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“十二五”时期焊接材料的发展走向和问题

2011-01-11    单位:中国焊接学会焊材委员会  作者: 唐伯钢
内容摘要:“十二五”规划将确立我国转变经济方式的“总攻”战略,必将深刻地影响今后五年以至较长时期内,我国焊接材料行业的发展走向。既是发展机遇,焊材仍将逐年平稳增长,又是艰辛的转型过程,要从重数量转向重品质。

  中共中央在关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议中指出:“十二五”时期(2011~2015年)是“加快转变经济发展方式的攻坚时期”。“十二五”规划将确立我国转变经济方式的“总攻”战略,必将深刻地影响今后五年以至较长时期内,我国焊接材料行业的发展走向。既是发展机遇,焊材仍将逐年平稳增长,又是艰辛的转型过程,要从重数量转向重品质,使产品升级换代,预计在我国焊材消费总量中,低成本扩张的低档产品将逐渐萎缩,转为以中档产品为主和向高端产品发展,将涉及行业内一些企业的关停并转和产品对市场占有率的重新“洗牌”。现将可预见到的一些发展走向和问题分述如下。


  一、钢材和焊材平稳持续增长,产品性能升级加快


  1996~2010年,是我国钢材和焊材高速发展时期。1996年我国钢产量近1亿t,焊材产量约75万t。2010年我国钢产量将达6.2亿t以上,焊材产量将超过450万t,都增长了6倍多。


  在“十五”和“十一五”期间,政府和中国钢铁工业协会对我国钢产量的预测,几乎每次均落后于市场的发展。2006年预测2010钢的需求量为4.7亿t,2008年面对世界金融危机,国务院在《钢铁产业调整和振兴规划》中,规划2009年钢产量4.6亿t,均被市场大幅度超出。


  因此2010年国际钢铁协会在全世界2015年对钢需求量的预测中,提出中国2015年对钢的需求量,低数是6.5亿t,高数是9.4亿t。预测的低数与高数二者相差近3亿吨之多,难以据此评估发展态势。


  国内一些专家认为,作为可参照的宏观预测,2015年我国对钢的需求可能为7.5~8亿t左右。按此考量,2015年我国对各类焊接材料的需求总量,可能为530~600万t。


  因此今后五年我国焊材总量仍可能增长100万t左右,平均每年约有20万t上下的增长空间。但产品的更新换代过程将明显加快,在我国焊接材料的消费总量中,将从目前以结422焊条、ER50-6焊丝、HJ431焊剂等低档产品为主,转向以各类低氢型焊条,各类优质多品种实芯焊丝、各类优质药芯焊丝和多品种焊剂等中档产品为主,并向高端产品发展。


  二、用于高效化(自动化)的焊材比例,将逐年提高


  近年来我国焊接高效化(自动化)进程已明显加快。这不但是工业化和焊接技术的进步,而且也是经济和社会发展的推动。回顾欧、美、日等发达国家,他们是在以下三种情况的推动下,即:一是在焊接钢结构制作成本中,人工费和管理费等成本持续上升;二是熟练焊工短缺;三是要求提升高性能焊接结构的品质稳定性。使他们相关企业不得不致力于焊接高效化和自动化。而我国现在也已陆续进入这一阶段了。


  按手工焊焊条和自动化焊材(气保护实芯焊丝、药芯焊丝及埋弧焊材)的比例测算,我国焊接高效化与自动化率,2000年仅20%,近二年就全国范围而言已上升到50%左右,而华东、华南和华北等发达地区的部份企业已上升到80%左右了。


  预计到2015年,我国焊接高效化和自动化的比例,就全国而言,将超过60%,而造船、工程机械、石化、电力和建筑金属结构制作等大中型企业将达到80%以上。


  三、焊材必须随钢材进展而提升品质和焊缝金属性能


  近年来由于钢材冶炼和轧制技术的巨大进展,焊缝金属的洁净度(S、P等杂质的含量)和韧性以较为普遍地落后于钢材的性能。表1列出了近年来一些钢材与相应焊材S、P、Akv例值的对比。


  这种状况已引起不少用户和设计部门的严重关切,提出对重要的装备制造和工程,应择优选用焊材,使焊缝金属的S、P含量和韧性,接近钢材的实物水平。


  而且目前不少焊材与钢材性能的差距,仍在进一步扩大中。原冶金部副部长、中国工程院院士殷瑞钰在全国炼钢生产技术会议上的主题报告中提出,产品洁净度是保障钢铁产品性能的基本要素,要使全部钢材的洁净度达到洁净钢的基本要求。2010年10月殷瑞钰又在《中国冶金》杂志刊发的专文中指出,加快高效率、低成本洁净钢平台建设是钢厂集成创新、技术升级的一大重点,已取得明显成效,还要加快推进。


