浅论生产高附加值镁及镁合金产品的必要性

谢晓会，宋春玉

(中冶东方控股有限公司，内蒙古包头014010)

浅论生产高附加值镁及镁合金产品的必要性

谢晓会，宋春玉

(中冶东方控股有限公司，内蒙古包头014010)

阐述了我国镁资源的储量，通过对目前中国和世界的镁工业现状分析，认识到生产高附加值镁及镁合金的重要性。利用我国的资源及政策优势，使国内镁的生产及在建企业向科技含量更高的高附加值的镁、镁合金产品延伸。

镁;镁工业;资源深加工;产业政策

0 引 言

镁是最轻的金属结构材料，其密度为1.738 g/cm3(室温)，仅约相当于铝的2/3，钢的1/4。镁的熔点为 923 ±1 K，沸点为 1 380 ±3 K[1]。由于纯镁的强度低，很少作为结构材料在工业上应用，因此需要采用合金化技术开发工业镁合金，经过适当的合金化后，镁的强度可以得到显著的提高。镁与氧有较大的亲和力，故表面易被空气氧化。镁在其熔点以上容易在空气中燃烧，发出眩目的白光，故镁粉或镁条广泛应用于闪光灯、信号弹、烟火等方面。镁可作为生产难熔金属 Ti、Zr、Hf、Be、B 等的还原剂。镁还可作为铝合金的添加元素，使合金更轻，强度更大，抗腐蚀能力更好。镁在球墨铸铁中起着球化作用，使铸件强度、延展性更高。镁在常压下，大约523 K和H2作用生成MgH2，在低压或稍高温度下又能释放出氢，镁具有储氢的作用。镁的另一大用途是在钢铁生产中作为脱硫剂，由于镁具有对硫的亲和力好的优势，是钢铁市场在较低的成本下达到高产量、高质量，并能生产出如HSLA级低硫钢。

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1%。镁合金与其他合金相比，镁合金最大的优点是质轻，其密度约为1 178～1 182 t/m3，是铝的69%，钢的23%。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的10倍。镁合金的特点是具有良好的机械加工性能，其切削速度大大高于其他合金，而且另一个突出的特点是不需要磨削和抛光，不使用切削液即可得到光洁的表面。镁的弹性模量比铝的低，在作受力零件时必须用加强筋或适当增加零件断面厚度，尽管如此，零件的重量仍可减轻20%左右。镁合金还有如下一些特性:阻尼性，镁合金具有良好的吸收能量的能力，这种能力可以吸收振动，保持设备能安稳工作，特别是用于外壳时。尺寸稳定性;不需要退火和消除应力就具有尺寸稳定性是镁合金的突出特性。镁合金的体积收缩率为6%，是最低收缩量的铸造金属中的一种，冷却至室温的线收缩率为2%左右，在负载的情况下，又具有好的蠕变强度，这种性能对发动机零件和小型发动机压铸件具有重要意义。抗冲击和抗压缩性能;镁合金具有吸收弹性的特性，能产生良好的冲击强度与压缩强度的组合，这是旋转草坪割草机盖采用镁合金压铸件的原因之一。另外，镁合金还有热导率高、无毒性、无磁性、不易破碎等优点。

1 资源

镁的化合物存在于地壳，在自然界中镁占地壳量的2.1%，见表1。

表1 地壳中分布最广的化学元素的含量Tab.1 Content of Most Widely Distributed Chemical Element in the Earth

世界上镁盐资源是极其丰富的，主要以液体矿和固体矿两种形式存在。液体矿以海水、地下卤水、盐湖卤水为主，镁在海水、盐湖卤水中的含量非常高，1 m3海水中就含有近4 kg镁，如中国青海盐湖钾镁盐有16.55亿t氯化镁和8.54亿t光卤石;固体矿包括菱镁矿(MgCO3)、白云石(MgCO3·Ca-CO3)、光卤石(MgCl2·KCl·6H2O)、水氯镁石(MgCl2·6H2O)和蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)等。我国海水中镁含量达2.1×1015t，我国的镁资源仅次于澳大利亚，居世界第二位，其中菱镁矿储量占世界的60%以上，矿石品位超过40%。世界上所利用的镁盐矿物原料主要是菱镁矿和白云石，其次为海水苦卤、盐湖卤水及地下卤水。

