鎂合金板帶材目前成為國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)研制、開(kāi)發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)的熱點(diǎn)。對(duì)比同為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料且力學(xué)性能相近的鋁板帶材，鎂合金板帶材目前的生產(chǎn)應(yīng)用同其還存在著非常大的差距。本文通過(guò)對(duì)目前鋁板帶應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用特點(diǎn)、應(yīng)用量、應(yīng)用趨勢(shì)的論述和總結(jié)，分析了鎂合金板帶特有應(yīng)用和在航空航天、交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)︿X板帶材進(jìn)行金屬替代應(yīng)用的前景。
　　鎂、鋁、鈦及其合金同為力學(xué)性能優(yōu)良的輕金屬或輕合金結(jié)構(gòu)材料，這其中，鎂和鋁的金屬特性和應(yīng)用特點(diǎn)更為接近。
　　2015年，我國(guó)原鋁產(chǎn)量超過(guò)了3000萬(wàn)t，鋁生產(chǎn)和加工企業(yè)的利潤(rùn)為540億元(利潤(rùn)位居有色金屬第一位，比排名第二位金屬銅的利潤(rùn)高65億元)，利潤(rùn)同比增長(zhǎng)了22%(除金屬銀的利潤(rùn)同比增長(zhǎng)1.6%外，其它金屬均出現(xiàn)不同程度的下降)。其中，鋁板帶材的產(chǎn)量達(dá)到了千萬(wàn)噸的級(jí)別，而現(xiàn)代化、專業(yè)化的鋁板帶材生產(chǎn)企業(yè)多達(dá)400家。近年來(lái)，鋁板帶材的產(chǎn)量占原鋁產(chǎn)量的比例一直維持在20%~30%。
　　而在同期，國(guó)內(nèi)原鎂產(chǎn)量約80萬(wàn)t，鎂生產(chǎn)和加工企業(yè)的利潤(rùn)約12億元(總利潤(rùn)排在鋁、銅、鉛鋅、鎢鉬、稀土、銀之后，銻、鎳、鈷、錫之前)，利潤(rùn)同2014年相比下降約30%。鎂合金板材的產(chǎn)量?jī)H為千t的級(jí)別，而現(xiàn)代化、專業(yè)化的鎂合金板材生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量非常少，多為鈦、鋁板帶加工企業(yè)輔助性進(jìn)行生產(chǎn)或帶料加工，有的鎂合金板帶企業(yè)還停留在產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)或工業(yè)化試生產(chǎn)階段，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有國(guó)有大型的專業(yè)化鎂合金板帶生產(chǎn)企業(yè)。鎂合金板帶材的產(chǎn)量占原鎂產(chǎn)量的比例不到1%，前些年甚至低至0.1%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋁板帶占原鋁20%~30%的比例。
　　由以上數(shù)據(jù)可知，國(guó)內(nèi)原鎂、鎂合金板帶(下文簡(jiǎn)稱“鎂板”)的產(chǎn)量同原鋁、鋁及鋁合金板帶箔(下文簡(jiǎn)稱“鋁板”)的產(chǎn)量存在著非常大的差距，這些差距同時(shí)也體現(xiàn)在合金品種、產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量、生產(chǎn)企業(yè)的狀況、生產(chǎn)集中度、專業(yè)化生產(chǎn)程度和加工設(shè)備的裝機(jī)水平、利潤(rùn)水平、利潤(rùn)增長(zhǎng)率等方面。
