中國鍛造行業“十四五”發展綱要連載(一)

文/中國鍛壓協會

鍛造行業“十三五”發展情況

進入“十三五”之后，隨著全球經濟的發展，尤其是互聯網、數字化和信息化技術的發展，不僅產生了廣闊的市場需求，也帶來鍛造企業格局的大變化，特別是我國節能環保要求的日益深入，高端裝備、新能源汽車、軌道交通裝備等領域輕量化高效化發展日新月異，鍛造原材料從普通鋼材向高強鋼發展，從黑色金屬向有色金屬發展，鍛造工藝技術取得很大進步。

鍛造技術的發展與產品結構和材料密切相關，涉及工藝、模具、設備和原材料等多方面。相關領域、產業鏈上下游更加協調發展，促使鍛造行業逐漸由大變強。

產業整體情況

⑴產業布局及規模。

“十三五”期間，鍛造行業全面發展進步，企業在市場環境中大浪淘沙、優勝劣汰，布局日趨理性、合理。企業的管理水平、自動化程度不斷提高，部分領先企業開始著手自動化、數字化和信息化制造的布局工作，在自動化生產和現場數據采集方面取得了一定進展。企業業績逐年攀升，規模不斷擴大。出口企業數量不斷增多，通過與國際知名品牌主機廠配套，市場拓展能力、產品質量、工藝水平進一步提高。行業繼續保持全球最大的鍛造行業發展規模。

總的來說，鍛造行業在各個方面均取得長足發展，基本滿足國內經濟建設、國防建設、基礎設施建設的需要。在此基礎上，具備支撐“走出去”戰略布局的能力。

根據中國鍛壓協會統計測算，2016-2019 年鍛造行業總產量和細分行業產量見表1。

⑵產業基礎能力。

“十三五”(2016-2020 年)期間，規模與速度上取得了很大進步，特別是民營企業的發展日新月異，大型、超大型鍛造裝備不斷刷新行業新標桿，部分尖端企業堪稱世界領先，裝備的推進帶來了工藝、軟件、質量、自動化、數字化和信息化程度的大幅提升。與國外同行相比，除材料之外，絕大多數的關鍵控制點都處在逐步縮短差距到超越并引領的狀態。

在國家政策的推動和影響下，在鍛造企業人工成本的增加以及招工難的雙重壓力作用下，鍛造行業中各種規模的企業都在致力于自動化、數字化和信息化方面的建設。單機設備的自動化已經初見成效，整線自動化開始起步。依托工信部“智能制造綜合標準化與新模式應用”專項的實施，國內鍛造行業中的部分龍頭企業建設了鍛造“智能”制造工廠。

表1 2016-2019 年鍛造行業總產量及分類產量(單位：萬噸)

設備大型化、自動化、數字化和信息化充分得到發展，如大型電動螺旋壓力機、大型熱模鍛壓機、大型模鍛液壓機、大型摩擦壓力機及大型輾(軋)環機、大型自由鍛液壓機數量不斷增加，生產線周邊配套裝備的自動化程度明顯上升。

由于國家的重點工程對大型及高端鍛件的需求，工程化得到充分實施，不但生產出國際一流產品，而且鍛煉了隊伍，尤其重點人才的培養得到提高。例如，民用核電大型鍛件、大飛機的起落架、承力框、燃氣輪機渦輪盤鍛件、快堆支撐環鍛件、核電鍛造泵殼的國產化等等，展示了“十三五”期間鍛造行業發展的實際水平。

“十三五”期間，特種成形設備和工藝與國外比還有差距，比如核電用、石化用超級奧氏體、超級雙相鋼薄壁大口徑管道成形不成熟；馬氏體時效鋼大型化鍛造成品率問題；大型鍛件近凈成形問題等，有待于鍛造行業繼續努力。

⑶產業鏈總體水平。

經歷了“十一五”、十二五”期間的快速發展與規模擴張，“十三五”鍛造行業產業鏈配套水平整體提升。在材料或鋼錠質量方面有較大進步，純凈度有所提高，夾雜物和有害元素的控制水平也有所提升；在設備能力及技術方面，已具備以華龍一號、CAP1400 第三代核電全套鍛件為代表的世界領先的極限制造能力，但在620℃及以上超超臨界鍛件、高溫合金、鈦合金等高端材料領域與國外相比還存在明顯差距。在汽車領域，鍛件用鋼質量相比“十二五”有所提高，但與下游企業的要求以及國外先進水平相比，仍有較大差距，而模具用鋼方面差距更加明顯。

