当我国钢材焊接性与焊接材料发展及需要关注的

我国钢材、焊接性与焊接材料发展及需要关注的问题

摘 要：本文叙述了我国钢铁工业及焊接材料的发展现状及2020年以前的发展目标。指出了当前钢铁工业发展中存在的问题及取得的进步。并指出钢材的发展与进步，推动了焊接产业的可持续发展、钢材焊接性的变革和焊接技术的进步。分析了当前我国焊接材料的结构调整、品质的提高、焊接材料及焊材企业当前应该关注的问题及发展方向。

关键词：钢材发展 微合金控轧控冷钢 焊接性 焊接材料

1 我国钢材及焊材的发展态势

钢产量是衡量一个国家综合经济实力的重要指标之一，也是我国工业化进程中的支柱产业。由于我国经济持续高速增长，拉动了钢铁工业的快速发展。钢材产量的快速升高由拉动了我国焊材产业的强劲发展。这不仅使我国成为世界上头号钢铁和焊材生产大国，也成为头号钢铁和焊材消费大国（见表1）。表1 我国钢材消费量与焊接材料产量

注：焊材产量由于缺乏精确统计，表列焊材产量的误差在±5%左右。

图1 我国焊接材料表观消费量态势图

图2 我国钢材表观消费量态势图

钢材的产量、品质及其发展态势就直接决定了焊接行业的可持续发展及焊接技术的发展方向。自1996年以来，我国钢产量已突破1亿吨，焊材总产量77万吨；尤其是自2001年以来，我国的钢产量出现了跳跃式发展，每年钢产量均增加4～6千万吨左右，焊材产量每年增加30～40万吨。到2006年，我国钢材表观消费量达到4.2亿吨，焊材总产量达到320万吨。与96年相比，同步增长了4倍多。其增长速度之快堪称世界奇迹（见图1～图2）。

2006年，按国际钢铁协会统计，全世界钢产量12.39亿吨，按有关资料综合测算，全世界焊接材料产量约为600多万吨。因此2006年中国钢产量占全世界钢产量的34%［1］，中国焊材产量占全世界焊材总产量的50%左右［2］。

预计今年我国钢材消费量将达到4.5～4.8亿吨左右。据有关专家预测，10年后我国钢材消费量可能达到6～7亿t。因此相应焊接材料需求量可能达400～450万吨［2］。

过去十年我国钢材和焊材实现了快速增长，今后十年将持续平稳增长

钢产量的大幅度增加牵动着焊接行业的快速发展。不仅焊材用量增大，而且焊接设备的需求增多，增加了焊接产业就业机会，壮大了焊接产业队伍，同时也促进了焊接技术向着优质、高效、低成本、自动化方向发展。

2 我国正在从钢材大国向钢材强国发展

2.1 我国钢材及焊材的分类消费态势

我国作为钢材及焊材消费大国，与国外发达国家的最大差异为：近年来我国建设用钢占55%左右，工业制造业用钢不到45%，而目前美国、欧洲和日本的建设用钢仅占22%～30%，工业制造业用钢占60%～66%。这种差异，说明我国生产的钢材及焊材一半以上用于各种基础设施和城镇化建设上面，这种快速发展受工业化进程中基础建设的拉动较大。

在2006年生产的钢材中，据统计目前我国焊接钢结构用钢占钢材消费总量的比例为40%～45%左右。此外用于钢筋混凝土结构的各种钢筋和线材，其中三分之二左右是需进行焊接的，总数约为6千万吨，而经焊接的钢材总数共计2.0～2.4亿t之间，因此，现阶段焊接用钢总量已占钢材表观消费量的50％以上，总量为世界第一。

现按有关重点行业对钢材（及焊材）的消费状况分述如下：

（1）我国大量的钢筋混凝土结构，每年将消费钢筋和线材一亿多t，除少量粗直径钢筋采用冷挤压套筒连接外，其余主要采用钢筋电渣压力焊和手工焊条焊接。每年需用于钢筋电渣压力焊的HJ431等熔炼焊剂10～13万吨，结422等焊条50万吨以上。

（2）据有关部门统计，2006年建筑钢结构制造量约为1600万吨，包括工业厂房并丈量放大器单元的输出情况钢结构、高层建筑钢结构、大跨度场馆钢结构、市政建设钢结构和住宅钢结构等，相当消费焊接材料25～35万吨左右。

预测2010年各类建筑钢结构制作量为2600万吨，将相应需要各类焊接材料40～50万吨左右。预测2015年各类建筑钢结构将消费钢材4000万吨以上。

因此建筑钢材是今后的一个增长热点。武钢已生产了抗拉强度为400Mpa、510Mpa、590Mpa的高性能建筑钢材系列产品，其中耐火耐候钢经鉴定“集高耐火性、高耐候性、高Z向性能和能承受大线能量焊接于一体”，达到了国际领先水平。已用于国家大剧院等重点工程。舞钢生产的Q345和Q460厚板已用于几十个建筑焊接钢结构工程中。宝钢生产的建筑钢材经日本专家多次考核后，已用于101层492米高的上海环球金融中心大厦工程中。

