低密度高强度?你对高强度轻质铝合金了解多少?

密度小,强度高,这种说法看似自相矛盾,实则却真的存在,今天成华制造为大家科普的就是高强度轻质铝合金材料。

可能在很多人的印象中密度越大,重量越沉的金属它的强度也就越大,也越坚硬。其实并非全都这样,除了高强度轻质铝合金之外还有很多金属具备这样的特征,强度高的同时自身重量还很轻。

这种轻质金属由于具备如此出色的特点,所以被广泛应用于航天航空,交通运输,车辆制造,化工领域等等,除了这些大型事业之外,轻质铝合金还被应用在一个你意想不到的领域,他就是消防队救援工作中的救援设备,救援三脚架。

救援三脚架是消防人员必备的救援工具,主要用于竖井的救援工作,救援三脚架的安全性除了自身的三角支架结构之外,更重要的就是高强度轻质铝合金材质了。很多人不理解有那么多的金属,为什么偏偏要选择高强度轻质铝合金呢?

涉及到救援工作必然是争分夺秒,安全、高效是前提条件,安全主要体现在高强度轻质铝合金的高强度上,这种材质可以保证消防人员的自身安全。高效则体现在“轻质”二字上,减负也是提高效率的一种必要手段,如果救援三脚架的重量过大,那么将给救援的效率带来一定的影响。

这便是高强度轻质铝合金所具备的特点,它也在各个领域得到了广泛的应用。(资讯来源:www.chlifting.com)

铝价创下15年新高!盘子市场会疯狂吗?

今日,铝行业板块全线大涨,港股俄铝涨超14%,中国铝业涨超5%;A股中国铝业、云铝股份、天山铝业涨超4%。

于此同时,沪铝主力合约今日收于21730元/吨,盘中一度暴涨3.22%至21980元/吨,又创历史新高。

国际铝价方面,LME铝短线冲至2775.50美元/吨,即将突破2011年的最高点。

由于全球大宗商品的供应紧张依旧,商品价格(如:铝)会受到短期信息面的刺激产生较大的波动。信息面上,今日凌晨,一则“几内亚政变、总统被扣押”的快讯就为已然价高的铝市又点上了一把火。

国信期货研究部门的顾冯达表示,几内亚的政局不稳将影响到当地铝地生产、运输和出口等各个环节,这引发了全球铝土矿供应的忧虑,短期内会直接影响短期国际铝土矿价格,进而推高铝市原料端的成本。

而我们稍微拉长时间线可以发现,近一年内铝价涨势都非常凶猛,令人备感惊奇,本文望能在此总结下原因。

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LME铝为何屡创新高?

国际铝价方面,今年以来,LME铝价格已经攀升了约四成,今日最高价达到约2775.50美元/吨,创下2011年以来的新高。而相较于去年4月的低点,LME铝价可谓是一飞冲天,已经反弹了近90%。

全球铝价上涨的原因有以下几点。

最首要的原因是以美联储为首的各国央行在疫情期间为刺激经济实行宽松的货币政策,使得大量热钱涌入商品交易所,进行价格炒作。

供给需求方面,需求端上首先,全球经济正从疫情中缓慢复苏,大宗商品的需求方面有所恢复。而铝作为一种工业材料,被广泛应用于生活和生产的各个领域,比如饮料罐、飞机、建筑等等,经济的复苏,各产品生产需求的增加,推动着铝价的上涨。

并且,各国政府推行在此期间相继推出财政刺激计划,这进一步推升市场对大宗商品、各大工业原材料的需求。美国方面,参议院在上个月通过的1万亿基建法案和3.5万亿美元的预算计划,这可能会加剧美国整体经济未来的通胀水平,使得大宗商品价格被进一步被抬高。

供给端方面,首先,疫情造成全球供应链失调,出现港口拥堵、集装箱短缺等现象,亚洲的铝库存难以运达至欧美等市场。

另外,作为全球第二大原铝生产国(6%)及第一大铝锭出口国(17%)的俄罗斯,为了平衡国内市场金属产品价格随国际市场价格而上涨的影响,于8月开始对各类金属的出口加征关税,其中,铝被征收15%的出口关税,具体来说是每吨价格提高254美元。这对全球原铝价格影响较大,进一步提高了原料购买方的成本。

此外是全球经济体对于中国(全球最大的铝生产国)供应短缺的担忧加剧。

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国内铝市场的需求和供给

转向看国内方面,需求端上随着建筑业的回暖(建筑业PMI保持相对高位),对电解铝需求形成支撑。

另外,新能源(光伏用铝)及电动汽车的投产增加也带动了铝的需求和用量的持续增加。(比如电池电极方面,用铝箔作为锂电池正极集电体)

