特種鋁及鋁合金型材和管材的發展現狀與趨勢

呂寶元，劉煌萍，黎柏松，劉靜安，何梅瓊

(1.西安飛機工業鋁業航材有限責任公司，西安71000；2.廣鋁集團有限公司，廣州510450；3.西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶401326）

特種鋁及鋁合金型材和管材的發展現狀與趨勢

呂寶元1，劉煌萍2，黎柏松2，劉靜安3，何梅瓊3

(1.西安飛機工業鋁業航材有限責任公司，西安71000；2.廣鋁集團有限公司，廣州510450；3.西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶401326）

隨著科學技術的進步和人民生活水平的不斷提高，對鋁合金擠壓產品質量和品種提出了越來越高的要求，特別是近年來產品個性化的出現，促進了具有個性化特點、性能與功能特殊、用途專一的特種型材與管材的發展。簡略地介紹與分析了幾種常見的特種鋁及鋁合金型材和管材的發展現狀與趨勢，供同行們參考。

特種鋁合金型材與管材；現狀；發展趨勢

0 前言

鋁材是僅次于鋼材的第二大金屬材料，近幾十年發展十分迅猛，在國民經濟和人民生活各領域獲得了十分廣泛的應用。2016年，全世界鋁加工材產銷量均超過50000kt／a，其中鋁及鋁合金擠壓材的產銷量超過20000kt／a，占鋁材總產銷量的40%以上。鋁擠壓材中型棒材占90%，其中通用型材和棒材以及中小型民用建筑型材占型棒材的80%以上，大中型型材和特種專用型材和棒材僅約占15%。管材約占鋁合金擠壓材的8%，而異形管材和特種專用管材僅約占管材的20%。由上可見，鋁及鋁合金擠壓材中產銷量最大、應用范圍最廣泛的是中小型民用建筑型材、通用型材和棒材、管材。而特種型材、棒材和管材僅占15%左右，這類產品的主要特點是：具有特種功能或性能；專門用于某種特定用途；具有較大或極小的規格尺寸；具有特高的尺寸精度或表面要求等。因此，其品種多而批量少，需要增加特殊工序或增添某些特殊設備和工具，生產難度大而技術含量高，生產成本增高而附加值也增高[1、3、5]。

隨著科學技術的進步和人民生活水平的不斷提高，對鋁及鋁合金擠壓產品的產量、質量和品種提出了越來越高的要求，特別是近年來產品個性化的出現，促進了具有個性化特點、用途專一的特種型材和管材的發展。

1 各種特種鋁型材和管材的發展趨勢

1.1 大中型工業用結構鋁合金型材和管材

各種大型扁寬、薄壁、高精、復雜的實心和空心型材及大型管材是許多重要領域，諸如航空航天、現代交通運輸（如高速列車、地鐵車廂、集裝箱、橋梁等）、海洋工程、現代汽車、電子電器、艦船兵器、空調散熱器、電力能源、石油化工、機械制造等的首選材料，大型特種工業用結構鋁合金型材和管材是當今世界最短缺和緊俏商品之一。二十世紀九十年代以前，由于供不應求，設計者和使用者不得不采用幾根小型材連接成大中型材或者改用木材、塑料、鋼鐵、銅材來代替，造成了能源的浪費、環境的污染、成本的提高，大大影響了國民經濟的發展和國防現代化的進程。為了改變這種局面，各國紛紛投資新建或擴建50MN以上的大中型擠壓生產線。有人預測，二十一世紀是大型擠壓機和大型材、大管材的世紀[2、4]。

經過20余年的迅速發展，到2016年年底，世界已裝備了100MN以上的臥式擠壓機40臺左右，產能達300kt/a以上；50MN以上的臥式擠壓機超過300臺，產能達到3000kt/a以上；360MN立式反向管材擠壓機3臺，可生產?1000mm～?1500mm的厚壁管材，基本上能滿足目前全球對大型鋁合金擠壓材需求。但隨著航空、航天、航海、交通運輸、海洋工程及新能源和電子工程、智能制造業等的發展，大型擠壓機和大型擠壓材仍有一定的發展空間。

目前，中國已裝備了100MN臥式擠壓機18臺左右，其中有世界最大的225MN臥式擠壓機2臺；360MN立式反向管材擠壓機1臺；50MN以上的臥式擠壓機100臺以上，產能超過1500kt/a，基本上能滿足我國國防軍工、經濟建設發展的需要。但我國正處于國防現代化（裝備更新）、工業化和城市化發展的高峰期，對大（中）型擠壓機及大（中）型擠壓產品，特別是大型的高端的特種產品仍存在很大的發展空間[5、6]。

