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国内精冲钢产品的生产现状和发展趋势

精冲工艺是在普冲技术上发展起来的一种把精密冲裁和板料成形相结合的制造精密、复杂冲压件的高效而经济的加工技术,能够获得优质的零件。其中汽车工业是精冲零件推广应用的重点领域,在发达国家,精冲零件在汽车行业的应用占60%以上,国内目前约50%左右。德国、日本等发达国家已经把一辆车上使用精冲零件数量的多少,作为评价其汽车制造水平的一个指标。


实现精冲需要有三要素,即精冲机、精冲模具和精冲材料。目前全世界95%的精冲材料是钢铁材料,即精冲钢,钢种包括碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢等,但是还没有专门的精冲钢牌号和标准。精冲材料是精冲技术的核心要素之一,精冲工艺对钢材的化学成分、力学性能及金相组织都有严格的要求。而目前国内精冲企业大量使用的冷轧精冲钢产品主要采用大型钢铁企业热轧原料+专业冷轧企业冷轧、退火的模式来供应。


市场需求分析

根据公开资料和市场调研对国内市场的精冲钢需求量进行了测算。汽车行业是主要的精冲钢消费行业。目前我国汽车单车精冲钢用量约12~15kg,而发达国家为20~22kg,按照精冲行业的发展趋势,预计未来我国单车精冲钢用量也将接近这一数字。


不过,近年国内精冲行业虽然取得了较快的发展,但还主要以供应中低端零部件为主。以汽车行业为例,国内精冲件企业主要生产汽车座椅调节器、安全带等辅助装置用零件,用户多为自主品牌,与汽车安全密切相关的变速箱等零件还不能供应,尤其是高档乘用车所需的变速箱都以进口为主,相应其中的精冲件也连带直接进口。此外,德系车更偏好使用精冲件,国内目前下游重点企业的产品主要是供给以德系车为主的合资车企和出口,所需精冲原材料主要是采购德国钢铁企业所生产的材料(或进口),影响了国产精冲材的应用。


目前国内规模较大精冲企业约有70余家,根据对重点企业精冲钢使用情况的调研来看,国内精冲钢的使用数量大约为50万吨,并且绝大多数已实现国产化。


发展现状和存在的问题

精冲是一项高技术含量的系统工程,尽管精冲技术在国内也发展了十几年,但在精冲设备、模具、材料和润滑等方面还尚不配套,与德国、日本等发达国家还存有较大差距。


与德国CDW等国外企业相比,国产精冲金属板材的性能和尺寸公差等差距还是很大,在原料稳定性、材料组织、夹杂物、球化率、表面外观质量等还存在问题。如果精冲钢尺寸和力学性能不稳定,精冲时会增加模具损耗,降低精冲效率,增加废品率,因此,下游精冲企业对精冲钢的尺寸公差和性能要求越来越高。厚度公差方面,目前国内热轧产品均无法满足客户要求,只有冷轧产品能够满足需求,部分产品以热轧酸洗形式交货,仍然需要进行一次带压下的精整,以保证公差要求。日本部分钢厂热轧精度较高,目前仅有少量热轧直接球化处理方式交货的产品,精度要求比较高的零件,精冲钢冷轧时需要进行球化退火,对于球化率要求>90%,甚至>95%,而国内大部分材料很难达到要求。


国内精冲钢市场大型钢铁企业目前基本以提供热轧原料为主,很少直接提供冷轧精冲钢产品,而下游专业冷轧厂生产的产品质量稳定性很难保证,热轧和冷轧工序脱节,而且采购原材料不稳定也会造成最终成品质量波动较大,对模具等都造成影响和冲击。另外,精冲钢单次订货量较小,往往只有10~20吨,钢铁企业接单意愿不强烈,用户不得不以高价购买或长期从国外进口原材料。


汽车行业使用精冲零件主要集中在三大类:变速箱(拔叉)、座椅系统(调角器)和安全锁扣系统。汽车零部件冲压企业均需要下游汽车企业对产品和原材料进行认证,但汽车行业对产品替代比较谨慎,认证周期和认证成本较高,认证完成后也需要在新产品上进行批量的替代,很少在现有产品上进行直接替代。


精冲钢热轧基板生产情况

目前精冲钢的供应主要有2种方式:一是钢铁企业直接提供热轧酸洗卷供精冲用户使用;二是钢企提供热轧卷原料(不酸洗或者酸洗)给冷轧企业,进行冷轧处理(包括酸洗、球化、退火),再提供给精冲用户使用。


热轧基板的生产要求

热轧基板对钢质纯净度要求很高。如汽车用零部件一般要求疲劳指标,其对材料的夹杂物、成分偏差、偏析等技术要求相对严格,主要体现在P、S控制和夹杂物指标上。其中一般要求P≤0.018%,S≤0.005%;夹杂物要求:用于链条、链锯、汽车部件原料要求提高夹杂物评级指标,例如德国42CrMo4链条用钢的夹杂物需求如表1所示。


表1德国42CrMo4链条用钢的夹杂物要求


同时,精冲钢热轧基板不允许表面存在“卷渣”、“翘皮”等质量缺陷;要求热轧采取低温出钢、轧制、卷取工艺,钢板边部不产生脱碳层和晶间氧化;厚度公差一般要求在0.15mm范围内,同时要求低凸度(≤40μm),楔形指标严格;板形平整,避免在分条、穿带过程中出现剐蹭等。