供给端上,根据国家能源局数据,我国7月全社会用电量达7758亿千瓦时,创下历史新高,但是由于高温天气、雨量少、煤炭供给不足等因素导致工业用电紧张加剧,多地出台了限电措施,电解铝的产能受到限制

比如,云南、广西等地要求部分电解铝企业降低用电负荷,河南、内蒙古、青岛也出台了相应的限电限产措施。

同时,在“双碳”目标下,各地持续落实能耗双控政策,加大对高污染企业的检查力度,推升电解铝减产的预期。

国家发展改革委等四部门于8月19日发文表态,要严控沿黄河重要地区高污染、高耗水、高耗能项目项目。需注意的是,沿黄河地区的电解铝产能约占全国产能的六成,电解铝产能的供给受限,将进一步推高其市场价格。

除此之外,发改委于8月27日印发《关于完善电解铝行业阶梯电价政策的通知》,其中所提及鼓励电解铝企业提高风电、光伏发电等非水可再生能源利用水平。而非水的可再生能源电量的使用,将使得电解铝企业的成本相应提高,对后期电解铝定价有一定影响。

国内电解铝社会库存方面,截至8月30日,库存为75.3万吨,较上月同期下降0.5万吨,处于历史地位。而随着河南地区铝加工企业限电缓解以及“金九银十”消费旺季的到来,铝的消费增量或将边际偏强。这又一步推升铝价预期的上涨。

(国内库存与沪铝主力 来源:Wind,华泰期货研究所)

此外,进口方面,几内亚的政局不稳将导致铝土矿的未来供应预期下调,对于铝价短期来讲是利多。今日传出动乱消息的几内亚为我国铝土矿的重要进口国之一,据海关数据显示,2019年中国铝土矿的进口约有44%来源于几内亚。2020年占比提高到47%,预计2021年的占比会有所增加。

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尾声

上述可见,铝行业尚处于供给偏紧的状态,短期内难见改善,预计在一段时间里,铝价维持高位的可能性更大。

而国家为控制铝价也做出了相应努力,8月30日,中国有色金属工业协会召开骨干电解铝企业视频会,会中提及屡创新高的铝价有“三个不支持和两大风险”,并强调要全力做好电解铝行业保供稳价工作,防范铝价恶意炒作和非理性大幅上涨。

9月1日,国家粮食和物资储备局投放第三批国家储备铜、铝、锌,共计15万吨(其中铝为7万吨),进行大宗商品保供稳价工作,发挥储备市场调节作用,缓解企业原材料成本压力。预计这些举措在短期内能对商品的快速上涨产生一定的压力。

值得注意的是,铝价上涨对于有色金属行业倒是利好。中国有色金属工业协会数据显示,今年上半年,国内规模以上的有色金属企业实现利润总额1640亿元,同比增长225%。

上市铝企的盈利数据也显著提升,可以看到多数铝企净利润都实现同比的翻倍上涨。

若是未来铝价依旧维持高位,该板块的行情还是能够持续一段时间。

各种铝合金材料市场需求分析及发展方向

铝合金的市场需求往往决定了铝合金制品的种类、产量及性能特征。由于铝合金种类繁多,国内外发展过程及现状也不尽相同,且一部分铝合金会交叉应用于汽车、船舶及航空航天领域,所以以铝合金系来进行分类阐述。下面简单地介绍一下铝合金系材料的分类及应用。

(一)2XXX 系铝合金

2XXX(A1-Cu-Mg)系铝合金具有高的抗拉强度、韧性和疲劳强度,良好的耐热、加工及焊接性能,被广泛应用于空天、汽车及兵器工业等领域。主要牌号有 2A01、2A02、2A06、2A11、2A12 等。针对提高强度、强韧性匹配、耐损伤容限性能相继开发了一系列合金,如 2024、2124、2524、2324 合金等。

我国装备型号向轻量化、长寿命、高可靠、低成本方向发展,对机身蒙皮材料的断裂韧性、抗裂纹扩展能力和耐蚀性能具有较高的要求。国外在 2024-T351 铝合金厚板基础上,已开发出了具有不同强度、韧性、疲劳、耐腐蚀性能匹配的 2324、2624 等机翼下翼面用高损伤容限铝合金,并实现装机应用。

