引言
鉬因其特有的高熔點、良好的導電導熱性及優越的抗蝕性和抗射線能力,作為舟皿、隔熱屏、高溫爐結構件、射線靶等,廣泛應用于電子、醫療、玻璃、鋼鐵冶金、國防軍工等行業中。隨著科技水平的不斷發展,其應用領域日益擴展,其技術瓶頸不斷突破,給鉬加工業的發展帶來新的機遇,然而,在當前的金融危機中,鉬加工業如何安全度過其冬天,如何實現蟄伏之后的蛻變,是我們所面臨的一次深層次思考。
1 金融危機下中國鉬加工業面臨的挑戰與機遇
1.1 中國鉬加工業現狀
我國鉬加工業的發展經歷了從無到有,從小到大,從少到多的艱苦創業過程。50多年的發展所建成的鉬工業體系,加大了鉬從資源優勢向工業優勢轉化的力度。近20年來,由于國有企業加快擴建和技術改造步伐,引進技術裝備,積極對進口設備消化、吸收、創新,鉬加工設備國產化進程加快,新技術、新工藝的推廣應用提高了產品質量,增加了產品品種。同時,全國涌現出大批機制靈活的鄉鎮企業和民營企業,使國產鉬加工材的產量不斷上升,產品的質量、品種、規格呈現新格局,企業由生產型向生產經營型轉變。
目前,美國金融危機已影響到全球實體經濟,我國鉬加工業由此進入“無錢賺”時期,2008年中國鉬出口量為38 896.791 t鉬,同比減少了30.34%,出口創匯金額為17.53億美元,同比減少了21.25%,2009年1~8月共出口5 466 t鉬,同比大幅下降68%。其中鉬鐵出口量大幅下降86.9%,氧化鉬出口量下降65.1%。從我國上半年鉬產品進出口情況(表1)來看,鉬的深加工產品包括鉬粉、鉬條、鉬桿、鉬型材、鉬異型材及鉬絲等均以較低的價格出口,而以較高的價格進口。
總的來說,我國是鉬的大國但不是強國,鉬金屬制品質量很難達到國際標準要求,出口量很小,高精尖產品仍需進口,因此,我國的鉬深加工還需作出長遠規劃,苦練內功。
1.2 中國鉬加工業面臨的挑戰
(1) 企業成本壓力轉化為市場壓力的挑戰。目前,鉬市場依然維持弱勢運行,由于市場需求疲軟,為了減小成本壓力,停產減產情況時有發生,生產企業對市場失去信心,大都持觀望態度。
(2) 企業轉型升級面臨的管理、技術、人才,以及資金、發展空間等必備要素缺乏的挑戰。由于我國鉬企業有相當一部分是資源型企業,也有一部分“作坊”式加工企業,普遍存在著科技含量低、粗放型發展的特征,依靠資源、依靠初級產品來生存,在轉型時期必將受到人、財、物等方面的制約。
1.3 中國鉬加工業發展的機遇
(1) 結構調整的機遇。金融危機雖然導致我國鉬產品外部需求大量減少,但客觀上也為我國鉬加工業的結構調整提供了巨大的外部“倒逼”壓力。與鋁銅等大金屬相比,鉬屬于小金屬,其加工技術與水平也存在著一定的差距,其產業結構存在著頭重腳輕的問題,利潤空間主要在上游產業,因此,由低成本、低附加值、勞動密集型出口導向經濟,轉為低能耗、高技術、高附加值的技術創新型經濟,使我國鉬產業結構、經濟增長方式進行轉變、升級,已經在投資者、政府、職工之間形成共識,這也是我國鉬加工業走向世界、做大做強的惟一理性選擇。
(2) 科技創新的機遇。目前,由湖南有色控股集團有限公司牽頭,聯合國內10多家高校、科研院所和企業而組成的“鎢及硬質合金技術創新戰略聯盟”已正式成立,其目標主要以鎢及硬質合金行業共性、關鍵技術為重點,大力提高鎢產業自主創新能力,解決行業在資源、能源、環境的瓶頸問題,開發鎢資源高效利用,鎢及硬質合金精深加工重大技術和若干項具有自主知識產權,對行業有重大影響的共性技術,鎢產業持續健康跨越發展。同時,鉬行業的技術創新也應通過產學研結合的方式來對鉬業的進步起推動作用。
2 拓寬應用領域,突破加工瓶頸,促進產業升級
2.1 拓寬鉬應用領域和發展鉬新材料是鉬加工業可持續發展的必由之路
