中國的鋁合金鍛造產(chǎn)業(yè)

何梅瓊

(西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326)

0 前言

鍛造是一種古老的工藝，幾乎與純金屬的規(guī)?；a(chǎn)同時(shí)誕生，人類發(fā)現(xiàn)和使用金屬的幾千年歷史都伴隨著鍛造技術(shù)的發(fā)展。鍛造是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一，鍛造零件在機(jī)械與裝備中占有很重要的地位。但是在鋁材中，鍛件占的比例并不大，例如在1956-1983年的28年中，中國東北輕合金有限責(zé)任公司（下稱東輕）共生產(chǎn)鋁材2 335.8 kt，其中模鍛件17.6 kt，自由鍛件3.7 kt，分別占總量的0.75%、0.16%。工業(yè)發(fā)達(dá)國家相關(guān)企業(yè)所產(chǎn)鍛件的占比稍大一些，但也不超過2%。

1 鋁合金鍛造產(chǎn)業(yè)的簡明發(fā)展歷程

世界鋁合金鍛件的工業(yè)化生產(chǎn)始于上世紀(jì)初，中國鋁合金鍛件的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)始于1961 年東北輕合金有限責(zé)任公司二期工程鍛壓車間的建成，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：模鍛件3 700 t／a、自由鍛件800 t／a。主要裝備從蘇聯(lián)引進(jìn)：100 MN 模鍛機(jī)1臺、50 MN模鍛機(jī)1臺、30 MN 模鍛機(jī)1臺、3 MN鍛壓機(jī)1臺、靠模銑床2臺。

西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡稱西南鋁）鍛造廠擁有被譽(yù)為中國國寶的第一重型機(jī)器公司設(shè)計(jì)制造的8 柱立式300 MN 水壓模鍛機(jī)1 臺、60 MN 立式自由鍛造機(jī)1 臺，鍛件生產(chǎn)能力24.5 kt／a?，F(xiàn)在該公司還有1 臺自由鍛壓機(jī)、1 臺5 000 mm徑軸向數(shù)控軋環(huán)機(jī)，它們都是中國自行設(shè)計(jì)制造的首臺鋁合金鍛造機(jī)。

近40 年是中國鋁合金鍛壓工業(yè)大發(fā)展時(shí)期，2019 年中國可生產(chǎn)鋁合金鍛件的企業(yè)約35 家（不含車輪鍛造廠），總生產(chǎn)能力約100 kt／a。目前中國已躋身鋁鍛件世界先進(jìn)行列，是世界生產(chǎn)能力最大的國家之一，擁有全球最大的800 MN 鍛壓機(jī)，全國保有鍛壓機(jī)約140臺，可生產(chǎn)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)所需的各種鋁、鎂、鈦和高溫合金鋼、復(fù)合材料鍛件，不但可以滿足國內(nèi)的需求，而且可以大量出口，西南鋁與南山鋁業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的鋁合金鍛件已在成千上萬架波音和空客飛機(jī)上獲得應(yīng)用。

以西南鋁為代表的鍛壓工業(yè)不僅為中國“長征”系列火箭、“神舟”系列飛船、“嫦娥”系列探月衛(wèi)星、“天宮”系列空間站及國產(chǎn)諸多機(jī)器提供了所需的模鍛件、鍛環(huán)等，還獲得美國波音公司精密航空模鍛件和鍛坯生產(chǎn)許可證，法國BVAS 9100和美國PRI Nadcap熱處理、超聲波探傷及實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證。西南鋁還取得了波音、空客公司、賽峰公司航空鋁材供應(yīng)商資格，通過了中國商飛公司質(zhì)量體系審查認(rèn)證。

2005 年11 月至2006 年2 月，西南鋁為了提高300 MN 模鍛水壓機(jī)的自動(dòng)化程度以提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度并提高產(chǎn)品質(zhì)量，對其操控系統(tǒng)進(jìn)行了全面的現(xiàn)代化改造，各項(xiàng)指標(biāo)顯示，改造工作全部達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

