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一、“十二五”期间锻造行业发展报告

 

“十二五”期间,我国在锻造设备与技术方面进行了一些科学研究和技术攻关,取得了一些成果,一批先进的塑性成形技术得到应用与发展。在应用基础技术、关键工艺技术、模具技术和装备技术等方面都取得了进步。同时对促进相关领域和行业的技术进步和生产发展也做出了贡献。“十二五”期间万吨以上的自由锻造液压机和模锻压力机数量一再增加,世界最大的自由锻造液压机、模锻液压机、多向模锻液压机、等温锻造液压机和挤压机等设备完成建设,使我国大锻件(自由锻件和模锻件)锻造能力大幅度增加。锻造及锻造模具材料规格品种得到了丰富,又有一些材料和产品与进口相当,替代了进口。一些既懂现代技术又懂经营之道的企业家,以及既有现代意识又有高科技产品使用技能的专业人才也不断出现在锻造行业中。锻造行业企业主接班有序顺利进行。与“十一五”期间相比,锻造产品国际化速度加快,锻造企业参与国际竞争的能力持续加强。锻件总产量位居世界第一,表1是锻压协会统计和推算的锻造行业年产量。


 

锻造行业统计
 


 

“十二五”期间,开始具有了航空、航天等高端装备制造业大型模锻件及精密环形锻件的生产能力。一批高温合金、钛合金、耐热不锈钢等高端材料开始进行锻造成形并交付使用。钛合金空心轴颈、超高强度空心轴等温锻件成功研制。大型高温合金长轴锻造成形和结构钢长轴获得新突破,锻件最长尺寸达2.2米,轴径与长度之比大于1:25。高温合金盘叶整体锻造、钛合金盘叶整体锻造成功研制。成功生产出投影面积5.5m2的钛合金整体框、长度近5m的钛合金垂尾梁锻件、长度近6m的大型铝合金整体模锻件和重2吨的超高强度起落架模锻件等行业急需的大型模锻件。航空发动机关键叶片研制成功,这一综合制造技术要求极高的产品质量达到了国际先进水平。大高径比薄壁高筒型件精密辗轧技术获得成功,解决了国内航空航天领域需要的难变形材料成形的技术瓶颈。航空高端锻件产品开始走出国门。特别需要指出的是航空和医疗用等温锻造技术得到突破,不但能生产各种中小型的等温锻件,也可以生产较大的等温锻件,再经可靠性、稳定性和经济性方面的努力,将基本满足航空航天和医疗行业发展的需要。


 

在大型自由锻件方面:生产了300~600MW亚临界、超临界机组和百万千瓦级超超临界机组锻件。具有了“二代加”和“三代”百万千瓦级核电设备锻件制造能力。具备大型新材料锻钢支承辊制造能力。经过“十二五”的努力,大部分大锻件进口关税优惠政策已经取消,大口径厚壁无缝钢管出台了国家反倾销政策,这些都标志着我国大锻件制造能力已经基本可以满足国内需要。


 

在核电、军工产品和国内外重大项目中,特种材料封头冷/热成形有限元模拟分析方面取得成绩,积累了一定的技术和生产经验。国核示范和华龙一号核电用封头、航母用封头和美国陶氏项目高标准用不锈钢封头等典型封头产品国内已完成了制造并投入使用。


 

“十二五”期间,完成了300MW氢水冷护环的试制。完成了高铬转子的试制;以700℃以上超超临界发电机组用镍基合金转子为代表的新材料研发取得令人鼓舞的成绩。水电锻件全套国产化供应已经完全实现。


 

核电锻件的锻造工艺有了明显改进,有效提高了钢锭利用率。如蒸发器过渡锥形体、压力容器整体顶盖等质量达到了世界先进水平。核电核岛大锻件方面,已具有成套提供“二代加”和“三代”核岛反应堆压力容器、蒸汽发生器、补水箱和稳压器锻件的能力。提供了世界首套AP1000核电主管道锻件,已形成批量供应AP1000、ACP1000和CAP1400等第三代核电成套主管道大锻件的能力。在制造1100MW核电半速发电机转子的基础上,2014年采用650t钢锭完成了CAP1400核电半速发电机转子的试制。百吨核级不锈钢锻件制造工艺不断优化,开裂与晶粒度问题得到有效控制。