設備技改方面，主要圍繞替代進口和提升產品質量穩定性為主的短板彌補，如氣保電渣爐以及環軋設備的應用，使得重型燃氣輪機12%Cr 不銹鋼輪盤鍛件、COST-E 超超臨界高中壓轉子鍛件實現國產化。通過鍛造操作機和環軋機以及鍛造模具的專業化，軸類件、筒節鍛件以及復雜核電鍛件基本實現近凈成形，材料利用率較“十二五”提升約3%～5%。

數值模擬和物理模擬對工藝優化的支撐作用更加明顯，基于數值模擬和物理模擬實驗，對工藝進行大幅優化，大幅提升質量穩定性和降低工藝成本。利用信息技術，逐步實現了工藝電子化和工藝標準化，并結合檢測質量數據庫，通過質量大數據的統計分析，實現工藝參數的優化與固化。針對不同環節、不同生產方式建立了相適應的構架和管理制度，實現了整個產業鏈的有效協調運作，保證了企業效益的持續穩定增長。

產業鏈向下游延伸，一方面提高了客戶配套服務能力，帶動企業業務增長；另一方面，產業鏈趨于完整，進一步提升企業的生產供應能力，增強與重要客戶的合作緊密度，在提升企業行業地位的同時，降低了經營風險。

⑷產業競爭格局。

從全球鍛造行業來看，德國、美國、俄羅斯、日本、法國、英國和韓國等發達國家，在原材料、裝備水平、鍛造技術和工藝等方面均處于世界領先地位，依托高端的生產設備及先進的加工工藝，能夠生產出大尺寸、高精度、高性能的產品，長期占據著全球主要的高端應用市場。近年來隨著中國、印度和巴西等發展中國家經濟的發展，鍛造裝備水平有了很大提高，鍛造能力穩步提升，在某些產品領域形成與發達國家競爭并取得優勢的市場格局，但我國鍛造行業在原材料、熱處理工藝、鍛造工藝優化等方面與發達國家仍存在一定差距，例如鍛造行業的工藝數據庫、材料數據庫及軟件開發仍與國外領先技術存在一定差距，基本處于空白，制約了我國鍛造行業的快速發展。

從國內市場看，我國鍛造企業數量眾多，競爭比較激烈，大部分鍛造企業主要從事普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼材料等鍛件的生產，對高溫合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金等特種合金材料的加工能力整體不足、產品技術含量及附加值相對較低、工藝水平相對落后。

國內骨干鍛造企業數量約460 家，企業平均產量較低。大部分企業雖然設備數量和種類較多，但是先進設備所占比例小，而高精、高效專用設備則更少。企業自動化、數字化水平低，多數企業仍處于人工操作水平。只有少數企業初步實現了鍛造數字化和自動化,行業邁向全面智能制造任重道遠。

信息化管理不足。原材料及各種外購件數量、價格無法精準估算，占用資金較大。模具狀態、壽命管理粗放，影響生產效率，占用資金較大。沒有利用動態數據建議用戶易損件的合理數量；沒有唯一的產品編碼動態跟蹤管理，無法進行客戶要求的品質追溯，也無法快速反映各個半成品的在制情況；設備利用效率、設備運行狀態也呈現不透明狀態。部分企業開始應用ERP 系統，往往僅用于財務、采購、倉庫和部分生產管理，缺乏處于企業級的資源計劃系統和工廠底層的控制系統之間的MES系統。

自動化、數字化和信息化裝備是實現鍛造未來智能化的基礎，國內一些主機廠在壓力機伺服控制、設備檢測與自診斷等方面取得了一定的進步，但與國外先進企業差距較大，離自動化、數字化和信息化設備還有相當漫長的路要走。

隨著國民經濟的發展以及國家對高端裝備制造業和重要基礎零部件行業的大力支持，國內鍛造行業也在逐步朝“專精特新”以及專業化和規模化方向發展。國內也出現了一批在特定鍛件領域具備較強技術優勢的企業，其生產的高端鍛件已逐步開始替代進口，并具備了參與國際競爭的能力。