　　以上差距的存在，除金屬自身性質(zhì)和加工性能原因外，還與產(chǎn)品的推廣應(yīng)用程度、用戶使用習(xí)慣、國(guó)家相關(guān)政策等息息相關(guān)。例如：在國(guó)家安監(jiān)總局2015版的《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄》中，將含鎂＞50%的鎂合金(片狀、帶狀或條狀)包含在內(nèi)，并將其歸為“易燃固體、遇水放出易燃?xì)怏w的物質(zhì)和混合物。由于歸類為危險(xiǎn)化學(xué)品和易燃固體，這就給鎂薄板或帶材的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、廠房設(shè)計(jì)、加工設(shè)備設(shè)計(jì)、產(chǎn)品及中間制品的生產(chǎn)、存放和運(yùn)輸?shù)葞��?lái)了一定的困難，提高了鎂薄板或帶材的生產(chǎn)成本，加大了其市場(chǎng)推廣應(yīng)用難度。
　　但是，可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著生產(chǎn)工藝技術(shù)的進(jìn)步、產(chǎn)品質(zhì)量和性價(jià)比的不斷提高、以航空航天和交通運(yùn)輸?shù)雀叨祟I(lǐng)域?yàn)榇�表的材料輕量化的實(shí)際需求尤其是“中國(guó)制造2025”規(guī)劃的實(shí)施，鎂合金板材尤其是大規(guī)格的鎂合金寬幅中厚板一定會(huì)發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)，在即將到來(lái)的“十三五”期間實(shí)現(xiàn)其特有應(yīng)用和規(guī)模化材料替代。
　　1 航空航天領(lǐng)域
　　1.1 鋁板的生產(chǎn)和應(yīng)用情況
　　目前，在世界范圍內(nèi)，航空航天領(lǐng)域的總用鋁量?jī)H占鋁板總消費(fèi)量的5%左右，但由于鋁板的消費(fèi)量大，而且航空航天領(lǐng)域所使用的鋁板技術(shù)含量高、利潤(rùn)附加值高，因而成為世界范圍內(nèi)各鋁板企業(yè)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的熱點(diǎn)產(chǎn)品。
　　在以往，由于航空航天工業(yè)用材研制開(kāi)發(fā)的落后，中國(guó)國(guó)內(nèi)的飛機(jī)制造所用的鋁板多為進(jìn)口。例如：ARJ21支線客機(jī)板材是從美鋁或愛(ài)勵(lì)鋁業(yè)公司科布倫茨軋制廠進(jìn)口。
　　中鋁西南鋁和中鋁東輕公司是國(guó)內(nèi)較早進(jìn)行航空航天領(lǐng)域用鋁板開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)。目前，山東南山鋁業(yè)（600219）、廣西南南鋁業(yè)等公司也開(kāi)始進(jìn)入航空航天用鋁板的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。國(guó)產(chǎn)C919大飛機(jī)項(xiàng)目批量使用了中鋁西南鋁的鋁中厚板材(提供鋁材達(dá)到千噸級(jí)別)，產(chǎn)品種類主要為7系鋁合金(7系鋁合金添加的合金元素以鋅為主，同時(shí)含有少量的鎂、銅等金屬。
　　航空航天領(lǐng)域?qū)︿X板的要求不僅體現(xiàn)在高冶金質(zhì)量、高性能的技術(shù)指標(biāo)以及規(guī)格多、尺寸復(fù)雜等特點(diǎn)，其組織、性能、表面精度尤其是對(duì)外在體現(xiàn)的強(qiáng)度、塑性、耐腐蝕性和抗疲勞度的要求也極其嚴(yán)格。7005和7075是航空航天領(lǐng)域用7系鋁合金中檔次最高的產(chǎn)品，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。例如， 7075鋁板，其強(qiáng)度高(高溫強(qiáng)度和低溫強(qiáng)度優(yōu)于其他鋁合金)，固溶處理后其塑性較好，因而具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。7075鋁板主要用于制造強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)的上、下翼面壁板，桁條等。