 

组合曲拐采用下注锭锻造成形,钢锭利用率接近70%。除价格因素外,国内完全具备制造组合曲轴的生产技术和能力。特别是具备国际先进的全纤维曲轴独特的锻造成形技术和设备,完全满足了国内全纤维曲轴的需求,并有了进入国际市场参与竞争的能力。


 

在大型加氢压力容器产品制造方面满足了国内容器设备制造需求,容器材质包括有2.25Cr-1Mo-0.25V、2.25Cr-1Mo 、1.25Cr-0.5Mo-Si、 15CrMoR、 16Mn(HIC)和 SA516-Gr70(HIC)等,目前已经形成规模生产。最典型例子是为扬子石化双超反应器特大型锻件,生产制造了锻件直径φ6350、长度7400mm超大型超高压芯筒等极限尺寸锻件。冶金设备用锻件方面,除用户喜好、价格和交货期因素外,全面实现大锻件的全套国产化供应。


 

国内可以完全利用拉拔技术和垂直挤压技术自行制造超临界和超超临界火电和核电用大口径厚壁无缝钢管。就这一项每年为国家节约数亿美元外汇,也大大拉低了电站建设成本。经过”十二五”的努力,我国已经可以应用大型多向模锻设备批量生产高压三通和阀体等锻件,为石油和化工设备的制造奠定了坚实的技术基础。

国内已经完全具有了挤压生产各种铝型材和合金铜材的生产技术,特别是模具技术取得了重大突破,无论是理论研究还是生产实践都已经处于国际领先水平,为我国高铁和家用空调等技术与产品发展作出了贡献。


 

锻造行业开展的中间试验平台的搭建使得物理模拟实验方法与手段日益丰富,不断向同材质小尺寸方向发展。


 

中小型精密成形锻件方面也取得了很大进步,一些典型产品逐步获得海外市场的青睐,具备了与国外专业锻造厂竞争的能力,很多锻造企业已进入国际知名品牌的汽车供应链体系,部分产品出口国外,并且能供应核心部件。目前产品已经远销到欧洲、北美、南美、日本、韩国、印度和泰国等国家。出口利润水平高于国内,能使企业的经营质量向良性方向发展。特别是中国锻造企业生产的一些汽车零部件不但质量高,而且在国际市场上已处于领先水平,价格和质量占有绝对的优势地位。

风电主轴和环件生产技术发展迅速,国内可以生产直接9米以上的大型环件的同时,也可以生产各种变截面(异型)环件。产品质量得到了大幅度的提升,不但实现了国内的完全自给,也大批量地打入国际市场,完全适应了国内外风电机组发展的步伐。


 

“十二五”期间,突破了大规格粉末高温合金挤压棒材外观完整性和细晶组织控制技术,研制出直径大于Ф260mm的FGH96合金挤压棒材,棒材晶粒度达到ASTM11级。研制了多项航空发动机用新材料(如Ti2AlNb、TC18;GH230等),并掌握了热加工特性及工艺参数。


 

“十二五”期间,原材料的内在质量和外观质量得到提升,出现高、中、低端档次分布的局面,让锻造企业有更多的选择空间。非调质钢的应用进一步扩展,某些锻造企业的非调质钢锻件比例已达70%以上。例如:珠光体+铁素体非调质钢锻造曲轴已大批量生产,涨断连杆也已批量应用。贝氏体非调质钢汽车前轴也开始大批量应用。


 

P91和P92钢可以稳定生产,为生产大口径厚壁无缝钢管做出了巨大贡献。


 

国内企业建成了世界一流的耐磨钢球锻造用钢生产线,为我国各种钢球生产奠定了基础。


 