重大工藝技術及裝備技術進展

“十三五”(2016-2020 年)期間，鍛造在工藝技術及裝備技術方面取得了較大的突破。面對激烈的全球化市場競爭，企業管理的內涵已從生產能力的提升轉向以提質、增效、降本為主的內生動力變革。產品技術、工藝技術、模具技術及裝備技術都產生了較大的突破。鍛造產品向多元化、復合化發展，結構上整體化、模塊化；材料高強化、輕量化，多樣化；工藝向“控形、控性”、沖鍛結合等復合化工藝發展。鍛造生產向自動化、數字化、信息化方向發展。

⑴鍛造產品。

1)航空航天模鍛件。

航空鍛造行業在鍛造設備投入和萬噸級設備總量上已躍居世界第一位，模鍛件生產能力巨大但產出甚小，設備開工率嚴重不足，產能嚴重過剩。

從事航空鍛造的企業在技術、產量、質量和生產管理方面，都達到了國家(包括軍方)有關法規、規章和相關標準的規定要求，許多企業按照民用飛機適航條例的嚴格規定，通過外商全方位考核資質認證和首批件的試生產驗證，成為了國外飛機和發動機公司合格的鍛件供應商。自此，我國航空鍛造企業不僅成為國內軍、民用飛機和發動機鍛件的研發、生產、供應者，航空鍛件有能力完全立足國內。而且，成為了國際航空鍛件市場有競爭力的一支生力軍。由此表明：“十三五”期間我國航空鍛造行業在硬件和軟件兩方面都取得了長足的進步，已經躋身于世界并成為航空航天業界不可或缺的重要力量。

2)大型自由鍛件。掌握的大鍛件關鍵技術。

①特大型鋼錠的均質度及純凈度控制技術。

隨著鍛件向大型化發展，所需的特大型鋼錠越來越多。例如，400t 級以上特大型優質鋼錠的制造與產品應用體現出重機企業大型鍛件的綜合制造水平。我國在特大型真空鋼錠制造方面經驗豐富，雙真空鋼錠(鋼包爐真空精煉加鑄錠真空澆注)冶煉能力達到700t，其產品應用涉及特大型支承輥、石化反應容器、核電等多個高端領域。近幾年，國內采用“鋼坯構筑技術”制造大型鍛件毛坯取得進展。

②特種鍛造技術。

根據大鍛件的材料特點、結構特征和技術要求，研究開發出有針對性的特種鍛造技術以滿足裝備制造要求，包括大型異形復雜件的仿形鍛造，超大截面構件高效壓實，大型管板中心壓應力控制的半模鍛，大型奧氏體不銹鋼防開裂與組織細化的鍛造技術等。

封頭的仿形，在華龍一號水室封頭上成功應用。主泵泵殼鍛件典型的鑄改鍛結構，工藝創新實現了泵殼的仿形成形，大大降低了質量風險。

大型奧氏體不銹鋼主管道鍛造研究成果推廣應用到“三代”華龍一號主管道制造，形成穩定、批量制造能力。

③大型鍛件組織性能控制技術。

研究并掌握了大型鍛件鍛后熱處理應力控制、大型鍛件細化晶粒、大型鍛件性能熱處理加熱與淬火應力控制、大型鍛件分區回火熱處理、大鍛件熱處理工裝設計等系列關鍵技術。在大型軸類鍛件、大厚壁封頭類鍛件、特大厚壁管板、超大尺寸筒體等產品成功應用，獲得良好的綜合機械性能。

④大型法蘭(環形)鍛件技術領先。

隨著風電機組單機容量的逐步增加，特別是海上風電的快速發展，風電鍛件的技術要求越來越高，重量和尺寸越來越大。企業制造大型鍛件的能力大幅提升，既滿足了國內風電市場的需求，同時也為國際知名企業提供大量的鍛件產品。尤其是近16m直徑大型法蘭鍛件填補了世界空白，滿足了全球海上風電快速發展需求及核電發展的需要。

3)中小型模鍛件。

鍛件的市場應用有所擴大，部分替代了焊接、粉末冶金產品。在汽車鍛件成形領域，基本實現了大部分產品工藝的國產化，極少領域由于特殊裝備原因，沒有國產化。有色金屬鍛件比例在加大，鍛造鋁合金輕量化技術在汽車領域開始應用，鈦合金在航空航天工業、艦船與兵器工業、石化行業、高鐵車輛和醫用人造關節等領域得到廣泛應用。但是與國外市場比較，精鍛件和有色金屬鍛件的占比遠低于國外同行。

