數說全球鋁合金板材預拉伸機

王祝堂

(中國有色金屬工業協會，北京100814)

?

數說全球鋁合金板材預拉伸機

王祝堂

(中國有色金屬工業協會，北京100814)

文章總結了國內外鋁合金板材預拉伸機的生產現狀，并通過對國內在建和擬建鋁合金板材預拉伸機項目的介紹，給出了建議和思考，供相關企業和人員參考。

鋁合金板材；預拉伸厚板；預拉伸機

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、輥形變化或工藝冷卻控制不當，會產生或大或小的縱向彎曲、橫向彎曲、邊部波浪和內應力，為了消除缺陷并使內應力降至盡可能低的水平，必須在退火或時效前進行矯直。根據設備配置情況與應用范圍可分為輥式矯直、壓平矯直和鉗式矯直三種方式。前兩種不但設備較簡單，工藝技術也不高，是一種相當古老的工藝，但現在仍廣為應用，在此不再贅述；后一種是上世紀40年代中期以來在工業發達國家發展起來的，中國1955年開始引進此設備與技術。當前，鋁合金板拉伸矯直裝備水平與技術高低，已成為衡量一個國家鋁加工業是否強大的主要標志之一，也是能否為航空航天工業提供所需關鍵鋁材的重要標志。

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大的溫度差，從而產生很大的內部殘余應力，表層為壓應力，中心部拉應力，如果在后序機械加工之前預先把這種殘余應力消除85%以上，那么在用數控加工中心制造零部件時，板材就不會發生不允許的變形。因此，必須在機械加工之前，對淬火板材進行預拉伸矯直，以消除殘余應力。一般拉伸永久變形率<3.5%，太小達不到消除波浪和殘余應力的目的，太大可能產生滑移線，還可能出現新的內應力分布不均。因為是在零部件機械加工之前進行的拉伸，也就是說這種拉伸是為順利進行機械加工提供材料，故稱預拉伸，所生產的板材稱為預拉伸厚板。在生產中，必須進行預拉伸矯直的板材約占75%，其余的可通過輥矯和壓平矯直，90%以上的航空級厚板都必須進行拉伸矯直。

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

1 國外共有30臺拉伸機

截止2013年，國外共有30臺鋁合金厚板預拉伸機(最大的132MN)，預計在2025年以前不會新建預拉伸項目(表1)。

達文波特軋制廠是當前全球最大的鋁合金厚板生產企業，在中國天津忠旺鋁業有限公司與銀河鋁業特種鋁合金預拉伸板項目[1]未建成之前將一直保持這種地位。該廠有5臺預拉伸機，其中1臺的拉伸變形率可達12%，這也是世界上獨一無二的。

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

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年國外已投產的鋁板拉伸機

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

液壓系統最大壓力，N/mm241.4

液壓泵傳動電機功率，kW 368

德國科布倫茲軋制廠屬愛勵鋁業國際，有3臺拉伸機，32、38、80MN的各1臺，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，對于超出拉伸機能力的厚板，該廠有1臺300MN的壓平機，可通過壓縮減小板材中的殘余應力。

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

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

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

意大利富西納鋁業公司是美國鋁業公司的子公司，有1臺12MN、MDH公司提供的拉伸機，是全球小拉伸機之一；另1臺30MN的由意大利達涅利公司設計制造。

俄羅斯卡緬斯克-烏拉爾斯基鋁加工廠有1臺10MN的預拉伸機，烏拉爾重型機器制造廠制造，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，原屬古河鋁業公司，從2014年4月起隸屬日本聯合鋁業公司，有1臺日本三井公司生產的，日本拉力最大的56MN的厚板預拉伸機。

