特種鋁及鋁合金型材和管材的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

呂寶元，劉煌萍，黎柏松，劉靜安，何梅瓊

(1.西安飛機(jī)工業(yè)鋁業(yè)航材有限責(zé)任公司，西安71000；2.廣鋁集團(tuán)有限公司，廣州510450；3.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326）

特種鋁及鋁合金型材和管材的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

呂寶元1，劉煌萍2，黎柏松2，劉靜安3，何梅瓊3

(1.西安飛機(jī)工業(yè)鋁業(yè)航材有限責(zé)任公司，西安71000；2.廣鋁集團(tuán)有限公司，廣州510450；3.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水平的不斷提高，對(duì)鋁合金擠壓產(chǎn)品質(zhì)量和品種提出了越來(lái)越高的要求，特別是近年來(lái)產(chǎn)品個(gè)性化的出現(xiàn)，促進(jìn)了具有個(gè)性化特點(diǎn)、性能與功能特殊、用途專一的特種型材與管材的發(fā)展。簡(jiǎn)略地介紹與分析了幾種常見(jiàn)的特種鋁及鋁合金型材和管材的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，供同行們參考。

特種鋁合金型材與管材；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

0 前言

鋁材是僅次于鋼材的第二大金屬材料，近幾十年發(fā)展十分迅猛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活各領(lǐng)域獲得了十分廣泛的應(yīng)用。2016年，全世界鋁加工材產(chǎn)銷量均超過(guò)50000kt／a，其中鋁及鋁合金擠壓材的產(chǎn)銷量超過(guò)20000kt／a，占鋁材總產(chǎn)銷量的40%以上。鋁擠壓材中型棒材占90%，其中通用型材和棒材以及中小型民用建筑型材占型棒材的80%以上，大中型型材和特種專用型材和棒材僅約占15%。管材約占鋁合金擠壓材的8%，而異形管材和特種專用管材僅約占管材的20%。由上可見(jiàn)，鋁及鋁合金擠壓材中產(chǎn)銷量最大、應(yīng)用范圍最廣泛的是中小型民用建筑型材、通用型材和棒材、管材。而特種型材、棒材和管材僅占15%左右，這類產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是：具有特種功能或性能；專門(mén)用于某種特定用途；具有較大或極小的規(guī)格尺寸；具有特高的尺寸精度或表面要求等。因此，其品種多而批量少，需要增加特殊工序或增添某些特殊設(shè)備和工具，生產(chǎn)難度大而技術(shù)含量高，生產(chǎn)成本增高而附加值也增高[1、3、5]。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水平的不斷提高，對(duì)鋁及鋁合金擠壓產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和品種提出了越來(lái)越高的要求，特別是近年來(lái)產(chǎn)品個(gè)性化的出現(xiàn)，促進(jìn)了具有個(gè)性化特點(diǎn)、用途專一的特種型材和管材的發(fā)展。

1 各種特種鋁型材和管材的發(fā)展趨勢(shì)

1.1 大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材和管材

各種大型扁寬、薄壁、高精、復(fù)雜的實(shí)心和空心型材及大型管材是許多重要領(lǐng)域，諸如航空航天、現(xiàn)代交通運(yùn)輸（如高速列車(chē)、地鐵車(chē)廂、集裝箱、橋梁等）、海洋工程、現(xiàn)代汽車(chē)、電子電器、艦船兵器、空調(diào)散熱器、電力能源、石油化工、機(jī)械制造等的首選材料，大型特種工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材和管材是當(dāng)今世界最短缺和緊俏商品之一。二十世紀(jì)九十年代以前，由于供不應(yīng)求，設(shè)計(jì)者和使用者不得不采用幾根小型材連接成大中型材或者改用木材、塑料、鋼鐵、銅材來(lái)代替，造成了能源的浪費(fèi)、環(huán)境的污染、成本的提高，大大影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)防現(xiàn)代化的進(jìn)程。為了改變這種局面，各國(guó)紛紛投資新建或擴(kuò)建50MN以上的大中型擠壓生產(chǎn)線。有人預(yù)測(cè)，二十一世紀(jì)是大型擠壓機(jī)和大型材、大管材的世紀(jì)[2、4]。