1.2 超精密型材和超小型型材

超精密型材被廣泛應用于電子儀器、通信郵電設備、精密機械、精密儀表、弱電設備、航空航天、核潛艇與船舶、汽車工業等領域的小型、薄壁、斷面尺寸非常精密的零部件。

超精密型材包括兩大類：一類是外形尺寸很小的型材，稱之為超小型型材或微小型材，其外形尺寸只有數毫米，最小壁厚在0.3～0.4mm以下，單重為每米數十克，通常對其公差要求甚嚴。例如，斷面外形尺寸公差小于±0.10mm，壁厚公差小于±0.05mm。此外，對擠壓制品的平直度、扭擰度等形位公差也要求十分嚴格。另一類是斷面外形尺寸并不太小，但對尺寸公差要求十分嚴格的型材，或者是斷面外形尺寸較大，但斷面形狀復雜而且壁厚很薄的型材。如，日本某公司在16.3MN臥式油壓擠壓機上，用特種分流組合模擠壓的汽車空調冷凝器異形管（工業純鋁），其壁厚為0.2～0.4mm，要求公差比JIS標準中特精級公差還嚴得多，達到（±0.04～±0.07）mm。小型超精密鋁合金型材在擠壓過程中對設備、工模具、工藝都要求相當嚴格，由于現代汽車工業、航天航空工業、軍事工業、精密機械和儀表、電子電器、通訊郵電以及國防尖端和科學研究等事業的飛速發展和個性化程度的提高，對小型超精密型材的數量、品種和質量要求越來越高。雖然近年來，已研發生產出了不少高質量的小型超精密的鋁合金型材，但仍然不能滿足市場的需求，特別是國內在生產小型超精密鋁合金型材的技術和裝備上與國際先進水平尚存在較大的差距，不能滿足國內外市場需求，必須迎頭趕上。

1.3 辦公機械用感光鼓基用鋁合金管材

高純、高精、高表面感光鼓用鋁合金管材是打印機、復印機、掃描儀等辦公機械的核心部件-感光鼓的基體材料，也可推廣應用于電子、光學儀器等不同領域，應用領域和用量前景十分廣闊。近年來，世界上打印機、復印機等辦公機械產業向數碼化、彩色化、清晰化、輕量化、小型化、高速化、智能化、低成本等方向發展，用鋁量倍增，如黑白機轉化為彩色機，由單一成像變為四色成像，OPC（有機光導體）精密鋁管材需求量將增加4倍。高速化、清晰化對鋁管的尺寸精度和表面質量提出了更高的要求。

隨著信息產業和電子產業的高速發展，激光打印機、復印機、掃描儀、電子和光學儀表等耗材業的發展進入快車道，處于高速增長期。目前，全球OPC感光鼓等用精密鋁管材的總需求量在500kt／a左右，國內需求量為100kt／a左右，且需求量的年均增長率都在5%以上。

OPC專用精密鋁合金管材可用6063合金生產，也可用3003合金生產，但對材質的成分、純度和雜質含量要求非常嚴格，對產品的內外組織和表面質量要求特別高，對尺寸公差也要求很嚴。因此，技術含量高，生產難度大，目前國外（如日本等）已有成熟的工藝，但仍不能大批量生產滿足市場要求，國內的生產水平與國際先進水平相比仍有一定差距，急需加大力度研制開發，以滿足我國國民經濟的高速持續發展的要求。

1.4 鋁合金經濟斷面管材和型材

隨著國民經濟的發展和科學技術的不斷迸步，對管材斷面提出了多種多樣的要求。顯然，通用的圓管不是最好的形式，不一定能滿足這種或那種要求，因此，出現了經濟斷面管材的研制和開發。目前，在國外，鋁合金經濟斷面管的品種數量、生產規模和質量水平都有了很大的進展。