一些锻造企业开展的材料制造与包括锻造工艺在内的工艺一体化研究取得重大进展,获得良好的经济效益。H13钢材料冶炼浇铸和锻造与热处理工艺的一体化制造处理技术获得国家专利,用其制造的塑料模具寿命得到巨大的提升。


 

国内钢厂已开始按照国外先进标准,包括按照国外企业标准冶炼汽车用钢,但由于冶炼技术不完善或不成熟,如国产汽车齿轮钢等仍然未全面替代进口。另外,国内钢厂未全面开发专供冷、温锻造用的专用钢材。


 

在火电、核电新材料产品上有了重大突破。冶炼方面,新增水冷模铸锭设备,优化钢锭凝固工艺,提高铸锭质量。冶炼高纯净度钢取得进步,特别是钢中氧、硫含量大幅度降低。锻造中运用高温扩散均质化技术,有效消除偏析,提高了产品的力学性能,特别是一重和二重等企业在600吨位级钢锭及锻件生产上取得重大进展。80吨以下钢锭,可以采用下注,有效提高了钢锭利用率。真空冶炼、下注锭的氢含量≤1.2PPm。


 

模锻、挤压和拉拔用玻璃润滑剂等润滑材料得到了快速发展,基本可以解决当前中大型锻件、挤压和拉拔件的生产需要。


 

冷精锻工艺。将分流锻造技术应用于闭式(闭塞)冷精锻,不仅使冷精锻成形力大为降低,而且对毛坯下料精度的要求也明显放松,使以闭式精锻成形为主要变形方式的冷精锻工艺的应用取得突破性进展。以轿车变速器行星齿轮和半轴齿轮(均为直锥齿轮)为例,我国轿车和部分商用车变速器直锥齿轮生产企业已广泛采用闭式冷精锻工艺生产,成为继日本和欧洲之后,锻造基本取代了传统的切削加工工艺的唯一国家,总体技术达到了国外先进水平。其中,直锥齿轮修形技术为国内外首创。


 

此外,汽车中小型同步器齿环,摩托车端面爪盘和档位齿轮等应用量大的齿轮类零件也都普遍采用小飞边冷精锻工艺生产。


 

多工位冷挤压工艺取得进展。冷挤压成形的制件(包括精化毛坯和成品零件)尺寸精度可达7级,表面粗糙度可达Ra1.6-0.4 ,冷挤压的强化作用使制件的力学性能大为提高。


 

热精锻工艺发展迅速。小型锻件实现无飞边闭式模锻。典型零件有齿轮坯及爪极整体凹模闭式精锻,管接头等枝叉类锻件实现了可分凹模无飞边闭式模锻,同时也应用此工艺生产汽车中高压管接头和油气输送管道上的三通、四通、弯头及变径二通管接头。中小型锻件小飞边精锻技术获得推广,虽然模锻成形力会有一定的增加,但其飞边金属损耗可节约2/3,有效地提高了锻件的材料利用率,并节省了加热能耗。


 

温锻综合体现了热锻和冷锻的基本优点,成为近十余年来主要的发展方向之一。“十二五”期间,我国温锻工艺的研发取得突破性进展,其代表性成果有大模数大直径直锥齿轮温锻、轿车等速万向节关键零件多工位温锻(温挤压)得到广泛应用。值得提到的是,随着温度和材料组织控制技术的提升,温锻温度在不断提升,有的温锻温度达到850℃或更高,从而大大减少了温锻的阻力,扩展了温锻零件重量范围。


 

多工位温/热锻—冷精整复合工艺受到行业青睐。它综合了温/热、冷锻工艺的优点而避免其主要缺点,适合于各种金属材料,以及轮廊尺寸较大而结构复杂零件的精锻成形。其典型应用实例有汽车变速器结合齿轮中空分流热锻—冷精整成形、汽车变速器直锥齿轮热锻—冷精整成形和等速万向节关键零件温锻—冷精整成形。


 