經(jīng)過(guò)20余年的迅速發(fā)展，到2016年年底，世界已裝備了100MN以上的臥式擠壓機(jī)40臺(tái)左右，產(chǎn)能達(dá)300kt/a以上；50MN以上的臥式擠壓機(jī)超過(guò)300臺(tái)，產(chǎn)能達(dá)到3000kt/a以上；360MN立式反向管材擠壓機(jī)3臺(tái)，可生產(chǎn)?1000mm～?1500mm的厚壁管材，基本上能滿足目前全球?qū)Υ笮弯X合金擠壓材需求。但隨著航空、航天、航海、交通運(yùn)輸、海洋工程及新能源和電子工程、智能制造業(yè)等的發(fā)展，大型擠壓機(jī)和大型擠壓材仍有一定的發(fā)展空間。

目前，中國(guó)已裝備了100MN臥式擠壓機(jī)18臺(tái)左右，其中有世界最大的225MN臥式擠壓機(jī)2臺(tái)；360MN立式反向管材擠壓機(jī)1臺(tái)；50MN以上的臥式擠壓機(jī)100臺(tái)以上，產(chǎn)能超過(guò)1500kt/a，基本上能滿足我國(guó)國(guó)防軍工、經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要。但我國(guó)正處于國(guó)防現(xiàn)代化（裝備更新）、工業(yè)化和城市化發(fā)展的高峰期，對(duì)大（中）型擠壓機(jī)及大（中）型擠壓產(chǎn)品，特別是大型的高端的特種產(chǎn)品仍存在很大的發(fā)展空間[5、6]。

1.2 超精密型材和超小型型材

超精密型材被廣泛應(yīng)用于電子儀器、通信郵電設(shè)備、精密機(jī)械、精密儀表、弱電設(shè)備、航空航天、核潛艇與船舶、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域的小型、薄壁、斷面尺寸非常精密的零部件。

超精密型材包括兩大類：一類是外形尺寸很小的型材，稱之為超小型型材或微小型材，其外形尺寸只有數(shù)毫米，最小壁厚在0.3～0.4mm以下，單重為每米數(shù)十克，通常對(duì)其公差要求甚嚴(yán)。例如，斷面外形尺寸公差小于±0.10mm，壁厚公差小于±0.05mm。此外，對(duì)擠壓制品的平直度、扭擰度等形位公差也要求十分嚴(yán)格。另一類是斷面外形尺寸并不太小，但對(duì)尺寸公差要求十分嚴(yán)格的型材，或者是斷面外形尺寸較大，但斷面形狀復(fù)雜而且壁厚很薄的型材。如，日本某公司在16.3MN臥式油壓擠壓機(jī)上，用特種分流組合模擠壓的汽車(chē)空調(diào)冷凝器異形管（工業(yè)純鋁），其壁厚為0.2～0.4mm，要求公差比JIS標(biāo)準(zhǔn)中特精級(jí)公差還嚴(yán)得多，達(dá)到（±0.04～±0.07）mm。小型超精密鋁合金型材在擠壓過(guò)程中對(duì)設(shè)備、工模具、工藝都要求相當(dāng)嚴(yán)格，由于現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)、航天航空工業(yè)、軍事工業(yè)、精密機(jī)械和儀表、電子電器、通訊郵電以及國(guó)防尖端和科學(xué)研究等事業(yè)的飛速發(fā)展和個(gè)性化程度的提高，對(duì)小型超精密型材的數(shù)量、品種和質(zhì)量要求越來(lái)越高。雖然近年來(lái)，已研發(fā)生產(chǎn)出了不少高質(zhì)量的小型超精密的鋁合金型材，但仍然不能滿足市場(chǎng)的需求，特別是國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)小型超精密鋁合金型材的技術(shù)和裝備上與國(guó)際先進(jìn)水平尚存在較大的差距，不能滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求，必須迎頭趕上。

