中国高锰钢铸造件产业发展分析

第一节 中国高锰钢铸造件产业发展环境

一、宏观经济环境分析

1、发展情况

2003-2010年GDP及其增长情况

单位：亿元

2003-2010年我国固定资产投资变化

单位：亿元

2003-2010年CPI变化情况

2、发展展望

展望2011年中国经济，我国经济增长将呈现适度减速。从发展阶段的角度来看，随着中国人口红利拐点的临近，投资和出口的要素成本都将面临趋势性的上升，这种结构性而非周期性的上升将系统性的压低投资和出口的潜在实际增长率。从结构的角度来看，过去货币投放搭配投资，再辅以适度顺差的经济模式在“后危机”时代已面临太多的掣肘，而消费的振兴又不能像投资那样一蹴而就，新模式和旧模式承接的过程中经济增长率将适度的减速。预计2011年GDP当季同比增速在基数的影响下将呈现前低后高的走势，全年累计增长9.2%左右，增速将较2010年下滑1个百分点左右。GDP同比上半年筑底，下半年温和回升。

就发展进程的角度而言，中国正在经历整体通胀水平上移的过程，在未来五年内CPI的潜在增速可能将达到5%的水平。主要原因是，从长周期角度而言，当前通胀的潜在动力是“结构性”的成本推动型，低端劳动力成本的提升将系统性的推高中国的通胀中枢，这一因素是“加息”不能左右的。而从小周期角度来看，货币供应和增长率处于下行区间，以及利率水平上调，都将抑制涨价因素中的周期性成分，这意味着短期内通胀的拐点将至，只不过向下回落的空间较为有限。预计2011年CPI同比将呈现一个类似“N”型的走势，全年的2个高点将出现在1月份和6月份，整体处于下行通道；运行区间在2.9%至4.1%之间；全年同比增长为3.3%。

在“流动性内部存量大、外部增量大”，“美元向下、人民币向上”，“内需不足，外需萎缩”，“经济周期性向下，通胀结构性向上”等多重矛盾的背景下，“紧货币”、“宽财政”将是中国经济在纠结中寻找再平衡的政策导向。2011年上半年政策核心在于防通胀，下半年政策核心或将重回保增长。

二、政策、法规、标准

高锰钢铸件产品标准

第二节 高锰钢铸造件技术发展现状

一、技术发展分析

1、耐磨高锰钢铸件的固溶热处理

韧处理耐磨高锰钢的铸态组织中有大量析出的碳化物，因而其韧度较低，使用中易断裂。

高锰钢铸件固溶热处理的主要目的，是消除铸态组织中晶内和晶界上的碳化物，得到单相奥氏体组织，提高高锰钢的强度和韧度，扩大其应用范围。

要消除其铸态组织的碳化物，须将钢加热至1040。C以上，并保温适当时间，使其碳化物完全固溶于单相奥氏体中，随后快速冷却得到奥氏体固溶体组织。这种固溶热处理又称为水韧处理。

1）水韧处理的温度：水韧温度取决于高锰钢成分，通常为1050～1100。含碳量高或者合金含量高的高锰钢应取水韧温度的上限，如ZGMnl3钢和GXl20Mnl7钢。但过高的水韧温度会导致铸件表面严重脱碳，并促使高锰钢的晶粒迅速长大，影响高锰钢的使用性能。图ll-25为高锰钢在1100保温2h后铸件表面碳和锰元素的变化。

2）加热速率：高锰钢比一般碳钢的导热性差，高锰钢铸件在加热时应力较大而易开裂，因此其加热速率应根据铸件的壁厚和形状而定。一般薄壁简单铸件可采用较快速率加热；厚壁铸件则宜缓慢加热。为减少铸件在加热过程中变形或开裂，生产上常采用预先在650左右保温，使厚壁铸件内外温差减小，炉内温度均匀，之后再快速升到水韧温度的处理工艺。图ll—26为典型高锰钢件的热处理工艺规范。

3）保温时间：保温时间主要取决于铸件壁厚，以确保铸态组织中的碳化物完全溶解和奥氏体的均匀化。通常保温时间可按铸件壁厚25mm保温lh计算。图ll—27为保温时间对高锰钢表面脱碳层深度的影响。