进入21世纪，传统金属矿产资源的紧缺已成为全球性问题。据资源专家估计，按目前世界钢铁与铝材的用量和发展计算，世界已探明储量的铁矿石与铝土矿的可开采年限分别只有约150 a和50 a，而我国铁矿和铝土矿资源则更加贫乏。与传统金属相比，镁资源则极其丰富，按使用量每年增长20%计，全球可开采和使用的镁资源达千年以上。我国是世界上镁矿资源最富有的国家之一，可利用镁矿资源储量约占世界总储量的70%，菱镁矿资源总量34亿t，其中符合炼镁要求的一、二级矿占78%，矿石品位超过40%的菱镁矿储量占世界的60%以上。储量巨大的白云石矿和青海的盐湖，也含有十分丰富的镁资源。白云石资源已探明储量在40亿t以上，青海盐湖氯化镁32亿t，硫酸镁16亿t。因此，镁在中国的生产具有良好的经济性和竞争性，在我国大力发展镁产业具有明显的资源优势。

2 价格

中国镁工业发展10多年来取得巨大进步，自1998年起，中国就已成为全球最大的金属镁生产国，连续7年保持世界产镁第一。10年来，全国累计共生产金属镁202.91万t，累计出口164.12万t(占产量的80.88%)，出口创汇29.02亿美元;国内消费31.79万t(占产量的15.66%)。

价格在决定商品的价格关系供求无疑是占据主要地位。根据1994～2010年间的国际镁价格变化统计结果显示，从20世纪90年代初至2008年世界镁价格经历了数次大的波动，第一阶段，由于苏联解体，大量的俄罗斯镁涌入市场造成了第一波冲击，使世界镁价格迅速走低，使镁价格从1994～1995年高峰的4 000美元/t下降到2 000美元/t左右;第二阶段，2000年之后在我国皮江法工艺的广泛使用，使中国镁产量迅速提高这进一步造成了供需的失衡，使得镁价格一度下降到2002年的1 400美元/t左右;第三阶段，2002～2007年，镁价格逐步走上上涨通道，在2007～2008年初一度上涨到6 000美元/t;第四阶段，在金融危机全面爆发之后在2008年镁价出现了高台跳水。2009年初镁价跌至2 500美元/t。随着经济状况的转暖，2010年已经恢复到2 750美元/t左右。到目前镁锭价格约为3 000美元/t，镁合金锭价格约为3 300美元/t。

国内镁产品应用市场还未成熟，但从目前国内镁合金产业的态势来看，中国镁合金产业前景广阔。未来几年，镁消费将会持续保持较快增长态势，西方国家对镁的消费量仍将以每年10%左右的速度稳定增长。从地区发展来看，亚洲、欧洲将是镁消费增长较快的区域，特别是亚洲，在中国30%左右高增长速度的带动下，亚洲将成为全球镁消费最大的地区。

3 镁工业现状

3.1 世界镁工业

20世纪90年代中期以来，随着能源价格的上涨，可持续发展需求的提高，以及电子信息产业的发展，镁及镁合金研发及应用进入高增长期，尤其是在发达国家得到高度关注，近年西方镁合金应用的市场增长率达到了15%以上，全球镁合金的应用年均怎增长率则都在2% ～4%左右，汽车用镁压铸件的增长是近10年轻量化的热点，美国、欧盟、日本汽车业都成立了相应的研究部门和产业同盟，制定并实施了相关研发计划。世界各国都把镁合金列为重要战略物资加以研究和开发，成功开发应用了52种镁合金汽车零件、25种镁合金摩托车零件、8种列车制动器零件、14类镁合金3C产品零件。

