國內外鎂合金板材生產與展望

王永昌

摘 要：本文簡要介紹了鎂合金板（帶）材的生產方法以及國內外的發展狀況，以及采用雙輥鑄軋技術生產鎂合金板（帶）材具有生產的連續化程度強、成品率高；短流程、低成本以及可大規模進行工業化生產及市場推廣應用等優點。

關鍵詞：鎂合金；板帶材；雙輥鑄軋；均勻化處理

中圖分類號：TG146 文獻標識碼：A

1 鎂合金板（卷）材的應用前景

鎂合金是目前工業上應用最輕的金屬材料，由于它具有較強的比強性、比剛性、減震性和電磁屏蔽性及易切削性等綜合性能而成為電子通訊、現代汽車、印刷影印、軌道交通、航空航天及軍工武器等行業的重要新型材料，尤其是人類對能源和環境非常關注的今天，鎂合金產品受到日益重視，具有廣闊的市場開發應用前景。

鎂板是目前鎂業深加工領域最具發展潛力的產品，由于鎂合金晶體結構是密排六方結構，滑移系數小、低溫塑性變形能力差，過去的十多年中在鎂板軋制工藝沒有取得長足的發展、成品率低、成本高，市場難以接受。近年來，隨著原鎂價格的下降和高溫耐熱、高強耐蝕、塑性變形能力強等新型鎂合金的出現，鎂板軋制工藝的改進，生產成本逐漸下降，產品越來越被市場接受，使國內外越來越多的企業和研發機構進入該領域，生產和研制不同用途的各類鎂板。

目前鎂板的生產和市場處境，正像十多年前的鋁板市場一樣，那時，幾乎鋁板市場是一片空白，但隨著這十年來的發展，鋁板市場增長速度有目共睹，應用領域也在不斷擴大，最早建立鋁板生產線的廠家現在大都成為行業龍頭，享受市場高速增長的紅利。鎂板的應用范圍和前景同樣十分廣闊，鋁板可以涉足的領域鎂板大多也可涉足。使用鎂板生產的沖壓件，比起現在普遍采用鎂壓鑄工藝生產的壓鑄件，具有成品率高、生產率高、產品強度高的優點。因此未來一部分鎂壓鑄產品將會被鎂板沖壓產品取代。而且利用鎂的材料特性，鎂板將會被大規模用于制造汽車前后蓋板、汽車門板、動車外殼、動車底座及床鋪、以及飛機和火箭等航空航天器上。目前的鎂板市場就像一片藍海，發展潛力巨大。

2 鎂板材生產工藝

鎂板生產工藝一般分為兩大類：即傳統的軋制工藝和雙輥鑄軋工藝。

2.1 傳統軋制工藝：將鎂合金錠進行預熱、熔煉、凈化，鑄造成一般為0.3m×1m×2m的扁坯，將扁坯在480℃下進行幾個小時的初次均質化處理，然后進行多次、往返、連續的熱軋、溫軋，形成5mm～6mm厚的板材，再將板材在340℃下進行退火、精加工后生產出成品。該工藝成本高（扁坯成本大約為 5萬/噸，加工成本大約為9萬/噸）、耗時多、成品率低（一般在20%～40%）、如果生產薄板，成品率更低，每批次的產品質量不穩定、不能連續生產，產量受限，無法支持大規模、工業化生產，只能小規模為軍工企業生產中厚板，每年產量大約在1000t左右，產品厚度和寬度均滿足不了當前汽車制造和電子產品市場的需求。

2.2 雙輥鑄軋工藝：第二類是近年來在國內外開發的雙輥鑄軋工藝，該工藝將熔融后的鎂合金液體直接用泵咀均勻地噴射到雙輥軋機輥面之間，用軋輥內的冷水冷固，通過輥縫一次性、連續鑄軋成3mm～3.5mm板帶，然后進行2～5次的連續溫軋、平整、熱處理等精加工后生產出0.5mm～1.5mm厚，600mm～1800mm寬的鎂卷材成品，成品率均在93%以上，直接應用于電子產品制造上。該工藝極大地提高了產品的成品率，省去了傳統工藝多次壓軋過程，生產率高、生產成本低、工藝成熟、產品質量穩定，可規模化、商業化生產，是目前生產低成本、高性能鎂合金板材的現代工藝。