2.1.1 UMo鉬合金
為了降低核擴散的危險,自20世紀70年代起,國外致力于用低濃縮鈾(<20%U235)替代核反應堆中所用的高濃縮鈾(>85%U235),結合鉬具有熱中子捕獲截面較小的特性,用純度為99.6%、平均粒度為75 μm的鈾和純度為99.8%、平均粒度為200 μm的鉬采用粉末冶金和熔鑄的方法制成鈾鉬合金(UMo)。鈾鉬合金用于分散燃料,其密度高于18 g/cm3,室溫時形成穩定的立方相,在溶質濃度相對較高時形成γ相。
2.1.2CoCrMo合金
CoCrMo合金,除了具有一定的強度、韌性、耐磨性和較低的摩擦系數外,其彈性與人骨比較接近。同時,由于鉬的添加,其強度、耐疲勞性、硬度和耐腐蝕性顯著提高。主要用于人造關節腫股骨頭、軸承狀外環和股骨柄。每年全球所需人造關節數量約為200萬個,需求量還在不斷增長中。
2.1.3 納米二硫化鉬
主要應用于潤滑和催化方面,其中潤滑包括添加劑、涂層、薄膜、油脂、固體潤滑劑、自潤滑材料等一系列產品,而催化則包括載體和非載體2種,主要產品集中在NiCoMo系列。此外,還用作插層電池材料、高能電池用儲氫材料、太陽能電池薄膜材料、掃描電子探針、高壓吸波材料等。
2.1.4 二硅化鉬
主要應用于高溫發熱和抗氧化方面,作為高溫發熱元件,其在空氣中的工作溫度可達到1 900 ℃,同時,作為理想的抗氧化和耐腐蝕材料,可以用作航空燃氣渦輪發動機的葉片氣密材料、柴油機的電熱塞、工業氣體燃燒器、玻璃生產的電極等。
2.1.5 醫藥用鉬
在順勢療法中用鉬可以治療多種疾病,這種藥物以糖丸的形式推向市場,在一定程度上可以提高膽識、感官的知覺和自我肯定能力。手性八面體鉬鎢配合物,在抗癌藥物中具有很大的潛力。
2.1.6 鉬基復合材料
鉬基復合材料是以鉬基體,復合銅、鋁、鎳、鐵、陶瓷或高分子材料中一種或幾種所構成的具有特殊性能的材料,有著很寬的應用領域和發展空間,其需求將隨科技的發展而日益增長。
以上所涉及的應用和新材料只是鉬領域一個很小的方面,其推廣應用和新材料研發還需要一個很長的過程和很大的人力、物力投入,也需要我們在傳統思維模式基礎上進行大膽嘗試和探索。
2.2 突破鉬加工的技術瓶頸和管理瓶頸是促進鉬加工業升級的保障
在很長一個時期,當我們談起中國的鉬加工業,甚至整個金屬加工業時,往往習慣于從以下幾方面來分析產業存在的問題:企業規模較小,產品結構不合理;制造過程自動化控制水平低;技術裝備水平落后;產品研發力度不夠,企業缺乏核心競爭力。
以上幾點的確是影響我國鉬加工業水平的原因,但從深層次分析,實際上只歸結于兩方面:技術瓶頸和管理瓶頸。
2.2.1技術瓶頸
對于一些技術含量特高、規格特大、形狀特異的精品仍部分依賴進口,如精度特高的鉬窄帶、超大規模集成電路亞微元件用的高純和超高純鉬材,冶金用大型鉬板、長鉬絲和大型鉬坩堝等。Plansee公司生產的大型軋制鉬環、TZM合金坯尺寸達1 300 mm/120 mm×150 mm,而我國還沒有特寬鉬板和特大鉬環件,目前,國內大鉬制品的單重不超過200 kg,而國外鉬制品有的達到5 t多重。
2.2.2 管理瓶頸
在鉬加工領域,經常會出現這樣一種現象,能生產出合格甚至性能超高的產品,但明天不能正常生產,即生產過程極不穩定,偶然性因素太多,主要緣于兩方面:一方面是技術上沒有弄清其原理,靠經驗生產;另一方面是管理上沒有精細化,其中后者更關鍵。