（3）2006年我国造船完工量1452万载重t，约用钢材560万吨，约相应消费焊材14～16吨万，其中药芯焊丝约8～9万吨。2007年一季度我国造船业承接新船订单2010万载重吨，成为该季度国际船市的第一。预测2010年我国造船业用钢将达1035万吨，相应需求各类焊接材料23～28万吨。

（4）我国2005年各类汽车产量570.8万辆，消费钢材1098万吨。预测2010年我国各类汽车产量将达900～1100万辆，将消费钢材1500～1840万吨。

（5）我国已成为全世界第一的集装箱制造和出口国。随着市场需求的变化每年约制造250～300万个标准集装箱，消费钢材400～500万吨左右，制造一个标准集装箱用CO2保护焊丝20kg，每年约用CO2焊丝5～6万吨。

（6）石油天然气长输管道建设近年来正处于高峰期，根据规划，未来几年内，我国将建成14条油气输送管道，形成“两纵、两横、四枢纽、五气库的管道运输”，这预示着我国管道用钢量也将大幅提升，据预测，未来几年内，我国每年管线钢需求量约300～400万吨[3]。据不完全统计，2006年仅中石化、中石油系统焊接制管用钢量达到165万吨以上，其中出口60万吨。焊丝、焊剂用量约4万吨以上。加上私营企业，全国17家制管厂年制管能力达560万吨，因此2006年总制管用钢量及焊材用量翻翻不止。

2007年8月31日，国家“十一五”重大项目－－“川气东送”工程开工。这是继西气东输项目之后我国修建的又一条能源大动脉。从四川的长寿市～上海市横跨东中西部8省市，穿越鄂西渝东山区，横贯江南水地带，5次跨越长江，地质条件复杂，干线全长1702公里，总投资627亿。

2008年5月将开始建设西气东输二线，全长4800公里，包括支线近8000公里，直径1219mm，全部采用X80钢， 2011年建成。预计从2007年每年将用管线钢350～400万吨，相应每年需各种焊材10万吨（包括制管的埋弧焊材）。管接头将主要采用气保护实芯焊丝和自保护药芯焊丝，其次是纤维素焊条和低氢铁粉型下向焊条。而且长输管道正在向提高钢材强度（X70、X80、X100、X120），增大管道直径和壁厚，提高输送压力的方向发展。相应的国产焊接材料应该紧跟配套。

（7）“十一五”期间电力行业发展迅速

①计划新增火力发电1.6亿千瓦。到2010年火电用钢平均年需求量预计为65万吨。超临界和超超临界火电机组在“十一五”规划开工的60万千瓦及以上燃煤机组中将达78%。将采用新型耐热钢。包括：

新型细晶强韧化铁素体耐热钢系列中：

SA213～T23、T91、T122

SA335～P91、P92、P122、及E911

新型细晶奥氏体耐热钢HR3C、NF709、SAV25

与这些新型耐热钢匹配的焊材，除P91、P92、T91国内已研发部分焊材外，其余焊条、气保护焊丝、药芯焊丝和埋弧焊材仍需全部进口。希望在今后几年内基本实现国产化。

② “十一五”期间水电设备的需求量将达到1.8亿千瓦。预计2010年水电用CF62级别高强钢的年需求量为8～10万吨。大部分钢材和焊材已国产化。

③我国将兴建百万千瓦核电站30座，从今年开始，每年都将新开工100万千瓦的核电机组3个以上。预计核电钢材的年需求量为2～4万吨，所需焊材的品种较多5、沙浆拉力实验机运行前请选择好速度和确认负荷安全以后。

④我国将努力发展风能发电。主要在西北和华北寒冷地区，风能发电的塔架和底座，对钢材和焊缝都有防止低温脆断的要求。“十一五”期间约需中厚板35万吨左右，平均年需7万吨。需匹配相应优质焊材。

（8）塔架钢结构。全国每年输电铁塔和广播、电视、通讯塔用钢量约150万吨。特别是已启动1000千伏交流电和800千伏直流电的输电工程，输电铁塔将采用Q460高强钢，急需相应的焊接材料配套。

（9）桥梁钢结构。这是我国2020年前的建设热点，将兴建各类公路、铁路和城市交通桥，其中规划在长江上还要再建60多座桥梁，在黄河上还要再建座桥。已确定在2015年前要建成渤海湾、长江、杭州湾、珠江、琼州海峡的五座跨海大桥，总长度达228km，用钢量625万吨，主要为高强高韧性桥梁钢，需匹配相应焊材。