1.3 辦公機(jī)械用感光鼓基用鋁合金管材

高純、高精、高表面感光鼓用鋁合金管材是打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等辦公機(jī)械的核心部件-感光鼓的基體材料，也可推廣應(yīng)用于電子、光學(xué)儀器等不同領(lǐng)域，應(yīng)用領(lǐng)域和用量前景十分廣闊。近年來(lái)，世界上打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等辦公機(jī)械產(chǎn)業(yè)向數(shù)碼化、彩色化、清晰化、輕量化、小型化、高速化、智能化、低成本等方向發(fā)展，用鋁量倍增，如黑白機(jī)轉(zhuǎn)化為彩色機(jī)，由單一成像變?yōu)樗纳上?，OPC（有機(jī)光導(dǎo)體）精密鋁管材需求量將增加4倍。高速化、清晰化對(duì)鋁管的尺寸精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求。

隨著信息產(chǎn)業(yè)和電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、電子和光學(xué)儀表等耗材業(yè)的發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道，處于高速增長(zhǎng)期。目前，全球OPC感光鼓等用精密鋁管材的總需求量在500kt／a左右，國(guó)內(nèi)需求量為100kt／a左右，且需求量的年均增長(zhǎng)率都在5%以上。

OPC專用精密鋁合金管材可用6063合金生產(chǎn)，也可用3003合金生產(chǎn)，但對(duì)材質(zhì)的成分、純度和雜質(zhì)含量要求非常嚴(yán)格，對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)外組織和表面質(zhì)量要求特別高，對(duì)尺寸公差也要求很?chē)?yán)。因此，技術(shù)含量高，生產(chǎn)難度大，目前國(guó)外（如日本等）已有成熟的工藝，但仍不能大批量生產(chǎn)滿足市場(chǎng)要求，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有一定差距，急需加大力度研制開(kāi)發(fā)，以滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速持續(xù)發(fā)展的要求。

1.4 鋁合金經(jīng)濟(jì)斷面管材和型材

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷迸步，對(duì)管材斷面提出了多種多樣的要求。顯然，通用的圓管不是最好的形式，不一定能滿足這種或那種要求，因此，出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)斷面管材的研制和開(kāi)發(fā)。目前，在國(guó)外，鋁合金經(jīng)濟(jì)斷面管的品種數(shù)量、生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量水平都有了很大的進(jìn)展。

鋁合金經(jīng)濟(jì)斷面管主要分為異形斷面管、變直徑和變壁厚管、特薄壁管三種，其主要特點(diǎn)是能最大限度地滿足各種零件的強(qiáng)度和剛度要求，可按等強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)各種零部件，不僅有可靠的安全性，而且能大大減輕零件的重量，節(jié)省金屬損耗，減少加工工時(shí)和減輕勞動(dòng)量，降低成本，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。如電線桿、旗桿和燈桿等，最先用實(shí)心木材制造，后采用水泥桿或鋼桿。木材的強(qiáng)度欠佳，而水泥和鋼鐵的密度又太大，都不是理想材料。近年來(lái)，美、日、德、俄羅斯等國(guó)用擠壓-軋制-拉伸或擠壓-變徑旋壓法制造的空心等壁厚或變壁厚的錐形電線桿、旗桿、燈桿，不僅符合等強(qiáng)度構(gòu)件的要求，而且大大節(jié)約了金屬材料，節(jié)省加工工作量，減少了運(yùn)輸、安裝和維護(hù)費(fèi)用，是一種典型的經(jīng)濟(jì)斷面管。

近年來(lái)，對(duì)各種合金品種、不同性能和質(zhì)量水平的鋁合金經(jīng)濟(jì)斷面管的需求不斷增加，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球需求量在1000kt/a以上，國(guó)內(nèi)也需要150kt/a以上。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家雖然已研發(fā)出生產(chǎn)各種經(jīng)濟(jì)斷面管材的生產(chǎn)方法和技術(shù)，但仍然不能大批量穩(wěn)定地生產(chǎn)，而且有些品種仍在研制之中。我國(guó)在制造大型復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)斷面鋁合金管材方面尚處于起步階段，需加大開(kāi)發(fā)力度。