2013 年12 月西南鋁生產(chǎn)的航空用特大型弧形模鍛件通過用戶各項(xiàng)技術(shù)檢測達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國內(nèi)在此鍛件上的生產(chǎn)空白。此鍛件是飛機(jī)上的關(guān)鍵零件，因其厚度薄、弧度大、易變形等特點(diǎn)，對模鍛工藝要求很高，故屬高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品。特大型弧形模鍛件的試制成功，不僅為西南鋁生產(chǎn)特大型模鍛件積累了寶貴的工作經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還極大地提升了西南鋁對航空航天建設(shè)所需模鍛件的保障能力。西南鋁已建成7085 鋁合金自由鍛件生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力1 000 件／a。

2 典型企業(yè)簡介

鋁合金鍛造廠大致可分為三類：一是以生產(chǎn)航空航天、國防軍工鍛件為主的企業(yè)，如中國第二重型機(jī)械集團(tuán)有限公司、南山鋁業(yè)、貴州安大航安航空鍛造有限責(zé)任公司、西安三角防務(wù)股份有限公司、東北輕合金有限責(zé)任公司、西南鋁等；二是以生產(chǎn)汽車、摩托車鍛件為主或是專業(yè)的汽車鍛件企業(yè)，如神鋼蘇州鋁業(yè)有限公司、渤?；钊煞钟邢薰?、上海愛知緞造有限公司等；第三類是什么鍛件都生產(chǎn)，但專業(yè)特點(diǎn)不甚明顯，完全以當(dāng)時(shí)的市場需求為主的企業(yè)，如一機(jī)集團(tuán)富成鍛造有限公司、包頭匯眾鍛造鋁合金有限公司等。中國典型鋁鍛造企業(yè)除前面介紹的西南鋁外，還有如下的一些企業(yè)。

2.1 第二重型機(jī)械集團(tuán)有限公司（以下簡稱二重）

二重鍛壓廠共有5 臺鍛造機(jī)，分別為800 MN、400 MN、200 MN、45 MN、16 MN 的各1 臺，可以生產(chǎn)當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)所需的高溫合金、鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金的所有鍛件，但鋁合金鍛件占75%以上，航空航天、國防軍工用約占60%。二重的800 MN鍛造機(jī)是世界鍛造機(jī)的霸主，其鍛造力比俄羅斯的750 MN的還大6.7%。

二重鍛造廠產(chǎn)品包括航空航天器用超大型鈦合金、超強(qiáng)鋼和結(jié)構(gòu)鋼、高溫合金、鋁合金鍛件等，產(chǎn)品覆蓋航空、航天、能源、艦船動(dòng)力系統(tǒng)以及軌道交通領(lǐng)域，是中國航空模鍛件的主要供應(yīng)商和航天基礎(chǔ)裝備功勛企業(yè)之一。公司具備完善的航空鍛件設(shè)計(jì)制造能力，擁有完善的質(zhì)量保證體系。在產(chǎn)品的鍛造設(shè)計(jì)、制造、機(jī)械加工、熱處理、酸洗、理化檢驗(yàn)及模具加工制造等領(lǐng)域均具有領(lǐng)先優(yōu)勢。

2.2 南山鋁業(yè)公司鍛壓公司

南山鋁業(yè)鍛壓公司有4 臺鍛壓機(jī)：2 臺模鍛機(jī)（125 MN 和500 MN），從德國新貝爾康普公司引進(jìn)。這臺500 MN模鍛機(jī)為中國第二大模鍛機(jī)；2臺自由鍛造機(jī)（25 MN 和6O MN），由德國韋普科海得里克公司設(shè)計(jì)制造，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為14 kt／a。

在鍛件生產(chǎn)應(yīng)用方面，南山鍛件公司與法國飛卓宇航合作成立了航空部件深加工生產(chǎn)線，為國內(nèi)外主流飛機(jī)主機(jī)廠提供最適宜、準(zhǔn)確的產(chǎn)品解決方案，真正實(shí)現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢互補(bǔ)、互惠共贏；與羅羅再度達(dá)成鍛件產(chǎn)品供貨協(xié)議，產(chǎn)品供貨范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。另外，南山鋁業(yè)還與空客以及中國商飛等知名公司達(dá)成多項(xiàng)合作協(xié)議。

