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[分享讨论] 中国锻造行业“十四五”发展纲要(连载一)

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发表于 2021-5-14 12:09:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
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中国锻造行业“十四五”发展纲要(连载一)9734-权7740

锻造行业“十三五”发展情况

进入“十三五”之后,随着全球经济的发展,尤其是互联网、数字化和信息化技术的发展,不仅产生了广阔的市场需求,也带来锻造企业格局的大变化,特别是我国节能环保要求的日益深入,高端装备、新能源汽车、轨道交通装备等领域轻量化高效化发展日新月异,锻造原材料从普通钢材向高强钢发展,从黑色金属向有色金属发展,锻造工艺技术取得很大进步。
锻造技术的发展与产品结构和材料密切相关,涉及工艺、模具、设备和原材料等多方面。相关领域、产业链上下游更加协调发展,促使锻造行业逐渐由大变强。
产业整体情况

⑴产业布局及规模。
“十三五”期间,锻造行业全面发展进步,企业在市场环境中大浪淘沙、优胜劣汰,布局日趋理性、合理。企业的管理水平、自动化程度不断提高,部分领先企业开始着手自动化、数字化和信息化制造的布局工作,在自动化生产和现场数据采集方面取得了一定进展。企业业绩逐年攀升,规模不断扩大。出口企业数量不断增多,通过与国际知名品牌主机厂配套,市场拓展能力、产品质量、工艺水平进一步提高。行业继续保持全球最大的锻造行业发展规模。
总的来说,锻造行业在各个方面均取得长足发展,基本满足国内经济建设、国防建设、基础设施建设的需要。在此基础上,具备支撑“走出去”战略布局的能力。
根据中国锻压协会统计测算,2016-2019 年锻造行业总产量和细分行业产量见表1。
⑵产业基础能力。
“十三五”(2016-2020 年)期间,规模与速度上取得了很大进步,特别是民营企业的发展日新月异,大型、超大型锻造装备不断刷新行业新标杆,部分尖端企业堪称世界领先,装备的推进带来了工艺、软件、质量、自动化、数字化和信息化程度的大幅提升。与国外同行相比,除材料之外,绝大多数的关键控制点都处在逐步缩短差距到超越并引领的状态。
在国家政策的推动和影响下,在锻造企业人工成本的增加以及招工难的双重压力作用下,锻造行业中各种规模的企业都在致力于自动化、数字化和信息化方面的建设。单机设备的自动化已经初见成效,整线自动化开始起步。依托工信部“智能制造综合标准化与新模式应用”专项的实施,国内锻造行业中的部分龙头企业建设了锻造“智能”制造工厂。
表1 2016-2019 年锻造行业总产量及分类产量(单位:万吨)