4）冷却：冷却过程对铸件的性能指标及组织状态有很大的影响。

水韧处理时铸件入水前的温度在950必上，以免碳化物重新析出。为此，铸件从出炉到A水时间不应超过30s；水温保持在30度以下．淬火后最高水温不超过60度。水温较高时高锰钢的力学性能显著下降。水韧处理时水量须达到铸件和吊栏重量的8倍以上，若用非循环水需定期增加水量．暑好使用水质干净的循环水或采用压缩空气搅动池水。用吊篮吊淬时，可采用摆动吊篮的方式加速铸件的冷却。

高锰钢水韧处理多用台车式．热处理炉。铸件人水常用自动倾翻或吊篮吊淬方式。前者对大件及形状复杂的薄壁件易引起变形，淬火后铸件从水池中取出也较为困难；后者淬火后取出铸件方便，但吊篮消耗大。

2、耐磨高锰钢铸件的铸态余热热处理  

为缩短热处理周期，可利用铸态余热进行高锰钢水韧处理。其工艺为：铸件于ll00～1180。C时自铸型中取出，经除芯清砂后，铸件温度允许冷却到900～1000。C，然后装入加热到l050。1080。C的炉内保温3～5h后水冷。该处理工艺简化了热处理工艺，减少了铸件在型内的冷N啪3,但ue产操作上有一定难度。表11—18为不同热处理工艺的高锰钢试样的力学性能。

3、耐磨高锰钢铸件的沉淀强化热处理 

耐瞎高锰钢沉淀强化热处理的目的，是在加入适量碳化物形成元素(如钼、钨、钒、钛、铌和铬)的基础上，通过热处理方法在高锰钢中得到一定数量和大小的弥散分布的碳化物第二相质点，强化奥氏体基体，提高高锰钢的抗磨性能。但这种热处理工艺较复杂，并使生产成本增加。

4、水韧处理后高锰钢的金相组织

高锰钢经水韧处理后，如碳化物完全消除，则为单一奥氏体组织。这样的组织，只有在薄壁铸件上才可能得到。通常允许奥氏体晶粒内或晶界上有少量碳化物。高锰钢组织中的碳化物，按其产生的原因分为三种：其一为未溶碳化物，是水韧处理未能溶解的铸态组织中碳化物；其二是析出碳化物，是因为水韧处理时冷却速度不够高，在冷却过程中析出的；第三种是过热碳化物，是因水韧处理时加热温度过高而析出的共晶碳化物。前两种碳化物，可通过再次热处理予以消除，过热产生的共晶碳化物则不能借再次热处理消除。由于共晶碳化物超标而判定不合格的铸件，只能报废，不允许再次热处理。

