我国汽车板和硅钢片技术现状及生产需求分析.docx

汽车板和硅钢片生产工艺复杂、技术难度大、产品质量要求高，特别是汽车面板和取向硅钢片，被称为钢铁产品中的“工艺品”。由于国内汽车板和硅钢片研发生产起步晚，技术力量薄弱，两类产品生产技术水平和产品质量与国际先进水平相比，尚有较大差距，是目前国内最为短缺的钢材品种。随着国内汽车制造和电力行业的快速发展，可以预见，未来对高档汽车板和硅钢片的需求量将会越来越大。一、汽车板1.汽车技术概述钢材是汽车生产的主要原材料，一般占汽车生产所用材料的70%以上。汽车钢的品种构成为：钢板约占50%以上，优质钢（齿轮钢、轴承钢、弹簧钢等特殊钢）占30%，型钢占6%，带钢占6.5%，钢管占3%，金属制品及其他占1%。各类钢板是汽车用钢的主要品种，根据生产工艺不同，可分为热轧板（热轧薄板、中厚板）和冷轧板（普冷板、镀层板）；根据强度不同，可分为以IF钢（无间隙原子钢）为代表的具有超深冲性能的软钢系列和以TRIP钢为代表的高强度钢系列。在性能上，为满足汽车安全性、碰撞吸收性能和疲劳强度；同时，为提高成型性和表面质量，还需较低的平面各向异性和较高的延伸率、塑性应变化、抗起皱性等。在汽车板中，热轧板主要用于客车、货车，约占这两类车型钢板用量的60%-70%，且高强度的热轧板应用越来越广泛。但受厚度规格、强度和表面质量的局限，热轧板在轿车上用量不大。轿车板以冷轧板为主，约占钢板用量的75%，无论品种还是质量都代表了汽车板的最高水平。能否为轿车批量供应各类冷轧板，已成为衡量钢铁厂综合技术水平的标志。采用薄规格超高强度汽车板减轻汽车自重，可有效降低燃料消耗、减少废气排放、改善安全性，是现代汽车板重点发展趋势之一。目前，发达国家高强度汽车板用量已达50%。由于强度提高必然导致延伸性下降，使钢板的冲压性和成型性变差，因此，汽车板技术努力的目标就是研制出既有高强度同时塑性又相对良好的钢板。满足高强度和良好成型性的汽车板品种主要有两大类，一是以传统软钢IF钢为基础，通过合金化和烘烤硬化工艺生产的HSIF钢（高强度IF钢）和BHIF钢（烘烤硬化IF钢），亦统称超低碳高强度钢，IF钢没有时效性，是生产轿车用镀锌板的最佳基板；二是生产过程中通过再结晶实现组织相变，达到强化结构的相变强化钢，这类钢主要包括DP钢（双相钢）、CP钢（多相钢）、TRIP钢（相变诱导塑性钢）、M钢（马氏体钢）。上述两类钢虽然成分差别较大，但采用的处理工艺基本相同，主要采用微合金化和热处理工艺，即在冶炼时加入适量合金元素（Si、Mn、Ti、Nb等）形成理想的晶粒组织和晶向结构，并通过后续控冷控轧和退火再结晶工艺，最终达到汽车板性能要求。对于冷轧板，一般均需后续退火处理。对于热轧板，附加退火工序将大量增加成本，一般只通过合金成分设计和轧后冷却条件的优化获得所要求的显微组织，其强度和成型性都不如冷轧板。高质量汽车板的优异力学性能体现在冲压成型和使用过程中，如BH钢、冲压成型可以采用相对较低的冲压力，涂漆烘烤后屈服强度一般可增加50MPa，从而保证最终产品的高强度。TRIP钢在加工或碰撞过程中，约20%的硬相马氏体在软相铁素体中均匀弥散，同时残余的奥氏体相逐渐转变成马氏体，从而使TRIP钢既可以达到约30%的较高延伸率，同时又具有接近1000MPa的高强度。高强度汽车板性能及用途情况详见表1。表1高强度汽车板性能及用途情况表钢种生产工艺屈服强度性能用途高强度IF钢加入Nb、Ti等元素微合金化400MPa较高强度、良好的成型性轿车内板、外板烘烤硬化IF钢烘烤加工硬化400MPa较高强度、良好的成型性轿车内板、外板DP钢采用热处理工艺，形成约80%铁素体和20%马氏体的晶向结构500-1200MPa低屈强比、高强度、易成型、高加工硬化指数轮毂、保险杠、悬挂系统和加强件，汽车内外板CP钢采用热处理工艺，形成铁素体和高比例的硬相（马氏体、贝氏体等）800-1000MPa较高的吸收性能和吸收扩孔性能车门、防撞杆TRIP钢采用热处理工艺，形成铁素体、马氏体和少量奥氏体600-800MPa高强度和高延伸性能，高碰撞吸收性能保险杠、底盘，结构件及加强件，车门、罩壳M钢通过高温的奥