中国锻造行业“十四五”发展纲要(连载一)9116-权7740

注:本统计数据不包括普通标准件、手术器械、钢球和刀具工具等非功能部件

设备大型化、自动化、数字化和信息化充分得到发展,如大型电动螺旋压力机、大型热模锻压机、大型模锻液压机、大型摩擦压力机及大型辗(轧)环机、大型自由锻液压机数量不断增加,生产线周边配套装备的自动化程度明显上升。
由于国家的重点工程对大型及高端锻件的需求,工程化得到充分实施,不但生产出国际一流产品,而且锻炼了队伍,尤其重点人才的培养得到提高。例如,民用核电大型锻件、大飞机的起落架、承力框、燃气轮机涡轮盘锻件、快堆支撑环锻件、核电锻造泵壳的国产化等等,展示了“十三五”期间锻造行业发展的实际水平。
“十三五”期间,特种成形设备和工艺与国外比还有差距,比如核电用、石化用超级奥氏体、超级双相钢薄壁大口径管道成形不成熟;马氏体时效钢大型化锻造成品率问题;大型锻件近净成形问题等,有待于锻造行业继续努力。
⑶产业链总体水平。
经历了“十一五”、十二五”期间的快速发展与规模扩张,“十三五”锻造行业产业链配套水平整体提升。在材料或钢锭质量方面有较大进步,纯净度有所提高,夹杂物和有害元素的控制水平也有所提升;在设备能力及技术方面,已具备以华龙一号、CAP1400 第三代核电全套锻件为代表的世界领先的极限制造能力,但在620℃及以上超超临界锻件、高温合金、钛合金等高端材料领域与国外相比还存在明显差距。在汽车领域,锻件用钢质量相比“十二五”有所提高,但与下游企业的要求以及国外先进水平相比,仍有较大差距,而模具用钢方面差距更加明显。
设备技改方面,主要围绕替代进口和提升产品质量稳定性为主的短板弥补,如气保电渣炉以及环轧设备的应用,使得重型燃气轮机12%Cr 不锈钢轮盘锻件、COST-E 超超临界高中压转子锻件实现国产化。通过锻造操作机和环轧机以及锻造模具的专业化,轴类件、筒节锻件以及复杂核电锻件基本实现近净成形,材料利用率较“十二五”提升约3%~5%。
数值模拟和物理模拟对工艺优化的支撑作用更加明显,基于数值模拟和物理模拟实验,对工艺进行大幅优化,大幅提升质量稳定性和降低工艺成本。利用信息技术,逐步实现了工艺电子化和工艺标准化,并结合检测质量数据库,通过质量大数据的统计分析,实现工艺参数的优化与固化。针对不同环节、不同生产方式建立了相适应的构架和管理制度,实现了整个产业链的有效协调运作,保证了企业效益的持续稳定增长。
产业链向下游延伸,一方面提高了客户配套服务能力,带动企业业务增长;另一方面,产业链趋于完整,进一步提升企业的生产供应能力,增强与重要客户的合作紧密度,在提升企业行业地位的同时,降低了经营风险。
⑷产业竞争格局。
从全球锻造行业来看,德国、美国、俄罗斯、日本、法国、英国和韩国等发达国家,在原材料、装备水平、锻造技术和工艺等方面均处于世界领先地位,依托高端的生产设备及先进的加工工艺,能够生产出大尺寸、高精度、高性能的产品,长期占据着全球主要的高端应用市场。近年来随着中国、印度和巴西等发展中国家经济的发展,锻造装备水平有了很大提高,锻造能力稳步提升,在某些产品领域形成与发达国家竞争并取得优势的市场格局,但我国锻造行业在原材料、热处理工艺、锻造工艺优化等方面与发达国家仍存在一定差距,例如锻造行业的工艺数据库、材料数据库及软件开发仍与国外领先技术存在一定差距,基本处于空白,制约了我国锻造行业的快速发展。
从国内市场看,我国锻造企业数量众多,竞争比较激烈,大部分锻造企业主要从事普通碳钢、合金钢、不锈钢材料等锻件的生产,对高温合金、钛合金、铝合金、镁合金等特种合金材料的加工能力整体不足、产品技术含量及附加值相对较低、工艺水平相对落后。
国内骨干锻造企业数量约460 家,企业平均产量较低。大部分企业虽然设备数量和种类较多,但是先进设备所占比例小,而高精、高效专用设备则更少。企业自动化、数字化水平低,多数企业仍处于人工操作水平。只有少数企业初步实现了锻造数字化和自动化,行业迈向全面智能制造任重道远。
信息化管理不足。原材料及各种外购件数量、价格无法精准估算,占用资金较大。模具状态、寿命管理粗放,影响生产效率,占用资金较大。没有利用动态数据建议用户易损件的合理数量;没有唯一的产品编码动态跟踪管理,无法进行客户要求的品质追溯,也无法快速反映各个半成品的在制情况;设备利用效率、设备运行状态也呈现不透明状态。部分企业开始应用ERP 系统,往往仅用于财务、采购、仓库和部分生产管理,缺乏处于企业级的资源计划系统和工厂底层的控制系统之间的MES系统。
自动化、数字化和信息化装备是实现锻造未来智能化的基础,国内一些主机厂在压力机伺服控制、设备检测与自诊断等方面取得了一定的进步,但与国外先进企业差距较大,离自动化、数字化和信息化设备还有相当漫长的路要走。
随着国民经济的发展以及国家对高端装备制造业和重要基础零部件行业的大力支持,国内锻造行业也在逐步朝“专精特新”以及专业化和规模化方向发展。国内也出现了一批在特定锻件领域具备较强技术优势的企业,其生产的高端锻件已逐步开始替代进口,并具备了参与国际竞争的能力。
重大工艺技术及装备技术进展

