1 中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢 鋼產(chǎn)量是衡量一個國家綜合經(jīng)濟實力的重要指標(biāo)之一,也是中國工業(yè)化進程中的支柱產(chǎn)業(yè)。由于中國經(jīng)濟持續(xù)高速增長,拉動了鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展。鋼材產(chǎn)量的快速升高又拉動了中國焊接材料產(chǎn)業(yè)的強勁發(fā)展。這不僅使中國成為世界上*鋼鐵和焊接材料生產(chǎn)大國,也成為*鋼鐵和焊接材料消費大國,見下表。鋼材的產(chǎn)量、品質(zhì)及其發(fā)展態(tài)勢直接決定了焊接行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及焊接技術(shù)的發(fā)展方向。自1996年以來,中國鋼產(chǎn)量已突破1億噸,焊接材料總產(chǎn)量77萬噸;尤其是自2001年以來,中國的鋼產(chǎn)量出現(xiàn)了跳躍發(fā)展,每年鋼產(chǎn)量均增加4000~6000萬噸,焊材產(chǎn)量每年增加30~40萬噸。到2006年,中國鋼材表觀消費量達到4.2億噸,焊接材料總產(chǎn)量達到320萬噸。與1996年相比,同步增長了4倍多。其增長速度之快堪稱世界奇跡,如圖1、圖2所示。
中國鋼材消費量與焊接材料產(chǎn)量表
年份 鋼材表觀 焊接材料 其中(萬噸)
消費量 總產(chǎn)量 焊條 焊條所占 氣體保護 埋弧焊 焊劑 藥芯
/億噸 ①/萬噸 比例(%) 焊焊絲 焊絲 焊絲
1996 1 約77 60 78 7 5 5 0.1
2000 1.4 約114 90 80 12 5.5 6 0.5
2003 2.7 200 150 75 30 10 12 4
2004 3.1 230~240 160 67 40 11 14 5
2005 3.5 270~280 170~180 63 60~65 16 19 7~8
2006 4.2 約320 180 56 90 18 20 12
①焊材產(chǎn)量由于缺乏統(tǒng)計,表列焊材產(chǎn)量的誤差在±5%左右。
2006年,按鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計,*鋼的產(chǎn)量12.39億噸,按有關(guān)資料綜合測算,*焊接材料產(chǎn)量約為600多萬噸。因此2006年中國鋼產(chǎn)量點*鋼產(chǎn)量的34%〔1〕,中國焊接材料產(chǎn)量點*焊接材料總產(chǎn)量的50%左右〔2〕。
預(yù)計今年中國鋼材消費量將達到4.5~4.8億噸。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測,10年后中國鋼材消費量可能達到6~7億噸。因此,相應(yīng)的焊接材料需求量可能達到400~450萬噸〔2〕。
過去10年中國鋼材和焊接材料實現(xiàn)了快速增長,今后10年將持續(xù)平穩(wěn)增長,鋼產(chǎn)量的大幅度增加牽動著焊接行業(yè)的快速發(fā)展。不僅焊接材料用量增大,而且焊接設(shè)備的需求增多,增加了焊接產(chǎn)業(yè)就業(yè)機會,壯大了焊接產(chǎn)業(yè)隊伍,同時也促進了焊接技術(shù)向著、、低成本、自動化方向發(fā)展。
2 中國正在從鋼材大國向鋼材強國發(fā)展
2.1 中國鋼材及焊接材料的分類消費態(tài)勢
中國作為鋼材及焊接材料消費大國,與國外發(fā)達國家的zui大差異為:近年來中國建設(shè)用鋼占55%左右,工業(yè)制造業(yè)用鋼不到45%,而目前美國、歐洲和日本的建設(shè)用鋼僅占22%~30%,工業(yè)制造業(yè)用鋼占60%~66%。這種差異,說明中國生產(chǎn)的鋼材及焊接材料一半以上用于各種基礎(chǔ)設(shè)施和城鎮(zhèn)化建設(shè)上面,這種快速發(fā)展受工業(yè)化進程中基礎(chǔ)建設(shè)的拉動較大。