  并对典型钢种的洁净度控制水平提出了建议。其中与焊接相关的典型钢种洁净度建议控制水平列于表2。


  由表2数据可见,要使焊缝金属S、P、N、O、H等杂质含量基本上与匹配的钢材相当,现有大多数焊接材料必须升级换代,作大的改进和提高。包括焊普通碳钢的结422焊条和ER50-6气保护焊丝的含硫量也需降低。


  这将是“十二五”时期各焊材企业的重要努力方向。不但是要精选生产焊材的原辅材料,改进配方和生产技术,也必须增加生产技术装备。目前除部份有实力的企业外,大多数焊材企业没有直读光谱分析仪、X萤光分析仪、高精度碳硫分析仪、氧氮分析仪、快速水份测定仪及水银法扩散氢测定仪等现代化检测装备,难以稳定监控和快速在生产过程监测焊缝金属的洁净度。这方面的差距,将成为今后企业实力和产品优劣评价的重要标志。


  四、高端焊材将成为企业实力比拼和市场竞争的热点


  在“十二五”时期将加快发展战略性新型产业。国务院在相关决定中指出:“发展战略性新型产业已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略”,包括“高端装备制造产业”、“新材料产业”、“新能源产业”及“节能环保产业”等。有关专家预测,今后十年我国高端装备制造业的销售产值将占全部装备制造业销售产值的30%以上。


  因此,用于高端装备制造产业、新材料产业及新能源产业等战略性新型产业的各种高性能优质焊接材料,可定位为“高端焊材”。


  “十二五”时期,对各类高端焊材的需求量,将大幅度增长。主要有:


  (1)用于核电机组的不锈钢、镍基合金和高强钢等各类高端焊接材料。国务院已核准建设34台核电机组,装机容量3692万kW,其中在建核电机组24台,还有33台拟建,建设期集中在2011~2016年,预计到2020年我国核电装机容量将达8000万kW以上。因此工程量很大,所需高端焊材数量将逐年增长。


  (2)用于超超临界火电机组的各类高端焊接材料。对目前已推广使用的600℃蒸汽参数火电机组用第二代新型耐热钢(以P92、S30432和S3042钢为代表的锅炉钢),其配套的各类高端焊材尚需完善。对正在开发应用的蒸汽参数650℃的第三代耐热锅炉钢,需开展配套焊材的研制工作。


  (3)用于海洋工程装备制造的高端焊材。经过去二十多年的努力,我国已建成年产5000万t的海上采油能力。“十二五”时期将在我国的近海再建成年采油5000万t的生产能力,总投资将超过2500~3000亿元。在制造和安装中需焊接的海工装备,包括钻井平台、采油平台、工程船舶、水下管道及储油罐等,主要采用高强高韧性、低温高韧性、耐海水腐蚀等各类高端焊接材料。


  此外,纳入焊材行业高端焊材生产范畴的品种,还应包括造船、压力容器、桥梁、工程机械、高层及大跨度钢结构、水电、石化、重型机械等行业用焊材中的高性能产品或更新换代产品。


  各类高端焊材,包括高性能的各种焊条、实心焊丝、药芯焊丝和埋弧焊材等,目前在焊材销售总量中,<10%。预计五年后可能增长到占焊材销售总量的20%~30%左右。


  各类高端焊材的品质,不但取决于研发水平,而且更重要的是取决于现代化的生产装备和检测仪器及品质管制系统。因此一般使用单位都要先对焊材企业的实力作考察确认后,才决定可供选择的供货企业。


  高端焊材由于技术含量高,附加价值也较高,优质优价将成为“十二五”时期焊材企业实力比拼和市场竞争的热点。


  五、“十二五”时期焊材发展中应关注的几个问题


  1.焊条的品种结构将逐渐有较大的调整


  近二年我国焊条年产量波动在200~230万t上下,其中约10%~15%出口外销。国内年消费量约170~200万t左右。


  近年在我国焊条的总产量中,用螺旋机生产的普通结422、结421等酸性碳钢焊条仍占80%以上,而国外发达国家普通酸性碳钢焊条已降到只占焊条总产量的50%以下。


  为了节约资源和节能减排,我国在钢材生产中,正在逐年提高各类低合金高强钢的比例,以取代普通碳钢,节约钢材。因此与钢材配套的焊条品种也需有相应调整。


  预计今后几年,我国用油压式焊条压涂机生产的各类碱性低氢型结构钢焊条,高强钢焊条、低温钢焊条、耐热钢焊条及不锈钢焊条等品种,将从现在不到焊条总产量的15%,逐渐上升到占焊条总产量的30%~40%。