“十三五”(2016-2020 年)期间,锻造在工艺技术及装备技术方面取得了较大的突破。面对激烈的全球化市场竞争,企业管理的内涵已从生产能力的提升转向以提质、增效、降本为主的内生动力变革。产品技术、工艺技术、模具技术及装备技术都产生了较大的突破。锻造产品向多元化、复合化发展,结构上整体化、模块化;材料高强化、轻量化,多样化;工艺向“控形、控性”、冲锻结合等复合化工艺发展。锻造生产向自动化、数字化、信息化方向发展。
⑴锻造产品。
1)航空航天模锻件。
航空锻造行业在锻造设备投入和万吨级设备总量上已跃居世界第一位,模锻件生产能力巨大但产出甚小,设备开工率严重不足,产能严重过剩。
从事航空锻造的企业在技术、产量、质量和生产管理方面,都达到了国家(包括军方)有关法规、规章和相关标准的规定要求,许多企业按照民用飞机适航条例的严格规定,通过外商全方位考核资质认证和首批件的试生产验证,成为了国外飞机和发动机公司合格的锻件供应商。自此,我国航空锻造企业不仅成为国内军、民用飞机和发动机锻件的研发、生产、供应者,航空锻件有能力完全立足国内。而且,成为了国际航空锻件市场有竞争力的一支生力军。由此表明:“十三五”期间我国航空锻造行业在硬件和软件两方面都取得了长足的进步,已经跻身于世界并成为航空航天业界不可或缺的重要力量。
2)大型自由锻件。掌握的大锻件关键技术。
①特大型钢锭的均质度及纯净度控制技术。
随着锻件向大型化发展,所需的特大型钢锭越来越多。例如,400t 级以上特大型优质钢锭的制造与产品应用体现出重机企业大型锻件的综合制造水平。我国在特大型真空钢锭制造方面经验丰富,双真空钢锭(钢包炉真空精炼加铸锭真空浇注)冶炼能力达到700t,其产品应用涉及特大型支承辊、石化反应容器、核电等多个高端领域。近几年,国内采用“钢坯构筑技术”制造大型锻件毛坯取得进展。
②特种锻造技术。
根据大锻件的材料特点、结构特征和技术要求,研究开发出有针对性的特种锻造技术以满足装备制造要求,包括大型异形复杂件的仿形锻造,超大截面构件高效压实,大型管板中心压应力控制的半模锻,大型奥氏体不锈钢防开裂与组织细化的锻造技术等。
封头的仿形,在华龙一号水室封头上成功应用。主泵泵壳锻件典型的铸改锻结构,工艺创新实现了泵壳的仿形成形,大大降低了质量风险。
大型奥氏体不锈钢主管道锻造研究成果推广应用到“三代”华龙一号主管道制造,形成稳定、批量制造能力。
③大型锻件组织性能控制技术。
研究并掌握了大型锻件锻后热处理应力控制、大型锻件细化晶粒、大型锻件性能热处理加热与淬火应力控制、大型锻件分区回火热处理、大锻件热处理工装设计等系列关键技术。在大型轴类锻件、大厚壁封头类锻件、特大厚壁管板、超大尺寸筒体等产品成功应用,获得良好的综合机械性能。
④大型法兰(环形)锻件技术领先。
随着风电机组单机容量的逐步增加,特别是海上风电的快速发展,风电锻件的技术要求越来越高,重量和尺寸越来越大。企业制造大型锻件的能力大幅提升,既满足了国内风电市场的需求,同时也为国际知名企业提供大量的锻件产品。尤其是近16m直径大型法兰锻件填补了世界空白,满足了全球海上风电快速发展需求及核电发展的需要。
3)中小型模锻件。
锻件的市场应用有所扩大,部分替代了焊接、粉末冶金产品。在汽车锻件成形领域,基本实现了大部分产品工艺的国产化,极少领域由于特殊装备原因,没有国产化。有色金属锻件比例在加大,锻造铝合金轻量化技术在汽车领域开始应用,钛合金在航空航天工业、舰船与兵器工业、石化行业、高铁车辆和医用人造关节等领域得到广泛应用。但是与国外市场比较,精锻件和有色金属锻件的占比远低于国外同行。
国内锻造企业已经完全参与到了国际锻造市场的竞争,并具备了较强的竞争力,在汽车锻件领域,中国已完全融入了国际市场。