各国纷纷加大镁合金制品的研发力度，尤其是20世纪90年代以来，相继出台了镁研究计划，开展了大型的“产、学、研”联合攻关项目和计划。为了提高镁合金及其制品的质量，国外就耐热镁合金等进行研发，发展镁合金熔炼技术，发展镁合金成形技术，镁合金耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，镁合金的强度和镁合金的抗蠕变性能大幅度下降，使镁合金在汽车等工业中难以作为关键零件(如发动机零件)材料，而影响其广泛应用。主要体现在镁合金成形技术上:

(1)世界上镁合金铸件的93%是用压铸工艺生产的。镁合金有热室压铸和冷室压铸两种方式，主要取决于铸件壁厚。镁合金热室压铸一般用于薄壁铸件。目前，镁合金热室压铸正向大型发展。由于镁合金冷室压铸适合于生产汽车用的镁合金铸件，其应用前景很好，近年来发展很快。

(2)半固态铸造分为流变铸造和触变铸造。

(3)挤压铸造的发展趋势是与另外的铸造成形技术相结合。

(4)根据镁晶体的密排六方结构，各国研究者对镁合金的超塑性非常重视。目前，镁合金的超塑性的研究在超塑性性能及变形机理方面已取得很大进展，而且，有些超塑性镁合金已经进入工业应用领域。

(5)1999年，日本索尼、日立金属和东京精锻所共同开发成功镁合金冲锻成型技术(Press Forging)，在产业界引起了极大的轰动。

3.2 中国镁工业

在国家科技计划的引导及世界的大环境下，我国镁业科技发展很快。但是，由于镁合金材料的开发应用起步较晚，缺少系统的深入研究和大规模的生产与应用的长期积累，技术水平仍不高，还有很多理论和技术问题未解决。特别是基础理论研究、塑性变形加工技术尚待加强和提高。同时，在汽车等交通工具上的集成应用技术还不成熟，限制了镁合金的大批量应用，这也是今后需要集中解决的技术问题。未来将根据中国镁产业发展的现状，以产业链中的关键技术和薄弱环节为技术重点，以汽车工业应用为主要方向，针对汽车用镁合金零部件，积极开展高强、高韧、耐蚀镁合金、变形镁合金加工成形、大型复杂镁合金零部件的成型工艺等技术研发工作，逐步解决制约镁合金发展的强度低、塑性差、不耐蚀3大技术难题，推动镁的广泛应用。

随着国家经济结构调整不断深入，在镁行业经济运行中还存在着深层次的矛盾和问题以及约束中国镁工业可持续发展的主要问题:①镁行业的结构调整与升级在镁工业经济运行中仍处于十分重要地位。要严格执行限制镁冶炼项目政策，控制产能;巩固与加强中、西部现有镁冶炼生产上档次、上规模，提高竞争力。②镁行业整体水平不高，多数皮江法炼镁生产工艺技术装备水平相对落后，机械化、自动化程度低，劳动效率低。与国内铜、铝等行业相比，镁冶炼、加工企业规模小而分散，金属镁产业相对集中度比较低，多数企业缺乏规模竞争优势。③大多数企业仍然直接用原煤作能源，吨镁耗标煤8.5 t，仍属高耗能行业。必须下大力气推广新能源，节能降耗，走循环经济之路。④镁冶炼企业受能源、原材料、运输、环保等因素制约，煤、电、硅铁、运费不断涨价，生产成本上升，而镁产品价格下滑，给不少企业在经营运作上带来了重重困难。

