

德國(guó)的GKSS鎂技術(shù)工程中心對(duì)雙輥鑄軋鎂合金板材技術(shù)也進(jìn)行了多年的研究，尤其是在鎂合金的鑄造、壓軋、表面防腐等方面在材料晶相控制和加工工藝上都有很多研究和前期技術(shù)儲(chǔ)備，后段精加工方面也取得了新的進(jìn)展。德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)是德國(guó)最大的國(guó)家級(jí)科研機(jī)構(gòu)，新型鎂合金的研發(fā)及其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是吉斯達(dá)赫材料研究中心研究的主要對(duì)象，該中心研發(fā)并建成的雙輥鑄軋和溫軋示范廠，使板材連續(xù)的變薄。目前，這種優(yōu)化后的寬幅為650mm，最小厚度為4mm的AZ31鎂合金鑄軋板材各項(xiàng)參數(shù)符合批量生產(chǎn)工業(yè)用材的要求，并能吸引投資伙伴，進(jìn)行合作生產(chǎn)或技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

2011年初，韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司（POSCO）在韓國(guó)全羅南道的順川建設(shè)鎂板材項(xiàng)目，開發(fā)和生產(chǎn)寬幅鎂合金板材，該項(xiàng)目年設(shè)計(jì)能力為1萬(wàn)噸鎂合金板材，寬幅1800mm～2000mm，產(chǎn)品定位于汽車行業(yè)，于2012年10月投產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)已成功生產(chǎn)出汽車前后蓋板及門板產(chǎn)品，并與韓國(guó)現(xiàn)代、韓國(guó)起亞和日本豐田等汽車廠家簽訂意向供貨協(xié)議。早在2007年，浦項(xiàng)在此就有一生產(chǎn)能力為3000噸/年，寬幅為600mm的鎂板廠在運(yùn)營(yíng)，產(chǎn)品用于生產(chǎn)移動(dòng)設(shè)備的硬質(zhì)外殼，如移動(dòng)手機(jī)和筆記本電腦。

德國(guó)MgF Magnesium Flachprodukte（蒂森克虜伯鎂板生產(chǎn)廠）于2010年與弗萊貝格工業(yè)大學(xué)聯(lián)合，在德國(guó)弗萊貝格用鑄軋技術(shù)生產(chǎn)鎂合金板材，其寬幅為180mm～650mm，厚度為5mm，然后用溫軋工藝生產(chǎn)厚度為0.5mm～5.0mm的不同尺寸的板材或卷材，產(chǎn)品用于汽車制造和航空航天工業(yè)制造業(yè)。

澳大利亞迪肯大學(xué)前沿材料研究院，莫納什大學(xué)材料工程系開發(fā)的牌號(hào)EX1變形鎂合金比傳統(tǒng)的AZ31變形鎂合金更具有可塑性，擠壓速度快，生產(chǎn)效率高。EX1合金用于擠壓和鍛造鎂合金板材和型材，其擠壓速度比傳統(tǒng)的AZ31合金快5倍，與常用鋁合金型材的擠壓速度一樣，這樣會(huì)大大降低生產(chǎn)成本，該研究院已在其示范廠用這兩種合金擠壓出了8m長(zhǎng)的型材和自行車輪轂，其市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

日本的Gonda Metal、土耳其的VIG Makina，英國(guó)的Magnesium-Electron也在分別生產(chǎn)和開發(fā)AZ61和AZ31等不同類型的鎂合金板材，用于電子產(chǎn)品裝配件和航空航天工業(yè)。

奧地利勞和是一家專門從事鎂合金熔爐及相關(guān)熱處理系統(tǒng)的研制、開發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)，致力于研發(fā)世界最前沿鎂生產(chǎn)工藝及設(shè)備，以拓寬鎂原料的使用領(lǐng)域，通過(guò)該公司的多年研究和與歐美及亞太伙伴公司的合作，也已開發(fā)出了雙輥鑄軋技術(shù)，由液態(tài)鎂合金可直接生產(chǎn)固態(tài)鎂合金卷材。該公司已向全球的鎂板生產(chǎn)商提供了6套鎂合金熔煉系統(tǒng)，其中向韓國(guó)浦項(xiàng)鎂業(yè)分別與2004年和2008年先后提供了兩套設(shè)備，生產(chǎn)寬幅為800mm和1800mm的鎂合金板材，其設(shè)備及生產(chǎn)工藝已得到了市場(chǎng)的廣泛驗(yàn)證和認(rèn)可。