2.3 東輕鍛造廠

東輕鍛造廠1961 年投產(chǎn)，是中國第一個(gè)現(xiàn)代鋁合金鍛造廠，有4 臺鍛造機(jī)：100 MN、50 MN、30 MN 的模鍛機(jī)各1 臺，3 MN 的自由鍛造機(jī)1臺，設(shè)計(jì)模鍛件生產(chǎn)能力3 700 t／a ，自由鍛件的為800 kt／a。1962年生產(chǎn)了36 t模鍛件，1972年開始生產(chǎn)自由鍛件，當(dāng)年模鍛件產(chǎn)量1 122 t，自由鍛件產(chǎn)量895 t。在1956-1983 年的28 年間共生產(chǎn)模鍛件17 614 t，自由鍛件372.8 t。

2.4 西安三角防務(wù)股份有限公司

西安三角防務(wù)股份有限公司有400 MN 模鍛機(jī)與31.5 MN自由鍛造機(jī)各1臺。前者是目前世界上最大的單缸模鍛機(jī)，是清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的，采用了國際一流的控制系統(tǒng)。清華大學(xué)以其在鋼絲預(yù)應(yīng)力纏繞領(lǐng)域40 余年的技術(shù)積累為基礎(chǔ)，應(yīng)用最先進(jìn)的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞部分一坎合技術(shù)設(shè)計(jì)而成，總體性能達(dá)到了世界先進(jìn)水平，是中國“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合實(shí)踐科技創(chuàng)新的典范工程。這臺400 MN 大型模鍛液壓機(jī)是中國獨(dú)立研發(fā)的，是擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的鍛造力≥200 MN 的13 臺大型模鍛機(jī)之一，具有剛性強(qiáng)、壓力穩(wěn)定、精度高、生產(chǎn)工藝范圍廣、批量鍛件一致性好等特點(diǎn)，總體性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。

三角公司主營業(yè)務(wù)為航空航天、船舶、艦艇等領(lǐng)域的鍛件產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)，包括關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件和發(fā)動(dòng)機(jī)盤件在內(nèi)的各類大型模鍛件和自由鍛件。按產(chǎn)品功能的不同，公司的主要產(chǎn)品可分為大飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件、起落架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件、直升機(jī)結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)盤類件。

該公司擁有雄厚的技術(shù)研發(fā)實(shí)力和生產(chǎn)制造能力，建有的“陜西航空大型部件鍛壓工程研究中心”和“西安市難變形材料成型工程技術(shù)研究中心”擁有一批從事軍工鍛造技術(shù)開發(fā)的專家和國家重點(diǎn)院校畢業(yè)的高素質(zhì)青年人才，科研技術(shù)人員已形成新老搭配的梯隊(duì)結(jié)構(gòu)。

2.5 江西景航航空鍛鑄有限公司

經(jīng)40 多年的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，江西景航航空鍛鑄有限公司（下稱景航）已具備較高水平的鍛造生產(chǎn)能力，可生產(chǎn)單件質(zhì)量在50 g～1 000 kg 的各類大、中、小型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、性能可靠的鍛件，涉及各種牌號的鋁合金、鈦合金、合金鋼、不銹鋼等100 多種。公司能夠熟練執(zhí)行ASTM、 DIN、BS、API等國際標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品涉及航空器、艦船制造、高鐵制造、汽車摩托車制造、礦山機(jī)械、石油機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域，與國內(nèi)及國際諸多知名企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系。有8 MN 電動(dòng)螺旋鍛造機(jī)，63 MN 摩擦壓力機(jī)，63 MN 熱模鍛壓力機(jī)，100 kN、30 kN、20 kN、10 kN模鍛錘，30 kN、20 kN和750 kN自由鍛錘，20 MN 油壓機(jī)、5 MN 油壓機(jī)，5 m 加工中心、3 m 加工中心、大型龍門銑、龍門刨等加工設(shè)備90臺?？杉庸ひ韵伦畲笸队懊娣e模鍛件：1.2 m2鋁合金、0.85 m2結(jié)構(gòu)碳鋼、0.65 m2鈦合金、0.5 m2高溫合金；可加工質(zhì)量為800 kg 的模鍛件和2 000 kg的自由鍛件，以及鋁合金、鎂合金、鈦合金等等溫精鍛，為沈飛、成飛、哈飛、上飛、成發(fā)等提供產(chǎn)品和服務(wù)。2018 年景航通過了航空工業(yè)Nadcap熱處理現(xiàn)場審核。

