王祝堂

(中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)，北京100814)

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數(shù)說全球鋁合金板材預(yù)拉伸機(jī)

王祝堂

(中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)，北京100814)

文章總結(jié)了國內(nèi)外鋁合金板材預(yù)拉伸機(jī)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，并通過對(duì)國內(nèi)在建和擬建鋁合金板材預(yù)拉伸機(jī)項(xiàng)目的介紹，給出了建議和思考，供相關(guān)企業(yè)和人員參考。

鋁合金板材；預(yù)拉伸厚板；預(yù)拉伸機(jī)

鋁合金板材(厚度>3mm)在熱軋、剪切、退火和淬火過程中，因溫度、壓下、輥形變化或工藝?yán)鋮s控制不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生或大或小的縱向彎曲、橫向彎曲、邊部波浪和內(nèi)應(yīng)力，為了消除缺陷并使內(nèi)應(yīng)力降至盡可能低的水平，必須在退火或時(shí)效前進(jìn)行矯直。根據(jù)設(shè)備配置情況與應(yīng)用范圍可分為輥式矯直、壓平矯直和鉗式矯直三種方式。前兩種不但設(shè)備較簡單，工藝技術(shù)也不高，是一種相當(dāng)古老的工藝，但現(xiàn)在仍廣為應(yīng)用，在此不再贅述；后一種是上世紀(jì)40年代中期以來在工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展起來的，中國1955年開始引進(jìn)此設(shè)備與技術(shù)。當(dāng)前，鋁合金板拉伸矯直裝備水平與技術(shù)高低，已成為衡量一個(gè)國家鋁加工業(yè)是否強(qiáng)大的主要標(biāo)志之一，也是能否為航空航天工業(yè)提供所需關(guān)鍵鋁材的重要標(biāo)志。

鋁合金板材在淬火過程中，由于板材表面層和中心層存在相當(dāng)大的溫度差，從而產(chǎn)生很大的內(nèi)部殘余應(yīng)力，表層為壓應(yīng)力，中心部拉應(yīng)力，如果在后序機(jī)械加工之前預(yù)先把這種殘余應(yīng)力消除85%以上，那么在用數(shù)控加工中心制造零部件時(shí)，板材就不會(huì)發(fā)生不允許的變形。因此，必須在機(jī)械加工之前，對(duì)淬火板材進(jìn)行預(yù)拉伸矯直，以消除殘余應(yīng)力。一般拉伸永久變形率<3.5%，太小達(dá)不到消除波浪和殘余應(yīng)力的目的，太大可能產(chǎn)生滑移線，還可能出現(xiàn)新的內(nèi)應(yīng)力分布不均。因?yàn)槭窃诹悴考C(jī)械加工之前進(jìn)行的拉伸，也就是說這種拉伸是為順利進(jìn)行機(jī)械加工提供材料，故稱預(yù)拉伸，所生產(chǎn)的板材稱為預(yù)拉伸厚板。在生產(chǎn)中，必須進(jìn)行預(yù)拉伸矯直的板材約占75%，其余的可通過輥矯和壓平矯直，90%以上的航空級(jí)厚板都必須進(jìn)行拉伸矯直。

2013年全世界(含中國)有美國、俄羅斯、德國、法國、日本等13國可生產(chǎn)鋁合金預(yù)拉伸板，總生產(chǎn)能力約500kt/a，美國和中國的拉伸機(jī)數(shù)居前，中國最多，12臺(tái)；美國第二，11臺(tái)。到2016年，中國可能有24臺(tái)，大大超過美國的，成為世界的預(yù)拉伸機(jī)王國。

1 國外共有30臺(tái)拉伸機(jī)

截止2013年，國外共有30臺(tái)鋁合金厚板預(yù)拉伸機(jī)(最大的132MN)，預(yù)計(jì)在2025年以前不會(huì)新建預(yù)拉伸項(xiàng)目(表1)。