高强度铝合金零件流动控制成形技术应用取得成功。高强度铝合金具有的优点使其成为国内外汽车、飞机和航空航天飞行器和高铁列车零部件轻量化制造的首选轻金属材料。国内外普遍采用等温锻工艺来生产。在高强铝合金零件流动控制成形研究方面,所取得的代表性成果有轿车安全气囊气体发生器关键零件减压式流动控制成形、轿车无噪声空调压缩机2014铝合金涡旋盘阻尼式流动控制成形。这些技术上填补了国内空白。在实现铝合金锻造成形技术进步的同时,镁合金以及其它轻量化合金的成形技术也在得到开发重视和应用。


 

特种锻造。它包括辊锻、楔横轧、摆辗、等温锻造、环形件辗扩(也称辗轧)和曲轴镦锻等多种工艺。辊锻、楔横轧和摆辗早已成熟并得到较为广泛的应用,近年来主要针对一些难度较大的锻件扩大其应用范围。“十二五”期间,取得的重大进展和代表性成果主要有大型环形件精密辗扩和大型曲轴全纤维镦锻成形,以及楔横轧精确制坯、成形凸轮轴和各类球类零件,其工艺、模具技术和设备都处于国际领先水平。


 

航空、航天、航海及核动力用高温合金高端产品的开发取得进展,锻造技术的创新对高温合金高端产品的开发具有关键性作用。创新的核心是将锻造的热加工窗口控制在一个十分狹窄的温度范围内,既可以突破难变形超合金的锻造瓶颈,又可以实现超细晶锻造。创新的“软包套”保温自由锻技术、“软包套”保温DA模锻技术以及“软包套”保温+瞬时感应加热的DA模锻技术等缺的了实践应用的成功。其中“软包套”保温+瞬时感应加热的DA模锻技术可以与欧美创造的热模锻和等温锻技术相媲美,但我们的生产成本可显著降低。这些技术的不断成熟为我国高温合金、钛合金等特种金属锻造技术的进步作出了重要贡献。


 

等温锻造技术获得了长足的发展。该技术的应用大大降低难变形金属材料的变形抗力。改善了材料流动性,能够生产形状复杂、加工余量小、精度高的模锻件。


 

“十二五”期间,借鉴引进技术后,国内锻造工艺水平和国产锻造设备技术水平有跨越式提高。近年来国内汽车等速万向节和汽车齿轮的精密成形生产完全达到国外同行业相等水平;模具高速铣加工和锻造自动化等先进技术进入推广和普及阶段。


 

“十二五”期间,培养出规模化的专业化生产工厂,如天润曲轴、太平洋精锻、森威等速万向节和无锡航亚等专业供应商。市场往区域化、专业化和合理化方向发展。


 

在工艺研发方面,通过企业中建立国家级工程研究中心,对制造所需的材料、热加工工艺方面普遍采用了数值模拟技术与各种材料试验分析方法,为制造工艺提供技术支撑。


 

大锻件胎模锻技术得到很大发展,特别是在生产核电用壳体锻件方面得到了很好的应用。挤压、辗环等技术取得重大进展,在润滑技术、模具设计、制造和使用技术方面取得重要成果。


 

“十二五”期间,我国大型锻造设备快速增加,建成了世界最大的800 MN模锻压机和195 MN自由锻造油压机,万吨级以上的自由锻造油压机相继投入使用。锻造设备的控制技术也在进步,现代化的锻造车间已经出现在锻造企业,国内开始陆续建设全自动锻造生产线。


 

大型锻造设备数量迅速增加,具备了大型锻件锻造的主机条件。(300MN- 800MN)重型模锻液压机的建立和航空整体锻件制造能力的迅速提升,已能够满足我国军、民各种型号的大型整体航空锻件的成形需求;通过预应力钢丝缠绕正交预应力结构,突破了重型挤压和多向模锻承载液压机结构设计的难题,目前已完成了360MN和600MN挤压机制造和中小吨位(40MN/64MN-90MN/126MN)多向模锻液压机的研制。重型多向模锻液压机的设计已完成,解决了这一精密、绿色模锻技术装备的瓶颈问题,为多向模锻技术的推广奠定了基础。


 