2.6 貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司

航空工業(yè)貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司建于1966 年，是專門從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)鍛件生產(chǎn)的專業(yè)化企業(yè)，擁有各類加工、檢測、試驗(yàn)設(shè)備千余臺，成為向航空航天、艦船、汽車、石油化工、工程機(jī)械、電力等行業(yè)提供各類鍛件、環(huán)軋件的供應(yīng)商；具備輾環(huán)、軋盤、自由鍛、熱模鍛、等溫鍛、閃光焊、模具加工、機(jī)械加工等系列生產(chǎn)線及先進(jìn)的理化檢測設(shè)備、質(zhì)量保證體系；可生產(chǎn)高溫合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金、不銹鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的鍛件，產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷美國、加拿大、英國、德國、以色列和日本等國家。

貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司是國內(nèi)航空鍛造行業(yè)主要企業(yè)之一，專業(yè)為國內(nèi)外航空、航天、兵器、核電等領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)鍛件。公司具備難變形材料環(huán)鍛件、盤鍛件（等溫鍛／常規(guī)模鍛）、軸類鍛件、復(fù)雜飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等優(yōu)質(zhì)高端材料的研發(fā)實(shí)力，形成了多項(xiàng)核心技術(shù)，被工業(yè)與信息化部評為國內(nèi)航空鍛件領(lǐng)域單項(xiàng)冠軍培育企業(yè)。

該公司在環(huán)鍛件領(lǐng)域開創(chuàng)了國內(nèi)軋制鈦合金、高溫合金航空環(huán)鍛件的先例，是我國國防科技工業(yè)精密鍛造與環(huán)軋技術(shù)創(chuàng)新中心唯一的應(yīng)用依托單位，占據(jù)國內(nèi)航空環(huán)鍛件的70%以上的市場。公司具有一流的環(huán)鍛件生產(chǎn)線，涵蓋大中小型環(huán)鍛件生產(chǎn)能力，其中民用航空環(huán)鍛件生產(chǎn)線引進(jìn)國際先進(jìn)的精密數(shù)控輾環(huán)機(jī)、三工位大噸位壓機(jī)、鍛造機(jī)器人、以色列加熱電爐等成套進(jìn)口設(shè)備，為精密環(huán)鍛件研發(fā)注入強(qiáng)大實(shí)力。

在近等溫鍛件領(lǐng)域，該公司在國內(nèi)率先擁有10 MN、80 MN、250 MN 近等溫鍛生產(chǎn)線，并采用近等溫鍛技術(shù)生產(chǎn)出各類近等溫鍛盤件、近等溫鍛軸徑類鍛件、近等溫鍛異型鍛件等。最大鍛件可實(shí)現(xiàn)高溫合金? 1 500 mm盤鍛件，投影面積1.8 m2結(jié)構(gòu)件；鈦合金? 2 000 mm盤鍛件，投影面積3 m2結(jié)構(gòu)件。該公司在國內(nèi)首次成功研制GH4169近等溫鍛渦輪盤，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。所研發(fā)的粉末盤等溫鍛造技術(shù)獲原國防科工委科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)，成果轉(zhuǎn)化20余件。

在大型整體模鍛件領(lǐng)域，公司憑借250 MN大型壓機(jī)形成了大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的整體模鍛能力，生產(chǎn)的航天鋁基復(fù)合材料動(dòng)環(huán)鍛件（用于火箭捆綁支座）與直升機(jī)傳動(dòng)環(huán)鍛件在國內(nèi)屬領(lǐng)先水平。

2.7 日本神鋼蘇州鋁業(yè)有限公司

該公司位于蘇州，是日本神戶鋼鐵公司（占60%股份）、豐田貿(mào)易公司（占15%）和三井物業(yè)公司（占25%）合資建設(shè)的，注冊資本3 770萬美元，投資總額8 800萬美元，建筑面積7 000 m2，員工250名。項(xiàng)目分兩期建設(shè)，分別于2012年、2013年投產(chǎn)，各有1臺63 MN模鍛機(jī)，專業(yè)生產(chǎn)乘用車懸掛系統(tǒng)零件，共400 萬件／a。鍛造機(jī)等設(shè)備都是日本高新技術(shù)工業(yè)公司提供的。日本神戶鋼鐵公司共有3個(gè)這樣的鍛造廠，分別位于日本、中國與美國。

