中國鎢業加工現狀與發展趨勢 - 行業新聞 - 株洲力洲硬質合金有限公司

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中國鎢業加工現狀與發展趨勢

文章來源:株洲力洲硬質合金有限公司  發布時間:2016-06-29

   中國是一個鎢的資源大國,半個多世紀以來,為世界鎢工業的發展作出過重大項獻。特別是近幾十年來,中國鎢工業的發展成鎢加工制品基本滿足了國內需求,并發展成多種鎢制品可以大量出口的產業國。這不僅從根本上改變了中國鎢工業的局面,并較成功地為中國國防工業的發展與國民經濟建設作出了十分重要貢獻。在鎢加工產品的多外領域無論是產能,還是產量都名列世界前茅,成為真正的世界公認的產業大國,但是在鎢加工技術的某些方面與世界先進國家相比還存在一定差距,要成為真正的鎢加工技術的世界強國還需努力。1 鎢制品在國家建設中的重要作用    
   鎢加工材包括硬質合金、鎢基合金、鎢絲、鎢電極等,由于這些材料的生產規模和性能已達到或接近世界水平,較好地滿足中國國民經濟建設和國防建設的需求,為中國國民經濟建設的高速發展和國防建設現代化作了重大貢獻,使中國能以一種全新的資態立足于世界之林。
   1.1    鎢基合金在國防和國民經濟建設中的重要作用
  ?。?)在航天航空工業中的應用。中國20世紀60年代研制出的第一代鎢基高比重合金由于性能優異,自誕生后立即在中國自行研制的第一顆人造衛星的導航儀中得到成功應用,隨后這種新材料先后在我國第一枚洲際導彈及自行研制的各種新型殲滅機、直升機中得到成功的應用。為滿足中國通訊衛星研制需求,又成功地研制出一種密度高達18.5g/cm3的新型鎢基高比重合金。多種高性能的W-Cu合金在火箭(導彈)燃燒室、噴管、喉襯、方向舵等高溫部件的研制中得到應用。
  ?。?)在軍工工業中的應用。中國W-Ni-Fe高比重合金的研制成功,為各種穿、破甲彈的研制提供了關鍵材料。W-Ni-Cu高比重合金做陀螺轉子材料在中國的第一艘核潛艇的研制中同樣發揮了重要作用。
  ?。?)在核工業和民用工作中的應用。在核能工業中,用做核反應堆的隔熱與防輻射材料,鎢基高比重合金具有良好的應用前景。在民用工業中,鎢基高密度合金得到了更廣泛的應用,手機振子和高爾夫球桿上的配重便屬于量大面廣的產品。在電熱加工中做性能優異的砧塊材料使電鐓粗的生產效率成百倍的提高,具有顯著的經濟效益。
   1.2    硬質合金在國防與國民經濟建設中的重要作用    
   由于硬質合金的出現使切削加工速度成十倍地提高而引起機加工工業的一次革命。中國硬質合金工業的發展為中國提供了各種切削加工用刀具。使中國機加工工業得以高速發展。中國汽車2009年產能達到1300萬輛,假如沒有國產的足夠品種與數量的硬質合金來保證,要實現這一目標將成為空談,而石油開發中用到的大量鉆具,硬質合金更具有難以取代的地位。在高速公路和鐵路的建設中需用到大量的挖掘機械,這些機械中的大量耐磨損、耐沖擊零部件的制造,硬質合金更可發揮其獨特的功效。    
   在國防建設中要用到大量高性能或特異性能的新材料,要加工成各種零部件,遇到的第一個難題是加工用刀具材料的開發,而中國自行研制的新型硬質合金便很好地解決了這類難題,為中國國防現代化作出了積極貢獻。
   1.3    鎢加工材在國民經濟建設中的作用    第一根鎢絲的出現給人類帶來了光明,中國鎢絲的品種與產量保證了千家萬戶照明用鎢絲的需求,而耐震鎢絲等高技術含量產品的研制成功,更改變了中國鎢制品的出口結構。鎢除了具有很高的耐高溫性能外,更具很強的吸收射線的功能,因此,在當今核能工業發展中鎢板將發揮巨大的作用。    
   綜上所述,鎢加工工業的發展不僅對國民經濟建設有舉足輕重的影響,對國防現代化建設更具有非常重要的作用。

