國產(chǎn)寬幅鎳帶的研究現(xiàn)狀

嚴(yán)平 容耀 楊娟麗 牛蓉蓉 王文君 龐洪

摘 要：受熔煉設(shè)備、帶材軋制設(shè)備、帶材軋制工藝技術(shù)的多重限制，寬幅鎳帶材一直依賴進(jìn)口。實(shí)現(xiàn)寬幅鎳帶材國產(chǎn)化，成為有色金屬加工行業(yè)的重點(diǎn)突破課題。2012年以來，隨著國內(nèi)帶材生產(chǎn)線的建成投產(chǎn)，有色金屬帶材生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，寶鈦集團(tuán)率先投入鎳帶生產(chǎn)試驗(yàn)，并掌握寬幅1350mm純鎳帶材生產(chǎn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：國產(chǎn)；寬幅；鎳帶

中圖分類號：TG339 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0098-04

Abstract： Due to the multiple restrictions of melting equipment and strip rolling technology， wide nickel strip has been dependent on imports. Thus， to realize the localization of wide nickel strip has become a key breakthrough topic in nonferrous metal processing industry. Since 2012， with the completion and production of domestic strip production line， nonferrous metal strip production technology has achieved a breakthrough. Baotitanium Group took the lead in nickel strip production test， and mastered the production technology of wide 1，350mm pure nickel strip.

Keywords： domestic； wide band； nickel strip

1 概述

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，國內(nèi)鎳及鎳合金加工材的消費(fèi)逐年增長，鎳加工材年增長率在15%以上，鎳及鎳合金板材市場消費(fèi)總量約4萬噸，年產(chǎn)量只有約5000～8000噸。由此數(shù)據(jù)可以看出，國內(nèi)純鎳板帶材市場需求在逐年增長，90%以上需求要依靠進(jìn)口。

中國鎳合金板帶材，主要應(yīng)用領(lǐng)域是電子、化工、機(jī)械制造。國外產(chǎn)品主要有耐蝕合金板帶箔材、純鎳板帶箔材、鐵鎳合金帶材、鎳合金條桿材等。

近年來以鎳及鎳合金板帶材進(jìn)口的增長最為迅速，年平均增長幅度大約在25%以上，其中工業(yè)設(shè)備制造所需鎳板帶材年需求旺盛。

目前國內(nèi)的局面是市場供應(yīng)出現(xiàn)短缺，大量小型企業(yè)出現(xiàn)填補(bǔ)大企業(yè)產(chǎn)能萎縮的空缺。針對性能要求高、尺寸規(guī)格大、成品精度好的產(chǎn)品，國內(nèi)（寬幅）鎳帶生產(chǎn)更是處于空白，國內(nèi)還沒有相關(guān)企業(yè)能生產(chǎn)，小企業(yè)的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量全面下滑。

2011年，國內(nèi)某化工企業(yè)對寬度1350mm的寬幅鎳帶材，年需求量達(dá)五百噸以上，但國內(nèi)沒有企業(yè)能提供所需產(chǎn)品，全部依賴進(jìn)口。

國內(nèi)寬幅鎳帶材市場需求旺盛，缺乏替代進(jìn)口產(chǎn)品。為滿足市場需求，填補(bǔ)國內(nèi)寬幅鎳帶材生產(chǎn)的空白，供應(yīng)缺口較大。寶鈦集團(tuán)率先抓住機(jī)遇搶占市場，展開了寬幅鎳帶材的生產(chǎn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

由于鎳在密度、熱加工、冷加工方面與其他有色金屬有較大差異，同時(shí)大噸位鑄錠制備、寬幅板坯制備的難題亟需解決，既要有大噸位熔煉，軋制設(shè)備的保障，同時(shí)又要有鑄錠、板坯制備質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性，技術(shù)工藝也需要實(shí)現(xiàn)突破。國外稀有金屬帶卷的生產(chǎn)，主要依賴于鋼廠，沒有專門的生產(chǎn)線，借鑒不銹鋼帶卷生產(chǎn)模式，結(jié)合稀有金屬近年來在國內(nèi)帶式生產(chǎn)的成功經(jīng)驗(yàn)，尤其是鈦帶卷的批量穩(wěn)定生產(chǎn)，為寬幅鎳帶材的生產(chǎn)提供了可貴的經(jīng)驗(yàn)積累。

2.1 大噸位鑄錠的制備

美國的真空自耗電弧爐熔煉鈦錠最大直徑為Φ1219mm、重量18t；日本的大型真空自耗電弧爐熔煉最大直徑為Φ1250mm，重量15t。世界最大的真空自耗電弧爐能制造直徑達(dá)1524mm、重量30t以上的鈦。

