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今后几年我国焊材产业的发展和原辅材料改进

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-23 10:01:40 [收藏]


    　　今后几年我国焊材产业的发展和原辅材料改进

    　　唐伯钢

    　　(一)我国经济和钢材消费量的快速增长，拉动了焊材产业的发展

    　　目前各国的焊接中国建筑金属结构信息网用钢量，均在其钢材消费量的40-60%范围内波动。因此钢材消费量的增长，将直接带动焊接产业的发展。我国"九五"期间的钢材消费量见表1。

    　　　　　表1我国"九五"期间的钢材生产和表观消费量单位:万吨

    　　年份钢材表观消费量国内钢材生产量进口量出品量

    　　19961051593381598422

    　　19971084799871322462

    　　199811623107381242357

    　　199913220121021486368

    　　200014121131461596621

    　　注：钢材表观消费量是指包括使用单位库存量在内的消费量

    　　由表1可见，2000年我国钢材的表观消费量己达1.41亿吨，远超过了1998年我国有关主管部门预测的2000年钢材表观消费量1.27亿吨的数字。说明近年来钢材消费量的增长在加快。

    　　我国尚未完成工业化的目标，21世纪前期在以信息化带动工业化的指导方针下，经济发展仍需主要依靠传统产业的改造与增长。美、日、欧洲等发达国家相继于20世纪七十年代至八十年代，完成工业化目标向信息时代发展后，其钢材消费量与焊接产业均呈下降趋势。例如日本在20世纪七十年代钢产量达到1.2亿吨时，日本焊材年产量曾达到53万多吨，而近几年日本钢产量波动在1亿吨左右，日本焊材产量明显下降，年产量波动在30万吨左右。而我国在21世纪前期，钢材消费量和焊材消费量均将与国民经济同步增长。1995年我国钢材消费量1.05亿吨，焊材(包括焊条、焊丝、焊剂)消费量约80多万吨。2000年钢材消费量1.41亿吨，焊材消费量近120万吨，其中焊条约95万吨，气保护实芯焊丝约11万吨，药芯焊丝约1万吨，埋弧焊材(焊丝和焊剂)约12万吨。再计入约7万吨出口及库存量，2000年我国各类焊接材料的总产量己约130万吨。

    　　到2010年前后，当我国年钢材消费量达到2亿吨时，焊材的国内年消费量将达到150-160万吨。此时可能焊条占50-65%、气保护实芯焊丝占20-30%、药芯焊丝占5-10%。埋弧焊用焊丝和焊剂占10-12%。(二)加入WTO与国际市场接轨后，我国焊材产业面临的机遇与挑战

    　　1、我国焊材产业的结构存在很大问题，一是生产规模膨胀而分散，经前几年的关停并转调整，目前仍有400多家焊条厂，150多家焊丝厂、30多家焊剂厂，其通用产品的生产能力超过市场需求量一倍以上，导致恶性竞争，压价销售，而无力进行技术改造；二是焊材企业整体生产和检验设备仍较落后，原创性技术开发能力薄弱，高性能焊材的品质仍与国外名牌产品有较大差距。因此加入WTO后，将会面临较大的冲击。目前世界各国的名牌焊材企业，都看好我国仍在不断增长的焊材市场。、面对激烈的国内外市场竞争，希望我国有希望"作大作强"的焊材企业，务必要看到培育企业核心技能和名牌产品的重要性。在这方面下大功夫，才能提高企业和产品的竞争力。

    　　2、我国生产量最大的结422焊条，由于售价低，国外同类产品难于进入国内市场。这类产品今后仍主要是国内竞争的问题。但过去外销量最多的结421(MT-12)和结422焊条，目前己成为国际市场的低挡产品，出口价每吨仅四百美元左右，在东南亚各国的零售价每吨仅六百美元左右，而东南亚各国本地制造的"相当于全位置立向下结421焊条"零售价为每吨九百多到一千美元。在中东与拉丁美洲的市场情况也与此相同。

    　　己有调查情况显示，东南亚、中东、非州、拉丁美洲等发展中国家，目前销量最大的受欢迎的产品是相当干全位置立向下结421和E7018低氢型铁粉高效焊条。其价格较好，使用量最大。因此我国外销产品(包括在国外办厂)应以这二种焊条作为主导产品，才能取得较高的经济效益。

    　　3、加入WT0与国际市场接轨后，对我国焊材市场冲击较大的产品，将是技术含量较高，利润也较高的产品。包括：药芯焊丝、烧结焊剂、低飞溅气保护焊实芯焊丝、高强钢用焊材、低温钢用焊材、耐热钢用焊材、不锈钢用焊材等。