管理瓶頸是在企業的管理系統中制約、限制管理系統運行的關鍵環節,管是手段,理才是目標。由于鉬生產流程長,從粉末冶金到壓力加工,還原溫度、氫氣流量、推舟速度、裝舟量、變形溫度、變形速度和變形程度等工藝參數均會影響產品的性能,因此,必須實行精細化管理,一個工序一個工序地落實,一個環節一個環節地執行,同時,還必須改變原有輕管理重技術的思維,引進國外的品質管理經驗及模式,充分利用現代人工智能系統及在線控制檢測系統,加強細節的管理和控制,才能達到目的。
2.3 加大新技術的開發、推廣和應用是做大做強鉬加工業的關鍵
近年來,鉬加工業的技術進步有目共睹,金堆城鉬業集團有限公司和洛鉬高科鉬鎢材料有限公司采用“連軋開坯-長線拉伸”技術,可將直徑50 mm的鉬棒直接連軋成直徑5.8 mm的線坯,線坯單重達25 kg。該生產線技術性能穩定,可使產品成品率達到97%,比采用傳統工藝提高工效60倍,而能耗僅為傳統工藝方法的1/3。鑭鉬等熱陰極材料及制備技術、微波煅燒鉬酸銨制取高純三氧化鉬新工藝、三氧化鉬除鎢新工藝等逐步應用于工業生產。
與此同時,粉末冶金與壓力加工領域中的其他相關技術對推進鉬加工業的技術進步也起到很大的作用。
(1) 選冶材一體化的高效短流程制備技術
在選冶方面,對于鉬粉末的制備,主要是采用傳統方法先制備高純單質,后混合的方法,造成了能耗、污染增加,且制造過程存在非均勻、低效益的問題,如果針對鉬冶煉中間產品,結合粉末粒度、結構、形貌控制技術,能實現多元鉬基制品高效短流程制備,達到節約資源和能源的目標。
(2) 粉末冶金近凈成形技術
近10年來,粉末冶金領域涌現出了許多新技術,但在鉬行業中并未得到普遍推廣和應用,值得鉬加工業去借鑒。
a. 溫壓技術
溫壓是使用金屬粉末和特殊潤滑劑在高于室溫(約130~150 ℃) 下壓制成形,獲得高密度制品(壓坯)的技術。隨著鐵基粉末冶金溫壓技術的日趨成熟,溫壓工藝正逐漸向非鐵基材料領域滲透,溫壓工藝可以有效提高鉬基合金等粉末壓坯密度,此外,作為常規溫壓工藝的延伸和發展,流動溫壓工藝因具有成形復雜零件的能力,亦具有廣闊的應用前景。
b. 注射成形技術
金屬注射成形(Metal Injection Molding,簡稱MIM)技術是將傳統粉末冶金技術和塑料注射成形技術相結合的一種新的粉末冶金近凈成形技術,在制備具有復雜幾何形狀、均勻組織結構和高性能的高精度近凈形產品方面具有獨特的優勢。隨著科技工業的發展,對異型、結構復雜的鉬及其合金零部件的需求越來越大,普通壓制、燒結工藝已不能滿足社會對異型鉬及其合金小零部件的需求。因此,注射成形將在鉬及其合金制備方面擁有一席之地,中南大學、北京科技大學等高校和科研院所已開展了相關工作。
c. 粉末鍛造技術
粉末鍛造是將傳統粉末冶金和精密鍛造結合起來的一種新技術,是將粉末燒結的預成形坯經加熱后,在閉式模中鍛造成零件,可以制取密度接近材料理論密度的粉末鍛件,克服了普通粉末冶金零件密度低的缺點,使粉末鍛件的某些物理和力學性能達到甚至超過普通鍛件的水平,同時,又保持了普通粉末冶金少屑、無屑工藝的優點。該技術在鉬及鉬合金的等溫鍛造方面得到應用。
(3) 粉末冶金燒結技術
a. 放電等離子快速燒結(SPS)技術
放電等離子快速燒結是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進行加熱燒結的技術,由于它融等離子體活化、熱壓、電阻加熱為一體,具有燒結時間短、溫度控制準確、易自動化、燒結樣品顆粒均勻、致密度高等優點,僅在幾分鐘之內使燒結產品的相對理論密度接近,而且能抑制樣品顆粒的長大,提高材料的各種性能,因而在材料處理過程中充分顯示了優越性,廣泛應用于納米材料、梯度功能材料、金屬材料、磁性材料、復合材料、陶瓷等材料的制備。目前,北京工業大學、北京科技大學、中科院上海硅酸鹽所已在鉬、稀土鉬等方面進行了應用。
b. 微波燒結(Microwave Sintering)技術