國內(nèi)通常使用真空感應(yīng)熔煉或真空感應(yīng)+電渣爐熔煉的工藝，此工藝不易獲得較大噸位單重的鑄錠；而帶材生產(chǎn)采用連續(xù)軋制方式，需要提供直徑達(dá)1040mm，單重15噸的鑄錠制備板坯，對大規(guī)格鑄錠，必須采用大噸位熔煉爐才可實(shí)現(xiàn)；通過提升設(shè)備熔煉能力，結(jié)合稀有金屬熔煉特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了大噸位鑄錠的生產(chǎn)，同時(shí)解決了雜質(zhì)元素成分不均勻的問題。獲得了成分均勻、無冶金夾雜的大規(guī)格優(yōu)質(zhì)鑄錠。

2.2 寬幅板坯的制備

寬幅鎳帶板坯，由于其幅寬寬、單重大，小噸位的鍛壓機(jī)需要反復(fù)增加火次進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)成本、生產(chǎn)難度大幅上升，產(chǎn)品精度均會(huì)受到較大影響。寶鈦集團(tuán)擁有萬噸自由鍛壓機(jī)優(yōu)勢，解決了寬幅鎳帶板坯的制備難題。

裝備實(shí)力的提升，對于企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。萬噸自由鍛壓機(jī)項(xiàng)目立足國內(nèi)航空及重點(diǎn)工程對大規(guī)格鈦棒、鍛件的需求，該項(xiàng)目將大幅提升寶鈦集團(tuán)鍛造能力，對高強(qiáng)鈦合金大規(guī)格鈦棒、鍛件起到極大促進(jìn)作用，滿足我國在航空、航天、船舶等領(lǐng)域多項(xiàng)重點(diǎn)工程需要，開拓國內(nèi)外航空等領(lǐng)域高端鈦市場，增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭優(yōu)勢。

2.3 寬幅帶材的生產(chǎn)

在實(shí)現(xiàn)連軋生產(chǎn)以前，鎳帶的生產(chǎn)還停留在片式生產(chǎn)階段，主要依賴于人工生產(chǎn)，產(chǎn)品保障，質(zhì)量穩(wěn)定性差，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高，成材率低。與國外產(chǎn)品對比缺乏競爭力，根本無法滿足國內(nèi)外客戶的使用要求。

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)了以連鑄為中心的科技發(fā)展戰(zhàn)略，帶動(dòng)了煉鋼乃至整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程的優(yōu)化。2015年中鋼協(xié)會(huì)員企業(yè)連鑄比已達(dá)99.61%，隨著板、帶、管材在鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例大幅上升，數(shù)量眾多的板坯、方坯、圓坯、異形坯及薄板坯連鑄機(jī)在21世紀(jì)相繼投入了生產(chǎn)，這一過程促進(jìn)了煉鋼生產(chǎn)設(shè)備的大型化。同時(shí)，也給稀有金屬的帶式生產(chǎn)提供了一片天地，為寬幅鎳帶的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。帶式生產(chǎn)的熱軋鎳帶保證了整卷表面質(zhì)量、厚度的一致性，為后續(xù)20輥冷軋?zhí)峁┝肆己玫膩砹媳Ｕ希_保了冷軋成品質(zhì)量，可滿足客戶對產(chǎn)品厚度公差的苛刻要求。

2.4 表面處理技術(shù)

不同的表面處理工藝，能夠讓同樣材質(zhì)凸顯不同的視覺效果及手感特征。表面處理技術(shù)水平，直接影響產(chǎn)品的營銷市場。幾年前鎳板的片式生產(chǎn)，主要采用酸洗進(jìn)行表面處理，由于鎳板獨(dú)有的物理化學(xué)特性，表面非常容易殘留酸漬，產(chǎn)品一致性很難得到保障，既不美觀，也影響客戶在設(shè)備上的使用。為了提高表面質(zhì)量，采取機(jī)械拋光進(jìn)行處理，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)效率低，最致命的是拋光灰塵會(huì)壓入較軟的鎳板表面，形成異物壓入或者表面麻坑，給產(chǎn)品的使用造成困擾。

實(shí)現(xiàn)帶式生產(chǎn)后，鎳帶直接以軋制，光亮熱處理表面交付客戶，表面一致性得到了保障。同時(shí)，可以通過表面砂磨、拉絲、發(fā)紋、鏡面、防指紋等多項(xiàng)連續(xù)處理手段，滿足客戶多樣性的需求，市場前景得到大幅擴(kuò)展。

2.5 板形控制技術(shù)

借鑒帶鋼生產(chǎn)技術(shù)，帶卷良好的板形，是確保順利生產(chǎn)，保證產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)帶鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力足夠大時(shí)，會(huì)使帶鋼翹曲，表現(xiàn)為側(cè)彎、邊浪、小邊浪、小中浪。在帶鋼鋼種確定的情況下，產(chǎn)生翹曲與帶鋼的寬度、厚度有關(guān)。帶材越薄、越寬，生產(chǎn)中越易翹曲。而目前市場對帶材的需求是既寬且薄，因此，良好的板形控制非常重要。