氏体组织快速淬火，转变为板条马氏体组织1200MPa强度最高级别的钢种，成型性差代替管状零件用于成型要求低的车身零部件DP钢采用热处理工艺，形成约80%铁素体和20%马氏体的晶向结构500-1200MPa低屈强比、高强度、易成型、高加工硬化指数、轮毂、保险杠、悬挂系统和加强件，汽车内外板CP钢采用热处理工艺，形成铁素体和高比例的硬相（马氏体、贝氏体等）800-1000MPa较高的吸收性能和吸收扩孔性能车门、防撞杆TRIP钢采用热处理工艺，形成铁素体、马氏体和少量奥氏体600-800MPa高强度和高延伸性能，高碰撞吸收性能保险杠、底盘，结构件及加强件，车门、罩壳M钢通过高温的奥氏体组织快速淬火，转变为板条马氏体组织1200MPa强度最高级别的钢种，成型性差代替管状零件用于成型要求低的车身零部件。虽然高强度汽车板也具有较高成型性，但传统的成型技术已不适应。根据汽车不同部位的受力情况和强度、刚度要求，采用激光焊接技术把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一起，然后再进行冲压成型，从而达到节省材料、减轻重量且提高车身零部件性能的目的。在一些汽车制造强国，激光焊接技术已经成为汽车制造业中的标准工艺，主要用来制造汽车车身侧框、车门内板、车身底盘、中间立柱内板、挡泥板和防撞箱之类的车身零部件。采用激光焊接技术，可以大量使用高强度汽车板。2.国内生产消费现状近年来，随着我国汽车工业快速发展，汽车用钢量大幅度增长。2003年，我国生产汽车444.37万辆（轿车201.89万辆、客车119.52万辆、货车122.96万辆），汽车整车制造消费钢材约730万吨，其中汽车板约450万吨。进口汽车板约占消费量的30%左右，主要是轿车用冷轧板，约占轿车用冷轧板的50%。目前，我国生产汽车板的企业主要有宝钢股份、鞍钢、武钢和攀钢等。宝钢股份是最大的汽车板生产企业，2003年，汽车板市场占有率36.1%，汽车用冷轧板市场占有率46%，技术含量最高的轿车面板（05板）只有宝钢股份能够生产。鞍钢、武钢和攀钢生产的汽车板大部分为热轧板，仅少量供应部分规格和牌号的冷轧板。此外，2003年以来，珠钢和包钢CSP生产线也已经试制成功并小批量生产汽车用热轧板。从一汽、上海大众和东风3家企业的汽车板使用情况看，一汽和东风货车用钢板除少部分超深冲板需进口外，基本实现了国产化，主要来自宝钢股份、鞍钢、武钢和攀钢。不同轿车车型所使用板差别较大，中低档轿车板国产化率较高，高档轿车板尚需大量进口。一汽大众轿车板大部分来自进口，主要由蒂森等国外钢铁企业供货，少部分由宝钢股份供应。上海大众轿车板国产化率约56.6%，主要来自宝钢股份。东风富康轿车用钢板国产化率约90%，主要来自宝钢股份、武钢和鞍钢。国内复杂的汽车品牌格局，在一定程度上加大了汽车板生产难度。仅轿车就有18家外国公司在我国建厂，引进车型种类繁多，导致汽车板标准、规格和品种需求的多样化。例如，大众系列轿车用板采用德国标准，品种涉及热镀锌、电镀锌和高强度钢板等，最宽为1800mm，最厚为4mm；富康轿车用板采用法国标准，以热镀锌板为主；夏利轿车用板采用日本标准，以热镀锌合金化板为主；切诺基吉普车用板采用美国标准，热镀锌和热镀锌合金化板并用。经过多年演变，世界各国都有各自的轿车用钢体系，而我国尚未形成一个统一的汽车板标准。3.我国汽车板与国外的差距（1）产品档次低、品种少。国外高强度汽车板生产技术已成熟，最高屈服强度可达1200MPa。美国ULSAB-AVC的PNGVClass车身用各类高强度钢种和它们的性能情况。高强度复相钢和高强度IF钢对钢中5大元素含量控制很严格，IF钢还需要超低的含量（一般要求20ppm以下），这两类钢都需要进行复杂的微合金化工艺和退火热处理工艺。目前，我国钢铁企业在上述两类产品上尚未形成稳定成熟的技术，汽车板仍主要以低碳铝镇静钢为主，虽然强度级别也有所提高，但最高只有800MPa，一般用于非关键部件。在高强度复相钢上，仅宝钢股份掌握了TRIP钢和DP钢的部分生产技术，大部分的超高强度汽车板尚在研究实验阶段。