在2006年生產(chǎn)的鋼材中,據(jù)統(tǒng)計,目前中國焊接結(jié)構(gòu)用鋼占鋼材消費總量的比例為40%~45%。此外用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的各種鋼筋和線材,其中三分之二左右是需進行焊接的,總數(shù)約為6000萬噸,而經(jīng)焊接的鋼材總量共計2.0~2.4億噸,因此,現(xiàn)階段焊接用鋼總量已占鋼材表觀消費量的50%以上,總量為世界*。
現(xiàn)按有關(guān)重點行業(yè)對鋼材及焊接材料的消費狀況分述如下。
2.1.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
中國大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),每年將消費鋼筋和線材1億多噸,除少量粗直徑鋼筋采用冷擠壓套筒連接外,其余主要采用鋼筋電渣壓力焊和焊條電弧焊。每年需用于鋼筋電渣壓力焊的hj431等熔煉焊劑10~13萬噸,j422等焊條50萬噸以上。
2.1.2 建筑用鋼
據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計,2006年建筑鋼結(jié)構(gòu)制造量約為1600萬噸,包括工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)、大跨度場館鋼結(jié)構(gòu)、市政建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)和住宅鋼結(jié)構(gòu)等,相當(dāng)消費焊接材料25~35萬噸。
預(yù)測2010年各類建筑鋼結(jié)構(gòu)制作量為2600萬噸,將相應(yīng)需要各類焊接材料40~50萬噸。預(yù)測2015年各類建筑鋼結(jié)構(gòu)將消費鋼材4000萬噸以上。
因此,建筑鋼材是今后的一個增長熱點。武鋼已生產(chǎn)了抗拉強度為400mpa、510mpa、590mpa的高性能建筑鋼材系列產(chǎn)品,其中耐火耐候鋼經(jīng)鑒定達到“集高耐火性、高耐候性、高z向性能和能承受大熱輸入焊接于一體”的新鋼種,達到了水平。已用于國家大劇院等重點工程。武鋼生產(chǎn)的q345和 q460厚板已用于幾十個建筑焊接鋼結(jié)構(gòu)工程中。寶鋼生產(chǎn)的建筑鋼材經(jīng)日本專家多次考核后,已用于101層492m高的上海環(huán)球金融中心大廈工程中。
2.1.3 造船
2006年中國造船完工量1452萬載重噸,約用鋼材560萬噸,相應(yīng)消費焊接材料14~16萬噸,其中藥芯焊絲約8~9萬噸。2007年一季度中國造船業(yè)承接新船訂單2010萬載重噸,成為該季度船市的*。預(yù)測2010年中國造船業(yè)用鋼將達1035萬噸,相應(yīng)需求各類焊接材料23~28萬噸。
2.1.4 汽車制造
中國2005年各類汽車產(chǎn)量570.8萬輛,消費鋼材1098萬噸。預(yù)測2010年中國各類汽車產(chǎn)量將達900~1100萬輛,將消費鋼材1500~1840萬噸。
2.1.5 集裝箱制造
中國已成為**的集裝箱制造和出口國。隨著市場需求的變化每年制造250~300萬個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱,消費鋼材400~500萬噸,制造一個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱用co2氣體保護焊絲20kg,每年約用co2焊絲5~6萬噸。
2.1.6 油氣長輸管道
石油天然氣長輸管道建設(shè)近年來正處于高峰期,根據(jù)規(guī)劃,未來幾年內(nèi),中國將建成14條油氣輸送管道,形成“兩縱、兩橫、四樞紐、五氣庫的管道運輸網(wǎng)”,這預(yù)示著中國管道用鋼量將大幅提升。據(jù)預(yù)測,未來幾年內(nèi),中國每年管線鋼需求量300~400萬噸〔3〕。據(jù)不*統(tǒng)計,2006年僅中石化、中石油系統(tǒng)焊接制管用鋼量達到165萬噸以上,其中出口60萬噸。焊絲、焊劑用量4萬噸以上。加上私營企業(yè),全國17家制造管廠年制管能力達560萬噸,因此2006 年總制管用鋼量及焊接材料用量翻番不止。
