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再生铝市场迎来发展契机

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2022年08月01日 10:14:51
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近年来,免热处理压铸铝合金材料开发与应用逐渐成为研究热点。

在车用铝压铸件应用中,64%用于发动机缸体、缸盖和各类壳体,16%用于铝合金车轮,13%用于散热系统,5%用于底盘及悬架系统,1%用于车身覆盖件。


随着铝压铸件的不断大型化,热处理可能造成这类大型、薄壁压铸件变形,整形难度以及报废率将大幅提升。因此,需要开发适用于大型、薄壁压铸件的免热处理铝合金材料,使材料无需进行热处理,在铸态条件下就能达到力学性能要求。免热处理压铸铝合金材料可以直接在铸态下使用,规避上述问题,还可以降低零件制造成本。近年来,免热处理压铸铝合金材料开发与应用逐渐成为研究热点。


01 铝压铸的原料主要是再生铝


铝压铸的原料主要是铝及其他合金元素。由于压铸铝合金对杂质允许含量比较宽,特别是铝合金中对力学性能影响比较敏感的铁含量,在压铸铝合金中允许含量较高,这既是压铸成型工艺要求的,也是压铸高压充填和迅速凝固方式决定的。因此,压铸所用的铝合金原料绝大部分来自再生铝。


使用再生铝可节省小金属添加费用。根据不同合金牌号,压铸铝合金当中需要添加一定量的镁、硅、锰等合金元素,而废铝本身含有上述合金元素。再生铝生产过程中对元素进行除杂、调配,即可产出符合国家标准的压铸铝合金牌号,省去了添加合金元素的费用。2021年以来,镁、工业硅价格大幅上涨,再生铝的经济性进一步凸显。


再生铝生产商是铝压铸企业的上游,国内主要再生铝企业有立中合金集团、重庆顺博铝合金股份有限公司、怡球金属资源再生(中国)股份有限公司、上海永茂泰股份公司等。


02 现有免热处理材料


美国铝业公司、德国莱茵菲尔德公司对免热处理铝材早有研究,并拥有成熟的合金牌号,特斯拉公司近年来也申请了一系列免热处理合金牌号,用于结构件生产。我国企业也在积极研发适用于大型薄壁压铸件的免热处理材料。


免热处理铝合金牌号众多。目前,免热处理铝合金可分为Al-Si系和Al-Mg系两大类,在此框架下,各个牌号进行合金成分和工艺路线调整。目前,成熟的免热处理材料往往拥有一个免热处理合金牌号体系,如美国铝业、莱茵菲尔德等。


通过梳理各个免热处理铝合金材料牌号成分可以发现,一些材料是在已有专利的基础上进行成分微调、生产工艺调整,企业都会尽快申请专利进行保护。整车厂为避免专利纠纷,会选择具有专利保护的合金牌号,专利是进行整车前期试验和认证的门槛。研发和认证壁垒,先发优势明显。虽然免热处理合金研发不存在高不可攀的技术门槛,但需要上游材料企业、压铸厂、模具厂、整车厂合作研发。研发壁垒不仅在于合金成分调整、工艺路线调整,关键是材料生产商与压铸厂、整车厂绑定合作,不断试错,生产出符合整车性能要求的材料。压铸厂试验初期,可能选择几款材料,但到验证后期,只锁定1~2款材料进行装车、碰撞试验,因此,先发优势明显。


03 免热材料将使用再生铝


再生铝碳排放远低于原生铝。铝产业高排放环节主要在电解过程,再生铝只需将废铝熔融除杂添加合金元素,因此碳排放远小于原铝。据欧洲铝业协会的数据,生产1吨再生铝能耗仅为原铝的5%,仅产生0.5吨二氧化碳排放。根据国内的数据,与生产等量的原铝相比,生产1吨再生铝相当于节约3.4吨标准煤,节水14立方米,减少固体废物排放20吨。


当前,免热处理铝合金使用的是原生铝。用于大型薄壁一体化压铸件的免热处理铝合金材料处于大规模推广初期,企业对该材料的认识还处于摸索阶段,因此,免热处理铝合金对各合金成分控制严格,需使用电解铝,精确添加各类合金元素制造。而一体化压铸所取代的原有小型压铸件,则大部分由再生铝制造。因此,一体化压铸件的碳排放远高于原有小压铸件。


免热处理铝合金终将使用再生铝作为原料。一体化压铸大量使用原生铝,将显著提高材料的碳排放量,是长期隐忧。只有通过进一步研究,探索使用再生铝生产免热处理材料,才能解决碳排放问题。另外,全球铝行业要实现碳中和目标,必须加强废铝循环使用,废铝在铝供应结构当中占比会进一步提高。再生铝企业具备废铝采购渠道及经验优势,且对再生铝的性能理解更加深刻,未来有望主导材料端。


04 再生铝领先企业 具备多点布局优势


大型一体化压铸件不便于长距离运输,且运费昂贵,压铸机往往布局在整车周边。铝合金材料企业只有多点布局,才能更加靠近下游客户,实现多客户覆盖,同时节省材料的运输费用。而中小型再生铝企业往往只有单一厂区,无法做到覆盖更多客户。再生铝领先企业具备多点布局优势,能覆盖更多客户,节约运费。


铝液直供省去了客户二次重熔铝合金锭的熔炼工序,可以减少客户对熔炼设备和工人的投入,避免铝合金锭重熔造成的材料和能源损耗,并能有效防止由于铝合金锭重熔所造成的质量波动,为铸造工序提供更可靠的原料;同时,可以减少客户铝合金锭的采购库存及对客户流动资金的占用,是较为先进的铸造行业铝原料的供应方式。


05 再生铝行业竞争格局有所改善


2021年,国内再生铝产量为830万吨,同比增长12.16%,实现产品产值约1800亿元,同比增长38.5%。截至2021年底,国内再生铝建成产能1579.5万吨。全国再生铝企业约1000余家,行业集中度极低,大部分为规模较小的小型企业。据中国有色金属工业协会再生金属分会的数据,目前,行业单厂最大产能为38万吨/年,产能达到10万吨/年的企业仅30家。再生铝领先企业在免热处理材料研发、生产、销售环节均具备明显优势。未来可能由少数行业头部企业主导免热处理材料研发、生产和销售,具备先发优势,竞争格局明显改善,产品毛利润有望远高于当前水平。

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