微波燒結是一種利用微波加熱來對材料進行燒結的技術。其原理是利用材料吸收微波能轉化為內部分子的動能和熱能,使得材料整體均勻加熱至一定溫度而實現致密化燒結的一種方法,是快速制備高質量新材料和制備具有新性能的傳統材料的重要技術手段。具有快速加熱、燒結溫度低、細化材料組織、改進材料性能、安全無污染以及高效節能等優點。
(4) 壓力加工技術
a. 靜液擠壓技術
靜液擠壓是利用高壓粘性介質對毛坯施加壓力,使毛坯材料產生塑性變形,通過凹模型腔出口擠出的技術。由于高壓粘性介質對毛坯材料的三向壓力,提高了被擠材料的塑性。難熔金屬鉬因其變形抗力大、塑性差而難以加工,而且在900~1 500 ℃高溫下,這些金屬材料不能暴露在空氣中成形。采用靜液擠壓,以玻璃-石墨混合物為高壓介質,可以較好地對鉬及其合金進行成形。
b. 超聲拉絲技術
超聲拉絲是在常規拉絲過程中疊加超聲振動處理的技術,超聲拉絲技術除了可以降低鉬及其合金的變形抗力,使變形更加均勻,更有利于發揮其塑性外,還可以降低拉拔力,改變組織結構,提高耐高溫持久性,同時生產效率也明顯提高。
3 中國鉬加工業發展的幾點建議
我國的鉬加工業目前是一個發展的機遇期,對于每一個企業,每一個投資者,每一個科研工作者,應該不是觀望和徘徊,而是應該在這個行業中給自己定好位,承擔好自己應該承擔的責任。同時,也應該朝以下幾方面努力。
3.1 理念創新
未來的中國鉬加工業應該突破傳統的思維,以新的理念去迎接新的挑戰。選冶材一體化理念、高效短流程理念、循環經濟理念等將在鉬加工業中得到實施,同時,在產品結構、精細化管理上進行調整,通過大思路、大工業、大平臺、大產品來獲取高效率、高回報,才有可能做大做強我國的鉬加工業。
3.2 人才戰略〖HT]
目前我國鉬專業人才奇缺,研究單位少,經費也不足,企業研究力量不強,自主創新明顯低于國外,導致一方面缺乏精品而另一方面經常出現供過于求。20世紀90年代后期,新產品的研發雖然顯著加強,但仍然是難熔金屬領域存在的問題之一。主要表現在基礎性研究在不斷削弱,許多單位不愿冒新技術研究可能出現的風險,對新的加工技術研究少,而對傳統加工技術缺乏改進,致使許多精品仍依賴進口。
因此,無論是企業、研究院,還是高校,應該樹立起一種人才戰略,充分利用金融危機,加緊國外人才的引進,加大國內研究生、大學生等進行人才儲備力度,加強現有人才的技術及管理培訓,更新知識和思想,與高校結成戰略同盟,建立完善的人才培養及智力支持體系,通過培養與引進相結合的辦法,構筑起鉬加工業發展的人才梯隊。
3.3 他山之石
有色金屬工業是借鑒鋼鐵工業發展起來的,其加工工藝和設備也與鋼鐵加工類似,鉬由于熔點高,存在再結晶脆性和變形抗力大等問題,涉及粉末冶金和壓力加工兩大環節,與鋼鐵、銅、鋁等大金屬相比,總量偏小,其工藝和設備的進步程度也低得多,這要求鉬加工業更應虛心學習鋼鐵、銅、鋁加工業的成功經驗,包括管理創新、工藝改進和設備研發,在生產經營方面不應追求大金屬(鋼鐵、鋁、銅)的“大型”,而應追求其“精細”和“特質”,通過鉬的“稀有”和“難熔”來創造更高的利潤。
3.4 有序發展
我國的鉬加工業總體起步較晚,很多是通過先擁有資源后延伸產業鏈而轉化來的,沒有一蹴而的事情,應該加強鉬戰略資源的保護,避免無序競爭,遵循有序發展的原則,做到“研發一代、生產一代、儲存一代”,使每一個企業擁有自己的氣質,努力成為一個成熟的企業。
4 結語
鉬加工業的冬天即將過去,在這冬去春來之際,我們每一個鉬業人更應該攜起手來,用你的手溫暖我的手,用我的心溫暖你的心,加強交流與合作,用理念創新、技術創新、管理創新的做法,用成熟的心態去迎接鉬加工業真正春天的到來。 |