关于碳化物的评定，我国已制订国家标准(铸造高锰钢金相)。

关于耐磨中锰钢铸件的热处理，可参考上述高锰钢的处理。

5、耐磨中铬钢铸件的热处理  

耐磨中铬钢铸件热处理的目的，是得到高强韧性和高硬度的马氏体基体组织，以提高钢的强度、韧度及耐磨性。

耐磨中铬钢因含有较多的铬元素而具有较高的淬透性，通常经950～1000奥氏体化，后在空气中淬火。

及时回火是必要的。为了保证获得较高的硬度并避免回火脆性，通常经200～300的回火。

6、耐磨低合金钢铸件的热处理

耐磨低合金钢铸件依合金成分及含碳量不同而采用水淬、油淬及空淬热处理，某些工况下使用的珠光体耐磨钢则采用正火+回火的热处理方式。

耐磨低合金钢铸件通常采用850～950淬火，200～300回火，以获得高强韧性、高硬度的马氏体基体，提高钢的耐磨性。

二、工艺流程或特点

采用消失模工艺进行造型，针对一次成型的铸件必须保证其外形尺寸，原因是其不易焊接、加工硬化。造型时要留有相应余量，充分考虑其收缩率，凝固收缩为6。对于浇道棒造型时应充分考虑其补缩状况，高锰钢铸件的成分均为质量分数以GMn13-1为C1．oO～i．45，Mnii．00～14．OO，Si0．30～I．00，S≤0．04，P≤0．09。在原料选择上几个关键点需要重视。采用回炉料进行铸造时可添加烧损的锰。其他成分均可大致保持不变。而我们经常遇到的是重新配比的问题，有碳钢、锰钢、结构钢和其它钢类。从选材上要将废钢分类，原则上不允许不合乎要求的钢种进人原料中，对有疑问的钢要进行化验取样，对需添加合金的必须化验，确保其各种元素含量不超标。并能保证质量分数达标。高锰钢中碳主要有两个作用，一是有利于形成单相奥氏体组织；二是固溶强化。含碳量增加，强度硬度增加，塑性及韧性降低。碳元素要均匀固溶于奥氏体中。锰是稳定奥氏体的元素，锰量增加，高锰钢的强度、塑性及冲击韧度均提高。锰碳比在10左右得到较好的强韧配合，锰碳比小于1O可以提高高锰钢的耐磨性。磷在高锰钢里是有害元素，磷在奥氏体中溶解度低，易形成脆性磷共晶，大幅度降低其力学性能和耐磨性能，加大钢的冷热裂倾向。磷高取较低碳防铸件开裂。

选用低磷锰铁及含碳量低的废钢。磷是炼钢过程中炉料引入。一般在钢的氧化时期良好地沸腾，钢在浇注之前镇静一段时间(5～10rain)，改善夹杂物形状和分布可采用稀土合金进行处理。硅在高猛钢里主要是脱氧。我们常用铝脱氧，氧来自于炼钢过程生成的氧化铁，温度降低时与碳反应生成一氧化碳气泡造成气孔。

在生产实践中实施浇注工艺炼钢时钢液1540℃出炉，要让钢液充分沸腾。1450℃～1480℃浇注，浇注时候要镇静5～10rain；要让钢液里的颗粒漂浮起来。不能涮炉时间过长，对炉子使用周期不好。高锰钢中的锰烧损会严重，影响钢的成分。由于高锰钢液易生成MnO，从而易于和型沙的二氧化硅发生化学反应而导致铸件表面粘沙，为此应在铸型和型芯采用中性或碱性涂料，采用镁砂粉为骨料的涂料。涂料的配比要按标准，并且注意其它相关事项。不宜太厚或太薄，太薄起不到阻隔热源，太厚不宜清除。涂料的耐火温度要达到要求。在使用真空水泵强排时，时间要控制好，根据铸件的壁厚选择时间。高锰钢比碳钢的冷热倾向大，容易形成气孔和砂眼。此外严格遵守出箱的时间，保温时间不宜太长；冷却速率的影响对厚截面均导致晶粒粗大和力学性能下降。

高锰钢必须进行水韧处理，对水温及水质都有严格的要求。铸态高锰钢组织是以奥氏体为基体，晶内和晶界有大量的块状、条状及针状碳化物；晶界碳化物呈网状，水韧处理后组织为单一奥氏体。但在工业生产中由于冷却速度不够，沿晶界析出少量的碳化物。化学成分为必检项目，化学成分为质量分数。必检元素为C、P、Si、Mn、S5种元素。其中C、P采用碳硫分析仪。选取ZGMnl3标样测试对比值。标样为各种元素含量准确的样品，取5～6个值的平均值为参考，输入单片机中储存。选取待化验品与标样进行对比，单片机自动对比生成对比值，对比值为0．999为合格。原理为碳硫充分燃烧产生二氧化碳和二氧化硫与溶液发生化学反应检测碳硫的含量。Si、Mn、P的含量采用分光光度计。采用溶液的化学反应器里对光进行分析和曲线值进行对比，分光光度的原理是利用物质在光的照射激发下具有选择吸收的现象，并对物质进行定性和定量分析。

以上工艺过程为高锰钢的铸造工艺过程，它涵盖了备料、模型、浇注、水韧处理、成分化验以及力学金相检验。过程复杂，需有专业技术以及配套完善的设备和高度的责任心，才能冶炼出合格的高锰钢。

第三节 高锰钢铸造件产业发展特征

一、周期性分析

高锰钢最大的特点有两个：一是外来冲击载荷越大，其自身表层耐磨性越高;二是随着表面硬化层的逐渐磨损，新的加工硬化层会连续不断形成。高锰钢这一特殊的性能，适于制作长时间经受高冲击物料磨损的耐磨构件，长期以来广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械设备中。尤其是近年来，随着现代工业的高速发展和科学技术的突飞猛进，高锰钢已成为磁悬浮列车、保险柜、防弹车、凿岩机器人、新型坦克等先进设备中首选的耐磨材料。许多新型材料和现代表面工程技术在性价比上仍无法与高锰钢相比。高锰钢铸造件的生产及应用正处于快速发展时期。

