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2021(第六届)中国国际镍钴锂高峰论坛专题报道

2021(第六届)中国国际镍钴锂高峰论坛暨中国国际新能源锂电材料大会暨中国锂电产业“思锂奖”颁奖典礼于2021年5月20-21日在长沙隆重召开!

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2021(第六届)中国国际镍钴锂高峰论坛专题报道

【镍钴锂峰会】镍合金高精带材技术发展及市场展望

来源:SMM

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SMM5月21日讯:在SMM2021(第六届)中国国际镍钴锂高峰论坛上,会上,金川集团镍合金有限公司董事长苗承鹏介绍了镍合金高精带材技术发展及市场展望。

镍合金简介


镍(Nickel):元素符号Ni,原子序数28,相对原子质量58.69,是Ⅷ族金属,密度8.9g/cm³,熔点1455℃,沸点2730℃。镍是一种银白色金属,镍质坚硬,有很好的延展性,磁性和抗腐蚀性,且能高度磨光。镍在地壳中含量丰富,在自然界中以硫化镍矿、氧化镍矿形式存在。镍常应用于制造不锈钢、高镍基合金、电镀和电池等领域,广泛用于航空航天、石油化工、电子电工、核电工业、能源工业、海洋工程、新能源电池、国防军工等领域,是国防建设、国民经济建设不可或缺的重要金属材料。

镍基合金,是以镍为基础,加入钨、钼、铌、钴、钛、铁等金属的合金,金相组织是一种稳定的奥氏体金相组织。主要有纯镍、镍铜合金、镍铬铁合金、镍铁铬合金及镍铬合金、镍铁合金等系列。

镍基合金按照主要性能又细分为高温合金、耐蚀合金、精密合金、电热合金与形状记忆合金等。

镍基合金的特性:

Ni-Cu合金:在还原性介质中耐蚀性优于镍,而在氧化性介质中耐蚀性又优于铜,它在无氧和氧化剂的条件下,是耐高温氟气、氟化氢和氢氟酸的最好的材料。

Ni-Cr合金:主要在氧化性介质条件下使用,抗高温氧化和含硫、钒等气体的腐蚀,其耐蚀性随铬含量的增加而增强。这类合金也具有较好的耐氢氧化物(如NaOH、KOH)腐蚀和耐应力腐蚀的能力。

Ni-Mo合金:主要在还原性介质腐蚀的条件下使用,它是耐盐酸腐蚀的最好的一种合金,但在有氧和氧化剂存在时,耐蚀性会显著下降。

Ni-Cr-Mo合金:兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的性能,主要在氧化、还原混合介质条件下使用。这类合金在高温氟化氢气、含氧和氧化剂的盐酸、氢氟酸溶液中以及在室温下的湿氯气中耐蚀性良好。

Ni-Cr-Mo-Cu合金:具有既耐硝酸又耐硫酸腐蚀的能力,在一些氧化、还原性混合酸中也有很好的耐蚀性。

常见镍及镍基合金的牌号及应用方向

国内用得最多的镍基合金材料有Nickel/纯镍、Monel400、Inconel600/625/718、HastelloyC-276、Incoloy800/800H等。

产品应用形式以锻件、板材、管材、带材、丝材为主。

60Ni-35Cu:属可变形加工的镍-铜系镍基合金,具有很好的耐海水腐蚀和抗化学腐蚀性能,,该合金是为数不多的能使用在氟化物中的合金之一。在氢氟酸和氟气介质中具有很好的耐氧化物应力裂变腐蚀。在较冷的的碱性环境下,该合金被用在弱酸如硫磺、氟化氢环境中。从零下到550度高温都有很好的机械性能。

应用方向:一般用于制造船用换热器、海水淡化设备、盐生产设各、海洋与化学加工设备、螺旋桨轴及水泵、汽油及水箱等。

Inconel690是以Ni-Cr为主要成分的镍基合金,其中抗氧化的Cr含量约为30%,兼具耐腐蚀性和耐热性,具有极强的抗氧化性和耐腐蚀性

应用方向:重油燃油炉的零部件、高压水蒸汽发生设备、核电用690U形管、加压水反应堆的零件、波纹管补偿器膨胀节、放射性废物处理设备。

Hastelloy C-276,较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子腐蚀,钨元素进一步提高了耐蚀性,是仅有的几种耐潮湿氯气、次氯酸盐及二氧hua氯溶液腐蚀的材料之一,对高浓度的氯hua盐溶液如氯hua铁和氯hua铜有显著的耐蚀性,主要用在热交换器、波纹管补偿器、化工设备、烟气脱硫脱硝、造纸工业、航天应用、酸性环境。

镍合金高精带材技术进步及发展


国内:

我国镍合金加工材从仿制到自主创新,性能从低到高,先进工艺得到应用,新型材料得以开发,生产工艺不断改进且产品质量不断提高。

进入二shi一世纪以来,传统的镍合金带材生产企业发生较大的变化,部分已经彻底退出行业发展。曾经工艺装备最先进、生产水平最高的陕西精密合金自2005年以来一致处于停产状态。同时,也涌现许多新兴的镍基合金带材精深加工企业,装备水平、生产工艺在不断提升。

