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1、镁基材料在汽车上应用及宝武镁业发展现状简介宝钢金属有限公司技术中心2023.09.14-16 安徽合肥吴 磊2宝钢金属镁合金技术研发能力建设目录3镁基材料在汽车上的应用进展1宝武镁业发展现状简介中 国 宝 武宝 钢 金 属成为全球钢铁业引领者 世界500强第44位,全球第一大钢企 一基五元:以钢铁制造业为基础,新材料产业、智慧服务业、资源环境业、产业园区业、产业金融业协同发展 新材料产业定位为中国宝武第二大业务板块成为中国宝武新材料产业的主力军 中国宝武旗舰子公司 使命:打造中国镁业,共创镁好世界 愿景:成为全球镁产业引领者钢铁制造业新材料产业智慧服务业产业金融业产业园区业资源环境业镁基材料技
2、术资本轻量化解决方案领军者轻量化部件宝武镁业发展现状 公司基本情况宝武镁业发展现状 产业升级责任机遇:打造第四大金属产业 轻量化市场风口的来临 高端制造及新兴产业对新材料需求迫切 产业并购整合发展机遇痛点:成本高,技术落后,应用受限 小而散,用户风险高 技术装备粗放落后 成本高,应用受限 环保治理水平低102 163 277 436 2020E2025F2030F2035F全球原镁用量(万吨)非材料用汽车3C其他39 94 201 352 2020E2025F2030F2035F全球镁基材料用量(万吨)中国海外CAGR 10.2%CAGR 15.8%镁基材料Magnesium Business
3、镁业务Strategic Goals:To be the most competitive Mg based materials supplier in the world战略目标:全球最具竞争力的镁基材料供应商-Market position goal:Volume No.1,market share30%in 2025,market share50%in 2030-市场地位目标:镁基材料全球规模第一,2025年市占率30%,2030年市占率50%-Business orientation:To build the whole Mg industrial chain,enlarge and
4、strengthen the application of Mg-based materials -业务定位:打造全镁产业链,做大做强镁基材料,适度布局深加工业务宝武镁业发展现状 镁业务展望宝钢金属已开始镁产业布局宝钢金属已开始镁产业布局镁合金做为我国金属中唯一100%自给的种类,是我国在原材料方面实现“弯道超车”的重要品种,可实现“被卡脖子”局面到原材料自足的优势转化。镁基材料全球规模镁基材料全球规模第一第一上海Shanghai镁制部件生产基地研发中心 镁材料生产基地榆林榆林Yulin鹤壁鹤壁HebiHebi池州池州ChizhouChizhou规划布局规划布局镁基材料及深加工项目安徽青阳等
5、镁及镁合金研究院研发平台建设项目上海 宝山安徽青阳在建30万吨镁基轻合金项目公司上海研发中心已建3000 m2镁及镁合金研究院宝武镁业发展现状 公司产业布局Details in EUMagnesium Production钢制零部件生产基地钢铝零部件生产基地建设中镁制零部件生产基地Canada-LondonRepresentative OfficeChina-ShenyangMfg PlantChina-NanjingMfg PlantChina-Chongqing Mfg PlantChina-ShanghaiGlobal Technology CenterChina-Tianjing Mf
6、g PlantChina-Hefei and Qingyang Mfg PlantUnit Locations宝武镁业发展现状 公司产业布局Baowu Magnesium technology co.,LTD 宝武镁业科技股份有限公司作为全球领先镁产品制造商,宝武镁业年产原镁10万吨,镁合金18万吨,汽车方向盘骨架1000万件Baowu Magnesium technology is the world-leading Mg products supplier,which covers the whole industry chains for Mg product.100kt annual