   2 中國鎢加工材的生產現狀    
   經過60年的飛速發展,中國鎢加工材產業從無到有,從小到大,已經發展成為世界級的產業大國。
   2.1硬質合金
   2.1.1中國硬質合金的產能已居世界第一建國初期,我國僅在大連電冶廠有硬質合金作坊,年產幾十公斤硬質合金,經過60年的頑強拼博,中國硬質合金的生產能力有了飛速發展。近年來中國硬質合金產能在穩步上升,根據對中國48家硬質合金主要生產廠家進行的統計結果顯示,中國硬質合金產能已達3000t,而中國目前擁有的硬質合金生產廠家據不完全統計約有400家,當然有相當一部分年產量較小的小廠,但總產能應該可以達到約40000t,即中國硬質合金的產能已是世界第一。
   2.1.2 中國硬質合金的產量已居世界第一    
   中國硬質合金的產量到本世紀初已達到較穩定的狀態,即年產量達16000t左右,約占世界硬質合金產量的40%,但應該指出的是這些數據也是基于48個主要硬質合金生產廠家的統計,而中國目前已經擁有400余家硬質合金生產廠家,故年總產量應該是20000t以上,所以中國已成為世界上最大的硬質合金生產國家。
   2.1.3中國硬質合金產品結構    
   中國硬質合金三大產品即切削刀具、礦用硬質合金和耐磨零件用硬質合金的產量約達5000t。這些數據說明中國硬質合金產品的結構正在趨于合理發展,能較好地滿足各行各業對硬質合金產品的需求。
   2.2 鎢基合金    中國鎢基合金發展較晚,實際上是從20世紀50年代末期才開始研發,但到20世紀末期卻呈現一個高速發展的局面。
   2.2.1 鎢基高比重合金    中國鎢基高比重合金從20世紀50年代末開始研究,在1965年研究成功第一種W-Ni-Cu高比重合金,但其產量規模一直較低。在20世紀90年代以前其產量僅約100t/a,但進入21世紀卻出現了一個高速發展的局面。到2006年中國鎢基高比重合金的生產廠家已發展到74家,年產量已達2770t,到2009年產量已超過3000t.
   2.2.2鎢一銅合金    W-Cu合金是一類十分重要的電工材料,也是一類具有十分重要意義的軍工材料,因此其研發備受關注。中國W-Cu合金起步于20世紀60年代,但其產量規模一直較低,由于電子、電氣行業的快速發展,極大地刺激了對W-Cu合金的需求,到21世紀初期有了較快的發展。  
   進入21世紀后中國W-Cu合金的產量成倍地增長,到2005年其產量超過600t,銷售收入達3929萬元,2008年產銷超過1億元。
   2.3鎢材    中國鎢加工材發展速度較快,燈用鎢絲的產量2009年達近300億m,居世界首位。中國鎢絲材產量是繼硬質合金之后第二大鎢制品,其產量占整個鎢制品的29%以上。2.3.1鎢絲    中國粗鎢絲與細鎢絲的產能、產量與消費量逐年增長,從20世紀70年代中期以來,中國鎢絲加工業發生了質的變化,從主要以增加產量為主的發展模式向提高技術水平和提高經濟效益為目的的發展模式轉變。進入21世紀后,中國粗、細鎢絲的產能、產量與消費量均呈上升趨勢,而且出口量也在遞增。
   2.3.2電極用鎢棒材    鎢棒材的直接應用領域主要是用做鎢電極材料,目前世界每年使用的鎢電極的總消耗量已達1600t,市場需求隨著經濟發展仍在增長。中國鎢電極的年產量約占全世界鎢電極產量的3/4。近年來中國鎢棒材和鎢電極產量以極快的速度增長,2007年達到1000t,較1996年增長了20倍以上。    
   綜上所述,中國硬質合金、鎢基高比重合金、鎢絲和鎢電極等產品的產量已占世界總產量非常高的比重,中國已成為世界鎢制品生產的產業大國。