在挤压成形、冷锻及温锻、闭式锻造等高效率、高质量、高精度、节能、节材工艺等方面的应用发展很快,冷温锻技术已接近或达到国际先进水平。应用高精模具设计制造技术和近净成形工艺生产的汽车差速器行星齿轮、半轴齿轮,自动变速器结合齿齿轮、齿环,花键芯轴等产品,精度等级高、金属组织细密、晶粒细化、表面硬度高、抗疲劳性能好,可以为国内外知名整车企业配套。高压共轨和钟形壳精锻技术广泛应用,电机爪极生产处于国际领先水平。
⑵工艺及生产技术。
1)锻造生产自动化、信息化、数字化。
随着行业产能的快速膨胀,一批国外先进锻造自动化生产线的引进使用,国外先进的设备、模具、工艺理念,逐步渗透到工艺设计、设备使用维护等领域,探索出一套较为完善的设备维保体系,培养了一大批具有绿色化、数字化、自动化、信息化、低能耗理念的年轻设计使用人才。
自动化装备正在改变传统的人工操作方式,将锻造工人从繁重的体力劳动中解放出来,改善了作业环境。自动化生产线布局日趋合理优化,贴近实际生产需求。劳动环境和生产条件已有大幅改善。
依托工信部“智能制造综合标准化与新模式应用”专项的实施,为国内锻造行业中的部分龙头企业建立了锻造“智”能制造工厂发展引擎。领军企业抓住发展机遇,提高针对锻造行业的自动化、数字化和信息化制造技术开发和服务水平,形成了锻造行业新的技术研发方向,几家企业承担的国家“智能”制造专项已经完成并通过验收,取得了良好的经济和社会效益。锻造企业在实施自动化、数字化和信息化以及迈向智能制造有了可以参考的模板和解决方案。
2)CAE 模拟仿真技术。
成形模拟软件是短板,与国外的差距被快速拉大。以锻造模拟软件为例,美国有DEFORM,法国有FORGE,德国有SIMFACT 和EESY-to-FORM,俄罗斯有QFORM,韩国也有自己的锻造模拟软件,目前我国尚没有自主开发成熟的商业化软件。
生产线的自动化、数字化、信息化和标准化理念已贯穿于设计人员的设计思路。图纸设计正在由二维CAD 向三维设计转变,锻造模拟软件作为设计人员良好的辅助工具已开始普遍使用。
3)先进锻造技术应用。
我国率先提出金属构筑成形技术,开发了四代核电钠冷快堆φ15.4 米支承环等多种产品,应用于国防军工、航天、发电等多个领域,创造了世界之最,实现了“人无我有”。部分局部技术取得了突破,如摩擦与润滑测试技术方面,获得了国际同行的认可。
在近净成形领域开展了大量工作,例如模锻件闭式锻造广泛应用,环形锻件部分产品实现了异形截面成形,材料利用率有了明显提升。
精密冷挤压成形行业发展迅速,表现在高端设备的引进数量上非常可观。一方面是因为市场的牵引,汽车零部件,通讯电子,轨道交通的大力发展,直接拉动了国内各类型企业对冷锻重型装备的投资,绝大多数的金属精密零部件都实现了国产化。
⑶锻造模具材料及制造技术。
模具制造能力大幅度提升,精锻模具设计技术与制造精度完全达到国际水平,部分企业已经成为国际知名设备公司在华模具开发重要合作伙伴。但国产模具材料品质在用户中的认可度不高,如高强高韧模具材料,用户依然以使用日本、瑞典等国家的为主。同样的模具材料,同等工艺条件下,国外模具的寿命要高于国内的寿命,正常情况下,寿命基本都超过30%以上,而且性能稳定。
模具加工技术得到了很大的提高,高速、多轴加工设备比例逐年增高。加工效率、加工质量、精度、型腔表面质量都得到了提升。模具热处理技术也有了很大提升,真空热处理已经普遍采用。模具表面处理也越来越被重视,如表面氮化、表面硬化、渗铬、PVD 涂层处理等,但与国外应用的广泛性还有差别。
值得指出,大型锻模的焊补修复技术基本普及,一些锻造企业已在模具修复方面取得重大进展,实现了基于母材的焊材开发与工艺控制的完全自主。
⑷锻造材料。
在锻造原材料方面更加注重节材降耗,对于材料表面质量和内在质量的要求不断提升。非调质钢的应用比重明显加大,例如高强度非调钢胀断连杆材料研发推广使用取得很大成功。更加注重钢材的使用效率,已逐步从关注锻件的材料利用率向关注产品的材料利用率方面转变。