而對于鎳帶的生產(chǎn)來說，經(jīng)完全熱處理后，材料的屈服強(qiáng)度在100MPa左右，根本無法完成轉(zhuǎn)運(yùn)工作，更無從談及后續(xù)成型加工，因此，板形控制同強(qiáng)度提升成為共同需要關(guān)注的技術(shù)難點(diǎn)。

通過冷軋平整手段提高純鎳帶卷強(qiáng)度，是可行的，但變形量需要控制在9%以內(nèi)；同時(shí)通過特殊工藝的機(jī)械矯直，也可以達(dá)到冷軋平整對帶材強(qiáng)度提高的等同效果。兩種強(qiáng)度提升的手段，均可以使帶材滿足開平后整板≤5mm的不平度要求。

3 與國外同類產(chǎn)品比較

通過對日本、德國及寶鈦鎳帶性能分析對比得出參數(shù)見圖6，從圖中可以看出，寶鈦鎳帶屈服性能指標(biāo)均高于日本和德國，但延伸率指標(biāo)與日本、德國保持一致，硬度指標(biāo)介于德國和日本之間，有利于產(chǎn)品實(shí)際使用過程中轉(zhuǎn)運(yùn)。表面良好的硬度指標(biāo)匹配，既可以避免表面劃痕，同時(shí)又保證了良好的成型性。

4 應(yīng)用實(shí)例

1993年以前，作為氯堿設(shè)備核心裝置的電解槽的定價(jià)權(quán)一直掌握在國外幾家公司手里，進(jìn)口的離子膜電解槽每次萬噸售價(jià)1000多萬元，昂貴的價(jià)格嚴(yán)重制約了我國氯堿行業(yè)的發(fā)展。為了推動(dòng)了國內(nèi)離子膜燒堿業(yè)的發(fā)展，1984年在原化工部的支持下，國內(nèi)某大型化工企業(yè)從日本旭化成公司和旭硝子公司引進(jìn)了兩種不同形式的離子膜電解槽生產(chǎn)線，消化吸收先進(jìn)技術(shù)發(fā)展國產(chǎn)離子膜電解槽。歷經(jīng)近十年的時(shí)間，在消化吸收日系技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出我國第一代國產(chǎn)化復(fù)極式離子膜電解槽，該裝置每萬噸售價(jià)600多萬元，產(chǎn)品一經(jīng)推出，進(jìn)口離子膜電解槽的價(jià)格也馬上降了下來。正是離子膜電解槽的國產(chǎn)化，改變了離子膜電解槽價(jià)格受控于國外公司的局面。

該企業(yè)研制的電解槽與國際上先進(jìn)的研制技術(shù)保持同步，在全球電解槽制造格局中占據(jù)一席之地，成為氯堿行業(yè)的核心裝備，是國內(nèi)一家具有研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造離子膜電解槽，提供成套離子膜燒堿裝置和離子膜電解工藝技術(shù)與工程服務(wù)的專業(yè)化公司，是世界四大離子膜電解槽制造廠之一。

過去十年該公司的產(chǎn)能不到10萬噸，截至2011年7月中旬，產(chǎn)能達(dá)到300萬噸，居世界第一。

面對市場的強(qiáng)力需求，寶鈦組織優(yōu)勢資源，積極與該企業(yè)溝通，了解市場前沿需求。通過多方努力，不斷通過技改技措提升設(shè)備能力，組織科研人員進(jìn)行工藝突破。經(jīng)過近5年的密切合作，寬幅鎳帶材的生產(chǎn)通過項(xiàng)目評審、材料研制攻關(guān)、產(chǎn)品應(yīng)用驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了寬幅鎳帶原料、離子膜電解槽制造全流程國產(chǎn)化，徹底攻克了寬幅鎳材料長期不能自主生產(chǎn)的難題。

5 結(jié)束語

通過技改技措，國內(nèi)大型熔煉設(shè)備、帶材軋制設(shè)備能力大幅提升，為寬幅鎳帶材的生產(chǎn)提供了的強(qiáng)力支撐，徹底解決了長期以來大噸位鑄錠熔煉、寬幅板坯制備、寬幅帶材軋制的設(shè)備限制。結(jié)合多年來鎳板材片式生產(chǎn)技術(shù)積累、豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，解決了表面處理和板形處理等技術(shù)難題，目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的寬幅鎳帶材，從尺寸到性能均滿足國內(nèi)外市場需求，徹底替代國外進(jìn)口。寬幅鎳帶材的國產(chǎn)化研制，帶動(dòng)了設(shè)備，工藝技術(shù)的突破，助推了民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，寬幅鎳帶材應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳育生，史亞嗚，馬紅權(quán).現(xiàn)代軋機(jī)軋制寬幅純鎳帶卷生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬加工，2016，45（5）.

[2]楊娟麗，牛蓉蓉，龐洪.鎳帶整卷退火均勻性研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，15.

[3]李有華，王紅武.冷軋變形量對純鎳板材力學(xué)性能和顯微組織的影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，2，114.