3 中國鎢加工材與國外的差距    
   中國鎢制品的產量與產能已成為世界大國,但整體來說與世界先進水平相比尚存在一些差距,這是我們今后努力的方向。
   3.1硬質合金與國外的差距    
   中國硬質合金產量大,質量也有大幅度提高,但超細和納米結構硬質合金、超粗晶粒硬質合金、超大型硬質合金制品和深加工、高附加值硬質合金制品等與世界先進水平比尚存在較大的差距。
   3.1.1  超細及納米結構硬質合金    中國已有多個企業可以批量制備BET粒度小于0.2um的WC粉末,并可批量生產晶粒度為0.4um左右的超細晶硬質合金。但國外已能工業規模生產粒徑為0.2um的超細硬質合金。表1列出了Sandvik公司PCB微鉆用PN90硬質合金的性能數據。這種硬質合金平均粒徑僅為0.2um,其抗彎強度高達4700Mpa,比中國生產的超細硬質合金高了約1000MPa。而超細晶粒硬質合金是大量生產高附加值深加工硬質合金的必備材料。據報道,一支0.08mm僅重5g的硬質合金微鉆,市場售價高達600-700元。目前應用廣泛的超細硬質合金世界產量達1.5萬t,而中國年產量不到2000t,而且質量有待提高。
   表1 Sandvik公司PCB微鉆用PN90硬質合金的性能Co/%密度/(g·cm-3)HV30HRA抗彎強度/MPa抗壓強度/MPa平均粒徑/um914.55195093.9470080000.2 3.1.2超粗晶粒硬質合金    
   與傳統的中、粗晶粒硬質合金相比,在含鈷量相同的情況下,超粗、特粗晶粒硬質合金將具有極高的熱導率、較高的斷裂韌性與紅硬性,較好的抗熱疲勞與抗熱沖擊性能。主要用作極端工況條件下軟巖的連續開采(如采煤、地鐵建設)與現代高速公路與橋梁的連續作業(如挖路、鋪路),以及對韌性與抗熱疲勞、抗熱沖擊性能要求較高的沖壓模、冷鐓模和軋輥等的制造。這類合金的市場需求量約占硬質合金總市場量的10%以上,具有廣闊的市場前景。    
   中國目前能生產的硬質合金晶粒度一般在0.4-3.5um之間,對晶粒度在3.5um以上的粗晶合金在合金性能與使用壽命等方面與國外相比尚有較大差距。而Sandvik公司已可生產WC晶粒度為3.5-4.8um、5.0-7.7um和8.0-14um的粗晶、超粗晶與特粗晶硬質合金。表2為Sandvik公司生產的熱軋用硬質合金的性能。表2 Sandvik公司熱軋用C30T與H10T硬質合金的性能指標牌號WC/%Co/%Ni/%Cr/%密度/(g·cm-3)HRA抗彎強度/MPa抗壓強度/MPa平均顆粒/umC30T701315212.781.5270030005H10T9010  14.586.2310035008 3.1.3超大型硬質合金制品    
   超大型硬質合金制品的生產在中國已有很快的發展,株硬集團可以生產的輥環直徑可達430mm、高190mm、重達320kg。Sandvik公司已建立了一個完整的輥環生產線。最大輥環直徑可達445mm該公司生產的CT、CR及CG硬質合金輥環達12種。德國赫爾特公司生產的MN及MNC硬質合金輥環系列產品多達10種。與國外相比中國在超大型硬質合金生產的差距主要體現在在線控制技術方面,由此而帶來產品質量的穩定性與國外有一定的差距。
   3.1.4功能梯度硬質合金    
   國外已可用多種方法生產出多品種梯度硬質合金,如表面層富碳、表面層富粘結相、表面層貧粘結相、表面層貧立方相、表面層富立方相等多種梯度硬質合金。瑞典的Sandvik和日本的住友公司已能大批量穩定生產,并形成相應的商品牌號。我國雖做了不少開發研究,但與國外先進水平相比尚有差距。
   3.2鎢基高比重合金    
   中國已是一個鎢基高比重合金的生產大國,W-Ni-Cu與W-Ni-Fe兩系列的合金有20多個牌號,產品整體水平已達國際先進水平。但中國的形變技術比較單一,設備條件也受到一定限制,因此中國生產的穿甲彈彈芯用鎢基高比重合金的性能與國外相比還存在差距。表3列出了中國與德國生產的鎢基高比重合金穿甲彈彈芯材料性能的相關數據,說明在抗拉強度與穿甲厚度等方面有較大的差距。表3 中國和德國鎢基高比重合金性能對比生產國家型號抗拉強度/MPa2000m穿四厚度/mm中國GW-351247600德國MD531600900
   3.3鎢板材    
   多板材加工國外已形成年產1000t以上的生產規模,奧地利、美國與日本是主要生產國,其中奧地利的Plansee公司是世界產量最大、技術最先進的鎢板生產企業,年產鎢板300t以上。該公司采用粉末冶金技術制取純鎢板。經高溫軋制開坯和冷軋變形的技術已經能批量生產最小厚度為0.025mm、最大厚度為500mm、最大長度為1500mm的超薄、超大型鎢板材,而中國只能生產最小厚度為0.2mm、最大寬度為400mm的鎢板,即中國尚無法生產超薄、超厚的鎢板。這說明在加工技術與裝備等方面與國外相比尚有較大的差距。