    　　21世纪前期钢材品质的提高，将对焊材产品的品质升级提出了更高的要求。在2000-2005年冶金科技发展指南和轧钢科技发展指南中，明确要研制和推广使用高层建筑用高强度钢板(代替日本SM490C)、石油管线用X70钢材、造船用高强度钢板、工程机械用1250Mpa高强钢，发展轻中国建筑金属结构信息网建筑用热轧镀锌钢板，发展H型钢、耐火钢、耐侯钢、防震钢和高性能耐热钢及低温钢等。

    　　例如，据有关部门测算，未来10年我国将需要油气管线钢850万吨左右，大部分是X70钢材。钢材的实物水平为抗拉强度大于600Mpa、-20℃冲击值平均大于200J、钢材含S＜0.005%。中国石油天然气集团公司己进行大量工作，使管道焊接与国际先进水平接轨，改变过去大量采用纤维素焊条焊接管接头的工艺，而主要采用实芯焊丝气体保护自动焊和自保护药芯焊丝半自动焊。石油管道局焊接中心收集了国内外69种焊接材料进行比较试验，结果目前国产焊丝基本不能配套，最后选用了采用进口钢盘条在国内加工的实芯焊丝和国外的自保护药芯焊丝。

    　　又例如，普遍采用铁水预处理、顶底复合吹炼、钢包冶金精炼等工艺后，己使不少低合金钢的实物含硫量小于0.009%，甚至小于0.005%。因而不但一些钢铁公司己制定企业标准保证钢材有低的含硫量，而且也修改了相关国家标准。2000年9年26日国家质量技术监督局发文批准修改了《压力容器用钢板》和《低温压力容器用碳素钢和低合金结构钢板》二个国家标准，降低了标准规定的钢材S、P含量，见表2。

    　　　　　　表2己修改的GB3531和GB6654中钢材的S、P含量(%)

    　　钢材牌号原规定修改后

    　　PSPS

    　　16MnDR≤0.030%≤0.025%≤0.025%≤0.015%

    　　15MnNiDR≤0.030%≤0.025%≤0.025%≤0.015%

    　　09MnNIDR≤0.025%≤0.020%≤0.020%≤0.015%

    　　20R≤0.035%≤0.030%≤0.030%≤0.020%

    　　16MnR≤0.035%≤0.030%≤0.030%≤0.020%

    　　15MnVR≤0.035%≤0.030%≤0.030%≤0.020%

    　　15MnVNR≤0.035%≤0.030%≤0.030%≤0.020%

    　　15CrMoR≤0.035%≤0.030%≤0.030%≤0.020%

    　　有关设计院与使用单位己提出，为低硫钢材选用焊条、焊丝、焊剂等焊接材料时，应要求焊材熔敷金属的硫含量符合钢材国家标准的规定，并力争达到钢材的实物水平。应该说，这种要求是合理的。但目前相应焊材国家标准中规定的硫含量高于表2中的修改值，在焊材国家标准未修改前，建议有竞争力的焊材企业制定企业标准，满足设计与使用单位的要求。

    　　(三)焊条用原辅材料的改进

    　　预测今后五年，我国焊条的年产量将在95-110万吨之间波动。年产100万吨焊条，要消耗焊条用盘条钢约七十万吨，消耗各种铁合金和矿石粉等粉料约三十万吨，消耗各种水玻离约7万吨。而为了提高焊条约的性能，就必须相应提高各类原辅材料的品质。

    　　1、对低合金钢焊条用焊芯盘条，需增加品种，提高质量

    　　我国和美国、欧洲、日本的《碳钢焊条》与《低合金钢焊条》标准，均规定按熔敷金属性能检验焊条，而未规定用什么焊芯来制造焊条。

    　　钛钙型、高钛型、钛铁矿型等酸性渣系焊条，采用沸腾钢作焊芯，如H08A等。而低氢型焊条，我国过去也同样采用沸腾钢H08A作焊芯。

    　　近年来随着钢材品质的改进，各种高强钢和低温钢的硫、磷、氧、氮、氢杂质大幅度下降，钢材的低温冲击韧性大幅度提高，为了改进相应的焊条性能，国外己对高强钢焊条和低温钢焊条，采用超低碳和低杂质的镇静钢作焊芯。例如采用:C＜0.04%、Si≤0.10%、Mn≤0.30~0.6%、S≤0.010%、P≤0.015%的超低碳镇静钢H04E作焊芯。由于是镇静钢，因此钢中的氧、氮，氢杂质含量远低于沸腾钢。