2.3 工藝流程

傳統軋制工藝流程：坯錠預熱→熔煉→凈化→鑄錠→均勻化→洗面→加熱→熱軋（多次加熱）→溫軋（多次退火）→冷軋→成品退火→板材分剪→成品堆扎。

雙輥鑄軋工藝流程：鎂錠預熱→熔煉→鎂液凈化→雙輥鑄軋→少量溫軋→成品退火→板材分剪→成品堆扎。

3 鎂合金板材生產現狀

隨著各國經濟的發展，鎂板材消費結構有了較大的變化，尤其是近幾年，隨著鎂材價格的降低和高溫耐熱、高強耐蝕等新型鎂合金的發展，使各國研發機構和商業公司對鎂板的開發和生產頗感興趣，鎂板的生產技術日趨成熟。

CSIRO—澳大利亞聯邦科學與工業研究組織，該組織經過長達十多年的研究，在鎂合金及鎂合金板材生產方面取得了可喜的成果。CSIRO已開發出了具有專利權的鎂合金板材雙輥鑄軋技術，將熔融AZ31鎂液噴射至雙輥之間進行鑄軋、冷卻，即軋制出厚度為3mm～3.5mm、寬幅為600mm的鎂合金鑄態卷板，再將鑄態卷板進行少量的溫軋及精加工后，即可生產出3C產品所需的寬幅600mm，厚度0.5mm～1.5mm的成品鎂板，工藝成熟，技術處于世界領先。CSIRO的技術獨特在于它能有效地優化顯微組織，最小化缺陷，最大化鎂板強度和成型性。CSIRO生產的鎂合金板樣品已在日本和美國分別進行了制造3C產品零部件和汽車部件的精加工檢驗，被確定性能先進，符合生產3C產品和汽車零部件的要求。目前CSIRO正在致力于將寬幅為600mm鎂板材技術進行商業化應用。

CSIRO更期望將本項技術應用于汽車行業的鎂板材生產上，但寬幅600mm的板材顯然不能滿足汽車工業的要求，目前汽車工業對鎂合金板材的寬幅要求一般在1800mm以上，為此，CSIRO正在進行該技術的進一步開發和產品尺寸的提升，使600mm的寬幅擴大至1800mm～2000mm。

德國的GKSS鎂技術工程中心對雙輥鑄軋鎂合金板材技術也進行了多年的研究，尤其是在鎂合金的鑄造、壓軋、表面防腐等方面在材料晶相控制和加工工藝上都有很多研究和前期技術儲備，后段精加工方面也取得了新的進展。德國亥姆霍茲聯合會是德國最大的國家級科研機構，新型鎂合金的研發及其在工業領域的應用，是吉斯達赫材料研究中心研究的主要對象，該中心研發并建成的雙輥鑄軋和溫軋示范廠，使板材連續的變薄。目前，這種優化后的寬幅為650mm，最小厚度為4mm的AZ31鎂合金鑄軋板材各項參數符合批量生產工業用材的要求，并能吸引投資伙伴，進行合作生產或技術轉讓。

2011年初，韓國浦項鋼鐵公司（POSCO）在韓國全羅南道的順川建設鎂板材項目，開發和生產寬幅鎂合金板材，該項目年設計能力為1萬噸鎂合金板材，寬幅1800mm～2000mm，產品定位于汽車行業，于2012年10月投產并實現商業化生產，現已成功生產出汽車前后蓋板及門板產品，并與韓國現代、韓國起亞和日本豐田等汽車廠家簽訂意向供貨協議。早在2007年，浦項在此就有一生產能力為3000噸/年，寬幅為600mm的鎂板廠在運營，產品用于生產移動設備的硬質外殼，如移動手機和筆記本電腦。