（注：ULSAB：超轻型汽车车身用钢，AVC：先进汽车理念，PNGV：新一代汽车合作团体）（2）镀锌汽车板生产技术落后。随着对汽车寿命和防腐要求的提高，国外镀锌汽车板使用量逐年增多，欧洲轿车车身使用镀锌板的比例已达85%以上，未来将100%使用镀锌板。我国镀锌汽车板与国外有较大差距。例如，对退火温度和气氛的控制、锌层厚度和锌花的控制技术不成熟，板形、表面质量不够理想，存在镀层表面麻点、小气泡、镀层不均及弯曲后锌层易脱落等缺陷。此外，高档的Galvalume（铝锌合金镀层板）和Galfan（锌铝合金镀层板）尚不能大量生产。4.市场供需预测汽车板消费量取决于汽车工业的发展，汽车工业的发展以轿车市场的扩大为代表，与经济发展水平密切相关。未来我国汽车产量将保持持续增长趋势，在消费和生产结构上，轿车比例将增加，客车和货车比例将逐步降低。汽车产量增加将带动汽车用钢量增长，轿车比例增长使单位汽车制造用钢量下降。预测到2010年，汽车整车制造用钢量的1750万吨左右，其中，汽车板为1100万吨左右；汽车整车制造用轿车板为400万吨左右。从汽车用热轧板生产情况看，用量较大、强度级别500MPa左右高强度热轧板生产有一定突破，宝钢股份、武钢、鞍钢、攀钢以及本钢、包钢、珠钢等企业均已能够批量供货。由于对表面质量和成型性的要求不是很高，国内已投产的其他热轧生产线通过技术和产品开发，未来也可具备汽车用热轧板生产能力。我国现有热轧宽带钢生产能力5000万吨，在建、拟建的热连轧机组还有多套，预计未来汽车用热轧板生产基本能够满足需求。少量超高强度汽车用热轧板主要是TRIP钢和DP钢，由于只能采用微合金化和控轧工艺，生产难度较大，将主要依靠宝钢股份、武钢生产。目前，宝钢股份已开始热轧TRIP钢的研究开发工作。汽车用冷轧板特别是轿车面板工艺技术复杂、生产难度大，需要具备质量一贯制的综合生产条件和大量的技术积累。虽然我国现有、在建和拟建的冷连轧生产线较多，大部分在建和拟建项目产品方案中也包含汽车板品种，但预计未来能够形成汽车用冷轧板批量供货能力的生产线只有宝钢股份现有1550mm冷连轧、1800mm冷连轧以拟建的1800mm冷连轧，武钢在建的2230mm冷连轧，鞍钢现有大连镀锌线（与德国蒂森公司合资）和拟建的2130mm冷连轧等。因总体技术差距较大，即使是这些大企业的高水平冷连轧生产线，也难以在未来5-6年间全面实现其设计的产品大纲。因此，预计“十一五”期间，我国汽车用冷轧板市场占有率将有一定幅度的提高，但仍难以全面满足市场需求。二、硅钢片1.概述硅钢片是含硅量在0.5%-5%的超低碳钢板，主要用于发电、输变电、电机、电子和家电业。硅钢是由体心立方的铁固溶体构成的铁素体钢，以铁为主的Fe-Si单晶体在三个主晶向上磁化特性不同：100方向为易磁化晶向，110方向为次易磁化晶向。111方向为难磁化晶向，这种磁化特性称为磁各向异性。通过控制轧制方向和采用再结晶工艺生产的具有高斯织构（即具有110晶面和100晶向的晶粒取向的组织）的硅钢片称单取向硅钢片，亦称取向硅钢片；晶粒取向程度小、在钢板面上磁各向异性小的硅钢片称无取向硅钢片。取向硅钢片主要用于制造各种变压器，无取向硅钢片主要用于制造发电机、电动机以及家电电器如洗衣机、电风扇和电冰箱压缩机电机等。从生产工艺上，硅钢片又可分为热轧硅钢片和冷轧硅钢片，热轧硅钢片属于无取向硅钢片，冷轧硅钢片分为无取向硅钢片和取向硅钢片。硅钢片性能直接关系到电机、变压器等产品的电能损耗、性能、体积和重量，高磁感和薄规格是硅钢片的发展方向。提高硅钢片磁感应强度，不但提高电器性能，而且可减少铁芯的磁滞损耗、降低电耗；采用薄规格硅钢片可减少高频下铁芯的涡流损耗、降低电耗，同时亦可节省电器材料，减小电器体积、减轻重量。此外，硅钢片还需具备良好的板形、极小的同板厚度差和良好的冲剪性能。为保证硅钢片特殊性能要求，一般均需经冷轧和退火处理。特别是取向硅钢的生产，需经初退火（常化）轧制中间脱碳退火轧制终脱碳退火高温再结晶退火等工序的复杂处理，各道工序均需精雕细刻，才能满足工艺要求。国外在成品阶段还采用激光或等离子等方法细化磁畴，进一步优化取向效果。因此，冷轧硅钢片被称为冶金产品中的工艺品，一般企业不具备生产条件。