達(dá)文波特軋制廠是當(dāng)前全球最大的鋁合金厚板生產(chǎn)企業(yè)，在中國天津忠旺鋁業(yè)有限公司與銀河鋁業(yè)特種鋁合金預(yù)拉伸板項(xiàng)目[1]未建成之前將一直保持這種地位。該廠有5臺(tái)預(yù)拉伸機(jī)，其中1臺(tái)的拉伸變形率可達(dá)12%，這也是世界上獨(dú)一無二的。

凱撒鋁業(yè)公司特雷特伍德軋制廠與肯聯(lián)鋁業(yè)有限公司雷文斯伍德軋制廠各有1臺(tái)124MN的拉伸機(jī)(世界最大)，其基本技術(shù)參數(shù)如下：

最大拉伸力，MN 124

可拉伸板材尺寸：

最大寬度，mm 3810

最大厚度，mm 228.6

最大長度，m 19.8

表1 截止2013年國外已投產(chǎn)的鋁板拉伸機(jī)

最短長度，m 5.2

夾口長度，mm 457

夾鉗開口度，mm 228.6×4064

最大移動(dòng)速度，m/min 6.1

最大拉伸行程，m 1.22

最大操作行程，m 5.76

液壓系統(tǒng)最大壓力，N/mm241.4

液壓泵傳動(dòng)電機(jī)功率，kW 368

德國科布倫茲軋制廠屬愛勵(lì)鋁業(yè)國際，有3臺(tái)拉伸機(jī)，32、38、80MN的各1臺(tái)，可拉伸厚板的最大界面尺寸為220mm×1600mm，最大長度24.4m。最值得一提的是，對(duì)于超出拉伸機(jī)能力的厚板，該廠有1臺(tái)300MN的壓平機(jī)，可通過壓縮減小板材中的殘余應(yīng)力。

奧地利有色金屬公司拉舍芬鋁加工公司有2臺(tái)拉伸機(jī)，都是西馬克集團(tuán)梅爾公司設(shè)計(jì)制造的，1臺(tái)131.5MN的，可拉厚板最大寬度1520mm，2000年投產(chǎn)；另1臺(tái)的拉伸力90MN，可拉伸板材的最大寬度1150mm，2006年投產(chǎn)。

肯聯(lián)鋁業(yè)公司法國伊蘇瓦爾軋制廠有2臺(tái)拉伸機(jī)，一臺(tái)61MN的，1980年投產(chǎn)；另1臺(tái)50MN的2001年投產(chǎn)，可拉伸厚板規(guī)格(6～250)mm×(700～3200)mm×(4000～15000)mm。前者可拉伸36m長的板材，這是A380型客機(jī)制造機(jī)翼所需的最長厚板。

南非共和國休內(nèi)特鋁業(yè)公司有1臺(tái)拉伸力(25MN)并不大的拉伸機(jī)，可拉伸薄至0.9mm的薄板，這也是其特色。這臺(tái)拉伸機(jī)可拉伸板材規(guī)格為，厚度0.9～38 mm、寬度500～1900 mm、長度1.9～10 m。

意大利富西納鋁業(yè)公司是美國鋁業(yè)公司的子公司，有1臺(tái)12MN、MDH公司提供的拉伸機(jī)，是全球小拉伸機(jī)之一；另1臺(tái)30MN的由意大利達(dá)涅利公司設(shè)計(jì)制造。

俄羅斯卡緬斯克-烏拉爾斯基鋁加工廠有1臺(tái)10MN的預(yù)拉伸機(jī)，烏拉爾重型機(jī)器制造廠制造，可拉伸板材尺寸為厚度4～16mm、最大寬度2500 mm、長度3.5～8m。

日本福井軋制廠，原屬古河鋁業(yè)公司，從2014年4月起隸屬日本聯(lián)合鋁業(yè)公司，有1臺(tái)日本三井公司生產(chǎn)的，日本拉力最大的56MN的厚板預(yù)拉伸機(jī)。

2 中國共有12臺(tái)拉伸機(jī)