    　　我国今后要提升高强度钢、低温钢以及耐热钢焊条的品质，也必须采用超低碳镇静钢作焊芯，希望有关钢厂生产镇静钢H04E盘条钢。

    　　2.对不锈钢焊条用焊芯钢丝，需提高品质

    　　近年来，我国不锈钢的消费量快速增长，从1990年的26万吨增长到2000年的165吨，己超过日本的不锈钢年消费量，成为仅低于美国(不锈钢年消费量200万吨以上)的不锈钢消费大国。按现在的增长速度预计，我国2005年不锈钢的消费量将达到215万吨，2010年将达到265万吨。目前，不锈钢薄板广泛用于轻工，食品、制酒、饮料、乳品、食油加工、医药、家用电器、环保和建筑装饰等行业，中厚板则主要用于石油、化工、机械等行业。

    　　我国不锈钢焊条的产量，己从过去的年产几千吨，增长到2000年的一万一千吨以上。预计今后每年均将增加一千多吨。为了提高各类不锈钢焊条的品质，除改进提高药皮配方水平外，还必须提高焊芯钢丝的品质。

    　　与国外先进水平相比，焊芯所用不锈钢焊丝，有以下差距：

    　　1、含碳量偏高：我国H0Cr21Ni10、H0Cr19Ni12Mo2等焊丝含碳量的实物水平为0.05～0.08%，而国外名牌产品实物水平为0.03~0.05%。我国超低碳H00Cr21Ni10、H00Cr19Ni12Mo2等焊丝含碳量实物水平为0.03%左右，而国外名牌产品实物水平为0.01~0.02%。因此国外超低碳不锈钢焊条熔敷金属含碳量可稳定小于0.02%,而国产超低碳不锈钢焊条熔敷金属含碳量波动在0.03~0.04%之间，品质呈现明显差距。

    　　2、含硅量偏高：国内大多数厂家供货的不锈钢焊丝，只能控制Si≤0.40%,而国外名牌产品不锈钢焊丝的实物水平可保证Si≤0.20%，差距明显。焊丝硅含量偏高时，不利于提高焊条的抗气孔能力。因此宜选用Si≤0.02%不锈钢焊丝作焊芯。

    　　3、含氮量偏高：国内大多数厂家供货的不锈钢焊丝含氮量为0.023～0.035%之间，国外不锈钢焊丝名牌产品含氮量为0.01～0.02%。氮含量增高，将增长熔敷金属强度与降低铁素体含量，增加其热裂纹倾向。并在多层焊时，由于氮的积累，而易产生气孔。

    　　4、采用废钢冶炼的小电炉，各种杂质元素易偏高。现在可喜的是，上述差距，我国己有企业在努力解决。例如江苏兴海集团公司在年产不锈钢焊丝三千吨的基础上，与上海有关冶金科研单位合作，成功开发了对电炉冶炼的"不锈钢水"进行炉外真空吹氧精炼的装备和工艺，大幅度降低了不锈钢焊丝的碳、硅、氮等杂质含量。可在供货时，按用户要求，在不锈钢焊条用焊丝的化学成分中，控制C≤0.02%，Si≤0.20%,N≤0.02%，达到国外名牌产品的实物水平，有利于提高我国不锈钢焊条的品质。

    　　3.关于天然金红石、人造金红石、钛白粉、还原钛铁矿和钛钙型焊条

    　　①天然金红石：今年TiO2品位大于95%的澳大利亚金红石，产地价每吨450~500美元，其主要成分：TiO2≥95%，Fe2O3≤1%,ZrO2≤1%，S≤0.03%，其粒度为：60~120目的大于80%,小于200目的细粉小于2%,因此适合焊条生产。

    　　国产天然金红石，目前能达到以上品位和粒度水平的，还很少。希望朝此方向努力。还应指出，产于海南岛。广东、广西等沿海地区的金红石砂矿，含有结晶水，可用于生产结422焊条，不适宜用于不锈钢焊条。

    　　②人造金红石：以高钛渣或钛精矿为原料，有采用酸浸法和电炉冶炼法二种生产方式。酸浸法由于对环境污染较大，现己少用。过去采用电炉冶炼法生产时，是将冶炼合格的高温液体倒出来"干冷"，然后破碎，此时人造金红石呈红褐色或黄黑色，性能较好。近年有部分厂家为方便破碎，将电炉中的高温液体倒入水中，形成较松散的"水渣"，然后破碎，此时人造金红石完全为黑色，且含有结晶水，不适宜于用在低氢型焊条和不锈钢焊条中。