　　某企業(yè)生產(chǎn)規(guī)格為20×1200×3000mm、狀態(tài)為T7651的7075航空用預(yù)拉伸厚板的生產(chǎn)工藝流程如下：煤氣爐內(nèi)700~750℃熔煉→705~715℃溫度下以55~60mm/min的速度進(jìn)行半連續(xù)鑄造→450~460℃溫度下進(jìn)行41h的電阻爐內(nèi)均勻化處理→圓盤鋸切規(guī)格為300×1280×1200mm的鑄塊→銑床進(jìn)行每面15mm深度的表面銑削→航空用油清洗鑄錠表面→加熱爐內(nèi)370~410℃溫度下4~8h的加熱→Φ700/Φ1250×2000mm四輥可逆熱軋機(jī)在開(kāi)軋400℃、終軋350℃溫度下軋制29個(gè)道次至20.5mm厚度→重型液壓剪剪切長(zhǎng)度3800mm→鹽浴爐內(nèi)500℃溫度下70min淬火處理→11輥厚板矯直機(jī)矯直→45MN預(yù)拉伸機(jī)進(jìn)行1.5%~2%量的預(yù)拉伸→箱式時(shí)效爐內(nèi)雙極人工時(shí)效(一級(jí)時(shí)效115~125℃/5h，二級(jí)時(shí)效160~170℃/18h)→鋸切取樣及成品鋸切→檢驗(yàn)臺(tái)尺寸規(guī)格和表面質(zhì)量檢驗(yàn)→人工墊紙和木箱包裝。
　　截至2015年，全球航空鋁板生產(chǎn)企業(yè)達(dá)30多家，總生產(chǎn)能力為197萬(wàn)t。美國(guó)鋁業(yè)公司的航空航天鋁材供應(yīng)量占全球總供應(yīng)量的35%以上，Davenport軋制廠是北美唯一的能為民用及軍用飛機(jī)提供鋁合金厚板的廠家，也是世界上最大的航空航天、艦船等用鋁板材的生產(chǎn)企業(yè)。
　　據(jù)預(yù)測(cè)，2015~2020年，世界經(jīng)濟(jì)將以每年3%的速度增長(zhǎng)。在此期間，飛機(jī)乘客將每年增長(zhǎng)2.5%，全球?qū)⑿略黾s1.5萬(wàn)架客機(jī)，使客機(jī)總數(shù)達(dá)到3.5架。中國(guó)航空業(yè)的發(fā)展將領(lǐng)先世界，以每年8.1%的速度發(fā)展，高于拉丁美洲(7.6%)和太平洋（601099）地區(qū)(6.1%)。預(yù)計(jì)2015～2020年中國(guó)航空客運(yùn)周轉(zhuǎn)量的年均增長(zhǎng)率為7.8%。中國(guó)將在未來(lái)10~20年內(nèi)新增5000余架客機(jī)和3000架直升機(jī)，成為僅次于美國(guó)的全球第二大市場(chǎng)。
　　由于未來(lái)中國(guó)及世界航空市場(chǎng)將有很大的發(fā)展，相應(yīng)對(duì)鋁板材的需求量前景非常廣闊。目前全球航空航天鋁合金板用量估計(jì)在78萬(wàn)t，預(yù)測(cè)到2020年全球航空用鋁板將達(dá)到100萬(wàn)t。2015年，中國(guó)國(guó)內(nèi)航空航天領(lǐng)域用鋁中厚板約5萬(wàn)t，如果按15%增長(zhǎng)率計(jì)算，到2020年國(guó)內(nèi)航空航天鋁板需求量約10萬(wàn)t。
　　近年來(lái)，鋁鋰合金由于具有密度低、性能好的特點(diǎn)，在軍用飛機(jī)、民用客機(jī)和直升飛機(jī)上使用或試用，主要用于機(jī)身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、進(jìn)氣道唇口、艙門、燃油箱等等。米格-29使用鋁鋰合金用量達(dá)3.8t。C-17運(yùn)輸機(jī)使用鋁鋰合金板材和擠壓型材制造貨艙的地板梁、襟翼副翼蒙皮等結(jié)構(gòu)，用量為2.8t。法國(guó)幻影戰(zhàn)斗機(jī)上也大量使用鋁鋰合金，其成本低于熱固塑料和金屬基復(fù)合材料。而目前我國(guó)鋁鋰合金用材尚處于研究階段，只有一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化工業(yè)開(kāi)發(fā)。
　　圖1所示為空客A380客機(jī)主要結(jié)構(gòu)件對(duì)選材材質(zhì)的性能要求。目前，A380主要結(jié)構(gòu)件中61%為鋁材，22%為復(fù)合材料，10%為鈦材(及鋼材)，3%為金屬和纖維材料經(jīng)層壓制造而成的Glare材料，2%為涂層等保護(hù)材料，2%為其它材料。

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