7、capacity of primary Mg 180kt annual capacity of Mg alloys 10 million pieces of steering wheel skeleton宝武镁业发展现状 宝武镁业业务概况The production base is located at Qingyang County,covering an area of over 2,000 acres.The plant has commenced construction since December 2021 and go into operation in 2023.30kt an
8、nual capacity of Mg alloysAnhui Baomei Light Alloy co.,Ltd.安徽宝镁轻合金有限公司安徽宝镁轻合金有限公司Mg production plants of Anhui Baomei-commenced construction since December 2021 and go into operation in 2023.The plant is designed for 300 ktannual capacity of Mg alloys安徽宝镁轻合金项目于2021年底正式开工,预计2023年投产。投产后年产30万吨镁合金,是全球最大
9、的镁合金生产基地。宝武镁业发展现状 宝武镁业业务概况 当前主要批产镁合金材料 镁铸锭:AZ91D(端盖),AM50A(CCB),AM60B(支架),AE42,AE44(发动机支架),AS31,AZ91D-X;镁粒子:Mg-X1,Mg-X2等;镁棒材:AZ31、AZ60、AZ80等。宝武镁合金锭市场占有率超40%,镁合金粒子市场占有率约80%。宝武镁冶炼工艺及产业布局-产业布局广泛联合与协作,持续提升宝钢金属镁基新材料产业创新服务能力宝钢金属宝钢金属镁产业镁产业用户用户镁材料选择与优化零件设计与仿真样件制作与测试产品量产与配送 根据用户需求,建立全流程的合作开发模式,提供技术和产品一揽子解决方案
10、。镁技术镁技术EVI服务服务MgMg宝钢金属技术中心镁及镁合金研究院国内科研院校国内科研院校研究机构研究机构国外科研国外科研机构机构宝澳中心宝欧研发中心xx研发中心上海交通大学郑州大学重庆大学金属研究所xx大学东北大学东南大学宝钢-xx用户联合实验室 根据市场需求,与国内外科研机构开展联合研发镁业务主要客户2宝钢金属镁合金技术研发能力建设目录3镁基材料在汽车上的应用进展1宝武镁业发展现状简介镁研发体系和能力建设(一)发展金属镁产业有重要战略意义(一)发展金属镁产业有重要战略意义 镁及镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”,是最具潜力的结构功能一体化轻量化材料:时间政策发布机关2021年重点新材
11、料首批次应用示范指导目录(2021年版)工业和信息化部2020年面向2035的新材料强国战略研究中国工程院2019年产业结构调整指导目录(2019年本)国家发展改革委2016年新材料产业发展指南工信部、发改委、科技部和财政部联合发布2015年中国制造2025国家制造强国建设战略咨询委员会 镁合金具有一系列优异性能 我国镁矿产资源优势突出 国家政策对镁材料发展大力支持镁技术研发能力建设 体系和能力建设2021年12月,宝钢金属-重庆大学共建“先进镁技术联合研发中心”签约暨铜牌揭幕仪式举行。2020年与上海交通大学、重庆大学分别签署战略合作框架协议,开展了技术研发合作项目。宝钢金属公司巢湖工厂上海