德國MgF Magnesium Flachprodukte（蒂森克虜伯鎂板生產廠）于2010年與弗萊貝格工業大學聯合，在德國弗萊貝格用鑄軋技術生產鎂合金板材，其寬幅為180mm～650mm，厚度為5mm，然后用溫軋工藝生產厚度為0.5mm～5.0mm的不同尺寸的板材或卷材，產品用于汽車制造和航空航天工業制造業。

澳大利亞迪肯大學前沿材料研究院，莫納什大學材料工程系開發的牌號EX1變形鎂合金比傳統的AZ31變形鎂合金更具有可塑性，擠壓速度快，生產效率高。EX1合金用于擠壓和鍛造鎂合金板材和型材，其擠壓速度比傳統的AZ31合金快5倍，與常用鋁合金型材的擠壓速度一樣，這樣會大大降低生產成本，該研究院已在其示范廠用這兩種合金擠壓出了8m長的型材和自行車輪轂，其市場應用前景廣闊。

日本的Gonda Metal、土耳其的VIG Makina，英國的Magnesium-Electron也在分別生產和開發AZ61和AZ31等不同類型的鎂合金板材，用于電子產品裝配件和航空航天工業。

奧地利勞和是一家專門從事鎂合金熔爐及相關熱處理系統的研制、開發和生產企業，致力于研發世界最前沿鎂生產工藝及設備，以拓寬鎂原料的使用領域，通過該公司的多年研究和與歐美及亞太伙伴公司的合作，也已開發出了雙輥鑄軋技術，由液態鎂合金可直接生產固態鎂合金卷材。該公司已向全球的鎂板生產商提供了6套鎂合金熔煉系統，其中向韓國浦項鎂業分別與2004年和2008年先后提供了兩套設備，生產寬幅為800mm和1800mm的鎂合金板材，其設備及生產工藝已得到了市場的廣泛驗證和認可。

另外，國內也有多家專業生產鎂合金板材的廠家，如：中鋁洛陽銅業鋁鎂板材廠、山西銀光鎂業集團、營口銀河鋁鎂合金有限公司、西部鈦業有限責任公司等，他們所用工藝均為傳統軋制和雙輥鑄軋工藝，生產規模小，產品有中厚板和薄板。

2013年初，西安航空基地與陜西工業技術研究院等三家企業共同簽訂協議，計劃在西安航空城投資17億元打造年產7萬t鎂合金研發生產項目，將陸續在園區內建設新型鎂合金板材、高鐵輕軌和汽車專用鎂合金型材、高純度精煉鎂錠、鎂合金錠、沖壓零部件等生產線，以鎂合金精、深加工產品為主導，建成占地約250畝的高品質鎂合金產品的研發、中試及產業化基地，總產能將達到7萬t以上。其中的鎂板材項目，采用最新的“鑄軋+溫軋”短流程工藝，年產3000t鎂合金超寬超薄板卷帶。項目建成后，將進一步擴大鎂合金材料的應用市場，大幅降低鎂合金產品的生產成本，提升鎂合金產品的質量和制造水平。

青海鹽湖鎂業于2009年引進原加拿大北海德魯電解鎂廠技術，一年產電解鎂為10萬t的金屬鎂一體化項目在格爾木察爾汗鹽湖正在建設之中，預計2014年投產。與此同時，青海鹽湖鎂業也在尋求合作伙伴，一年產1萬噸的鎂合金板材加工項目也正在積極計劃當中。

4 鎂合金板材市場分析

目前，國內鎂板主要應用在軍工和航空航天領域，民用工業涉及不多。這主要是因為國內鎂板只能通過老式熱軋溫軋工藝制造，產品產量低，薄板成品率只有35%左右，生產成本高（大約9.5～10萬/噸）。因此售價也高，限制了終端客戶使用。

國際上，近年來，隨著原鎂價格的下降，鎂合金板材生產工藝的提高和高溫耐熱、高強耐蝕等新型鎂合金的出現，鎂板的生產成本逐漸下降，鎂合金板材被越來越多地應用于電子產品、汽車制造及高速列車、城市輕軌等諸多領域，應用市場逐漸成熟，鎂板材需求逐年增加。