  目前国内油压式焊条压涂机生产线的优劣差距较大,发展方向是要尽力提高焊条的压涂力,例如对200t、250t、300t油压式焊条压涂机,希望分别在表压180kgs/cm2、200kgs/cm2、240kgs/cm2条件下正常连续压涂焊条,这样不但焊条药皮密实光滑强度好,而且由于药粉湿度小,可节约烘焙能量消耗,并减少低氢型焊条的药皮含水量和扩散氢含量,降低了不锈钢焊条的气孔倾向。


  同时应尽力提高连续式焊条烘干炉和固定式高温烘箱的热效率,将节能指标作为重要的性价指标。节能的烘炉,即使售价较贵,节约了能源费用,从长远看是合算的。


  2.着力解决气保护实芯焊丝的品种短缺问题,并继续提升其生产技术


  近几年是我国气保护实芯焊丝的高速发展时期。2007年产量突破100万t,2008年约120万t,2009年超过125万t。


  但生产焊丝的钢盘条品种过少,仍是多年来我国焊材发展的主要瓶颈。希望焊材企业与钢铁企业联手来解决此问题。


  现不但高强钢焊丝、耐热钢焊丝、低温钢焊丝、耐候钢焊丝及不锈钢焊丝的品种明显少于国外焊材企业的供货品种,而且量大面广的CO2焊用焊丝,如小电流用焊丝,大电流用含Ti焊丝、大热输入厚板焊用Mn、Si含量较高的焊丝等也与国外有差距。


  这几年气保护实芯焊丝占焊材总产量的比例波动在29%~31%,还将持续增长,可能在今后几年增长到35%以上的比例。如能解决扩大品种、提高品质及与相应焊机更好匹配等问题,我国气保护实芯焊丝的产量有可能在2015年增长到160~190万t左右。


  3. 关注气保护实芯焊丝生产技术与生产装备的改进


  (1)为解决镀铜焊丝的铜膜过厚和结合不牢的问题,国外已采取措施控制经清洗拉拨光滑的焊丝,在进入镀铜槽前,要保持焊丝表面有微米级的粗糙度,这样才能使铜膜结合牢固。国内的生产线设备和工艺,尚未重视此问题。


  (2)现在国内广泛采用的10~24丝展开式长流程镀铜生产线,相当于上世纪九十年代的国外先进水平。近年来国外的进展,一是为节约酸碱和水的消耗,采用强力清洗措施,缩短生产流程和场地,减少消耗和污染;二是改进化学镀铜时添加剂成份和结合电化学过程,提升镀铜品质。


  (3)为了便于多品种焊丝的生产,发展了从粗拉、清洗、精拉到镀铜的单丝连动生产线,收丝速度达800m/min。生产效率高,产品的品质稳定。而且在这种单丝连动生产线上,可以方便的进行镀铜和镀特种涂层焊丝的转换。


  4.药芯焊丝发展,应从重规模、重数量转向重质量、重品种


  近十几年来,是我国药芯焊丝的快速发展时期。形成各类型企业竞相投入药芯焊丝生产,竞相扩张规模和数量的局面,产能已过剩。据不完全统计,在国内现有七十多家药芯焊丝生产企业中,已有各类型药芯焊丝生产线四百多条,其钢带清洗、轧机、加粉、拉拨和后处理设备的优劣差别很大,使产品的品质稳定性和品种也有较大差别。


  2008年我国药芯焊丝产量约32-35万t,2009年产量已超过40万t,2010年产量尚未统计出来,估计可能比2009年略有增长。但“十二五”时期的发展态势,尚存在不确定性。


  一是现生产量最大的普通钛型气保护药芯焊丝在船舶建造市场中的容量已接近饱和。船用钢材正在向高强度高韧性方向发展,要求焊接接头具有更高的强度和韧性及抗裂性能,药芯焊丝的品种需要更新换代,提升性能。


  二是药芯焊丝在建筑钢结构、桥梁、输油输气管道、重型机械等其它产业中的应用,还需继续开拓市场。


  三是随着数字式逆变焊机等新型焊接电源和控制技术的进步,已能使实芯焊丝CO2气保护焊的大电流焊接效率和作业性能与药芯焊丝相当,因此一些用户在结构钢焊接时,将会选用价格较便宜和易保管的实芯焊丝。今后,如数字式逆变焊机加优质实芯焊丝的这种匹配,为更多用户接受,则在一般结构钢焊接中,药芯焊丝的应用将萎缩。药芯焊丝的发展方向,将转向多品种低合金钢和合金钢特种药芯焊丝、不锈钢药芯焊丝、堆焊及喷焊药芯焊丝等。


  因此今后药芯焊丝的发展,应从重规模和数量,转向重品质和品种。为此必须改进生产装备,增强检测手段,提升研发能力。

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