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金属复合板行业报告 金属复合板行业市场规模及前景分析
来源: | 作者:智研瞻产业研究院 | 发布时间: 2023-08-07 | 212 次浏览 | 分享到:
金属复合板是一种由金属材料和其他材料(如聚合物、陶瓷等)组合而成的复合材料。金属复合板通常由两种或多种不同材料层叠叠加而成,以实现特定的性能和功能。这种复合结构能够充分发挥各种材料的优点,从而在不同领域中具有广泛的应用。


相关报告:《中国金属复合板行业市场深度分析及发展规划咨询综合研究报告


金属复合板行业概括

 

金属复合板是在单一的金属表面施加另一类金属元素或涂层,旨在在确保使用性能满意度(如防腐防护水平、机械强度等)的基础上实现资源的有效节省以及生产成本的合理控制。常见的金属复合工艺包括爆裂复合、冲击轧制复合和轧制复合等方式。复合材料按照其产品形态可以细分到复合板材、复合管材、复合棒材等等。这类复合材料主要应用领域涵盖了防腐工程、压力容器制造、电力建设、石油化工、医药制造、轻工业加工、汽车制造等多个行业领域。

 

图表:金属复合板行业分类

资料来源:智研瞻产业研究院整理

 

金属复合板优点

 

金属复合材料技术能够充分发挥不同组分材料各自所具备的优点,实现各组分材料资源的最为合理的配置,从而达到更有效地节约珍贵金属材料的目的;另一方面,又能够通过这种方式解决只有单一金属无法满足的特定性能要求。以压容器用的不锈钢-钢复合板为例来说明,其底层材料选用一般性的碳钢(例如Q245R或Q345R等),可以表现出极佳的机械性能;而表层则采用不锈钢(譬如304或者316L等),这使得产品具备优异的耐腐蚀性能。通常情况下,这些两种材料会采用爆炸焊技术进行连接,只需运用仅仅几毫米的高价值不锈钢即可实现,这样就在很大程度上节省了成本,且几乎不会影响到基材的机械性能等各种原有属性。因此,不锈钢复合材料作为一项具有广阔应用前景的创新技术,不仅能够取代进口并填补国内在此领域的空白,还能创造可观的经济效益和社会效益,以至于容易赢得相关各方的支持与协助。举例来说,研发不锈钢复合材料的课题一直以来都是国家发改委以及科技部大力支持并积极提倡的高新科技研究项目之一。

 

鉴于异质金属复合材料优良的性能功能特性,相对较低的生产成本以及广泛的应用领域,无疑为传统金属复合材料带来了巨大的发展潜力。伴随着国家环保产业政策的逐步深入推行,稀有金属复合材料在电力烟气脱硫设备中的应用也呈现出不断增长的态势;与此同时,化工行业对国产化设备投资的高度重视,也为稀有金属材料的进一步发展提供了良好的发展机遇。

 

国家产业政策大力扶持以及技术壁垒的稳固建立与产业升级需求强劲推动,共同为这一行业的繁荣发展奠定坚实基础。金属复合板是将同一平面内的两种及以上不同性质的金属材料依次覆盖并结合而成的集合体,其设计初衷旨在在不影响原使用性能(如防腐蚀性、机械强度等)的前提下,提高资源利用效率、实现降本增效目的。

 

图表:金属复合板优点

资料来源:智研瞻产业研究院整理

 

现有工艺不足

 

在众多金属复合板的制造技术中,每一种制作方式均拥有自身独特的优势,而目前所见文献中尚未出现任何一项可全面超越其他制作方法的技术。因此,可以预见的是,在相当一段时间内,各种各样的制备技术将持续存在并共同发展。

 

(1)直接轧制复合法作为生产各类金属板的主要手段之一,无论是选用热轧还是冷轧流程,都面临着各自的挑战。例如,热轧过程中,需面对工序繁琐复杂、加工周期冗长及接合界面氧化等诸多棘手问题;而在冷轧环节中,则要解决板形难以控制、轧件边缘开裂、初次压缩量过大及金属变形抗力较大情况下横向断裂与变形不稳定等难题。虽然异步轧制法历经三十多年的发展已取得丰硕的科研成果,成为颇具竞争力的制造工艺,然而在实际应用的实现上仍亟待解决相关问题。至于采用真空轧制复合法,需要克服的则包括掌握和调整真空度、规划气体氛围、获取并维护活性化表面等等多个方面的挑战。

 

(2)采用爆炸制坯—轧制复合法同样是现今生产金属复合板的重要途径之一。尽管由于这种模式是通过爆炸复合法获取坯料,因此在爆破地点选择、噪声处理以及产量、生产效率较低等问题上,保留了爆炸法本身的部分不足之处。