鋁合金經濟斷面管主要分為異形斷面管、變直徑和變壁厚管、特薄壁管三種，其主要特點是能最大限度地滿足各種零件的強度和剛度要求，可按等強度來設計各種零部件，不僅有可靠的安全性，而且能大大減輕零件的重量，節省金屬損耗，減少加工工時和減輕勞動量，降低成本，提高社會效益和經濟效益。如電線桿、旗桿和燈桿等，最先用實心木材制造，后采用水泥桿或鋼桿。木材的強度欠佳，而水泥和鋼鐵的密度又太大，都不是理想材料。近年來，美、日、德、俄羅斯等國用擠壓-軋制-拉伸或擠壓-變徑旋壓法制造的空心等壁厚或變壁厚的錐形電線桿、旗桿、燈桿，不僅符合等強度構件的要求，而且大大節約了金屬材料，節省加工工作量，減少了運輸、安裝和維護費用，是一種典型的經濟斷面管。

近年來，對各種合金品種、不同性能和質量水平的鋁合金經濟斷面管的需求不斷增加，據不完全統計，全球需求量在1000kt/a以上，國內也需要150kt/a以上。工業發達國家雖然已研發出生產各種經濟斷面管材的生產方法和技術，但仍然不能大批量穩定地生產，而且有些品種仍在研制之中。我國在制造大型復雜的經濟斷面鋁合金管材方面尚處于起步階段，需加大開發力度。

鋁合金經濟斷面型材主要包括特種異形材、階段變斷面和逐漸變斷面型材等，其主要特點是可滿足不同條件下零件的強度與剛度要求，提高飛機和其他各種機器零部件的安全可靠性，而且可減輕其重量。同時會大大減少加工工作量，節省金屬損耗，提高工作效率和降低成本，是一種經濟、安全、適用的輕量化結構材料，近年來獲得了飛速的發展，全球年需求量在200k以上。由于需要大型的和特種的擠壓設備和工模具，技術含量高，生產難度大。因此，目前尚不能大批量生產，需要投入人力、物力、財力，研究新型的工藝技術和設備，開發新型適用的品種，以滿足市場，特別是軍工市場的需求。

1.5 鋁合金鉆探管材

鋁合金鉆探桿具有質輕、強度高、節能、可鉆深井和異形井、可耐低溫、容易制造和維護、便于運輸、利于回收等一系列優點，特別在鉆深井、斜井和海洋鉆探方面，在國外己廣泛推廣應用，具有顯著的經濟效益和社會效益。生產實踐表明，使用與目前所采用的鋼鉆探管強度相當的7075T6、2024T4等鋁合金鉆探管，可使重量減輕1/2～1/3，生產效率提高15%～20%，并能大大節約設備的制作和運輸費用。因此，鋁合金鉆探管是一種較為理想的深井鉆探材料，大有替代傳統鋼鉆探桿的趨勢。

鋁合金鉆探管早已普遍采用，鋁鉆探管的生產工藝基本成熟，設備先進配套，技術水平相當高，生產效率和經濟效益都很好。但由于需要大型擠壓機和特殊的生產工具和工藝，所以僅分布在俄羅斯、美、德、日等少數幾個國家，我國幾乎是空白。

目前，世界鋁鉆探管年產量為400kt/a左右，隨著深井鉆探、大沙漠油田和海底油田的開發和地質礦床的深層鉆探以及發展中國家鉆具以鋁代鋼的發展，鋁鉆探桿需求量會日趨增多，估計年增長率在3%～5%。

我國目前年需要鋼鉆桿180kt/a左右，而且大部分需進口。石油部門和地質部門多次強調國產化并主張以鋁代鋼。如果實現全鋁化，年共需鋁鉆探管100kt/a以上，市場前景是十分可觀的[6]。

1.6 大型厚壁管和大徑薄壁管材

鋁合金大型厚壁管是指直徑大于250mm以上，壁厚5～100mm以上的管材，主要用于高壓容器、高壓液體與氣體輸送、液壓與氣壓傳動裝置、輸電管母線以及能源與動力、機械制造等領域以及制作炮筒外套等軍事器械，也可用作進一步加工的管坯或旋壓大徑薄壁管的坯料，用途十分廣泛。

目前，世界已能制造?1500mm×250mm的大徑厚壁管，這種管材是用360MN立式模壓-擠壓機反向擠壓而成，有些國家還想用更大的擠壓機生產?2500mm×300mm以上的鋁合金大徑厚壁管。我國可在225MN臥式雙動擠壓機上生產?800mm×150mm的大徑厚壁鋁合金管材，也可在360MN立式反向擠壓機上生產?1500mm的厚壁鋁合金管。目前全世界鋁及鋁合金大徑厚壁管材的產量僅為300kt/a左右，不能滿足市場需求。而我國的大徑厚壁管年產量為20kt/a左右，需要從國外引進，特別是大型管母線和液化天然氣罐體等鋁合金管坯。

