锻造行业中节材降耗之我见

北方铁匠

前言
　　 中国是钢产量第一大国，金属材料一般需经铸造、锻压、热处理、焊接、表面处理以及机械加工等方式成为机器零件。我国是世界铸造、塑性成形和焊接的第一大国，铸件年产量已达2400多万吨，锻造、冲压等成形件超过2000万吨，材料热处理和改性量已达年1350万吨。铸造企业26000多家，锻造厂14000余家，热处理和材料改性企业15000多家。中国创造的国内生产总值只有世界的4%，但耗用的钢铁、煤炭、水泥均分别占世界消费量的30%、31%和4%,我国成为世界第二大能源消耗国，产品以低端为主，附加值不高，增加值率仅为26%左右。作为耗能耗材的大户，锻造行业已经成为我国减少能源消耗的重要因素，节能减排任重而道远；因此在锻造行业中节材是社会可持续发展的必然要求。
　　
　　一、锻造行业中材料消耗的现状
　　(一)在锻造产品成本中，原材料费用过高。根据国家有关部门对锻造系统近万个企业进行的统计结果表明：每年消耗钢材1000万吨，占全国的15％～20％。原材料费用平均占机械产品成本的60％以上。
　　(二)钢材利用率低。据统计，我国锻造行业钢材利用率权为 60％左右，与发达国家相比，有10％～15％的差距。每提高一个百分点就意味着可节约10万吨钢材。我国锻造行业的铸、锻件综合废品 率偏高，造成原材料和能源的浪费，有人调查过部分企业，铸铁件废品率为12％～14％，铸钢件废品率为10％～11％，有些厂甚至高达20％，而国外一般低于5％。另外我国重要的基础件的寿命低，如模具仅为发达国家的 1/3。与国家有关锻造系统节约材料技术政策中的要求相差甚远。
　　
　　二、锻造工程中节材降耗的途径
　　 锻造行业是原材料消耗大户，锻造行业全行业年耗用钢材约5000万吨，而钢材的利用率还很低，一般在60%～70%，有的甚至更低，与国外先进水平(约为90%～95%)相比，节材的潜力很大。机械产品各种原材料费用约占产品生产成本的60%～70%，因此，某种意义上节材也是节能，更是机械企业提高效益和竞争力的关键因素之一。
　　从工业发达国家的发展和我国近几年的应用情况看，节材技术主要有近净成形、净成形技术，快速制造(RM)技术以及热加工工艺模拟及优化技术。近净成形、净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的先进成形技术。快速制造(RM)技术是基于产品的数字化信息，由产品三维CAD模型直接驱动，直接或间接作用于材料质点，减少使用甚至无需任何工模具，快速完成任意复杂形状的原型/零件/模具的技术总称。近年来，随着试验技术及计算机技术的发展，一门崭新的交叉技术及研究领域---材料热加工工艺模拟及优化技术应运而生。热加工工艺模拟及优化技术成为材料热加工各个学科最为瞩目的研究热点及技术前沿，主要有数值模拟、物理模拟、专家系统等方法。
　　锻造行业节约材料的重点是钢材等金属材料，同时也要注意节约其它原材料。从技术经济角度来看，锻造行业节材必须考虑以下几个方面：降低产品的材料消耗；减少制造过程中的材料消耗量；提高产品质量；延长产品规定的服役期间。
　　 (一)采用先进技术，提高利用率采用先进制造技术，提高铸件精度，推广精密性成形技术，在金属件生产中扩大中精锻件比例，使模锻、精锻件比例提高到 60％以上；继续推行集中下料、科学套材、改进下料工艺和装备，推广各种精密，自动、数控编排的切割技术，采用带锯床、中温剪切等下料新设备；大力采用先进焊接技术，减少焊条用量；采用先进的热处理技术，提高零部件寿命；推广可控气氛，少、无氧化热处理工艺和锻造用保护气氛加热工艺和装备，减少金属氧化损失；采用材料表面处理技术，提高材料表面性能，实现节材低耗；对于关键基础体(轴承、齿轮、弹簧、液压气动元件、模具等)，扩大采用精炼钢和脱氧钢，以及行之有效的热处理 和表面热处理新技术，显著延长其使用寿命。
　　(二)扩大应用新材料，改善用材结构扩大应用新材料，改善用材结构，提高用材水平，积极推广各种高强度低合金钢、冷成形钢、冷拔钢管等高效钢，使用切削钢、新型模具钢、感应淬火钢等节能节材新材料；扩大硬质合金材料的使用，以及节约高速钢和模具钢等。比如用高强度低合金钢代替普通碳钢制作一般承载构件，可以减少重量10％～30％。
　　 (三)提高产品设计水平，充分发挥材料潜力，提高产品设计水平，充分发挥材料潜力，降低材料消耗以轻量化为目标，大力推广计算机辅助设计，优化设计，有限寿命设计、防腐蚀设计和价值工程方法，使产品既可靠安全又结构紧凑，用材合理；适当提高材料使用强度等级，充分发挥材料性能潜力，降低材料消耗。
　　
　　三、对节材降耗途径的展望
　　节约原材料贯穿于原材料生产，产品设计制造及使用的全过程，其中制造过程中节材潜力最大，是最易见效的一个环节。因此要大力开发和使用先进技术、工艺和装备，大幅度提高国产技术装备水平，加速传统产业技术升级。
　　基于以上论述，笔者建议在上世纪90年代出台的有关节约材料技术政策的基础上，力争在行业平均钢材利用率达80％，铸造综合体废品率下降 5％以下，重点骨干企业下降到3％以下，并将关键基础件的平均使用寿命延长到30％以上。
　　
　　四、小结
　　 随着现代工业的发展，资源、能源及环境保护的问题日益突出。因此，材料的工程应用必须对之有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用材料应该来源丰富，要顾及国内的资源及市场供给情况，并应尽量选用生产过程耗能低的材料。节材与节能的结果必然减少了环境的污染，有利于保护生态环境。从人类可持续发展的战略高度出发，节约原材料，代用稀缺物资应是现代锻造工程必须继续探讨的重要内容之一。我们应该不断深入进行节约资源的宣传教育，牢固树立资源意识和节约意识；制定和完善节能、节材、节水的法规和政策，实施强化节能、节材、节水的激励政策，制定实施对耗能、耗材、耗水高的产品征收税费的政策；做好耗能、耗材、耗水高且落后的技术、工艺和产品的淘汰工作；修改完善锻造行业能源标准。

jlg1901

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思音

学习了，写得不错！