常规锻造材料与国际水平相当,稳定性略差。但特种材料和高端材料依然需要进口,例如冷锻的退火钢材,还没有发展起来;航空用高温合金、钛合金的质量稳定性和生产成本与国外依旧存在相当的差距。
新型航空材料快速应用,特别是铝锂合金、高强高韧钛合金、粉末高温合金和金属基复合材料的快速应用,促进我国航空航天工业的加速发展;先进高分子材料、工程材料及新型功能材料如碳纤维、碳纳米材料、稀土材料的发展,促进了非金属成形工艺及装备的加速发展。
⑸锻造装备。
锻造辅助设备方面投入了全自动的感应加热设备、高速圆锯机、天然气网带式热处理炉、新式抛丸机和探伤机、网带式清洗防锈烘干连续生产线,有效匹配了客户对产量、质量、成本的多重需求。
锻造装备除了大量引进德国,日本、韩国的先进设备外,国产的锻造生产线水平以及自动化水平也有了长足进步,在许多公司应用了国产的自动化、半自动化生产线。
国产设备有了一定的进步,国内领头的设备企业制造水平均有质的飞跃,但与国际先进水平相比有较大差距,主要表现在设备稳定性和长期使用精度等方面。压力机的自动化、数字化和信息化程度得以提高,物联网技术有了一定应用,产品可以与MES、ERP 系统衔接;压力机气动自动控制、绝对值编码器等技术为锻造的无人化操作提供了一定的保障。
锻造企业用检验、检测和试验设备,重大和关键设备、仪器仪表依旧全部依赖进口,存在巨大的短板。
⑹企业管理。
在“十三五”期间,国家正式发布GB/T 23000 -2017《信息化和工业化融合管理体系基础和术语》和GB/T 23001-2017《信息化和工业化融合管理体系要求》两项国家标准,进一步加强信息化和工业化的高层次深度结合,两化融合的核心就是信息化支撑,追求可持续发展模式。一些规模以上锻造企业正在实施两化融合体系标准普及,务实推动两化融合管理体系贯标。
在管理方面,企业整体管理水平有一定的提升,特别是一些龙头企业引入了先进的管理理念和管理手段,其管理水平达到世界一流。但整个行业管理水平与先进国家和地区相比仍有较大差距。
与国外相比,在产品制造成本控制、新品开发周期等方面占有一定优势,但在生产线自动化程度、质量体系建设、生产流程优化、标准化管理方面仍有一定差距。
锻造行业还未认识和理解“服务型制造理念”,在企业经营管理方面缺少战略人才。
⑺人才培养。
依据《中国制造2025》中第八项“多层次人才培养”的精神,工程技术人员和技能型操作人才队伍建设正在被锻造行业及企业所重视,探索新的实用人才培养方式已成为锻造行业及企业共识。
企业通过项目拉动和内部自主培训,工艺及结构设计几乎全部国产化,工艺、模具设计、加工调试、生产管理、项目管理等人员得到了培养和锻炼。
硕士生已经进入国内规模企业研发部门,部分博士生进入高端企业。海外人才回流到国内,部分海外博士和资深企业研发人员进入国内部分高端企业。
人才培养更加重视结合自动化、数字化、信息化和网络化制造等先进技术,进一步深层次、系统地培养多技能工艺及现场调试人员 。
⑻标准化战略。
随着企业发展达到一定的高度,逐步认识到行业标准化体系建设作为提升行业话语权的重要性,参照国内外先进标准的研制经验,对企业未来发展具有战略意义。国家标准化工作的政策与制度正在推进企业积极参与到行业团体标准的制修订认可过程中,有利于企业升级产品标准,向国际标准接轨,高标准参与全球市场竞争。
用标准来规范市场竞争的理念还缺乏共识。
(执笔人:中国锻压协会行业研究室主管吴顺达)
《中国锻造行业”十四五”发展纲要》(连载二)见《锻造与冲压》2021 年第7 期


——文章来源:《锻造与冲压》2021年第5期




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