（10）铁路车辆将主要采用不同强度级别的耐候钢，并已开始采用经济型铁素体不锈钢。到2015年，客车将全部实现空调化，需建造新的空调客车2.6万辆，货车将逐步改为70吨新型货车。因此预计今后几年铁路车辆用钢，年均为100万吨左右，年需焊材1万吨以上。

（11）压力容器。2006年我国生产各类压力容器专用钢材129.3万吨，并进口了几十万吨压力容器用钢板，2006年约消费各类焊接材料4～5万吨。预计今后将每年增涨10%以上。目前这方面的一个发展趋势，是利用控轧控冷（TMCP）技术生产微合金化高纯洁度的非调质高强钢，取代过去的调质高强钢，需配套相应焊接材料。

（12）预计2006～2010年，国家石油储备基地建设工程将建设10万立方米储油罐150台左右，共需钢材29万吨，其中相当CF62级别的高强板12万吨。此外，一些地区和一些企业也在兴建大型储油罐，数量可能也在100台以上。因此今后几年约需与大型储油罐建设相匹配的各类焊接材料1.5～2万吨。

（13）重型机械行业，包括一重、二重、太重、沈重等几十家骨干企业，2005年为各行业制造了约500万吨的重大装备和成套技术装备，约消费钢材542万吨。预计2010年将生产重大装备650万吨以上，需钢材约700万吨，将相应需焊材3～4万吨左右，除通用的高效焊材外，需高性能多品种的各类优质焊材。

（14）我国工程机械行业规模已居世界第三位，仅次于美国和日本。年销售额亿元以上的企业有一百多家。近年来每年用钢量在450万吨左右，制造各种塔式起重机、汽车起重机、装载机、压路机、推土机、挖掘机等工程机械，年需各种高强度、高韧性、耐疲劳、耐磨耐蚀等多品种焊接材料1万吨以上。

2.2钢铁工业发展中存在的主要问题

我国虽已成为世界上头号钢铁大国，但并非属于钢铁强国，我国生产的钢种多属于低层次普通钢，高效优质钢材生产量较少或不能生产，我国钢铁工业主体上属于高消耗、高能耗、高污染、低质量的状态。

中国正处在现代化工业的建设过程中，基本建设用钢材需求量较大，矛盾尚不尖锐。但过去十年这种高速增长速度，给国家资源、能源和环境造污染造成过重的负担。我国要从钢铁大国走向钢铁强国，上述钢铁发展形势必须及时扭转，实现由量变到质变的飞跃。落实科学发展观，即重在增加高附加值产品、提高质量，不能单纯依靠铺新摊子、上新项目,片面追求数量的扩张；重在降低消耗，提高企业和产品竞争力。使我国钢铁工业走上良性发展轨道，增强竞争力，实现可持续发展。使我国实现由钢铁大国到钢铁强国的根本转变。

目前，我国钢铁行业产品结构调整取得显著成绩；节能降耗和改善环保取得新进展；钢铁企业生产规模扩大；科技进步有重大突破；钢铁工业投资主体多元化取得重大进展。为我国从钢铁大国走向钢铁强国奠定了基础[1]。

2.3我国钢铁工业的装备水平和工艺技术的发展与进步

钢铁工业属于流程工业。从20世纪90年代以来，我国钢铁工业的装备水平和工艺技术有长足进步，从整体上推进了流程优化进程，为提高钢材品质和发展钢材品种，打下了坚实基础[4]。例如：

（1）建立了现代化的炼钢生产流程。大、中型钢铁生产企业已实现了包括铁水脱硫预处理、转炉复合吹炼、炉外精炼、连铸连轧等现代化的炼钢生产流程。成分组织的均匀性控制更好。

（2）大幅度提高了钢的纯洁度。现代化的炼钢生产流程，使我国钢水的纯净度，即钢中杂质元素质量分数的总量∑（S+P+T.0+N+H）从传统流程550~600ppm直接跨越到200～250ppm, 宝钢、武钢等先进企业已经快递包装材料埋土里100年都得不到不降解达到小于100ppm的国际先进水平，W(s)≤0.003%。

（3）控轧控冷工艺将成为大、中型钢铁企业轧制技术的主流。

控轧指在更低的温度下停轧，拟制高温奥氏体晶粒长大；控冷即轧后立即加快冷却速度，既避免晶粒长大，又提高形核率。通过细化希望可以给大家带来帮助晶粒显著改善钢的强韧性。传统的细晶粒钢其晶粒直径0.01%。这是因为硫是表面活性元素，微量的硫可以降低焊接飞溅和改善焊缝成形。如果焊丝中W(s)