二、区域性分析

我国高锰钢铸造件主要分布在华东、华南以及东北地区，占全国的80%以上，省市分布主要集中在辽宁、浙江、湖北等。

三、上下游产业发展

高锰钢有别于其他钢材的就是锰含量在10%以上。高锰钢铸造件广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中。

1、锰铁发展情况

1）中国电解锰生产分布

据全球铁合金网了解，中国电解锰主要分布在湖南、重庆、广西、贵州等“锰三角”地带，此外，四川、云南、陕西、湖北等地区也有少数厂家。从产业分布看，全球电解金属锰形成以中国为主、南非为辅的格局，而中国电解锰则由原来的以湖南为主转为以重庆、贵州、广西为主，湖南为辅的格局。

由于开发早和发展快，现在锰矿在秀山、松桃已经供应紧张，再加上当地政府重复征收资源补偿费、出县要收出关税，矿石价格占到电解锰成本的1/3。重庆、松桃、湘西的矿山都存在乱采乱挖的现象，几万吨储量目前只剩一半，而且资源回收率很低，只有50%左右，开采中采富弃贫现象严重，矿石品位从18-20%下降至15-16%。但广西的矿石供应丰富，大新的储量有一亿吨，够几十年使用。

2）2010年国内市场回顾

2010年，国内电解锰市场市场整体走势基本有几个特点：

（1）纵观2010年全年走势，价格整体波动区间基本保持在14200-19000元/吨，一年中最低价格出现在6月上旬，在14200-14300元/吨，而一年中最高价格，出现在11月上中旬，在18800-19000元/吨。

（2）2010年上半年，价格波动区间较小。主要是受限于下游不锈钢市场终端需求不足，国内大部分电解锰厂家生产基本保持正常，而近年产能增长太快，因此在市场供大于求的局面下，价格基本保持在14000-16000元/吨低位区间游走。

（3）2010年下半年，价格波动区间较大。主要是受“十一五”节能减排政策影响，贵州、广西和湖南等地区实施限电政策，电解锰生产厂家相继出现限产或者停产，市场现货供应逐渐减少，并且由于湖南花垣矿山事故，迎来重大环保整顿，因此矿石供应较为紧张，因此电解锰价格持续攀升，从7月中旬的14500元/吨左右持续上涨至11月上旬的19000元/吨左右，甚至部分大型厂家少量现货成交价格还有略高于19000元/吨的情况。虽然随之后来“十一五”计划的结束，厂家复产情况有所增多，价格也回调至17300-17500元/吨（12月初），但是随之临近年底，钢厂开始进行年底备货采购，并且原材料（矿石）供应依旧紧张，花垣地区矿山依旧未开工，湖南地区泸溪等地区多数电解锰厂家矿石基本都是从贵州松桃等地区采购，而原材料价格依旧保持高位，外采矿石成本更高，因此12月中下旬价格仍基本保持在17700-18300元/吨区间运行。

2、电力行业运行情况

1）电力生产与供应。2010年全国发电量41413亿千瓦时，比上年增长13.3%，增幅较上年提高7个百分点。其中，火电33253亿千瓦时，增长11.7%；水电6622亿千瓦时，增长18.4%；核电734亿千瓦时，增长70.3%；风电430亿千瓦时，增长73.4%。全国发电设备累计平均利用小时数为4660小时，比上年增加123小时，其中火电水电分别为5031小时和3429小时，分别增加171小时和172小时。全国日最高发电量达到139.58亿千瓦时，发生在8月13日。

2）电力消费。2010年全社会用电量41923亿千瓦时，其中，第一产业984亿千瓦时，比重为2.3%；第二产业31318亿千瓦时，比重为74.7%，比上年提高0.6个百分点；第三产业4497亿千瓦时，比重为10.7%；城乡居民生活5125亿千瓦时，比重为12.2%。分地区看，用电量排在前五位的省份依次是广东（4060亿千瓦时）、江苏（3856亿千瓦时）、山东（3300亿千瓦时）、浙江（2825亿千瓦时）、河北（2692亿千瓦时）。