鋁合金大徑薄壁管主要是指直徑大于250mm，而壁厚小于2mm的管材，主要用于航空航天、導彈火箭、機筒外殼以及氣體和液體運送、各種保護外套等領域。全球年需量為100kt／a左右，我國年需量在20kt／a以上。目前，世界上已生產出的最大的薄壁鋁合金管可達?3000mm×1mm，我國已可用鑄造-擠壓-旋壓法生產?1000mm×1mm以上的大徑薄壁鋁合金管。由于大徑薄壁鋁及鋁合金管材的生產工藝復雜、質量要求高而且需要大型的特殊的工藝裝備，所以生產量不大，遠遠不能滿足市場的需求。

1.7 氣體和液體輸送管道系統

鋁及鋁合金氣體和液體輸送管道系統較鍍鋅鐵管、塑料管、不銹鋼管和銅管等有許多優越的特點，諸如可防銹、耐腐蝕、美觀耐用、質輕而有一定的強度、價格便宜等。因此，在近十幾年來獲得了越來越廣泛的應用。

鋁及鋁合金氣體和液氣輸送管道系統主要包括鑄造管、熱擠壓管、冷擠壓管、擠壓-拉撥管以及鋁塑復合管等，主要用作建材管道、冷熱自來水、酸堿鹽各種液體、燃氣、氧氣、壓縮空氣等各種氣體和石油、天然氣等輸送管道，在汽車、飛機、輪船等交通運輸工具上也有廣泛的應用，市場潛力非常巨大。

目前，全世界鋁及鋁合金氣體和液體輸送管道系統用管材的產銷量大約在30億米左右，我國的產銷量已達到5億米以上。隨著國民經濟的高速持續發展和人民生活水平的大幅度提高，各種功能、性能和用途的鋁及鋁合金氣體和液體輸送管的需求量將會大幅度增加，其發展前景是十分可觀的。

2 小結

特種鋁及鋁合金擠壓型材與管材是具有超大或超小斷面、形狀奇特的精密擠壓材，具有特異的性能或功能及特殊用途的擠壓產品。隨著科學技術的不斷進步和人民生活水平的日益提高，對鋁及鋁合金擠壓產品的產量、質量和品種提出了越來越高的要求，特別是產品個性化大提高的今天，特種鋁及鋁合金擠壓型材和管材獲得了巨大的發展，應用領域不斷擴大市場前景十分廣闊。但其生產難度較大，需要特殊的設備與工模具，我國尚處于發展初期，與國外先進技術水平尚有一定差距，急需迎頭趕上。

[1]謝建新，劉靜安.金屬擠壓理論與技術[M].北京：冶金工業出版社，2012

[2]劉靜安，謝建新.大型鋁合金型材擠壓技術與模具優化設計[M].北京：冶金工業出版社，2003

[3]李建湘，劉靜安，楊志兵.鋁合金特種管、型材生產技術[M].北京：冶金工業出版社，2008

[4]謝水生，劉靜安，王國軍.鋁及鋁合金產品生產技術與裝備[M].長沙：中南大學出版社，2015

[5]謝水生，劉靜安.簡明鋁加工生產技術手冊[M].北京：冶金工業出版社，2016

[6]劉靜安.鋁合金鉆探管的特點及其發展前景[J].鋁加工，2014，4，22-27

Development Situation and Trend of Special Aluminum and Aluminum Alloy Profile and Pipe

LV Bao-Yuan1，LIU Huang-ping2,LI Bai-song2,LIU Jing-an3,HE Mei-qiong3
（1.Xian Aircraft Industry Aluminum Aerospace Material Co.,Ltd.,Xi'an 710000;2.Galuminum Group Co.,Ltd，Guangzhou 510550;3.Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326,China)

With the progress of science and technology and the continuous improvement of people's living standards,and higher and higher requirement for quality and varieties of aluminum alloy extrusion product have been raised.Especially in recent years,the emer?gence of personalized products has promoted the development of special profiles and pipe with special function.Several common pres?ent situations and the tendency of the development of special aluminum and aluminum alloy profiles are briefly introduced and ana?lyzed in the article,for reference for the colleagues.

special aluminum and aluminum alloy profile and pipe;current situation;development and trend

TG379

A

1005-4898(2017)05-0040-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.08

呂寶元（1965-），男，陜西西安人，經濟師。

2017-05-21