另外，國(guó)內(nèi)也有多家專業(yè)生產(chǎn)鎂合金板材的廠家，如：中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)鋁鎂板材廠、山西銀光鎂業(yè)集團(tuán)、營(yíng)口銀河鋁鎂合金有限公司、西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司等，他們所用工藝均為傳統(tǒng)軋制和雙輥鑄軋工藝，生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品有中厚板和薄板。

2013年初，西安航空基地與陜西工業(yè)技術(shù)研究院等三家企業(yè)共同簽訂協(xié)議，計(jì)劃在西安航空城投資17億元打造年產(chǎn)7萬(wàn)t鎂合金研發(fā)生產(chǎn)項(xiàng)目，將陸續(xù)在園區(qū)內(nèi)建設(shè)新型鎂合金板材、高鐵輕軌和汽車專用鎂合金型材、高純度精煉鎂錠、鎂合金錠、沖壓零部件等生產(chǎn)線，以鎂合金精、深加工產(chǎn)品為主導(dǎo)，建成占地約250畝的高品質(zhì)鎂合金產(chǎn)品的研發(fā)、中試及產(chǎn)業(yè)化基地，總產(chǎn)能將達(dá)到7萬(wàn)t以上。其中的鎂板材項(xiàng)目，采用最新的“鑄軋+溫軋”短流程工藝，年產(chǎn)3000t鎂合金超寬超薄板卷帶。項(xiàng)目建成后，將進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金材料的應(yīng)用市場(chǎng)，大幅降低鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提升鎂合金產(chǎn)品的質(zhì)量和制造水平。

青海鹽湖鎂業(yè)于2009年引進(jìn)原加拿大北海德魯電解鎂廠技術(shù)，一年產(chǎn)電解鎂為10萬(wàn)t的金屬鎂一體化項(xiàng)目在格爾木察爾汗鹽湖正在建設(shè)之中，預(yù)計(jì)2014年投產(chǎn)。與此同時(shí)，青海鹽湖鎂業(yè)也在尋求合作伙伴，一年產(chǎn)1萬(wàn)噸的鎂合金板材加工項(xiàng)目也正在積極計(jì)劃當(dāng)中。

4 鎂合金板材市場(chǎng)分析

目前，國(guó)內(nèi)鎂板主要應(yīng)用在軍工和航空航天領(lǐng)域，民用工業(yè)涉及不多。這主要是因?yàn)閲?guó)內(nèi)鎂板只能通過(guò)老式熱軋溫軋工藝制造，產(chǎn)品產(chǎn)量低，薄板成品率只有35%左右，生產(chǎn)成本高（大約9.5～10萬(wàn)/噸）。因此售價(jià)也高，限制了終端客戶使用。

國(guó)際上，近年來(lái)，隨著原鎂價(jià)格的下降，鎂合金板材生產(chǎn)工藝的提高和高溫耐熱、高強(qiáng)耐蝕等新型鎂合金的出現(xiàn)，鎂板的生產(chǎn)成本逐漸下降，鎂合金板材被越來(lái)越多地應(yīng)用于電子產(chǎn)品、汽車制造及高速列車、城市輕軌等諸多領(lǐng)域，應(yīng)用市場(chǎng)逐漸成熟，鎂板材需求逐年增加。