汽車鍛件通常多用曲柄壓力機(jī)或螺旋壓力機(jī)鍛造，但最好用液壓模鍛機(jī)，壓力為5～32 MN，鍛件質(zhì)量可從幾十克至35 kg?，F(xiàn)代自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力可達(dá)幾百萬件／a，德國萊貝鋁業(yè)公司與力拓－加鋁公司各有一條自動(dòng)化的汽車鍛件生產(chǎn)線。

3 中國鋁合金鍛造公司

中國主要鋁合金鍛造公司（不含車輪鍛造企業(yè)）簡介見表1。

4 半固態(tài)模鍛

半固態(tài)金屬（SSM）加工技術(shù)是20 世紀(jì)70 年代美國研發(fā)的，其原理是在金屬凝固過程中進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，打碎枝晶，在金屬母熔體中獲得一種均勻懸浮著一定量固相組分的固-液混合漿料（固相組分15%～60%）。該漿料具有很好的流動(dòng)性，利用普通的加工工藝即可制成產(chǎn)品，被稱為半固態(tài)加工或半固態(tài)模鍛。

從工藝方面看，半固態(tài)模鍛的成型溫度低，模具壽命比壓力鑄造和液態(tài)模鍛的長，變形阻力比液態(tài)模鍛的小，可實(shí)現(xiàn)精密成形；從適應(yīng)性方面看，適用于各種壁厚工件，而液態(tài)模鍛不適用于薄壁件，壓力鑄造不適用厚壁工件。不過半固態(tài)模鍛只適于大批量生產(chǎn)，工件數(shù)量宜大于60萬件／a，另外增加了一道制坯工序，同時(shí)這道工序很關(guān)鍵，必須確保固相的等軸性和彌散均勻分布。半固態(tài)加工技術(shù)自問世以來，就受到世界模鍛和鑄造產(chǎn)業(yè)的高度關(guān)注。

半固態(tài)模鍛設(shè)備屬于液壓機(jī)類型，既要有足夠大的壓力，又要有持續(xù)的作用時(shí)間。天津市鍛壓機(jī)床廠推出了兩款半固態(tài)模鍛機(jī)：TDY 33-200A 和TDY 33-315。它們的技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 天津市鍛壓機(jī)床廠半固態(tài)模鍛機(jī)的技術(shù)參數(shù)

2019 年中國采用半固態(tài)模鍛工藝制造鋁合金工件的企業(yè)大約有10 家，并且多數(shù)是生產(chǎn)車輪的。典型企業(yè)（不含車輪）或項(xiàng)目主要有：

（1）廣州和德1 700 萬件／a 汽車輕量化結(jié)構(gòu)件項(xiàng)目，約合45 kt／a 半固態(tài)鋁合金模鍛件產(chǎn)能，達(dá)產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)銷售收入25 億元／a，利潤總額5 億元／a，稅收1.5 億元／a。該項(xiàng)目分期建設(shè)，一期規(guī)劃投資2.1 億元，計(jì)劃2020 年10 月投產(chǎn)，有25臺套擠壓鑄造機(jī)，形成年產(chǎn)380 萬件精密結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)能。

（2）湖南文昌新材料科技股份有限公司的高硅鋁合金半固態(tài)鑄錠及高端零部件、碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基制動(dòng)盤已經(jīng)在車用空調(diào)、軌道交通車輛領(lǐng)域得到規(guī)?；瘧?yīng)用，替代了進(jìn)口產(chǎn)品。

（3）華孚精密科技（馬鞍山）有限公司輕金屬精密合金產(chǎn)品制造項(xiàng)目（二期）已于2020年5月27 日在馬鞍山舉行了開工儀式，占地36 000 m2，預(yù)計(jì)2021年2月投產(chǎn)，是臺資企業(yè)華孚科技股份有限公司投資建設(shè)的，采用半固態(tài)成形工藝為新能源汽車、醫(yī)療器械、通訊、運(yùn)輸?shù)妊b備提供高端輕合金零部件。

（4）立中集團(tuán)為中國第二大鋁合金車輪生產(chǎn)企業(yè)，主要工藝為低壓鑄造法，也建成了半固態(tài)成形生產(chǎn)線，采用約含30%液體的6061 合金錠坯，模鍛機(jī)為30 MN的。