國內鍛造企業已經完全參與到了國際鍛造市場的競爭，并具備了較強的競爭力，在汽車鍛件領域，中國已完全融入了國際市場。

在擠壓成形、冷鍛及溫鍛、閉式鍛造等高效率、高質量、高精度、節能、節材工藝等方面的應用發展很快，冷溫鍛技術已接近或達到國際先進水平。應用高精模具設計制造技術和近凈成形工藝生產的汽車差速器行星齒輪、半軸齒輪，自動變速器結合齒齒輪、齒環，花鍵芯軸等產品，精度等級高、金屬組織細密、晶粒細化、表面硬度高、抗疲勞性能好，可以為國內外知名整車企業配套。高壓共軌和鐘形殼精鍛技術廣泛應用，電機爪極生產處于國際領先水平。

⑵工藝及生產技術。

1)鍛造生產自動化、信息化、數字化。

隨著行業產能的快速膨脹，一批國外先進鍛造自動化生產線的引進使用，國外先進的設備、模具、工藝理念，逐步滲透到工藝設計、設備使用維護等領域，探索出一套較為完善的設備維保體系，培養了一大批具有綠色化、數字化、自動化、信息化、低能耗理念的年輕設計使用人才。

自動化裝備正在改變傳統的人工操作方式，將鍛造工人從繁重的體力勞動中解放出來，改善了作業環境。自動化生產線布局日趨合理優化，貼近實際生產需求。勞動環境和生產條件已有大幅改善。

依托工信部“智能制造綜合標準化與新模式應用”專項的實施，為國內鍛造行業中的部分龍頭企業建立了鍛造“智”能制造工廠發展引擎。領軍企業抓住發展機遇，提高針對鍛造行業的自動化、數字化和信息化制造技術開發和服務水平，形成了鍛造行業新的技術研發方向，幾家企業承擔的國家“智能”制造專項已經完成并通過驗收，取得了良好的經濟和社會效益。鍛造企業在實施自動化、數字化和信息化以及邁向智能制造有了可以參考的模板和解決方案。

2)CAE 模擬仿真技術。

成形模擬軟件是短板，與國外的差距被快速拉大。以鍛造模擬軟件為例，美國有DEFORM，法國有FORGE，德國有SIMFACT 和EESY-to-FORM，俄羅斯有QFORM，韓國也有自己的鍛造模擬軟件，目前我國尚沒有自主開發成熟的商業化軟件。

生產線的自動化、數字化、信息化和標準化理念已貫穿于設計人員的設計思路。圖紙設計正在由二維CAD 向三維設計轉變，鍛造模擬軟件作為設計人員良好的輔助工具已開始普遍使用。

3)先進鍛造技術應用。

我國率先提出金屬構筑成形技術，開發了四代核電鈉冷快堆φ15.4 米支承環等多種產品，應用于國防軍工、航天、發電等多個領域，創造了世界之最，實現了“人無我有”。部分局部技術取得了突破，如摩擦與潤滑測試技術方面，獲得了國際同行的認可。

在近凈成形領域開展了大量工作，例如模鍛件閉式鍛造廣泛應用，環形鍛件部分產品實現了異形截面成形，材料利用率有了明顯提升。

精密冷擠壓成形行業發展迅速，表現在高端設備的引進數量上非常可觀。一方面是因為市場的牽引，汽車零部件，通訊電子，軌道交通的大力發展，直接拉動了國內各類型企業對冷鍛重型裝備的投資，絕大多數的金屬精密零部件都實現了國產化。

⑶鍛造模具材料及制造技術。

模具制造能力大幅度提升，精鍛模具設計技術與制造精度完全達到國際水平，部分企業已經成為國際知名設備公司在華模具開發重要合作伙伴。但國產模具材料品質在用戶中的認可度不高，如高強高韌模具材料，用戶依然以使用日本、瑞典等國家的為主。同樣的模具材料，同等工藝條件下，國外模具的壽命要高于國內的壽命，正常情況下，壽命基本都超過30%以上，而且性能穩定。

模具加工技術得到了很大的提高，高速、多軸加工設備比例逐年增高。加工效率、加工質量、精度、型腔表面質量都得到了提升。模具熱處理技術也有了很大提升，真空熱處理已經普遍采用。模具表面處理也越來越被重視，如表面氮化、表面硬化、滲鉻、PVD 涂層處理等，但與國外應用的廣泛性還有差別。