過(guò)去，電子行業(yè)鎂合金制品大多采用壓鑄機(jī)壓鑄工藝生產(chǎn)，然而，由于薄壁件壓鑄成型技術(shù)不成熟、成品率低、生產(chǎn)成本過(guò)高等不利因素，目前，被易成型、低成本的鎂合金薄板所代替，使得越來(lái)越多的生產(chǎn)商轉(zhuǎn)向用鎂合金板材沖壓電子產(chǎn)品部件。全球每年電子產(chǎn)品對(duì)鎂合金板材的需求量大概在5000t～6000t，寬幅趨于300mm～600mm，厚度在1mm～0.5mm。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2011年筆記本電腦在全球的銷量約為2.1億臺(tái)，其中微型平板電腦約占15%，即：3150萬(wàn)臺(tái)，這些平板電腦中，每臺(tái)鎂板材的量一般占到20%，大約為700g左右，即2011年，鎂合金板材在微型平板電腦中的用量達(dá)到了4410t，預(yù)測(cè)這個(gè)需求量還會(huì)逐年增加，因?yàn)槲⑿推桨咫娔X（如iPad）易于隨身攜帶，被越來(lái)越多的人所接受。平板電腦由于易攜帶、體積小、運(yùn)行速度高、易產(chǎn)生熱量，而鎂合金板材板具有比剛性、輕薄、散熱、電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，故鎂合金板材是微型平板電腦制造商首選的材料之一。

汽車工業(yè)對(duì)鎂板材的需求量也是在逐年成倍的增加。出于節(jié)能與環(huán)保的要求，減輕汽車體重，減少汽油消耗和廢氣排放，汽車上原有的鋼板、鋁板部件被越來(lái)越多的鎂合金板材所取代。據(jù)國(guó)際鎂協(xié)（IMA）的預(yù)測(cè)，未來(lái)2～3年內(nèi)，汽車制造工業(yè)對(duì)鎂合金板材的需求量將會(huì)達(dá)到1萬(wàn)t，僅現(xiàn)代汽車需求量每年在2000t左右，通用汽車公司（GM）已經(jīng)表示有兩個(gè)車型每年需求量為1000t的薄板。汽車用鎂板的寬幅要求一般在1200mm～1800mm，厚度在1mm～1.5mm。

另外，中國(guó)隨著高鐵和城市軌道交通的建設(shè)，也開始大量使用鎂合金板材，主要以鎂合金蜂窩板的形式用于列車的車廂內(nèi)壁和地板，鎂板的使用既能減重，又能吸收震動(dòng)能量，降低噪音，增加列車的舒適性和安全感。據(jù)交通大學(xué)權(quán)教授介紹，中國(guó)即將建設(shè)8橫8縱高速鐵路，急需大量的輕質(zhì)高強(qiáng)度鎂合金板材用于車廂制造。

印刷影印版業(yè)對(duì)鎂合金薄板的需求量未來(lái)幾年也將會(huì)急劇增加，原來(lái)印刷影印版以銅板為主，銅板密度大，造價(jià)高，操作不方便，現(xiàn)在，隨著鎂板材的出現(xiàn)，越來(lái)越多的銅板被鎂蝕刻板所代替，其鎂板厚度為一般為5mm。

在市場(chǎng)價(jià)格方面，隨著鎂板的寬幅和厚度不一樣，市場(chǎng)價(jià)格也不一樣，一般在17～40萬(wàn)元/噸不等，厚度越薄，價(jià)格越高，而生產(chǎn)鎂板的主要原材料AZ31B鎂合金錠的價(jià)格目前在2.1～2.3萬(wàn)元/噸，生產(chǎn)成本大約在8萬(wàn)左右，其中運(yùn)行成本大約為1萬(wàn)元。

鎂合金板材通常按產(chǎn)品厚度劃分為：0.5mm～5mm為薄板，6mm～21mm為中板，22mm～70mm為厚板。薄板一般定位于3C產(chǎn)品及汽車制造業(yè)及輕軌列車，中厚板通常應(yīng)用于航空及軍工領(lǐng)域。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著鎂合金板材加工技術(shù)的提高、生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、生產(chǎn)成本的下降，對(duì)鎂板材的需求量將會(huì)逐年增加，鎂合金板材市場(chǎng)潛力巨大。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鎂材消費(fèi)結(jié)構(gòu)有了較大的變化，尤其是近幾年，隨著鎂材價(jià)格的降低和高溫耐熱、高強(qiáng)耐蝕等新型鎂合金的發(fā)展，鎂合金板材在汽車、電子、印刷、城市輕軌、高速列車等領(lǐng)域的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，致使鎂合金板帶材的供求缺口越來(lái)越大，預(yù)測(cè)到2017年國(guó)內(nèi)鎂合金板材需求約5萬(wàn)t左右。

參考文獻(xiàn)

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