精冲钢冷轧板生产情况

生产特点

(1)精冲钢冷轧板厚度和宽度范围大。

精冲行业按照厚度划分4mm以下为薄板,4~8mm称为中厚板,8mm以上称为厚板。以汽车冲压件为主的精冲钢零件主要所用产品以厚规格为主;以电子产品为主的精冲钢零件,所用精冲钢产品以薄规格为主。


(2)精冲钢冷轧时需要多道次冷轧和球化退火。

精冲钢大多属于中高碳钢,冷轧时变形抗力大,因此需要多道次冷轧和球化退火。冷轧后产品的球化退火效果很重要,一般会要求最终产品的球化率>90%,甚至>95%。


(3)生产组织复杂。

冷轧材料以高精度、高品质、多品种、多规格、小批量为特点,生产组织复杂。有的冷轧厂可以根据客户的要求进行生产,最小批量为500kg,甚至针对超薄材料可以接受300kg的批量。


(4)主要由专业冷轧厂提供。

目前冷轧用精冲钢基本上采用大型钢企业轧宽带钢或者中小钢铁企业的热轧中宽带钢和窄带钢+专业冷轧厂冷轧的模式进行生产,大型钢铁企业以提供精冲钢热轧原料卷为主,很少提供精冲钢冷轧产品。主要是因为精冲钢大多属于中高碳钢,冷轧专业性强,工序复杂(需要多道次冷轧和球化退火),品种多、规格多、批量小,生产组织很困难,因此大型钢铁企业生产成本较高,而专业冷轧厂成本优势较大。


(5)行业竞争非常激烈,对热轧基板价格很敏感。

目前专业冷轧厂相互竞争激烈,冷轧产品出现供大于求的局面,精冲钢价格逐渐下滑,各专业冷轧厂利润率降低。


精冲钢未来发展趋势

未来需求增长

从发展来看,除汽车行业需求增长外,近年国内非汽车领域对精冲件的需求增长也很快。据对精冲件下游用户的调研,2014年下半年,有69%的企业反映汽车行业对精冲件的需求同比增长,有75%的企业反馈航空航天领域需求同比有所增加。根据国家经济运行形势,估计汽车行业近5年内继续保持增长态势,国家也将继续支持航空航天行业的发展。我国已经进入了精冲行业的快速发展期,越来越多的国内外企业已经意识到精冲材料本土化采购对于企业发展的重要性,合资精冲企业下一步也是计划加大对国产精冲钢的采购比例,因此国产精冲钢的未来需求会不断增长。


厚规格材料快速增长

用精冲工艺冲制中厚板、厚板零件,尤其形状复杂的片齿轮、凸轮、棘轮、飞机刹车摩擦片等零件,不仅精度高、生产效率高、质量好,而且由于冲切面的冷作硬化效应,提高了零件的耐磨性与使用寿命,故越来越多地取代切削加工。


随着精冲设备的更新换代,模具技术水平的大幅提升,镀层技术与油品技术的发展,之前传统的锻压、机加工、浇铸等加工方式,未来将可能通过厚规格材料的精冲工艺来实现,如汽车底盘上的安装件、与发动机相连的各种法兰件等摩托车链轮的生产也将由传统的机加工方式向精冲方式转移。采用精冲工艺,不仅能提升生产效率,还有效节约了成本,预计未来1~2年,8~12mm左右的厚规格材料将进入快速增长期。


高强度、低成本材料的需求增长

近几年来汽车轻量化已成为汽车风向标,而高强度、高精度的精冲件在汽车上的使用量将不断增加,未来5~8年内,一些特殊处理的中高碳钢、冷成形汽车高强钢等会占主导地位。


国外先进企业已开发了若干适于精冲的高强度微合金钢,强度在650~900MPa之间,这些材料具有优良的精冲性能,精冲8mm厚度仍可获得光滑无撕裂的剪切面,加工硬化效应使冲切表层硬度达40HRC,可以免除后续的淬火工序。新材料的出现突破了通常情况下材料强度超过650MPa以后难以精冲的界限,使高强度厚板零件实现精冲成为可能,从而扩大了精冲的使用范围。


精冲行业的充分竞争态势也扩大了对低成本精冲钢的需求。如在调研中发现,屈服强度在500~600MPa,焊接性能和塑性良好,不进行冷轧直接精冲后可以使用的精冲钢产品,不需要再进行热处理,成本有很大的优势,精冲用户有较大需求。


对尺寸、性能和表面质量的要求越来越高

目前冲制精密零件的设备主要有三种:(1)精冲机及精冲模具,这是目前效率最高最先进的产品手段;(2)大吨位高速冲床配合精密模具,普遍应用于仅对产品功能面有要求而对产品冲裁光亮带要求不高的场合;(3)多台冲床组合成连续生产线,通过机械手导轨等手段配以PLC自动控制系统,也可以有效提升冲压效率。


以上三种冲压生产模式对材料的要求非常苛刻,材料的厚度精度将影响成形的一致性、精密模具的冲次,良好的表面质量可以降低后续处理的成本,优良的加工性能又是材料成形、模具寿命的基础。因此高精度的尺寸、良好的表面质量、优良的加工性能成为评判精冲材料优劣的标准。未来材料必须与精冲设备、模具进行良好匹配,打破用模具去迁就材料不足的颓势。


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