12、交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心宝钢金属技术中心重庆工厂宝武集团中央研究院新材料产业创新中心生产现场支撑实验研究支撑与联合研发专项科研支撑天津工厂南京工厂郑州大学材料科学与工程学院 宝钢金属已构建镁技术联合研发架构镁及镁合金研究院宝镁轻合金目前已有专职镁产品和技术开发人员24名,其中博士10名,正在进一步优化团队结构和扩大规模。东北大学材料科学与工程学院宝玛克2022年建立了宝钢金属-郑州大学共建“新型镁冶金技术联合研究中心”镁技术研发能力建设 体系和能力建设 镁及镁合金与多材料轻量化部件产品研发产品设计仿真根据内外部客户需求,承担镁合金等产品技术整
13、体设计开发设计组工艺组仿真组1)结构仿真:刚强度、疲劳、碰撞和优化分析;2)流体仿真:热和流场分析;3)NVH:振动噪声模拟4)工艺仿真:冲压、铸造和锻造模拟1)产品设计,根据客户要求出产品模型和图纸;2)装配总成设计;3)尺寸链分析;4)模具设计1)压铸、挤压、轧制、冲压、锻造、辊压等2)表面处理;3)连接工艺:主要是焊接、螺栓、铆接、胶结等;4)模夹检具加工:核心件设计、机加;镁基材料开发镁的绿色低碳节能冶炼技术开发,镁合金材料设计、熔铸、回收技术开发材料组1)原镁绿色低碳节能冶炼技术;2)镁合金材料的牌号设计、熔铸技术;3)镁材料的回收处理技术镁/轻量化部件试制镁、铝/钢多材料部件的样件
14、试制、加工、评价及工艺优化提升1)静态力学性能;2)耐蚀性能;3)动态力学性能;4)服役寿命评价;5)产品生命周期评估镁及镁合金研究院镁及镁合金研究院评价组 镁技术研发试验平台,项目一期总投资约5000万。先进镁合金材料研发试验室新型镁冶炼及镁合金研发镁材料先进加工制备技术研发先进镁合金产品及其用户技术研发.轻量化综合解决方案加工试验室多材料先进成形工艺开发多材料连接技术开发新产品试制等材料测试实验室成分、材料力学性能检测显微组织、物化检测等产品综合性能检测等.装备、模具及机加工解决中心产线功能设计改造集成模具工装设计与制造机加工方案解决00303以镁及镁合金材料开发为主
15、、兼顾铝/钢的多材料部件试制,作为满足总体研发需求的技术开发和材料测试共享平台镁技术研发能力建设 镁研发实验室软件大类分类CAE软件结构分析强度分析ABAQUSOptistructRadiossLs-Dyna振动分析碰撞分析疲劳分析热分析工艺分析挤压分析HyperXtrude铸造分析MagmaCAD软件配置CAE分析能力挤压分析与优化碰撞分析与优化刚强度分析压铸分析软件CATIAUGAutoCAD 具有汽车等(镁合金、铝合金、钢)产品同步开发设计分析能力电池包设计镁技术研发能力建设 软件配置和分析能力轻合金压铸试验系统轻合金锻压试验系统全自动循环盐雾试验机高低温拉压疲劳试验机数码金相显微镜扫描
16、电子显微镜闪射法导热仪差示扫描量热仪电感耦合等离子体发射光谱仪显微维氏硬度仪布氏硬度仪 实验室具有完善的样件制作与性能检测分析能力,为产品开发提供保障。轻合金正反双动挤压试验设备镁技术研发能力建设 镁研发实验室TEM;SEM;EBSD;XPS;XRD;俄歇仪器力学分析化学分析组织物性分析镁技术研发能力建设 宝武中央研究院研发设备支撑国家科技部十三五重大专项国家科技部十三五重大专项2项项镁技术研发能力建设 承担和参与政府科研项目国家科技部十四五重大专项国家科技部十四五重大专项1项项积极参与国家及省部级政府科研项目,其中参与十三五、十四五国家重点研发计划各2项、1项,及上海市项目多项。2020.0
17、6-2022.11,宝钢金属技术中心已申请镁相关发明专利近30 项。序号专利名称申请号1 一种镁合金挤压型材热矫直-时效一体化处理方法及其装置202011204167.12 一种低成本高强韧耐燃镁合金及其挤压材制备方法202011203225.93 一种轻量化汽车座椅骨架202011203249.44 一种镁合金蚀刻板的制备方法及镁合金蚀刻液202111143299.25 一种镁合金表面改性方法202111143466.36 一种高刚度阻燃镁基复合材料及制备方法202111120615.47 一种镁合金水杯制作方法202111120725.08 一种高强韧高导热镁合金及其加工方法2021114