2 中國共有12臺拉伸機

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

中國鋁合金板預拉伸生產始于1956年11月哈爾濱鋁加工廠(現在的東北輕合金有限責任公司)的建成投產。該廠是前蘇聯幫助建設的，裝備均從前蘇聯引進，板帶車間有2條硬合金板材精整生產線，生產線上各有1臺6MN板材拉伸矯直機。由于這種拉伸機是前蘇聯設計、制造的，技術還不成熟，生產中故障不斷，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任公司從美國加拿大鋁業公司奧斯威戈軋制廠購買了1臺45MN的停用厚板預拉機，開中國可生產預拉伸鋁厚板之先河，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(集團)有限責任公司的國產60MN預拉伸機于2005年投產之前，中國一直僅有此45MN的拉伸機。2005年，東北輕合金有限責任公司投資近30億元建了一個3950mm厚板專業生產項目，熱軋線已于2011年7月投產，有1臺85MN的厚板預拉伸機，可于2015年投產，可拉伸板材最大尺寸，長度24m、厚度250mm、寬度3700m，從意大利達涅利公司引進。

西南鋁加工廠于1970年7月建成投產，現名西南鋁業(集團)有限責任公司，有2800mm(1+1)式熱粗-精軋生產線1條；2000mm(1+4)式熱連軋線1條；4300mm厚板專業生產線1條，2011年全面建成。1970年投產的那臺60MN拉伸機是中國第一重型機器集團公司設計制造的，投產后直到2005年才重新啟用。與4300mm熱軋機項目配套的有1臺120MN的預拉伸機，由洛陽中信重工制造，亞洲最大，全世界共有4臺120MN級的拉伸機?？衫彀宀淖畲蟪叽?，厚度250mm、寬度4150mm、長度36m。

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

南南鋁加工有限公司厚板項目熱軋線于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臺拉伸機，1臺100MN的，1臺30MN的，位于拉伸跨內，均從西馬克集團梅爾公司引進。100MN拉伸機可拉伸板材最大尺寸，厚度260mm、寬度3800 mm、長度38000 mm。

銀海鋁業有限公司位于廣西壯族自治區柳州市，有1(3300mm)+4(2850mm)熱連軋線1條，2013年12月全線投產，可生產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35MN的拉伸機。所有主體設備均是中冶東方自主集成，工藝設備、自動化控制系統全部實現國產化，是目前國內最寬幅鋁板帶(1+4)式熱連軋生產線。拉伸機可處理厚板尺寸，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高精冷軋板帶項目，已分期建成投產，厚板車間有2臺引進的預拉伸機。

大連匯程鋁業有限公司位于大連市金州，平軋產品總生產能力200kt/a，厚板系統有1臺從意大利達涅利公司引進的60MN預拉伸機。

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

3 國內在建拉伸機項目

2014年中國在建的有預拉伸機的厚板項目有5個，共有拉伸機12臺。

南山200kt/a厚板項目，一期有1條1(5600mm)+1(4100mm)+5(3000mm)式熱連軋生產線，生產能力可超過1000kt/a，是參照美國鋁業公司達文特軋制廠的模式建設的。一期厚板生產能力80kt/a，估計應有3臺拉伸機，35MN的1臺，80MN的1臺，120MN的一臺。達文波特軋制廠有5臺厚板預拉伸機。

天津忠旺鋁業有限公司3000kt/a鋁平軋產品項目，分期建設。一期1800kt/a，2015年年末建成，二期2018年全部建成，達到目標生產能力。一期有2條(1+5)式軟合金生產線；1條(1+1+3)式硬合金生產線，按厚板生產能力200kt/a 匡算至少需要6臺預拉伸機，25MN、40MN、60MN、80MN、100MN、120MN的各1臺，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拉伸機的技術參數如表2，可拉伸2xxx系、5xxx系、6xxx系、7xxx系合金板。

表2 60MN及120MN拉伸機的技術參數

義煤集團河南同人鋁業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，可于2015年末或2016年上半年投產。主要用于生產硬合金板材，其中厚板生產能力50kt/a，應有2臺拉伸機，先建1臺120MN的，從國外引進，其基本技術參數：

結構型線 臥式，梁柱結構

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內可無級調速

板材拉伸后平直度，mm/m <1(對角線方向)