2007年8月31日,國家“十一五”重大項目──“川氣東送”工程開工。這是繼西氣東輸項目之后中國修建的又一條能源大動脈。從四川的長壽市到上海市橫跨東、中、西部8省市,穿越鄂西渝東山區(qū),橫貫江南水網(wǎng)地帶,5次跨越長江,地質(zhì)條件復(fù)雜,干線全長1702km,總投資627億。
2008年5月將開始建設(shè)西氣東輸二線,全長4800km,包括支線近8000km,直徑1219mm,全部采用x80鋼,2011年建成。預(yù)計從 2007年每年將用管線鋼350~400萬噸,相應(yīng)每年需各種焊接材料10萬噸(包括制管的埋弧焊材)。管接頭將主要采用氣體保護實心焊絲和自保護藥芯焊絲,其次是纖維素焊條和低氫鐵粉型下向焊條。而且長輸管道正在向提高鋼材強度(x70、x80、x100、x120),增大管道直徑和壁厚,提高輸送壓力的方向發(fā)展。相應(yīng)的國產(chǎn)焊接材料應(yīng)該緊跟配套。
2.1.7 “十一五”期間電力行業(yè)發(fā)展迅速
(1)火電建設(shè) 計劃新增火力發(fā)電1.6億千瓦。到2010年火電用鋼平均年需求量預(yù)計為65萬噸。超臨界和超超臨界火電機組在“十一五”規(guī)劃開工的60萬千瓦及以上燃煤機組中將達78%。將采用新型耐熱鋼,包括:
新型細(xì)晶強韌化鐵素體耐熱鋼系列:sa213~t23、t91、t122,sa335~p91、p92、p122及e1911;
新型細(xì)晶奧氏體耐熱鋼hr3c、nf709、sav25。
與這些新型耐熱鋼匹配的焊接材料,除p91、p92、t91國內(nèi)已研發(fā)部分焊接材料外,其余焊條、氣體保護焊焊絲、藥芯焊絲和埋弧焊材仍需全部進口。希望在今后幾年內(nèi)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。
(2)水電建設(shè) “十一五”期間水電設(shè)備的需求是將達到1.8億千瓦。預(yù)計2010年水電用cf62級別高強鋼的需求量為8~10萬噸。大部分鋼材和焊接材料已國產(chǎn)化。
(3)核電站建設(shè) 中國將興建百萬千瓦核電站30座。從今年開始,每年都將新開工100萬千瓦的核電機組3個以上。預(yù)計核電鋼材的年需求量為2~4萬噸,所需焊接材料的品種較多。
(4)風(fēng)能發(fā)電 中國將努力發(fā)展風(fēng)能發(fā)電。主要在西北和華北寒冷地區(qū),風(fēng)能發(fā)電的塔架和底座,對鋼材和焊縫都有防止低溫脆斷的要求。“十一五”期間約需中厚板35萬噸,平均年需7萬噸。需匹配相應(yīng)的焊接材料。
(5)塔架鋼結(jié)構(gòu) 全國每年輸電鐵塔和廣播、電視、通訊塔用鋼量約150萬噸。特別是已啟動1000千伏直流電的輸電工程,輸電鐵塔將采用q460高強鋼,急需相應(yīng)的焊接材料配套。
(6)橋梁鋼結(jié)構(gòu) 這是中國2020年前的建設(shè)熱點,將興建各類公路、鐵路和城市交通橋。其中規(guī)劃在長江上再建60多座橋,在黃河上再建20~30座橋。已確定在2015年前要建成渤海灣、長江、杭州灣、珠江、瓊州海峽的五座跨海大橋,總長度達228km,用鋼量625萬噸,主要為高強高韌性橋梁鋼,需匹配相應(yīng)的焊接材料。
(7)鐵路車輛 鐵路車輛將主要采用不同強度級別的耐候鋼,并已開始采用經(jīng)濟型鐵素體不銹鋼。到2015年,客車將全部實現(xiàn)空調(diào)化,需建造新的空調(diào)客車2.6萬輛,貨車將逐步改為70噸新型貨車。因此預(yù)計今后幾年鐵路車輛用鋼,年均為100萬噸左右,年需焊接材料1萬噸以上。