過去，電子行業鎂合金制品大多采用壓鑄機壓鑄工藝生產，然而，由于薄壁件壓鑄成型技術不成熟、成品率低、生產成本過高等不利因素，目前，被易成型、低成本的鎂合金薄板所代替，使得越來越多的生產商轉向用鎂合金板材沖壓電子產品部件。全球每年電子產品對鎂合金板材的需求量大概在5000t～6000t，寬幅趨于300mm～600mm，厚度在1mm～0.5mm。

據不完全統計，2011年筆記本電腦在全球的銷量約為2.1億臺，其中微型平板電腦約占15%，即：3150萬臺，這些平板電腦中，每臺鎂板材的量一般占到20%，大約為700g左右，即2011年，鎂合金板材在微型平板電腦中的用量達到了4410t，預測這個需求量還會逐年增加，因為微型平板電腦（如iPad）易于隨身攜帶，被越來越多的人所接受。平板電腦由于易攜帶、體積小、運行速度高、易產生熱量，而鎂合金板材板具有比剛性、輕薄、散熱、電磁屏蔽等優點，故鎂合金板材是微型平板電腦制造商首選的材料之一。

汽車工業對鎂板材的需求量也是在逐年成倍的增加。出于節能與環保的要求，減輕汽車體重，減少汽油消耗和廢氣排放，汽車上原有的鋼板、鋁板部件被越來越多的鎂合金板材所取代。據國際鎂協（IMA）的預測，未來2～3年內，汽車制造工業對鎂合金板材的需求量將會達到1萬t，僅現代汽車需求量每年在2000t左右，通用汽車公司（GM）已經表示有兩個車型每年需求量為1000t的薄板。汽車用鎂板的寬幅要求一般在1200mm～1800mm，厚度在1mm～1.5mm。

另外，中國隨著高鐵和城市軌道交通的建設，也開始大量使用鎂合金板材，主要以鎂合金蜂窩板的形式用于列車的車廂內壁和地板，鎂板的使用既能減重，又能吸收震動能量，降低噪音，增加列車的舒適性和安全感。據交通大學權教授介紹，中國即將建設8橫8縱高速鐵路，急需大量的輕質高強度鎂合金板材用于車廂制造。

印刷影印版業對鎂合金薄板的需求量未來幾年也將會急劇增加，原來印刷影印版以銅板為主，銅板密度大，造價高，操作不方便，現在，隨著鎂板材的出現，越來越多的銅板被鎂蝕刻板所代替，其鎂板厚度為一般為5mm。

在市場價格方面，隨著鎂板的寬幅和厚度不一樣，市場價格也不一樣，一般在17～40萬元/噸不等，厚度越薄，價格越高，而生產鎂板的主要原材料AZ31B鎂合金錠的價格目前在2.1～2.3萬元/噸，生產成本大約在8萬左右，其中運行成本大約為1萬元。

鎂合金板材通常按產品厚度劃分為：0.5mm～5mm為薄板，6mm～21mm為中板，22mm～70mm為厚板。薄板一般定位于3C產品及汽車制造業及輕軌列車，中厚板通常應用于航空及軍工領域。

結語

綜上所述，隨著鎂合金板材加工技術的提高、生產規模擴大、生產成本的下降，對鎂板材的需求量將會逐年增加，鎂合金板材市場潛力巨大。

隨著中國經濟的發展，鎂材消費結構有了較大的變化，尤其是近幾年，隨著鎂材價格的降低和高溫耐熱、高強耐蝕等新型鎂合金的發展，鎂合金板材在汽車、電子、印刷、城市輕軌、高速列車等領域的應用逐步擴大，致使鎂合金板帶材的供求缺口越來越大，預測到2017年國內鎂合金板材需求約5萬t左右。

參考文獻

[1]“Magnesium Vision 2020： A North American Automotive Strategic Vision for Magnesium”originated from a meeting of the United States Automotive Materials Partnership（USAMP）Automotive Metals Division（AMD）at the office of the United States Council for Automotive Research（USCAR）on December 7， 2004.

[2] Rebort E Bronw，魏偉.迷茫的全球原鎂工業[J].世界有色金屬，2009（09）：18-22.