国内高精镍合金带材加工水平整体还是落后,体现在工艺装备、产品规格、产品质量、产能规模等方面,受装备限制无焊缝单卷重量普遍在200-600kg,宽幅在650mm以内,整体制造水平偏低。国家急需的电子电工行业镍合金带材、工业建设镍合金板材等50%以上依赖国外进口,受到国外制约。因此,全面提升镍合金加工水平、加快产品结构调整和技术进步显得非常紧迫,这是国家对镍合金产业发展的要求,也是加快经济发展的必需。

新兴企业的发展:相对国内传统生产企业产能的萎缩和技术人才的流失,在广东、浙江、江苏地区则出现了很多中小型的镍合金带材生产线企业,由于邻近市场,企业间加工分工逐渐形成,为镍合金带材小型生产发展提供了条件。

国内企业发展特点:党的十九大提出“到2035年,基本实现社会主义现代化,到本世纪中叶,把中国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国”。中国经济的快速发展,也极大的带动了镍合金带材的市场需求和产业发展。

装备水平不断提升:3吨以上真空熔炼设备配置成为常态,关键的砂带修磨、表面处理装备、连续酸洗设备、高温连续光亮退火炉等设备,配置增加,高精度探伤

工艺水平不断提高:在传统工艺基础上,短流程工艺、大型熔炼工艺等不断开发,提升卷重、提高精度的工艺水平也得到推进。

产业协同力度加大:行业协作、企业协同不断加强,互为补充、护卫提高,带动了行业的整体发展。

生产成本不断降低:生产水平的提高,也带动生产成本不断降低。

替代进口不断突破:部分高精尖产品,随着国内装备水平提高、行业协同能力加强,在大幅宽、大卷重高精带材产品方面,不断取得进步,已经对进口产品产生冲击,逐渐取代进口产品。

镍及镍合金宽幅带材产品的开发:

受熔炼设备、带材轧制设备、带材轧制工艺技术的多重限制,宽幅1000mm以上镍及镍合金带材一直依赖进口,生产主要集中在日本、德国、美国等外国企业,国内主要镍及镍合金生产企业不具备全流程生产该类合金带材材料的能力;实现宽幅镍及镍合金带材国产化,成为有色金属加工行业的重点突破课题.

“十三五”以来,国内有色金属压延加工技术不断进步,工艺装备水平不断提升,金川镍合金、宝钛等企业率先牵头,通过整合有色金属加工渠道,发挥众多企业装备、技术等特长,攻克加工难题,在纯镍、镍合金宽幅带材的生产上取得了重大突破,已成功实现1000mm以上纯镍及部分高温合金带材的批量生产,为实现该类材料国产替代奠定了基础。

国外主要镍合金带材生产企业: 国内镍基合金带材生产与国外生产企业相比还是存在较大差距,部分高端带材产品国内不能满足生产条件,引线框架带材、超薄软磁合金带材、大幅宽镍合金带材等,目前主要还是依赖国外进口。国外镍基合金带材生产企业主要集中在美国、日本、德国、法国等西方国家。在合金牌号开发、新工艺研究、新应用领域推广、关键核心应用材料开发等方面,处于国际领先水平。

与国外先进水平之间的差距:

冶金生产水平方面:国外先进制造单位均采用电弧熔炼、真空脱气精炼、半连续铸造工艺,最大的特点是单卷重量大、冶金质量高、成分均匀性好、批量较大,特别是一些应用于化工、机械、核电、海洋等领域,具有较强的竞争优势。如日本冶金生产技术国际领先,Ni36Fe、Ni42Fe、N200、哈氏合金C276等合金均已实现板坯连铸生产,单卷重量达到20吨、幅宽达到1500mm。

合金综合性能方面:在合金综合性能、性能的稳定性、均匀性等方面,国外进口产品还是有一定的优势,反映出在冶金质量控制、性能深入分析研究、组织及成分研究方面,基础性研究、理论性支撑高于国内水平。

高端产品方面:在幅宽、超薄、大卷重方面,国内大于450mm冷轧镍合金带材依靠进口,国内在卷重方面无焊缝国内卷重在500kg以下,绝大部分就镍合金带材仍采用拼焊成大卷技术。

成本方面:由于在生产工艺方面的优势,以及在采用返回料方面更高比例,在同类产方面方面,具有成本优势。

镍合金高精带材未来市场分析


随着锂离子电池在各领域的应用日趋广泛,尤其是在电动汽车、新能源、军事等领域逐步推广,新能源车市场逐渐崛起,动力锂电池成为了电池行业内的强劲增长点,产品需求放量趋势已成。2018年,全球动力电池总需求为93GWh,预计2025年全球新能源电动汽车销量达到1750万辆,电池需求量将接近1000GWh。伴随着宁德时代、比亚迪、比克动力、国轩高科、天津力神等一批锂电企业的成长,我国锂电市场在全球的市场占有率将进一步提升。