热轧硅钢片由于受生产工艺制约，产品规格厚、磁感低、铁损高、电耗高，电器产品性能差、体积大。通常情况下，使用热轧硅钢片制造的电机与使用相同级别冷轧硅钢片制造的相比，磁感低10%-20%，铁损高10%20%，电耗高20%-40%；每使用1万吨热轧硅钢片比冷轧硅钢片要多耗电约1亿kWh/年。按此测算，我国近年来热轧硅钢片消费量为90万吨左右，每年多耗电约90亿kWh，相当于1-2座大型发电厂的年发电量。此外，在生产工艺上，热轧硅钢片一般采用电炉熔融叠轧薄板轧机生产，工艺装备十分落后，成材率低、劳动强度大、污染严重，且产品质量差，加工性能、同板差、表面质量等与冷轧硅钢片相比有较大差距。因此，世界发达国家早已淘汰了热轧硅钢片，我国也明确规定热轧硅钢片为限期淘汰产品。2.生产消费现状冷轧硅钢片是我国主要的缺钢材品种。生产企业主要是武钢、宝股股份和太钢，设计能力85万吨/年，其中武钢40万吨/年、宝钢股份35万吨/年、太钢10万吨/年。2003年产量103.1万吨，其中武钢39.9万吨、宝钢股份50.9万吨、太钢12.3万吨。由于冷轧硅钢片生产不能满足需求，仍在大量生产和使用热轧硅钢片，同时还要大量进口冷轧硅钢片。2003年，我国生产热轧硅钢片90.2万吨，进口冷轧硅钢片158.1万吨，出口9.4万吨，硅钢片表观消费量342万吨。从消费结构看，在中小型电机和家用电器制造业，热轧硅钢片占了相当大的比例；在大中型变压器制造业，进口硅钢片占了较大的比例。随着电力需求和机电产品产量的不断增长，硅钢片的消费量增长，我国已是世界上硅钢片消费量最大的国家之一。1993年2003年的10年间，表观消费量从95万吨增加到342万吨，年均增长约13.7%。我国硅钢片生产消费情况见下表2。表2我国硅钢片生产消费情况表单位：万吨项目19931994199519961997199819992000200120022003生产量总产量76.381.274.576.684.482.587.5130177184.5193.2热轧60.664.456.858.760.655.552.371.690.487.690.1冷轧15.616.817.817.923.82735.258.486.696.9103.1进口量21.222.619.63663.560.263.983.985.192.8158.1出口量2.32.30.10.57.851.30.93.59.49.4表观消费量95.1101.694.1112.1140137.7150.2213258.6267.9341.9市场占有率%16.416.618.9161719.623.427.433.536.230.43.我国冷轧硅钢片生产技术及存在的差距经过几十年的发展，我国冷轧硅钢片生产取得了较大的成绩。从世界范围看，我国冷轧硅钢片的生产技术、品种、质量属于上世纪90年代国际水平，高于俄罗斯，与法国、德国、意大利等国家处于同等水平，但与代表世界最高水平的日本新日铁相比尚有一定差距。主要表现在：（1）品种规格。品种上，我国取向硅钢片落后2-3个牌号，高磁感取向硅钢HiB钢比例只有14%左右，而新日铁广畑制铁所取向硅钢片中HiB的比例高达50%60%；低铁损高牌号无取向硅钢片只有35W230和50W250可少量生产，尚不能生产35W210；只能生产1.74-1.76（T）的高磁感无取向产品，比日本的1.76-1.78（T）低0.02（T）。规格上，不能生产厚度0.23mm及以下薄规格、经细化磁畴处理的低铁损高牌号（ZDKH、ZDMH）取向硅钢片，只能少量生产0.27mm厚度，日本大量生产0.23mm厚度的取向硅钢片。（2）产品质量。带钢厚度公差大、同板差大，板形、涂层质量不稳定。武钢生产的HiB与新日铁广畑制铁所同牌号相比，磁感水平基本相当，但铁损值还有差距。（3）生产指标。由于炼钢成分命中率、原牌号合格率、加工成材率不高，我国取向硅钢片综合成材率比日本低5%左右，高牌号取向硅钢片成材率差距更大。（4）技术创新。多年来，我国以学习消化引进技术为主，基本上没有大的、突破性的创新。日本冷轧硅钢片能够保持国际领先水平的关健在于