(8)壓力容器 2006年中國生產(chǎn)各類壓力容器鋼材129.3萬噸,并進口了幾十萬噸壓力容器用鋼板,2006年約消費各類焊接材料4~5萬噸。預(yù)計今后將每年增長 10%以上。目前這方面的一個發(fā)展趨勢,是利用控軋控冷(tmcp)技術(shù)生產(chǎn)微合鏵高純凈度的非調(diào)質(zhì)高強鋼,取代過去的調(diào)質(zhì)高強鋼,需配套相應(yīng)的焊接材料。
(9)石油儲備基地建設(shè) 預(yù)計2006~2010年,國家石油儲備基地建設(shè)工程將建設(shè)10萬立方米儲油罐150臺左右,共需鋼材29萬噸左右,其中相當(dāng)cf62級別的高強板12萬噸。此外,一些地區(qū)和一些企業(yè)也在興建大型儲油罐,數(shù)量也在100臺以上。因此今后幾年約需與大型儲油罐建設(shè)相匹配的各類焊接材料1.5~2萬噸。
(10)重型機械行業(yè) 包括一重、二重、太重、沈重等幾十家骨干企業(yè),2005年為各行業(yè)制造了約500萬噸的重大裝備和成套技術(shù)裝備,約消費鋼材542萬噸。預(yù)計2010年將生產(chǎn)重大裝備650萬噸以上,需鋼材約700萬噸,將相應(yīng)需焊接材料3~4萬噸,除通用的焊接材料外,需高性能多品種的各類焊接材料。
(11)工程機械行業(yè) 中國工程機械行業(yè)規(guī)模已居*三位,僅次于美國和日本。年銷售額億元以上的企業(yè)有一百多家。近年來每年用鋼量在450萬噸左右,制造各種塔式起重機、汽車起重機、裝載機、壓路機、推土機、挖掘機等工程機械,年需各種高強度、高韌性、耐疲勞、耐磨耐蝕等多品種焊接材料1萬噸以上。
2.2 鋼鐵工業(yè)發(fā)展中存在的主要問題
中國雖已成為世界上*鋼鐵大國,但并非屬于鋼鐵強國,中國生產(chǎn)的鋼種多屬于低層次通鋼,鋼材生產(chǎn)量較少或不能生產(chǎn),中國鋼鐵工業(yè)主體上屬于高消耗、高能耗、高污染、低質(zhì)量的狀態(tài)。
中國正處在現(xiàn)代化工業(yè)的建設(shè)過程中,基本建設(shè)用鋼材需求量較大,矛盾尚不尖銳。但過去10年的高速增長速度,給國家資源、能源和環(huán)境污染造成了過重的負(fù)擔(dān)。中國要從鋼鐵大國走向鋼鐵強國,上述鋼鐵發(fā)展形勢必須及時扭轉(zhuǎn),實現(xiàn)由量變到質(zhì)變的飛躍。落實科學(xué)發(fā)展觀,即重在增加高附加值產(chǎn)品、提高質(zhì)量,不能單純依靠鋪新攤子、上新項目,片面追求數(shù)量的擴張;重在降低消耗,提高企業(yè)和產(chǎn)品競爭力。使中國鋼鐵工業(yè)走上良性發(fā)展軌道,增強競爭力,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。使中國實現(xiàn)由鋼鐵大國到鋼鐵強國的根本轉(zhuǎn)變。
目前,中國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整取得顯著成績;節(jié)能降耗和改善環(huán)保取得新進展,鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴大,科技進步有重大突破,鋼鐵工業(yè)投資主體多元化取得重大進展,為中國從鋼鐵大國走向鋼鐵強國奠定了基礎(chǔ)〔1〕。
2.3 中國鋼鐵工業(yè)的裝備水平和工藝技術(shù)的發(fā)展與進步
鋼鐵工業(yè)屬于程工業(yè)。從20世紀(jì)90年代以來,中國鋼鐵工業(yè)的裝備水平和工藝技術(shù)有了長足進步,從整體上推進了流程優(yōu)化進程,為提高鋼材品質(zhì)和發(fā)展鋼材品種,打下了堅實基礎(chǔ)〔4〕。例如:
(1)建立了現(xiàn)代化的煉鋼生產(chǎn)流程 大、中型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)已實現(xiàn)了包括鐵水脫硫預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉、爐外精煉、連鑄連軋等現(xiàn)代化的煉鋼生產(chǎn)流程。成分、組織的均勻性控制更好。