截止2013年，中國擁有拉伸機(jī)的鋁合金厚板生產(chǎn)企業(yè)8家，共有拉伸機(jī)12臺(tái)，最大的為120MN，與其他國家最大拉伸機(jī)的拉力大體相當(dāng)，可以滿足當(dāng)代航空工業(yè)所需最大預(yù)拉伸板的需求。目前在建與擬建的預(yù)拉伸板項(xiàng)目，如果在2018年全部建成的話，中國將擁有預(yù)拉伸機(jī)50臺(tái)，占世界總數(shù)的62.5%，所生產(chǎn)的預(yù)拉伸板足可以滿足全世界那時(shí)的需求還綽綽有余。

中國鋁合金板預(yù)拉伸生產(chǎn)始于1956年11月哈爾濱鋁加工廠(現(xiàn)在的東北輕合金有限責(zé)任公司)的建成投產(chǎn)。該廠是前蘇聯(lián)幫助建設(shè)的，裝備均從前蘇聯(lián)引進(jìn)，板帶車間有2條硬合金板材精整生產(chǎn)線，生產(chǎn)線上各有1臺(tái)6MN板材拉伸矯直機(jī)。由于這種拉伸機(jī)是前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)、制造的，技術(shù)還不成熟，生產(chǎn)中故障不斷，在使用不到一年后便拆除了。

改革開放后，1984年東北輕合金有限責(zé)任公司從美國加拿大鋁業(yè)公司奧斯威戈軋制廠購買了1臺(tái)45MN的停用厚板預(yù)拉機(jī)，開中國可生產(chǎn)預(yù)拉伸鋁厚板之先河，可拉伸厚板的最大尺寸為厚度60mm、寬度1760mm、長度2000～8000mm。在西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的國產(chǎn)60MN預(yù)拉伸機(jī)于2005年投產(chǎn)之前，中國一直僅有此45MN的拉伸機(jī)。2005年，東北輕合金有限責(zé)任公司投資近30億元建了一個(gè)3950mm厚板專業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目，熱軋線已于2011年7月投產(chǎn)，有1臺(tái)85MN的厚板預(yù)拉伸機(jī)，可于2015年投產(chǎn)，可拉伸板材最大尺寸，長度24m、厚度250mm、寬度3700m，從意大利達(dá)涅利公司引進(jìn)。

西南鋁加工廠于1970年7月建成投產(chǎn)，現(xiàn)名西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，有2800mm(1+1)式熱粗-精軋生產(chǎn)線1條；2000mm(1+4)式熱連軋線1條；4300mm厚板專業(yè)生產(chǎn)線1條，2011年全面建成。1970年投產(chǎn)的那臺(tái)60MN拉伸機(jī)是中國第一重型機(jī)器集團(tuán)公司設(shè)計(jì)制造的，投產(chǎn)后直到2005年才重新啟用。與4300mm熱軋機(jī)項(xiàng)目配套的有1臺(tái)120MN的預(yù)拉伸機(jī)，由洛陽中信重工制造，亞洲最大，全世界共有4臺(tái)120MN級(jí)的拉伸機(jī)。可拉伸板材最大尺寸，厚度250mm、寬度4150mm、長度36m。

愛勵(lì)鋁業(yè)(鎮(zhèn)江)有限公司是愛勵(lì)國際的全資子公司，2012年12月21日第一塊熱軋厚板下線，2013年末全面投產(chǎn)。有2臺(tái)拉伸機(jī)，60MN及120MN的各1臺(tái)，前者已投產(chǎn)，后者可能于2015年投產(chǎn)，均從德國西馬克集團(tuán)梅爾公司引進(jìn)。

南南鋁加工有限公司厚板項(xiàng)目熱軋線于2013年8月13日順利軋出首塊熱軋厚板。該公司熱軋車間共有5跨，長660m、寬186.8m、占地面積12×104m2，是中國最大的鋁板帶熱軋車間，有1條4100mm與3100mm(1+1)式熱粗-精軋線。有2臺(tái)拉伸機(jī)，1臺(tái)100MN的，1臺(tái)30MN的，位于拉伸跨內(nèi)，均從西馬克集團(tuán)梅爾公司引進(jìn)。100MN拉伸機(jī)可拉伸板材最大尺寸，厚度260mm、寬度3800 mm、長度38000 mm。