近几年,为了实现钛合金材料的超塑性成形,我国先后研发成功了超塑性成形液压机,系列有63 MN、100 MN和200 MN液压机,其恒速压制、恒应变压制和动态调平压制指标达到国际最好水平。同时开发了大型航空材料锻件超塑性成形工艺,使大型航空模锻件质量达到国际先进水平。目前250 MN超塑性液压机制造项目已经启动,必将加速我国钛产品转化的能力和钛产业的发展。表2是锻压协会统计的国内大型压力机数量。


 

“十二五”期间,以大型筒体锻件成形机、重型巨载操作机为代表的新设备研制与应用取得成功,进一步提升了大型自由锻锻件质量与生产效率,降低了制造成本。

国内大型压力机统计

锻造生产向专业化发展有了明显进步,许多专业化生产线已经形成。国内已经可以完全制造大型万吨级以上的热模锻压力机曲轴和前梁锻造生产线。也可以提供中小型热模锻自动线,但稳定性和可靠性仍然是一个制约发展的瓶颈。国内锻造行业目前装备的大部分先进全自动模锻生产线几乎全部进口。


 

目前国内能成熟生产的现代模锻设备主要集中在4000以下电动或离合器式螺旋压力机和125KJ以下全液压模锻锤


 

国产电动螺旋压力机产品,系列从160吨到2500吨,经过逐步完善,在替代高耗能、精度差的摩擦螺旋压力机过程中起到了重要作用。4000吨系列电动螺旋压力机实现研发、样机生产和鉴定。装备制造企业已开始为用户提供从锻造工艺、配套设备、模具开发乃至自动化连线,并生产出合格产品的全套解决方案的交钥匙工程服务。

国债资金支持的数控全液压模锻锤项目,使锻锤类设备在节能降耗、绿色环保、数控化方面取得了巨大突破,大大提升了国内装备水平,已出口到美国、日本、东南亚国家和欧盟等十几个国家。数控全液压模锻锤的性价比优势明显,在替代落后设备方面有较大的空间。


 

“十二五”以来,用电液动力头改造蒸空锻锤继续进行,取得新的进展,已经完成了全部的改造任务。经改造后的设备能耗降低80%以上,为国家环保、节能,降低排放做出了贡献。目前世界上许多国家特别是俄罗斯还在大量使用蒸汽锤。


 

国内模锻液压机和挤压机基本可以满足国内需要,已经可以生产出锻造制坯需要的极高速(每秒数米速度)液压机,速度和位移精度控制达到国际水平。


 

“十二五”期间,我国进一步完善了中大型辗环机制造技术,尽管可靠性和稳定性需要改进,但基本实现了国产化。


 

锻造模具普遍采用加工中心(CAM)加工,真空炉热处理,使模具精度和表面质量有了明显提高。部分企业应用激光热处理、表面热处理等技术,大幅度提高了模具寿命。某些企业的统计表明,一些零件的模具寿命由原来的几百件~几千件,提升至2万~3万件,有的甚至提高到5万件以上。模具寿命的提高使生产辅助时间大幅缩短,锻造成本大幅降低。


 

自由锻液压机生产能基本满足国内需要,与之配套的装取料和操作机也有发展。但在可靠性和自动化与数字化控制方面与国外设备仍存在很大差距。


 

在行业有识之士、中国锻压协会及其它行业组织的呼吁下,锻造行业人才工作有了一些进步,但没有实质性的改观。大部分企业认识到人才的重要性,开始做一些人才的培养和再教育工作。当然也有一小部分企业也建立起了一套自创人才工作方法,来吸引和培养人才。一手抓内部培养,一手抓外部引进。可喜的是,锻造行业大部分企业由原来的单纯挖人开始有了培养人才的思想和行动,这是“十二五”期间的一个重大进步。


 

劳动工人本地化也是一个重大的人才工作进步,一方面,实行引进来留下来;另一方面,积极就地招聘。一些企业到流动工集中地打出非常具有吸引力的回家乡务工口号,从而满足劳动力需求。


 

“十二五”期间,地方政府利用政府采购模式、企业利用请进来讲学模式、送出去学习培训模式等来开展人才提升工作,值得肯定。


 