   4 中國鎢加工材的發展趨勢    中國鎢工業已由資源輸出型發展成為鎢制品應用在多個領域的產業大國,這是一個重大的飛躍。在未來10年至20年,中國鎢加工工業的發展方向如何,是值得鎢業領域的科學家與企業家深入思考的重大問題。筆者提出一些粗淺的看法,算是拋磚引玉,以期經過10年或者20年的努力,將中國建設成為一個鎢業科技進步的世界強國。
   4.1硬質合金4.1.1產能與產量    
   中國硬質合金的產能與產量已占世界總產能與產量相當大的比重,建議在未來5年中,中國應盡量控制硬質合金的產量,使之維持在18000-20000t之間。繼續擴大產能將造成低水平的重復建設與資源浪費。通過研發應使超細、超粗、超大型產品及技術含量高的深加工硬質合金的產量有較大幅度的提高,使這類產品的市場銷售值增加30%-50%。
   4.1.2研究與開發方向    中國硬質合金制備與深加工技術經過60年的努力已有較高水平,但要趕超世界先進水平,我們還需做不少努力,特別是在以下幾個方面需要投入大量的人力與財力進行研究與開發:

  ?。?)高強韌超細及納米硬質合金制備關鍵技術的研究與產品研發;
  ?。?)長壽命超粗、特粗晶粒硬質合金系列產品的研究與開發;
  ?。?)硬質合金超大型制品集成制備技術的研究與開發;
  ?。?)特異成形硬質合金制品加工技術及裝備的研究與開發;
  ?。?)硬質合金基礎理論的研究。    
   中國從事硬質合金生產與研究的中、高級科研人員,據保守的估計有近千人,這是世界上任何一個國家都無法比擬的。假如國家和企業在財力上按世界先進的水平,給予足夠的資金支持,再統籌兼顧給與合理的組織,我們深信,中國在上述領域一定會有一個飛躍,逐漸成為一個硬質合金強國。
   4.2鎢基合金
   4.2.1鎢基合金的產能與產量    在中國鎢基合金尚有一定的發展空間,特別是民用領域中鎢基合金的擴大應用還大有作為,廣大農村電氣化的進程必將對大量含鎢的電工材料提出更高的要求。因此,建議在未來5年中鎢基高比重合金的產量控制在4500t左右,鎢銅合金的產量控制在1200t左右。應盡量加快細晶、高強度高比重合金的產業化進程,使產品牌號增加到60種以上,滿足國內各行各業的需求。
   4.2.2鎢基合金的研究方向    
   中國鎢基合金制備技術已有高速發展,但在以下幾個方面還待努力:
  ?。?)超細、納米晶高性能鎢基合金制備技術的研究與開發;
  ?。?)鎢基合金后處理技術的研究與開發;
  ?。?)新型鎢基合金制備技術的研究與開發;
  ?。?)鎢基合金基礎理論的研究。    
   通過上述研究,中國鎢基合金的品種可有大幅增加,更重要的是中國鎢基合金的綜合性能在趕超世界一流的鎢基合金,更加充分發揮中國鎢的資源優勢。
   4.3鎢材
   4.3.1鎢材的產能與產量    
   中國鎢材在細鎢絲與鎢棒材的產量規模上具有一定的優勢,但隨著中國國民經濟的持續增長與出口份額的增加,因此在未來5年中,中國細鎢絲的產量維持在300億m左右,粗鎢絲維持在年產量3000t左右,多組元復合稀土鎢電極的年產量達500t,以取代具有放射性的W-ThO2電極。而在鎢板材方面應該有一個較大的發展空間,目前中國鎢板材產量僅為Psansee公司的三分之一。
   4.3.2鎢材的研究方向    
   鎢才是鎢制品加工的重要發展方向之一,隨著核工業的發展,對鎢板材的需求會日益增加。因此中國鎢材加工高技術的研發已提到戰略日程上來,其主要研發方向是:
  ?。?)超薄、超寬鎢板材工程化制造技術及裝備的研發;
  ?。?)高性能耐震鎢絲工程化制造技術的研發;
  ?。?)大制品鎢材加工技術的研發;
  ?。?)鎢基材料異形件制備技術的研發。    
   通過系統的研發使我國能自行生產厚度≤0.02mm,寬度≤500 mm,長度≤1000 mm的超薄鎢板及其他大型鎢板材。使高性能復合稀土電極全面取代W-ThO2電極,大制品與異形制品滿足國內的要求。    
   綜上可知,再經過10年到20年的努力,我國鎢加工工業能由過去的鎢資源大國發展到鎢制品的產業大國,最終將發展成為鎢科學技術的產業大國。

  株洲力洲硬質合金有限公司成立于1993年,專業生產硬質合金(鎢鋼)板材,拉絲模、軋輥、鎢鋼圓棒,鎢鋼長條薄片,合金刀片,鎢鋼拉伸模,鎢鋼冷鐓模,地質礦用工具(球齒、釬片),制砂機合金條,眼鏡板,沖壓耐磨件,硬質合金刀具,非標硬質合金產品等。
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