銀海鋁業(yè)有限公司位于廣西壯族自治區(qū)柳州市，有1(3300mm)+4(2850mm)熱連軋線1條，2013年12月全線投產(chǎn)，可生產(chǎn)1xxx系、3xxx系、5xxx系、6xxx系、部分8xxx系合金寬500～3100mm、厚0.2～150mm的板、帶材，有1臺(tái)35MN的拉伸機(jī)。所有主體設(shè)備均是中冶東方自主集成，工藝設(shè)備、自動(dòng)化控制系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，是目前國內(nèi)最寬幅鋁板帶(1+4)式熱連軋生產(chǎn)線。拉伸機(jī)可處理厚板尺寸，厚度8～80mm、寬度1000～3100 mm、長度2000～15000 mm。

河南萬基控股集團(tuán)有限公司1000kt/a熱軋板帶(其中中厚板100kt/a)、700kt/a高精冷軋板帶項(xiàng)目，已分期建成投產(chǎn)，厚板車間有2臺(tái)引進(jìn)的預(yù)拉伸機(jī)。

大連匯程鋁業(yè)有限公司位于大連市金州，平軋產(chǎn)品總生產(chǎn)能力200kt/a，厚板系統(tǒng)有1臺(tái)從意大利達(dá)涅利公司引進(jìn)的60MN預(yù)拉伸機(jī)。

齊星鋁板帶有限公司位于山東省鄒平市，有2400mm(1+1)式熱粗-精軋生產(chǎn)線，1臺(tái)45MN預(yù)拉伸機(jī)，2013年12月投產(chǎn)。

3 國內(nèi)在建拉伸機(jī)項(xiàng)目

2014年中國在建的有預(yù)拉伸機(jī)的厚板項(xiàng)目有5個(gè)，共有拉伸機(jī)12臺(tái)。

南山200kt/a厚板項(xiàng)目，一期有1條1(5600mm)+1(4100mm)+5(3000mm)式熱連軋生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力可超過1000kt/a，是參照美國鋁業(yè)公司達(dá)文特軋制廠的模式建設(shè)的。一期厚板生產(chǎn)能力80kt/a，估計(jì)應(yīng)有3臺(tái)拉伸機(jī)，35MN的1臺(tái)，80MN的1臺(tái)，120MN的一臺(tái)。達(dá)文波特軋制廠有5臺(tái)厚板預(yù)拉伸機(jī)。

天津忠旺鋁業(yè)有限公司3000kt/a鋁平軋產(chǎn)品項(xiàng)目，分期建設(shè)。一期1800kt/a，2015年年末建成，二期2018年全部建成，達(dá)到目標(biāo)生產(chǎn)能力。一期有2條(1+5)式軟合金生產(chǎn)線；1條(1+1+3)式硬合金生產(chǎn)線，按厚板生產(chǎn)能力200kt/a 匡算至少需要6臺(tái)預(yù)拉伸機(jī)，25MN、40MN、60MN、80MN、100MN、120MN的各1臺(tái)，其中60MN及120MN是典型的、必不可少的，用于拉伸2xxx系、5xxx系、6xxx系、7xxx系、部分8xxx系合金板材。60MN及120MN拉伸機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表2，可拉伸2xxx系、5xxx系、6xxx系、7xxx系合金板。

表2 60MN及120MN拉伸機(jī)的技術(shù)參數(shù)

義煤集團(tuán)河南同人鋁業(yè)有限公司位于三門峽市，有2600mm(1+4)式熱連軋線1條，1(4500mm)+1(3300mm)熱粗-精軋線1條，后者正在建設(shè)，可于2015年末或2016年上半年投產(chǎn)。主要用于生產(chǎn)硬合金板材，其中厚板生產(chǎn)能力50kt/a，應(yīng)有2臺(tái)拉伸機(jī)，先建1臺(tái)120MN的，從國外引進(jìn)，其基本技術(shù)參數(shù)：