值得指出的是,经过多年的技术引进吸收和技术攻关,大锻件锻造技术水平有了长足的发展,培养和锻炼了大批相关人才。基本形成了大锻件材料和产品开发需要的各类人才。建立起了研发、转化、执行和基层创新的各方面人才队伍体系。


 

锻造仿真模拟技术开始在模锻、自由锻和辗环等锻造工艺领域使用,有效的提高了锻件合格率,降低了物理实验的成本。有实力的企业应用Q-FORM,D-FORM软件,辊锻制坯Veracd模拟软件,提高了设计能力和效率。在锻造工艺模拟方面,除模拟锻造成形外,能够针对钢材易发生的偏析情况(例如:模铸坯的方框形偏析、连铸坯的心部偏析)进行模拟,可以发现“偏析”最终在锻件的基体表面位置,有利于锻件在后续调质及表面淬火时防止开裂。此方法可以在锻件开发初期就对原材料、锻造工艺及后序工艺可能出现的问题做出预测,从而提前采取相应措施于以避免。


 

“十二五”期间,模拟软件功能更加强大,有利于模具设计制作和试验,缩短了设计周期,提高了设计准确率。铸锭应用了ANYCASTING模拟软件,热处理应用了SYSWELD模拟软件来指导生产,对新产品生产具有指导作用,大幅提高了设计能力、产品质量和制造效率。


 

近几年在提升管理能力方面,企业已真正认识到管理出效益、管理上质量,逐步健全了管理制度。一些企业引进ERP系统,实现了网络办公,大大提高了工作效率。从市场销售、物资采购、生产调度、成本核算到仓储管理全部实现计算机系统覆盖。数字化、信息化工厂模式开始有应用尝试,使锻造车间的现场管理得到很大改善。更加重视能源费用节约,普遍采用“削平填谷”,充分利用夜间低电价区间组织生产。


 

“十二五”期间,一些锻造企业与国外专业锻造厂成立了合资企业,同时海外锻造企业在中国独资设厂也在稳步增加,这些都为中国锻造业注入了新的活力。锻造企业与国外同行间交往逐步正常化,逐渐从思想上接受国外同行和客户的管理模式。特别是汽车行业供应商,在客户推动下,企业生产和质量管理逐渐与国外汽车行业规范接轨。


 

按照“构思一代、研发一代、试制一代、生产一代”的技术创新思路,一些企业逐步构建了研发驱动型科技创新体系,即努力构建“基础科学研究层、工程化研究层、产业化研究层和批量化生产层”。


 

“十二五”期间,一些企业技术创新体系进一步完善,体系构架和机构设置基本完成,建立了较完善、规范的薪酬体系、人力资源管理制度及一系列人才吸引、稳定、培养和选拔措施,形成了鼓励创新的环境氛围。


 

以重大技术装备国产化需求为方向,以重大课题研发为目标,不断提出企业的技术需求,与优质用户共同开发,同时进步得到行业企业认可。一些企业与全国知名高校院所建立了广泛的合作关系,各展所长,各取所需,效果明显,作用巨大。几年来,锻造行业中的一些企业承担了国家“十二五”科技支撑计划,牵头国家重大科技专项课题多项,同时也承担了国家863项目、国家重点科技计划项目。在大锻件生产方面,一些企业目前正在开展国家第三代核电大型锻件及核反应堆压力容器、大型开合式热处理基础装备、大型电渣重熔装备、巨型重载锻造操作机、锻造共性技术及加工技术等国家级课题的研发。


 

充分利用高校和研究院所的科技人才、科研装备与科技成果,行业中已经开始建立以企业为主的“产学研”联合机制,提高了市场快速反应能力,减少了技术开发风险,突破技术瓶颈,实现技术升级。


 

2010年,一重牵头组建了“重型锻压装备与工艺创新平台”,成为国家重型锻压装备与工艺创新的重要技术创新平台。行业内多家企业成立技术研究中心,博士工作站。这一形式正在行业中得到热捧。

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