    　　③钛白粉：1998年我国钛白粉的总产能为18~19万吨，2000年国内外钛白粉工业强劲攀升，出现扩大产能和建新厂的高潮，到2001年我国钛白粉的总生产能力将接近40万吨，比1998年增加了一倍多。导致钛精矿原料紧张。1998年全国钛白粉产量14万吨，消耗钛精矿37万多吨，1999年钛白粉产量19万吨，消耗钛精矿50万吨。2001年如生产钛白粉38万吨，则需消耗钛精矿100万吨，国内钛精矿己供不应求，而需进口钛精矿了。

    　　用于焊条的钛白粉，希望为金红石型，这样焊条电孤稳定，药皮不易升温过热及增大飞溅。但据全国钛白粉信息网公布的资料，到2000年底，全国能生产金红石型钛白粉的厂家，仅有镇钛，渝钛、南钛、裕兴、404厂、锦钛白等六家，其余均为锐钛型钛白粉。株州、常州、焦作等厂家，正在准备转产金红石型钛白粉。

    　　④还原钛铁矿：由于前述钛白粉工业急剧攀升后，使钛精矿供不应求，因此今年还原钛铁矿价格在上涨。

    　　⑤钦钙型焊条将逐渐面临转换渣系的问题：传统的结422焊条配方中，加入的TiO2总量，必须在28~34%之间。如前所述，由于我国钛矿资源日益紧缺，今后还原钛铁矿和人造金红石的价格仍将上涨。根据国外的经验，用于焊接薄板的小ф2.5~3.2mm焊条采用高TiO2配方，用于焊接厚板的中ф4.0~5.8mm焊条，应发展低TiO2配方。

    　　4、关于焙烧云母：

    　　白云母的标准分子式为：k{Al2[AlSi3O10](OH)2}，理论结晶水含量为4.5%.但云母在成矿过程中，其晶体结构常有变化，实测云母的结晶水含量波动在2.5～7.5%之间。云母所含结晶水，必须焙烧到800℃以上才能分解和去除。由于云母具有很好的滑性和弹性，是改善焊条压除性最好的物资，国外从20世纪七十年代开始采用焙烧云母，我国近年来已推广在低氢型焊条，超低氢型焊条和不锈钢焊条中采用焙烧云母。生产焙烧云母时，最佳的焙烧温度为850°~900℃，高于950℃时云母开始熔解，失掉其滑性与弹性。从国外进口的焙烧云母，实测其结晶水含量为零。国内各厂家生产的焙烧云母，实测仍含有0.2~0.5%的结晶水，其原因是国外焙烧时，采用了负压焙烧，类似抽真空的原理，使高温反应时的水分充分排出。因此国内希望在这方面发展的企业，今后也应改进焙烧装置，生产严格控制粒度和结晶水为零的名牌产品。

    　　5、关于微碳铬铁

    　　不少厂家为降低不锈钢焊条成本，已尽量采用微碳铬铁代替金属铬。为提高不锈钢焊条的品质，应力争使微碳铬铁的含碳量及含硫量与金属铬接近，例如湖南娄底市大金新材料公司生产的微碳铬铁的实物水平，含碳量己小于0.023%，含硫量己小于0.025%。

    　　6、关于具有某些功能性作用的原辅材料在焊条配方中，己采用具有某些功能性作用的原辅材料。对这些原铺材料不应单纯按化学成分来要求，而应在供货和采购时，注重其功能性指标。例如：

    　　①硅灰石：天然的优质硅灰石粉，在显微镜下呈现长柱状和针状形态，因此有利于改善压涂性和提高药皮粘结强度。而人工合成的硅灰石粉，在显微镜下为颗粒状。

    　　②海泡石：天然海泡石在显微镜下为纤维状，呈链层状晶体结构，因此具有良好的粘性和流动性，明显改善焊条的压涂性能。而用滑石及硅泥等混合而成的类似化学成分的粉剂，不具有海泡石的功能作用。

    　　③羧甲基纤维和微晶纤维：羧甲基纤维素溶于水后，成浆糊状，可增加焊条药粉的粘性。而微晶纤维，国外的同类产品大都为木质纤维素，溶于水不成浆湖状，具有分散性，加入焊条配方中，有使焊条不粘条和提高药皮早期强度的作用，有利于提高油压机焊条的成品率。国产微晶纤维应按此方向改进。