与其他有色金属相比，金属镁和镁合金近10年的年产量见表2。尽管年产量平均增幅16.85%，还包含了2008年经济危机的影响，大大高于西方世界的增长率。可以看出我国镁工业发展很快，但是据统计我国国内镁产品需求量是较少的，以2008年为例，国内需求量为15.8万t，仅占总产量的25%，目前我国主要依靠出口来消化巨大的产量。

表2 2001～2010年中国原镁产量Tab.2 Output of Magnesium in China from 2001 to 2010

我国镁产地与消费地区存在着很大的差异，见表3。

表3 近两年全国镁产地及产量分布表Tab.3 Origins of Magnesium and Yield Distribution in China in Recent Two Years

4 响应国家产业政策

我国镁资源储量世界第一，是世界最大的镁原料生产与出口国。但我国在其高端技术——镁合金及其产品领域的应用开发却严重滞后，应该充分发挥我国的镁资源优势，通过建立镁合金技术创新体系，加强镁合金应用开发，建立具有国际竞争力的镁合金高新技术产业群，将镁资源优势转化为经济优势。为推动中国镁业的高速、健康发展，我国把镁合金应用与开发列为国科技发展规划中材料领域的重点任务。

“镁及镁合金关键技术开发与应用”是863计划相关项目以及“十一五”期间被列为国家科技支撑计划重点项目。在国家“十二五”开局之年，紧扣行业整合重组脉搏，狠抓技术进步政策，优化镁业资源布局，提高镁业档次，实现镁业应用领域新的飞跃。在镁材料生产规模上，为加快镁产业结构调整，淘汰落后产能，提高环境保护和资源利用水平，规范镁行业投资行为，制止低水平重复建设，促进镁工业健康发展，国家工业和信息化部2011年发布了《镁行业准入条件》和《镁行业准入暂行办法》。在生产镁合金的机械化上，摈弃旧的工艺及设备，以节能环保型设备为依托，实现镁业转型升级。在镁及镁合金产品方面，加大研发力度、掌握核心技术、积极开发新产品，逐步用镁代替日趋枯竭的其他金属材料。

5 结 语

我国镁加工行业要深刻认识到改变以原镁生产，大量出口的粗放型格局，转为加快镁深加工的投资和研发的重要性，并且在产业和产品结构调整，节能降耗等满足国家产业政策号召。也应该认识到我们的优缺点，努力的扬长避短，使中国镁业能够结合资源、能源和投资环境的优势，向产品的高科技含量方向发展，提高镁及镁合金的附加值，形成镁及镁合金产品具有国际竞争力的科技化工厂，以增强产品企业的国际竞争力。促进中国镁工业全面、协调、可持续发展，使我国真正成为世界上的镁工业强国。

[1]邱竹贤.冶金学(下卷):有色金属冶金[M].沈阳:东北大学出版社，2001.

[2]许并社，李明照.镁冶金与镁合金熔炼工艺[M].北京:化学工业出版社，2006.

[3]苏鸿英.世界镁工业技术研究及开发[J].中国有色金属，2008(6):74.

[4]王洪福.我国皮江法炼镁技术创新实践现状[J].世界有色金属，2010(2):44.

Brief Discussion on Necessity of Producing Magnesium and Magnesium Alloy Products with High Added Value

XIE Xiao－hui，SONG Chun－yu
(The Oriental Holdings Co.Ltd of China Metallurgical Group，Baotou 014010，China)

By introducing China's reserves of Magnesium resources and analyzing the current situation of the Magnesium industry in China and the whole world，the importance of producing Magnesium and Magnesium alloy with high added value are realized.Making the most of China's advantages in resources and policies，Domestic Magnesium production and the enterprises under construction should be extended to high value－added Magnesium and Magnesium alloy products with higher technology content.

Magnesium;Magnesium industry;resource deep processing;industrial policy

TF822

A

1004－2660(2012)01－0018－05

2011－12－01.

谢晓会(1977－)，男，内蒙古人，硕士，工程师.主要研究方向:炼钢.E－mail:smartxx@126.com