值得指出，大型鍛模的焊補修復技術基本普及，一些鍛造企業已在模具修復方面取得重大進展，實現了基于母材的焊材開發與工藝控制的完全自主。

⑷鍛造材料。

在鍛造原材料方面更加注重節材降耗，對于材料表面質量和內在質量的要求不斷提升。非調質鋼的應用比重明顯加大，例如高強度非調鋼脹斷連桿材料研發推廣使用取得很大成功。更加注重鋼材的使用效率，已逐步從關注鍛件的材料利用率向關注產品的材料利用率方面轉變。

常規鍛造材料與國際水平相當，穩定性略差。但特種材料和高端材料依然需要進口，例如冷鍛的退火鋼材，還沒有發展起來；航空用高溫合金、鈦合金的質量穩定性和生產成本與國外仍然存在相當的差距。

新型航空材料快速應用，特別是鋁鋰合金、高強高韌鈦合金、粉末高溫合金和金屬基復合材料的快速應用，促進我國航空航天工業的加速發展；先進高分子材料、工程材料及新型功能材料如碳纖維、碳納米材料、稀土材料的發展，促進了非金屬成形工藝及裝備的加速發展。

⑸鍛造裝備。

鍛造輔助設備方面投入了全自動的感應加熱設備、高速圓鋸機、天然氣網帶式熱處理爐、新式拋丸機和探傷機、網帶式清洗防銹烘干連續生產線，有效匹配了客戶對產量、質量、成本的多重需求。

鍛造裝備除了大量引進德國，日本、韓國的先進設備外，國產的鍛造生產線水平以及自動化水平也有了長足進步，在許多公司應用了國產的自動化、半自動化生產線。

國產設備有了一定的進步，國內領頭的設備企業制造水平均有質的飛躍，但與國際先進水平相比有較大差距，主要表現在設備穩定性和長期使用精度等方面。壓力機的自動化、數字化和信息化程度得以提高，物聯網技術有了一定應用，產品可以與MES、ERP 系統銜接；壓力機氣動自動控制、絕對值編碼器等技術為鍛造的無人化操作提供了一定的保障。

鍛造企業用檢驗、檢測和試驗設備，重大和關鍵設備、儀器儀表仍然全部依賴進口，存在巨大的短板。

⑹企業管理。

在“十三五”期間，國家正式發布GB/T 23000 -2017《信息化和工業化融合管理體系基礎和術語》和GB/T 23001-2017《信息化和工業化融合管理體系要求》兩項國家標準，進一步加強信息化和工業化的高層次深度結合，兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續發展模式。一些規模以上鍛造企業正在實施兩化融合體系標準普及，務實推動兩化融合管理體系貫標。

在管理方面，企業整體管理水平有一定的提升，特別是一些龍頭企業引入了先進的管理理念和管理手段，其管理水平達到世界一流。但整個行業管理水平與先進國家和地區相比仍有較大差距。

與國外相比，在產品制造成本控制、新品開發周期等方面占有一定優勢，但在生產線自動化程度、質量體系建設、生產流程優化、標準化管理方面仍有一定差距。

鍛造行業還未認識和理解“服務型制造理念”，在企業經營管理方面缺少戰略人才。

⑺人才培養。

依據《中國制造2025》中第八項“多層次人才培養”的精神，工程技術人員和技能型操作人才隊伍建設正在被鍛造行業及企業所重視，探索新的實用人才培養方式已成為鍛造行業及企業共識。

企業通過項目拉動和內部自主培訓，工藝及結構設計幾乎全部國產化，工藝、模具設計、加工調試、生產管理、項目管理等人員得到了培養和鍛煉。

碩士生已經進入國內規模企業研發部門，部分博士生進入高端企業。海外人才回流到國內，部分海外博士和資深企業研發人員進入國內部分高端企業。

人才培養更加重視結合自動化、數字化、信息化和網絡化制造等先進技術，進一步深層次、系統地培養多技能工藝及現場調試人員 。

⑻標準化戰略。

隨著企業發展達到一定的高度，逐步認識到行業標準化體系建設作為提升行業話語權的重要性，參照國內外先進標準的研制經驗，對企業未來發展具有戰略意義。國家標準化工作的政策與制度正在推進企業積極參與到行業團體標準的制修訂認可過程中，有利于企業升級產品標準，向國際標準接軌，高標準參與全球市場競爭。

用標準來規范市場競爭的理念還缺乏共識。