在锂电池研发及应用中,需要的负极极耳、引出片、连接片、汇流排等镍带急速增长,目前每年达到10000吨以上。未来预计将以每年15%的速度增加。

随着新能源汽车的快速增长,汽车用软磁合金、电热合金带材市场也呈现出蓬勃发展态势;软磁合金广泛用在磁屏蔽罩、磁放大器、电磁离合器、汽车传感器等,代表性牌号主要有1J50、1J79、1J85,国内市场年需求量预计10000吨以上。用于汽车坐垫加热、玻璃加热除雾的电热合金以及用于变阻器制作的电阻和金类产品达到1000吨以上。

国防军工、核电:高温合金材料是航空航天领域的战略军事物资,提高航空发动机性能、实现航空发动机国产化,解决我国航空产业的“卡脖子” 问题已然成 为国家层面的迫切任务。我国重点型号武器装备在“十三五”已经跨过研制定型阶段,在“十四 五”将进入批量列装阶段,随之带动高温合金材料也会从“多品种、小批量”进 入“大规模批产”阶段。

高温合金国外市场基本成熟,全球市场规模年增速有望保持在 10%左右。 2019 年我国高温合金市场规模达到 169.8 亿元,同比增长 33.52%。国内高温合金产 能供给有限,长期存在较大的供需缺口。未来 10 年,我国军用航空发动机用高温合金市场规模约 850 亿元,民用航空发动机用高温合金市场规 模约 2378.07 亿元。此外,在燃气轮机、核电、石油、汽车等领域都有大量的高温合金市场需求。

“十四五”期间 市场需求预测:镍合金高精带材在航空航天、核电工业、电子电工、石油化工、海洋工程等的应用,将随着全球经济的发展,尤其是中国经济的发展,呈现快速增长,预计每年增量在15%以上,中国在世界的占比也在不断扩大,市场需求增长空间越来越大。“以我为有”发展思想的推进,也加快了中国自产能力的不断提高,中国在全球产能供应方面强劲。

展望


未来需求:

国内外“双循环”已成为国家战略,西方国家对我国高科技、新材料等的封锁和制裁已达到前所未有的严峻时刻,习近平总书记指出“关键核心技术必须牢牢掌握在我们自己手中”,镍合金材料作为国家经济、国防国防重要的战略新材料,必须立足自我,进行国产替代。

随着中国经济的迅猛发展,航空航天、石油化工、国防军工等需要大量高性能镍及镍合金,国内需求日益增大,应用领域也不断扩大,市场前景良好。

中国作为全世界最大的电子生产国,在电视机、个人电脑、电用电器、电池、半导体产品等方面已是世界的最大生产国和最大消费国,镍基精密合金带材需求量以每年20%的速度快速增长,市场的前景非常广阔。

技术进步:

新技术进步:随着国内镍基合金市场的强劲增长和国家以我为主的战略定位,镍合金带材加工企业将会瞄准航空航天、核电工业等高端市场,各大企业将会新建镍合金高精密带材生产项目,更新加工装备,不断提高工艺装备水平和加工制造水平,预计“十四五”末期,国内镍基合金精密带材制造水平将达到国际同行水平。

国内协同发展:目前国内镍合金材加工项目因一次投资大,很少有企业建设全流程加工产业项目,尤其是建设像德国克虏伯VDM公司、日本日立金属、美国特殊金属公司等此类企业的规模和产能,基本上是不会出现。新建项目或未来新建项目将呈现半流程、专业化的特点,专业化熔炼、专业化锻造、专业化轧制,各生产企业间将会出现协同发展的格局。

市场开放透明:未来国内镍合金加工材市场布局逐渐趋于合理,各生产企业专业化程度不断增加,分工不断细化,市场需求根据高端、低端不同用途也会不断趋于开放透明。

国防军工支持:预计未来 10 年我国军用航空发动机用高温合金市场规模达 849.75 亿元,民用航空发动机用高温合金市场规模约 2378.07 亿元。随着国内商用航空发动机研制进程加快,长期来看国内商用航空发动机国产化后也将带来巨大的高温合金市场需求空间。其他如燃气轮机、核电、汽车、航天等领域,对高温合金都有较大的需求。发展高质量性能的高温合金材料、提高高温合金成品的工艺水平,是高温合金产业发展必然趋势。

关键词:

“进口替代”:提高生产年水平,加强国内生产协同,提升冶金生产工艺,积极开展联合攻关,进口替代、扩大出口。

不被“卡脖子”:围绕国家急需,针对性地开展关键卡脖子材料的开发生产,国家积极鼓励支持,引导推进产学研合作,满足国家战略需求,不被卡脖子。

“高精度、高品质”:以品牌建设为抓手,以下游行业需求为促进,瞄准对标国际先进,更高精度、更高品质。

“高温耐蚀合金”:高温耐蚀合金高精带材生产技术难度大,但是对国家关键材料需求紧迫,解决高温耐蚀合金精密带材生产难题,需要更大的努力。

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