 

(3)相较之下,烧结法制备金属复合板由于孔隙率过大,因此仅适用于制备孔隙率高的复合金属材料,使用范围极其有限。此外,该方法并行的复合工序较为繁琐,能源消耗巨大。

 

(4)在铸造轧制复合法的运用当中,由于复合温度偏高,复合基板的表面在受到氧气侵入之后,很容易形成一层不薄的氧化物膜。并且由于其覆盖着层层金属组合结构,每种金属之间的熔化温度差别巨大,这种熔点的显着差异无疑导致了结合部分易出现溶蚀现象,从而使优质复合钢板的获取变得困难重重。为防止复层金属被钢水融化,板厚与板重亦受到严重限制。再者,反向凝固法制备金属复合板的操作难度较大,成品率低下,且制品的尺寸精度控制亦颇为困难。

 

(5)最后,电磁连铸法生产复合板的工艺尚处于研究探索阶段。然因与反向凝固法具有相似的优点,如界面紧密结合、高效节能环保等,在未来研究领域极具竞争力。不过,鉴于其以液对液相结合的特征,以及对复合板厚度不易掌控、相较于轧制法而言金属板材的组织和性能略显逊色的特点,使其在实践应用中仍有待进一步改进。

 

图表:金属复合板现有工艺不足

资料来源:智研瞻产业研究院整理

 

金属复合板行业产业链分析

 

在金属复合板行业中,上游主要包括金属材料供应商,如钢铁厂商、铝材生产商等。这些供应商提供制造金属复合板所需的金属材料,如钢板、铝板等。下游包括使用金属复合板制造的产品的最终用户,如建筑业、汽车制造业、电子产业等。金属复合板作为材料被应用于不同领域的产品中,满足不同产业的需求。

 

图表:金属复合板行业产业链结构

资料来源:智研瞻产业研究院整理

 

金属复合板行业市场规模

 

统计数据显示,2018年中国金属复合板行业市场规模149.89亿元,2023年H1中国金属复合板行业市场规模100.54亿元。2018-2023年H1中国金属复合板行业市场规模如下:

 

图表:2018-2023年H1中国金属复合板行业市场规模

数据来源:智研瞻产业研究院整理

 

预测,2029年中国金属复合板行业市场规模268.70亿元。2023-2029年中国金属复合板行业市场规模预测如下:

 

图表:2023-2029年中国金属复合板行业市场规模预测

数据来源:智研瞻产业研究院整理

 

金属复合板加工技术的研究现状

 

1.爆炸复合技术

 

目前,爆炸复合法工艺的诸多研究热潮包括低爆速且低猛度的炸药配方及其制备方法、双面多块同步爆炸复合法工艺的开发等。围绕极限引爆速度及其炸药配方和制备的研究领域,安徽理工大学校取得了一项卓越的突破,成功开发出一款低密度且爆速极高的膨化硝铵炸药。这项研究成果巧妙地解决了爆轰荷载过高容易引发界面过熔或开裂失效等众多难题。该校的科研人员与江苏润邦新材料有限公司以及中国人民解放军陆军工程大学密切合作,借助ANSYS软件深入剖析波速、爆轰波等关键参数对于多块复合板位置和间距的深刻影响,成功构建出针对多板复合位置和间距参数的理论模型。基于此,科研团队大胆革新,创造出一种独特的多点多块金属板材同步爆炸焊接的技术方法。对比原有传统的平行放置法布药方式,这种创新性的双立爆炸法则可节省约20%的炸药消耗量,从而使爆炸复合工艺的生产过程更为高效化。例如,由江苏润邦新材料有限公司运用双立式爆炸焊接技术研制完成的哈氏合金/钢(C276/Q345R)复合板就是其中的代表作之一。

 

尽管近年来,随着诸如压力容器等设备朝大型化、专业化方向的飞速发展,大幅面复合板的需求日益增长,呈现出供应不足的现状。但是,市场的繁荣兴旺却给那些从事爆炸焊接复合板生产的企业带来了极其棘手的难题。理论上讲,爆炸焊接技术可以生产各种尺寸范围内的复合板,但随着复合板尺寸的扩大,爆轰波所需传播的距离亦将随之增加。在金属复合板爆破焊接的过程中,决定焊接质量的重要因素之一是爆轰稳定性能,然而这种稳定性能却随着板幅面积的扩大而不断削弱,以至于较大幅面复合板在爆炸复合过程中经常会出现边部不契合等质量问题。如果选择采用小型板幅复合板拼接焊接成大型板幅,那么不仅会提高生产成本,对订单利润造成挤压,而且焊缝接头处会极易开裂,使得整板的剪切强度降低,这无疑为企业带来了极大的困扰,实属两难抉择。