鋁合金經(jīng)濟(jì)斷面型材主要包括特種異形材、階段變斷面和逐漸變斷面型材等，其主要特點(diǎn)是可滿足不同條件下零件的強(qiáng)度與剛度要求，提高飛機(jī)和其他各種機(jī)器零部件的安全可靠性，而且可減輕其重量。同時(shí)會(huì)大大減少加工工作量，節(jié)省金屬損耗，提高工作效率和降低成本，是一種經(jīng)濟(jì)、安全、適用的輕量化結(jié)構(gòu)材料，近年來(lái)獲得了飛速的發(fā)展，全球年需求量在200k以上。由于需要大型的和特種的擠壓設(shè)備和工模具，技術(shù)含量高，生產(chǎn)難度大。因此，目前尚不能大批量生產(chǎn)，需要投入人力、物力、財(cái)力，研究新型的工藝技術(shù)和設(shè)備，開(kāi)發(fā)新型適用的品種，以滿足市場(chǎng)，特別是軍工市場(chǎng)的需求。

1.5 鋁合金鉆探管材

鋁合金鉆探桿具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、節(jié)能、可鉆深井和異形井、可耐低溫、容易制造和維護(hù)、便于運(yùn)輸、利于回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別在鉆深井、斜井和海洋鉆探方面，在國(guó)外己廣泛推廣應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。生產(chǎn)實(shí)踐表明，使用與目前所采用的鋼鉆探管強(qiáng)度相當(dāng)?shù)?075T6、2024T4等鋁合金鉆探管，可使重量減輕1/2～1/3，生產(chǎn)效率提高15%～20%，并能大大節(jié)約設(shè)備的制作和運(yùn)輸費(fèi)用。因此，鋁合金鉆探管是一種較為理想的深井鉆探材料，大有替代傳統(tǒng)鋼鉆探桿的趨勢(shì)。

鋁合金鉆探管早已普遍采用，鋁鉆探管的生產(chǎn)工藝基本成熟，設(shè)備先進(jìn)配套，技術(shù)水平相當(dāng)高，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都很好。但由于需要大型擠壓機(jī)和特殊的生產(chǎn)工具和工藝，所以僅分布在俄羅斯、美、德、日等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家，我國(guó)幾乎是空白。

目前，世界鋁鉆探管年產(chǎn)量為400kt/a左右，隨著深井鉆探、大沙漠油田和海底油田的開(kāi)發(fā)和地質(zhì)礦床的深層鉆探以及發(fā)展中國(guó)家鉆具以鋁代鋼的發(fā)展，鋁鉆探桿需求量會(huì)日趨增多，估計(jì)年增長(zhǎng)率在3%～5%。

我國(guó)目前年需要鋼鉆桿180kt/a左右，而且大部分需進(jìn)口。石油部門(mén)和地質(zhì)部門(mén)多次強(qiáng)調(diào)國(guó)產(chǎn)化并主張以鋁代鋼。如果實(shí)現(xiàn)全鋁化，年共需鋁鉆探管100kt/a以上，市場(chǎng)前景是十分可觀的[6]。

1.6 大型厚壁管和大徑薄壁管材

鋁合金大型厚壁管是指直徑大于250mm以上，壁厚5～100mm以上的管材，主要用于高壓容器、高壓液體與氣體輸送、液壓與氣壓傳動(dòng)裝置、輸電管母線以及能源與動(dòng)力、機(jī)械制造等領(lǐng)域以及制作炮筒外套等軍事器械，也可用作進(jìn)一步加工的管坯或旋壓大徑薄壁管的坯料，用途十分廣泛。

目前，世界已能制造?1500mm×250mm的大徑厚壁管，這種管材是用360MN立式模壓-擠壓機(jī)反向擠壓而成，有些國(guó)家還想用更大的擠壓機(jī)生產(chǎn)?2500mm×300mm以上的鋁合金大徑厚壁管。我國(guó)可在225MN臥式雙動(dòng)擠壓機(jī)上生產(chǎn)?800mm×150mm的大徑厚壁鋁合金管材，也可在360MN立式反向擠壓機(jī)上生產(chǎn)?1500mm的厚壁鋁合金管。目前全世界鋁及鋁合金大徑厚壁管材的產(chǎn)量?jī)H為300kt/a左右，不能滿足市場(chǎng)需求。而我國(guó)的大徑厚壁管年產(chǎn)量為20kt/a左右，需要從國(guó)外引進(jìn)，特別是大型管母線和液化天然氣罐體等鋁合金管坯。