3）电力企业经营状况。11月末，发电行业资产负债率为72.1%，同比提高2.4个百分点；电力供应行业资产负债率为60.4%。1-11月，发电行业主营业务成本10081亿元，同比上升23.4%；利息支出846亿元，上升8.3%；利润总额827亿元，增长3.6%。电力供应行业主营业务成本21960亿，上升20.8%；利息支出360亿，上升1.7%；利润总额592亿，同比增加561亿。

4）电力建设情况。2010年全国电力建设完成投资7051亿元，其中电源投资3634亿元，占51.5%；电网投资3410亿元，占48.4%。全年新增发电设备容量9127万千瓦，其中水电1661万千瓦，火电5872万千瓦，风电1399万千瓦。年末全国发电设备容量96219万千瓦，其中火电70663万千瓦，占73.4%；水电21340万千瓦，占22.2%；风电3107万千瓦；核电1082万千瓦。

重点项目相继投产。全年共有12台百万千瓦超超临界火电机组建成投产，年底全国在运百万千瓦机组已经达到33台。云南至广东以及向家坝至上海±800千伏特高压直流输电工程、±500千伏呼伦贝尔至辽宁直流输电工程、±660千伏宁东至山东直流极Ⅰ系统、新疆与西北750千伏联网等一批跨区跨省重点工程建成投运，青藏电网联网工程开工建设。

5）节能减排情况。2010年全国供电煤耗335克标煤/千瓦时，线损率6.5%；全年关停小火电机组1100万千瓦。

3、建材行业发展情况

2010年，在宏观经济向好趋势的带动下，建材工业生产及主要产品产量较快增长，出口额超过金融危机爆发前水平，销售收入增幅较大，经济效益稳步增长。

主要产品产量平稳增长。生产水泥18.7亿吨，同比增长15.5%，生产水泥熟料11.5亿吨，同比增长10.4%，其中，生产新型干法水泥熟料8.2亿吨，同比增长14.3%；江苏、山东、四川、河北、广东、河南和浙江省水泥产量超过1亿吨；生产平板玻璃产量6.3亿重量箱，同比增长10.9％；陶瓷砖、卫生陶瓷、商品混凝土、砖、瓦、玻璃纤维纱等产品增速都达到两位数；水泥和平板玻璃产能利用率分别为72%和75%。

经济效益增长较快。2010年，建材工业销售产值（现价）为3.6万亿元，同比增长33.37%，其中，水泥制造业7475万元，同比增长25.9%；玻璃及制品业为4972.73亿元，同比增长35.91%。预计建材工业完成销售收入3.2万亿元，同比增长34.4％；实现利润总额将超过2100亿元，同比增长28.6％。规模以上建材工业增加值增长速度按可比价格计算为20％。

固定资产投资趋稳。建材工业固定资产投资完成额同比增长速度已经从年初的40％回落到年末的23％，历经三年的高速扩张，建材工业的投资规模已经趋向高水平上的稳定。

节能降耗、淘汰落后成效显著。建材工业万元工业增加值综合能耗降到3.3吨标准煤。近700条新型干法水泥生产线建设了余热发电系统，有10家玻璃企业生产线余热发电系统投入运营。2010年淘汰水泥落后产能1.07亿吨，淘汰玻璃落后产能994万重量箱。玻璃纤维增强塑料、建筑用石、云母和石棉制品、隔热隔音材料、防水材料、土砂石开采、技术玻璃、水泥制品等行业万元工业增加值综合能耗低于国内生产总值综合能耗。

结构调整取得新的进展。行业结构优化，低能耗高附加值产业快速发展，建材工业中低能耗行业增加值比重将达到42％；水泥平板玻璃生产工艺结构优化，新型干法水泥产量比重达到80％，浮法玻璃工艺比例提高到86％；企业组织结构优化，前60家水泥企业熟料产量已经占总产量的半数以上，前20家水泥企业年熟料生产能力达到45％，大型企业集团平板玻璃产量占全国总量73％，大中型技术玻璃企业生产量占技术玻璃生产总量72％。




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