    　　④海藻酸钠：海藻酸钠应检测标准溶液的粘度值，要求含2%海藻酸钠的水溶液，在20℃时的粘度不小于300厘泊。同时必须控制粒度，日本在1998年发表的专利中，认为细颗粒的海藻酸钠(全部小于80目，而且小于300目的微粉必须大于20%)，在配方中加入0.3~1%,将明显提高油压机焊条的成品率。

    　　7、为提高油压机压涂焊条的成品率，必须控制药皮原材料颗粒度目前相当一部份进口和国产油压机运行不顺，生产焊条时成品率低。究其原因，除可能存在的设备因素外，主要是涂料粉中的细粉过多和水玻璃品质欠佳，使压涂时机头附近药粉易硬结，焊条偏心易波动，导致焊条成品率低，涂料粉浪费大。

    　　用于涂料粉的各种矿物性原材料与铁合金，过去国内往往只规定粒度全部通过40目或全部通过100目，而国外严格要求各种粒度之间的组合，规定粗粉(40~60目)、中粗粉(60~120目)、中细粉(120~200目)、细粉(小于200目)所占比例。应控制按配方混合后的涂料粉中，中粗粉(60~120目)占50%以上，细粉(小于200目)小于20%，才能保证油压机在高速出条的状态下，药皮外观成形良好，偏心稳定，焊条成品率大于95%。

    　　目前国内原材料颗粒度主要问题是细粉过多，不但大理石、萤石细粉过多使焊条压涂不顺，而且萤石细粉过多将降低电弧稳定性，钛铁细粉过多将使焊缝低温冲击值出现低值。

    　　从长远看，我国焊材原材料供应厂家，也必须走规模经营和产业升级的道路，建立分级粉碎，密闭混合(使同一批号的矿石粉化学成分均匀)和密闭分级筛分的矿石粉自动生产线。这样既能保证国内焊条上档次的需要，又能开拓原材料出口外销市场。

    　　8、必须提高水玻璃品质，并按不同情况选用与调配水玻璃水玻璃是用钾钠化合物与石英砂在高温下反应，而成为硅酸钠、硅酸钾的。国外反应温度己提高1500℃～1600℃，而国内各水玻璃制造厂由于反应炉或坩埚的耐火度不够，只烧到1300℃~1400℃，由于反应温度低，使生产的硅酸钠、硅酸钾欠稳定，导致水玻璃溶液易沉淀、混浊、粘性不好。极大的影响焊条制造质量。

    　　期望国内水玻璃生产厂，仿照国外水玻璃所用"高温反应炉，溶解蒸浓，过滤调配"的技术，改进产品的品质。原则上用于焊条制造的水玻璃，应是清澈透明的稀液体，没有沉淀物和游离碱，而粘度又好。

    　　在焊条制造中，除螺旋机采用模数2.6左右的钾钠水玻璃外，油压机使用的水玻璃品种，国内外己有不同的选择和改进，现归纳于下：

    　　1、采用模数2.8的纯钠或钾钠水玻璃，浓度化48Be'左右。这种水玻璃，形象的说是"浆糊",而不是"胶水"。过去用得较多，近年来己较少使用。

    　　2、采用模数3.2~3.4的纯钠水玻璃和模数3.3~3.4纯钾水玻璃，按7:3(或其它比例)对掺后使用。

    　　3、采用模数3.1~3.2的钾钠水玻璃，控制粘度为600~1000厘泊(Pa?S)使用(对应浓度约为41~43Be')。采用这种水玻璃可使用S搅拌机或立式搅拌机。近年来不少焊条厂己在油压机生产焊条时采用此种水玻璃。其钾钠比，以2：1为好。

    　　4、采用高模数钾水玻璃和低模数钠水玻璃，按不同比例，对掺使用。所用钾水玻璃模数为3.1左右，浓度42~44Be'。所用钠水玻璃模数为2.2~2.4,浓度50~52Be'。这二种水玻璃根据生产不同品种焊条的需要，按不同比例对掺后，加水调到浓度40~42Be'，此时粘度仅为100~300厘泊(Pa?S)，浸润性极好。采用这种水玻璃必须采用碾压式搅拌机，涂料粉在碾压式搅拌机中经碾压与搅拌的双重作用，使涂粉具有好的粘结性与流动性，适合各种类型焊条生产。己是日本、台湾和东南亚各国在焊条生产中主要使用的工艺，应在国内推广使用。

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