(2)大幅度提高了鋼的純凈度 現(xiàn)代化的煉鋼生產(chǎn)流程,使中國鋼水的純凈度,即鋼中雜質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總量σ(s+p+o+n+h)從傳統(tǒng)流程550~600·10-6直接跨越到 200~250·10-6,寶鋼、武鋼等*企業(yè)已經(jīng)達到小于100·10-6的*水平,w(s)≤0.003%。
(3)控軋控冷工藝將成為大、中型鋼鐵企業(yè)軋制技術(shù)的主流 控軋指在更低的溫度下停軋,抑制高溫奧氏體晶粒長大;控冷即軋后立即加快冷卻速度,既避免晶粒長大,又提高形核率。通過細(xì)化晶粒顯著改善鋼的強韌性。傳統(tǒng)的細(xì)晶粒鋼其晶粒鋼的晶粒可達0.1~10μm。
tmcp工藝在日本軋鋼中應(yīng)用率達70%以上。中國過去由于軋制裝備工藝水平落后,沒有真正達到控軋控冷水平的鋼材。近3年來,將陸續(xù)投產(chǎn)19套中厚板軋機,其性能將超過日本和美國現(xiàn)有的軋機,成為新一代現(xiàn)代化中厚板軋機,為實現(xiàn)控軋控冷(tmcp)工藝、生產(chǎn)大批量高性能的中厚板奠定了裝備基礎(chǔ)〔5〕。
在微合金控軋控冷鋼的基礎(chǔ)上,正在發(fā)展新型高純凈度、高強度釘狀鐵素體鋼、超低碳高強貝氏體鋼等,另一方面啟動了以“超細(xì)晶粒、超潔凈度、超均勻性”為特征,以強度、壽命雙翻番為目標(biāo)的“21世紀(jì)超級鋼”的開發(fā)研究及應(yīng)用。
2.4 “2006~2020年鋼鐵科技發(fā)展指南”提出了今后15年鋼材的發(fā)展目標(biāo)
2006年中國金屬學(xué)會和中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會聯(lián)合發(fā)布了《2006~2020年中國鋼鐵工業(yè)科技與技術(shù)發(fā)展指南》,提出了今后15年的鋼材發(fā)展目標(biāo)〔7〕。
2.4.1 2006~2010年的鋼材發(fā)展目標(biāo)
(1)20%普碳鋼材在韌性基本不變的情況下,強度提高1倍。
(2)穩(wěn)定生產(chǎn)高強度、高韌性、低屈強比的各類鋼板,如屈服強度400~800mpa,抗拉強度600~400mp*高強韌性板材,x80管線鋼等。
(3)穩(wěn)定生產(chǎn)耐火、耐候、抗震鋼板以及抗拉強度大于100~1400mp*超潔凈、超高強度新鋼種。
(4)細(xì)晶和超細(xì)晶、高潔凈度、高均勻性鋼材覆蓋面不小于10%。
(5)全面建成具有中國特色、化的冶金新材料體系,包括火電、水電、核電設(shè)備用新鋼材、造船用焊接不預(yù)熱和大熱輸入焊接用鋼、-160℃低溫鋼、汽車用600~800mp*高強度鋼板、高速火車用各種鋼材、石油和海洋工程用新鋼材、制造業(yè)用各類冶金新材料等。
(6)鐵素體不銹鋼和用錳、氮代鎳、鉻不銹鋼實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
2.4.2 2011~2020年鋼材發(fā)展目標(biāo)
(1)各類*鋼鐵材料,包括強度提高1~4倍,使用壽命提高1~4倍,節(jié)約資源和環(huán)境友好型*鋼鐵結(jié)構(gòu)材料;不含合金元素,fe=99.995%,超高均勻度、超高純度、超細(xì)組織鋼鐵耐蝕材料;超超臨界火電機組用超級耐熱鋼,耐蝕性提高3~5倍的納米晶不銹鋼,可在大于1100℃大火中燒3h而強度基本不變的超級耐火鋼,表面合金化的不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、抗氧化鋼、超輕型鋼鐵結(jié)構(gòu)材料(中空輕型鋼材)等。
(2)低鎳、低鉻、低成本環(huán)保型不銹鋼成為不銹鋼產(chǎn)品主流,氮合金化的雙相不銹鋼和超級奧氏體不銹鋼形成系列、穩(wěn)定生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用于石化、船舶、汽車和建筑等行業(yè)。
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