結(jié)構(gòu)型線 臥式，梁柱結(jié)構(gòu)

最大拉伸力，MN 120

永久伸長率，% ≤4

伸長率控制精度，% ≤0.3

拉伸速度，mm/s ≥6，在0～6內(nèi)可無級(jí)調(diào)速

板材拉伸后平直度，mm/m <1(對(duì)角線方向)

可拉伸合金 1xxx～8xxx系

可拉伸板材厚度，mm 6～250

可拉伸板材寬度，mm

1000～4350

可拉伸板材長度，m 6～37

單片板材最大質(zhì)量，t 20.0

可拉伸板材最大截面積，cm24800

可拉伸板材屈服強(qiáng)度，N/mm230～350

可拉伸板材抗拉強(qiáng)度，N/mm280～450

順虎鋁業(yè)有限公司位于浙江省永康經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，2012年從韓國引進(jìn)1條7075合金厚板生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力10kt/a，現(xiàn)正在擴(kuò)建，將生產(chǎn)能力擴(kuò)大到50kt/a，可能會(huì)有1臺(tái)40MN級(jí)的拉伸機(jī)。

萬航鋁業(yè)有限公司15kt/a鋁厚板項(xiàng)目。該公司位于江蘇省吳江市同里鎮(zhèn)，即將竣工，是一個(gè)專業(yè)鋁厚板項(xiàng)目，以生產(chǎn)通用工程與機(jī)械用鋁合金厚板為主，產(chǎn)品主要為5052、5083、6061-T6合金，有1臺(tái)35MN拉伸機(jī)。

中國已投產(chǎn)(截止2013年年底)及在建的鋁厚板拉伸機(jī)見表3。

表3 截止2013年中國已投產(chǎn)及在建的鋁厚板拉伸機(jī)

4 國內(nèi)擬建預(yù)拉伸板項(xiàng)目

綜合國內(nèi)媒體報(bào)道，截止2014年6月，中國擬建的有預(yù)拉伸機(jī)的項(xiàng)目至少在10個(gè)以上，估計(jì)拉伸機(jī)總數(shù)不少于35臺(tái)。當(dāng)然這些項(xiàng)目不會(huì)都如期建成，但是如有一半如期或延期投產(chǎn)，也是令人匪夷所思，主要項(xiàng)目如下，其中有一些已開始建設(shè)或奠基：

山東創(chuàng)新集團(tuán)計(jì)劃投資200億元，在內(nèi)蒙古霍林郭勒市建一個(gè)生產(chǎn)能力800kt/a的硬合金板帶項(xiàng)目，分兩期建設(shè)，一期2015年12月建成；

陜西大唐澄城煤電鋁一體化項(xiàng)目，鋁板帶生產(chǎn)能力200kt/a，由大唐陜西發(fā)電有限公司控股，澄城縣金元鋁業(yè)有限公司和陜西三秦能源群生發(fā)電有限公司參股；

錦聯(lián)鋁材有限公司霍林郭勒項(xiàng)目，為煤-電-鋁-鋁材一體化項(xiàng)目，分期建設(shè)，氧化鋁項(xiàng)目在尼日利亞；

寧夏佳盛遠(yuǎn)達(dá)鋁鎂材料有限公司鋁平軋產(chǎn)品項(xiàng)目位于中寧縣，生產(chǎn)能力500kt/a，總投資117億元；

內(nèi)蒙古鴻鑫中厚板項(xiàng)目位于霍林郭勒市，生產(chǎn)能力150kt/a；

世捷鋁業(yè)有限公司位于吉林省遼源市，平軋鋁產(chǎn)品生產(chǎn)能力200kt/a，其中厚板及蒙皮板80kt/a，北京維寶世捷投資公司投資；

陜西榆林市千億元鋁、鎂產(chǎn)業(yè)基地，計(jì)劃2020年以前陸續(xù)建成，其中鋁平軋產(chǎn)品生產(chǎn)能力500kt/a；

山西信發(fā)綜合循環(huán)項(xiàng)目位于孝義市裝備制造園區(qū)，是一個(gè)集煤-電-鋁-鋁材-化工產(chǎn)品于一體的基地，2016年底全部投產(chǎn)，屆時(shí)產(chǎn)值可超1000億元；