 

除此之外,随着产品尺寸的逐渐增大,使用的炸药总量亦会以倍数增长。例如,原本16平方米爆炸复合板所需使用的炸药量为600~700千克;若面积扩展至25平方米之后,炸药使用量已经上升到了900~1000千克。炸药使用量的递增必然会带来一系列问题,其中最明显的便是民用炸药的管理问题。尽管国家早已出台法律法规对炸药的生产和使用实行了严格的管制,但是在炸药的混合搅拌环节仍然潜藏着巨大的安全隐患。此外,爆炸产生的冲击波、噪声、粉尘等环境污染问题亦会随着起爆药剂量的增加逐日加剧,这无疑会给众多爆炸加工企业带来新的挑战和束缚。因此,如何尽可能减少炸药的使用,提升爆炸复合法工艺的机械化水平,从而加速推进爆炸焊接行业技术的发展壮大,这将成为未来几年内众多爆炸加工企业亟需认真思虑的两大重要课题。

 

2.轧制复合技术

 

在上世纪50年代早期,美国首次展开了关于轧制复合定律深入的研究工作,并成功揭示出:轧制工艺的核心环节包括表面整理、轧制连接和退火处理这三大步骤构成。在接下来的时间跨度里,诸如前苏联以及欧美等先进国家也纷纷加入到针对轧制复合工艺的科学研究中来。值得注意的是,Abbasi和Toroghinejad两位学者指出,复合钢板界面结合强度与轧制时的温度、初次压缩比率呈正向关联,但却与轧制速率具有负向关系。同样的,Mohamed和Washburn的学术研究所揭示的结果显示,复合钢板界面结合强度受到多方面因素的综合影响,包括轧制工艺参数以及金属间硬度差异这些材料自身的理化性质。相比之下,Manesh和Shahabi则从总压缩量、轧制阶段数及摩擦系数等多个角度系统地讨论了各参数对于界面结合质量的潜在影响,并且他们的研究成果证明了“薄膜破裂理论”相较于“再结晶理论”更能精确地描述复杂的轧制复合机制。

 

3.爆炸+轧制复合技术

 

至今为止,爆炸焊接技术已取得重大突破,可以制造出包括数十种乃至上百种金属合金组建的复合板材。然而,针对板幅较大、厚度较薄且表面质量要求极高的金属复合板来说,使用爆炸焊接法可能会面临一些挑战与困难。另一方面,尽管轧制复合技术能成功生产大尺度及薄镀层金属复合板,但其板组件成分的多样性以及接合处的牢固度相对于爆炸复合板稍显不足。为此,研究人员们结合爆炸与轧制两种方法之长,创造性地提出了新的联合加工技术——爆炸+轧制复合法。这种加工方式首先利用爆炸成型技术将基板和复板制造出相对厚实的坯料,然后进行轧制操作,使坯料按照预期规格轧制成型。此方法的优势有以下几点:(1)利用爆炸法制作坯料,有利于确保接合界面拥有良好的连接紧密度;(2)接续的轧制处理不仅能进一步提升界面抗剪切强度,还能确保最终的复合板产品具备优异的表面质量。至于爆炸+轧制复合法的局限性,主要体现在整个加工流程相当复杂,生产成本较高。

 

值得强调的是,鉴于爆炸焊接作为前期环节的重要性,因此合理设置爆炸工艺参数对于最终的板材品质至关重要。若参数设定不当,可能造成较大的波纹状接合界面,进而引发界面局部未融合的问题,这将给后续的热轧处理带来诸多挑战。具体表现在于基复层材质无法同步变形,未融合区域随着轧制过程逐步扩大,严重情况下甚至可能导致基复层分离。因此,在设计爆炸焊接参数时,应尽可能使结合界面呈现出均质性的细微波纹形态。

 

关于轧制工艺参数的确立,亦是不容忽视的关键步骤。以下以采用爆炸+轧制复合法制备钛/铝复合板为例进行说明。由于钛与铝各自拥有较高的变形抗力,加之之前的爆炸复合工艺使得接合界面出现“粘滞效应”,故在轧制过程中易塑形的金属铝将会牵扯着难塑形的金属钛共同流动变形。假如轧制速率过高,变形幅度较大,就容易导致不均匀的变形,从而致使钛板表层出现裂痕,直接影响到复合板的外观质量。