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

單片板材最大質量，t 20.0

可拉伸板材最大截面積，cm24800

可拉伸板材屈服強度，N/mm230～350

可拉伸板材抗拉強度，N/mm280～450

順虎鋁業有限公司位于浙江省永康經濟開發區，2012年從韓國引進1條7075合金厚板生產線，生產能力10kt/a，現正在擴建，將生產能力擴大到50kt/a，可能會有1臺40MN級的拉伸機。

萬航鋁業有限公司15kt/a鋁厚板項目。該公司位于江蘇省吳江市同里鎮，即將竣工，是一個專業鋁厚板項目，以生產通用工程與機械用鋁合金厚板為主，產品主要為5052、5083、6061-T6合金，有1臺35MN拉伸機。

中國已投產(截止2013年年底)及在建的鋁厚板拉伸機見表3。

表3 截止2013年中國已投產及在建的鋁厚板拉伸機

4 國內擬建預拉伸板項目

綜合國內媒體報道，截止2014年6月，中國擬建的有預拉伸機的項目至少在10個以上，估計拉伸機總數不少于35臺。當然這些項目不會都如期建成，但是如有一半如期或延期投產，也是令人匪夷所思，主要項目如下，其中有一些已開始建設或奠基：

山東創新集團計劃投資200億元，在內蒙古霍林郭勒市建一個生產能力800kt/a的硬合金板帶項目，分兩期建設，一期2015年12月建成；

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

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

寧夏佳盛遠達鋁鎂材料有限公司鋁平軋產品項目位于中寧縣，生產能力500kt/a，總投資117億元；

內蒙古鴻鑫中厚板項目位于霍林郭勒市，生產能力150kt/a；

世捷鋁業有限公司位于吉林省遼源市，平軋鋁產品生產能力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、鎂產業基地，計劃2020年以前陸續建成，其中鋁平軋產品生產能力500kt/a；

山西信發綜合循環項目位于孝義市裝備制造園區，是一個集煤-電-鋁-鋁材-化工產品于一體的基地，2016年底全部投產，屆時產值可超1000億元；

銀河鋁業有限公司與河北省定州市政府簽訂了特種鋁合金預拉伸板及深加工項目投資合作協議，標志著國內首家特種鋁合金預拉伸項目正式開建，填補了國內相關產業空白。建設期3年，投產后，特種鋁合金預拉伸板年產量可達60萬t，各項深加工產品年產量40萬t[1]。

5 結束語

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

2013年中國有8個企業可生產預拉伸板，有12臺拉伸機，占全世界總臺數的28.6%；到2015年中國可有13個企業生產預拉伸板，擁有24臺拉伸機，占世界總臺數的46.2%；2020年中國可生產預拉伸板的企業可能會增至20家或更多一些，拉伸機臺數可達50臺，分別占世界總數的56%及62.5%。

一個生產能力600kt/a的預拉伸板項目所生產的預拉伸板完全可以滿足全世界市場的需求。建多大規模，什么時候建等都是投資者的事，不過下列幾點，還是宜考慮一下：

?一個大的項目必須進行充分的全球市場調查，到國內外相關企業走走；

?4～6m寬的特大板材只占5%左右，由于其是供造船工業用的，產品運輸與建廠地點不可不考慮；

?在厚板生產企業中并不是所有的厚板都必須經過預拉伸，約有40%的可通過輥矯與施壓消除殘余應力與整平，一個預拉伸厚板產能600kt/a企業，應按厚板總產能900kt/a來配套裝備與其他設施；

?為降低投資風險，不宜一次性建成，可分期分批；

?600kt/a預拉伸板材的企業按保守匡算，需要結構合理，拉伸機15～20臺，輥矯機5臺，固溶處理生產線12～15條，超聲波探傷線5條，時效-退火爐50臺；

?生產900kt/a厚板，需要生產約1300kt/a扁錠；

?需要很強的技術力量，高素質的工人與管理人員，宜及早儲備人才。

[1] 中國有色金屬報,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