我们迫切需要开展高损伤容限 2XXX 系铝合金的开发工作,未来,复合微合金化将是 Al-Cu-Mg 系高强铝合金一个重要发展方向。

(二)4XXX 系铝合金

目前我国汽车活塞主要使用共晶和亚共晶 Al-Si 合金,但是随着对发动机性能要求的不断提高,难以满足性能要求。

过共晶 Al-Si 合金密度低,线膨胀系数小,抗磨性和体积稳定性更高,与亚共晶和共晶 Al-Si 合金相比是更为理想的活塞材料。国外已批量生产过共晶 Al-Si 合金活塞,并应用于载重汽车和轿车,如美国的 A390 合金,日本的 AC9A 和 AC8A(ZL109)合金,澳大利亚的 A390 合金。但是目前我国生产过共晶 Al-Si 合金活塞的厂家很少,大部分依赖进口。

另外,汽车涡轮增压铝合金材料与国外也存在较大差距,高性能汽车涡轮增压铝合金材料主要依赖日本等国家。因此,开发高性能活塞、涡轮增压叶轮关键汽车铝合金材料势在必行。

(三)5XXX 系铝合金

Al-Mg 合金特别是高 Mg 含量的 Al-Mg 合金具有高的比强度、良好的焊接性和耐蚀性,将成为未来空天、高速列车、海洋等领域极具竞争力的材料。

目前,空天、列车、海洋等应用的 Al-Mg 合金板材、型材以及焊丝主要依靠进口,高端焊丝市场基本上被美国 ALCOA 所垄断,ER5183、ER5356 合金主要依靠进口,进口量约占其销量的 70%,舰艇用 Al-Mg 合金主要依赖于俄罗斯。

高 Mg 含量的合金常规铸锭中枝晶发达、共晶相偏析严重,成形性能差,目前加工方法仍存在诸多问题,如性能低、表观质量差、工序长、质量不稳定、成品率低等。

亚快速凝固与成形可以抑制 Mg 的析出,同时可以调控得到细小等轴晶和纳米析出相,大幅度提高材料的性能与均一性。因此,开发高性能 Al-Mg 合金亚快速凝固连续流变挤压和轧制技术,有望解决高品质 Al-Mg 合金的需求。

(四)6XXX 系铝合金

6XXX 系铝合金材料是轨道交通、汽车、电子等领域的关键材料。从 20 世纪 80 年代起,欧美、日本等发达国家和地区研发了车用铝合金,注册了 6009、6016、6010、6111、6022、6082 等牌号,形成了较完整的汽车车身板、挤压材、锻件等生产和应用体系。

我国 6XXX 系铝合金车身板和锻件的产业化研发刚刚起步,存在明显差距。我国工业和信息化部提出重点发展的车用铝合金薄板是:6016-S、 6016-IH、6016-IBR、6A16-S、6A16-IBR、6022 等,典型 6XXX 系铝合金板材伸长率 A50不小于 25%,r 值不小于 0.60,60 d 停放屈服强度 Rp0.2不小于 140 N/mm2 ,烤漆硬化屈服强度增量不小于 80 N/mm2 。针对不同需求,开发 6XXX 系铝合金的设计、制备及加工技术成为发展的必然趋势。

(五)7XXX 系铝合金

7XXX 系铝合金具有较好的耐应力腐蚀性能,是铝合金中强度最高的一个系列,是国际上公认的航空主干材料。最近,国外开发了 7055 合金(Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr),其在 T77511 状态下屈服应力超过了 620 MPa,用于波音 777 飞机,减重 635 kg。

目前我国航空用 7XXX 系铝合金缺乏系统的合金设计和制备加工技术,某些产品完全依靠进口。由于 7XXX 系铝合金大规格铸锭合金元素多、凝固区间宽、铸造应力大、合金元素易氧化 / 偏析等,铸锭冶金质量较差,室温成形性能较低,开发新型 7XXX 系铝合金具有重要意义。

(六)铝锂(Al-Li)合金

铝锂合金是近年来航空材料中发展最迅猛的轻量化材料,具有密度低、弹性模量高、比刚度高、疲劳性能好、耐腐蚀等特点,取代常规铝合金后,质量可减轻 10%~20%,刚度提高 15%~20%。

美国 ALCOA 公司在 21 世纪初启动了“ALCOA 航空 20/20 计划”,目标是在 20 年内将航空铝合金成本和重量各减少 20%。肯联铝业公司开发了低密度、高韧性和高损伤容限性能的 2050 和 2198 铝锂合金(Al-Cu-Li-Mg-Ag)。