鋁合金大徑薄壁管主要是指直徑大于250mm，而壁厚小于2mm的管材，主要用于航空航天、導(dǎo)彈火箭、機(jī)筒外殼以及氣體和液體運(yùn)送、各種保護(hù)外套等領(lǐng)域。全球年需量為100kt／a左右，我國(guó)年需量在20kt／a以上。目前，世界上已生產(chǎn)出的最大的薄壁鋁合金管可達(dá)?3000mm×1mm，我國(guó)已可用鑄造-擠壓-旋壓法生產(chǎn)?1000mm×1mm以上的大徑薄壁鋁合金管。由于大徑薄壁鋁及鋁合金管材的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、質(zhì)量要求高而且需要大型的特殊的工藝裝備，所以生產(chǎn)量不大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求。

1.7 氣體和液體輸送管道系統(tǒng)

鋁及鋁合金氣體和液體輸送管道系統(tǒng)較鍍鋅鐵管、塑料管、不銹鋼管和銅管等有許多優(yōu)越的特點(diǎn)，諸如可防銹、耐腐蝕、美觀耐用、質(zhì)輕而有一定的強(qiáng)度、價(jià)格便宜等。因此，在近十幾年來(lái)獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

鋁及鋁合金氣體和液氣輸送管道系統(tǒng)主要包括鑄造管、熱擠壓管、冷擠壓管、擠壓-拉撥管以及鋁塑復(fù)合管等，主要用作建材管道、冷熱自來(lái)水、酸堿鹽各種液體、燃?xì)?、氧氣、壓縮空氣等各種氣體和石油、天然氣等輸送管道，在汽車(chē)、飛機(jī)、輪船等交通運(yùn)輸工具上也有廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)潛力非常巨大。

目前，全世界鋁及鋁合金氣體和液體輸送管道系統(tǒng)用管材的產(chǎn)銷量大約在30億米左右，我國(guó)的產(chǎn)銷量已達(dá)到5億米以上。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的大幅度提高，各種功能、性能和用途的鋁及鋁合金氣體和液體輸送管的需求量將會(huì)大幅度增加，其發(fā)展前景是十分可觀的。

2 小結(jié)

特種鋁及鋁合金擠壓型材與管材是具有超大或超小斷面、形狀奇特的精密擠壓材，具有特異的性能或功能及特殊用途的擠壓產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人民生活水平的日益提高，對(duì)鋁及鋁合金擠壓產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和品種提出了越來(lái)越高的要求，特別是產(chǎn)品個(gè)性化大提高的今天，特種鋁及鋁合金擠壓型材和管材獲得了巨大的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大市場(chǎng)前景十分廣闊。但其生產(chǎn)難度較大，需要特殊的設(shè)備與工模具，我國(guó)尚處于發(fā)展初期，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平尚有一定差距，急需迎頭趕上。

[1]謝建新，劉靜安.金屬擠壓理論與技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012

[2]劉靜安，謝建新.大型鋁合金型材擠壓技術(shù)與模具優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003

[3]李建湘，劉靜安，楊志兵.鋁合金特種管、型材生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008

[4]謝水生，劉靜安，王國(guó)軍.鋁及鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)與裝備[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2015

[5]謝水生，劉靜安.簡(jiǎn)明鋁加工生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016

[6]劉靜安.鋁合金鉆探管的特點(diǎn)及其發(fā)展前景[J].鋁加工，2014，4，22-27

Development Situation and Trend of Special Aluminum and Aluminum Alloy Profile and Pipe

LV Bao-Yuan1，LIU Huang-ping2,LI Bai-song2,LIU Jing-an3,HE Mei-qiong3
（1.Xian Aircraft Industry Aluminum Aerospace Material Co.,Ltd.,Xi'an 710000;2.Galuminum Group Co.,Ltd，Guangzhou 510550;3.Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326,China)

With the progress of science and technology and the continuous improvement of people's living standards,and higher and higher requirement for quality and varieties of aluminum alloy extrusion product have been raised.Especially in recent years,the emer?gence of personalized products has promoted the development of special profiles and pipe with special function.Several common pres?ent situations and the tendency of the development of special aluminum and aluminum alloy profiles are briefly introduced and ana?lyzed in the article,for reference for the colleagues.

special aluminum and aluminum alloy profile and pipe;current situation;development and trend

TG379

A

1005-4898(2017)05-0040-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.08

呂寶元（1965-），男，陜西西安人，經(jīng)濟(jì)師。

2017-05-21