銀河鋁業(yè)有限公司與河北省定州市政府簽訂了特種鋁合金預(yù)拉伸板及深加工項(xiàng)目投資合作協(xié)議，標(biāo)志著國內(nèi)首家特種鋁合金預(yù)拉伸項(xiàng)目正式開建，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)空白。建設(shè)期3年，投產(chǎn)后，特種鋁合金預(yù)拉伸板年產(chǎn)量可達(dá)60萬t，各項(xiàng)深加工產(chǎn)品年產(chǎn)量40萬t[1]。

5 結(jié)束語

綜上所述，中國早在30年前就能批量生產(chǎn)預(yù)拉伸板，東北輕合金有限責(zé)任公司年年都向航空航天工業(yè)及其他工業(yè)部門提供了一定數(shù)量的預(yù)拉伸板，盡管在品質(zhì)、品種與數(shù)量上還未能完全滿足市場需求。

2013年中國有8個(gè)企業(yè)可生產(chǎn)預(yù)拉伸板，有12臺(tái)拉伸機(jī)，占全世界總臺(tái)數(shù)的28.6%；到2015年中國可有13個(gè)企業(yè)生產(chǎn)預(yù)拉伸板，擁有24臺(tái)拉伸機(jī)，占世界總臺(tái)數(shù)的46.2%；2020年中國可生產(chǎn)預(yù)拉伸板的企業(yè)可能會(huì)增至20家或更多一些，拉伸機(jī)臺(tái)數(shù)可達(dá)50臺(tái)，分別占世界總數(shù)的56%及62.5%。

一個(gè)生產(chǎn)能力600kt/a的預(yù)拉伸板項(xiàng)目所生產(chǎn)的預(yù)拉伸板完全可以滿足全世界市場的需求。建多大規(guī)模，什么時(shí)候建等都是投資者的事，不過下列幾點(diǎn)，還是宜考慮一下：

?一個(gè)大的項(xiàng)目必須進(jìn)行充分的全球市場調(diào)查，到國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)走走；

?4～6m寬的特大板材只占5%左右，由于其是供造船工業(yè)用的，產(chǎn)品運(yùn)輸與建廠地點(diǎn)不可不考慮；

?在厚板生產(chǎn)企業(yè)中并不是所有的厚板都必須經(jīng)過預(yù)拉伸，約有40%的可通過輥矯與施壓消除殘余應(yīng)力與整平，一個(gè)預(yù)拉伸厚板產(chǎn)能600kt/a企業(yè)，應(yīng)按厚板總產(chǎn)能900kt/a來配套裝備與其他設(shè)施；

?為降低投資風(fēng)險(xiǎn)，不宜一次性建成，可分期分批；

?600kt/a預(yù)拉伸板材的企業(yè)按保守匡算，需要結(jié)構(gòu)合理，拉伸機(jī)15～20臺(tái)，輥矯機(jī)5臺(tái)，固溶處理生產(chǎn)線12～15條，超聲波探傷線5條，時(shí)效-退火爐50臺(tái)；

?生產(chǎn)900kt/a厚板，需要生產(chǎn)約1300kt/a扁錠；

?需要很強(qiáng)的技術(shù)力量，高素質(zhì)的工人與管理人員，宜及早儲(chǔ)備人才。

[1] 中國有色金屬報(bào),2014-5-22(5版)

Overview of Global Pre-stretching Machines of Aluminum Alloy Plate

WANG Zhutang

(China Nonferrous Metals Industry Association, Beijing 100814, China)

The paper reviewed production status of existing pre-stretching machines at home and overseas; it put forward suggestions and considerations based on pre-stretching machine projects in construction and in plan, providing references for related enterprises and staffs.

aluminum alloy sheet and plate; pre-stretching plate; pre-stretching machine

2014-07-28

王祝堂(1930-)，男，教授。

TG339

A

1671-6795(2015)03-0001-05