我国自主研制的 Al-Li 合金牌号极少,仅 1420 合金获得应用,C919 客机使用的铝锂合金由美国铝业公司提供。国内仅能生产 1420、2195、2197、2A97 等有限合金牌号,铸锭仅为((310~400)×1280×4000)mm 以下扁锭及ϕ650 mm 以下圆锭。航空高端应用领域厚度 60 mm 以上、宽 1500 mm 以上的扁锭(2B16),以及直径 1500 mm 以上铸锭(2B16)尚未实现工业生产。因此开展新型铝锂合金设计、超大规格铸锭制备和深加工技术具有重要意义。

(七)耐热铝合金

耐热铝合金通过调控 Si、Fe、Ni、Ag、稀土等元素,使铝合金在高温下具有抗氧化及抗蠕变能力,是空天、汽车、轨道交通等领域的关键基础材料。传统的耐热铝合金有:2519、2618、 2219、2D70 等。

随着空天和汽车工业的迅速发展,对耐热铝合金提出了更高的要求。新一代战机巡航速度高,机身蒙皮工作温度达 150℃以上,而目前 2618、АК4-1ч和 2D70 等耐热铝合金的长期使用温度均在 150℃以下,开发新型耐热铝合金势在必行。

(八)超低钪(Sc)含量的 Al-Sc 合金

Al-Sc 合金具有高强度、塑性好、耐蚀性等优异性能,成为继 Al-Li 合金后新一代空天、舰船等的轻质材料。含微量钪的 Al-Mg 合金抗拉强度比 5083 合金高 30%,屈服强度高一倍以上。其可焊性与常规 5XXX 系合金相当,热影响区与焊缝的力学性能约与基体相等,抗腐蚀性能与 5083 合金相当,取代 5XXX 系或 6XXX 系合金制造空天零部件可取得显著的减量效果,也是汽车与轨道车辆的上乘材料。

俄罗斯在含钪铝合金研制方面居世界前列,已形成 Al-Mg-Sc、Al-Mg-Li-Sc、Al-Zn-MgSc、Al-Zn-Mg-Cu-Sc、Al-Cu-Mg-Sc 系合金,钪含量为 0.18%~0.5%。为了推动铝钪合金在空天、汽车上的应用,我国工业和信息化部已将含钪的铝合金作为优先发展的新材料之一。我国钪资源丰富,并建成了高纯氧化钪提取生产线,为铝钪合金发展奠定了基础。

(九)500 MPa 级汽车用热冲压铝合金

我国的热冲压高强铝合金材料尚属空白。新材料和新成形工艺开发相结合,是解决高强铝合金汽车零件成形的有效手段。以 7XXX 系合金为重点,积极探索 2XXX 合金,开发 500 MPa 级热冲压用铝合金材料,用以制造复杂形状的汽车零件具有重要前景。

(十)铝基复合材料

铝–钢多层复合板:铝与钢质甲板的有效连接已成为大型舰船上层建筑轻量化的制约因素之一。铝与钢质船体之间焊接用的铝–钢复合过渡接头为取代传统铆接工艺提供了解决方案。本田公司开发出了钢和铝的接合技术,将在全球应用于量产车骨架。目前,国内所用的铝–钢复合接头主要是从国外进口,价格高达 4×105 CNY/t。随着未来舰船大型化,对过渡接头提出了更高施焊温度、更大承载应力、更强结合界面等要求,亟待开发高性能的铝–钢接头。

汽车散热器用铝合金复合材料:铝合金复合箔、带、板是制造汽车空调器、散热器、干手器等钎焊式热交换器的关键材料。复合材料是由 2~3 种合金经叠合压延后制成,包覆层多为高硅合金或低电位合金,如 4004、4045、4047、4A13、7A01 合金等,芯材主要是 3003、3003+1.5%Zn 和 3004 合金等。

铝蜂窝板:通常由两层薄而强的面板和中间蜂窝芯复合而成,具有重量轻、强度高、刚性大、稳定性好、隔热、隔声等优点,已在飞机、列车、船舶中使用。市场现有产品除航空专用的进口材料为焊接产品外,一般均为胶黏产品,在湿度大、振动强、温度高等环境下,面板容易脱胶。开发轻质、高强、耐蚀、可钎焊的蜂窝结构板用面板和芯板是蜂窝板的发展趋势。国外一些国家在 20 世纪 90 年代初就研制了钎焊铝蜂窝板,开发出高强度、可时效强化、耐蚀、可钎焊的蜂窝材料。近五年我国的蜂窝铝材产量一直保持平均 22% 的增长速度。2012 年我国仅建筑市场的胶黏蜂窝铝产品的市场容量已达76.74亿元。预计到2035年,对高强、耐蚀蜂窝复合板的需求将达到 7×107 m2 ,前景十分广阔。