18、57656.29 一种镁合金表面三元MgAlLa-LDHs膜层制备方法及应用202110840941.610 一种含LPSO相镁合金微弧氧化处理方法202111587199.911 一种镁合金表面改性方法202111143466.312 一种低成本高强阻燃镁合金及其制备方法202210125141.0 13 一种高强韧高耐热压铸镁合金及其制备方法202210149061.914 一种可快速高温固溶处理的铸造镁稀土合金及其制备方法202210242706.315 一种镁屑镁粉收集装置202221557942.616一种高强高导热镁合金及其制备方法202210677542.717一种增材制造用的高
19、强韧稀土镁合金丝材及其制备方法202210633466.X18一种镁稀土合金轮毂及其制备方法202210236823.919一种镁合金CaCO3转化膜处理剂202210237105.320一种低成本阻燃镁合金及其制备方法202210701350.521.镁技术研发能力建设 已申请镁相关发明专利清单截止2022年初,宝钢研究院已申请镁相关发明专利50余项,已授权20余项。2宝钢金属镁合金技术研发能力建设目录3镁基材料在汽车上的应用进展1宝武镁业发展现状简介 节能减排+电动化趋势下,车身轻量化成为重要趋势。轻量化材料/先进制造工艺/结构优化保障车身轻量化的实现。轻量化趋势下镁基材料应用前景广阔材料
20、密度加工性能比强度耐燃散热耐腐蚀阻尼性电磁屏蔽尺寸精度镁?铝/钢镁/铝/钢主要性能优势对比:汽车等交通工具轻量化时代,多材料应用是大趋势,随着镁基材料相关技术的升级,镁零部件将具有广阔应用前景。以汽车等交通工具为例,镁合金在汽车行业的应用进展 当前主要批产镁合金产品镁基新材料研发动态 镁压铸件开发现状 典型镁合金汽车压铸件已量产的零件正在开发零件有客户需求待开发零件镁基新材料研发动态 镁压铸材料及其零部件 低成本电驱壳体用耐热镁合金材料研发AZ91DAZ91D镁合金电驱壳体已量产装车镁合金电驱壳体已量产装车 镁电驱壳体优势:减重、减震降噪、电磁屏蔽。市场上镁电驱壳体应用案例:提供更好的耐热稳定
21、性能。镁基新材料研发动态 镁大型压铸件材料和工艺开发压铸机吨位(吨)数量(台)典型零件方向盘骨架、脚踏板支架、电池模组端板仪表盘骨架、中控支架、座椅骨架、电驱壳体42002车门内板、前端模块等68002后地板、前机舱9000计划中前地板、上车体总成中小型镁合金压铸件生产中大型镁合金压铸件生产大型镁合金压铸件生产公司拥有全覆盖吨位压铸机,可以覆盖全部镁合金汽车压铸件的制造。正在布局研发镁一体化成型大型铸件成套技术。压铸生产核心设备:压铸机资料来源:汽车之家,搜狐汽车,中信建投特斯拉Model Y一体化成型大型压铸件后车架(尺寸1.7mX1.5m)高强韧阻
22、燃变形镁合金材料研发高强韧阻燃变形镁合金材料研发成功控制该新型阻燃镁合金热裂倾向,实现该系合金半连续坯锭批量制备该阻燃镁合金材料通过美国联邦航空通过美国联邦航空管理局(管理局(FAA)镁合金阻燃性能测试)镁合金阻燃性能测试要求,要求,在920980火焰下4min没有发生燃烧,平均失重率低于0.1%。新合金状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%BMW01挤压3002508BMW02挤压26018013T6270240116061铝T6时效态2602408民航燃烧试验对比结果镁基新材料研发动态 新型挤压镁合金材料开发普通商业合金阻燃镁合金 紧固件选型拉铆螺母等的选型让连接变得简单 高强韧镁
23、合金挤压型材边框设计采用型材拼焊工艺,内部直角形状让空间利用率高 边框吊耳设计吊耳集成在边框上,能起到加强的作用 焊缝的设计采用搅拌摩擦焊和冷金属过渡焊工艺,满足焊缝强度和密封性要求 横、纵梁结构设计传力路径分布合理、确保箱体强度、刚度、耐久性 密封面设计平整、不变形镁基新材料研发动态 轻量化阻燃镁合金电池托盘开发镁合金型材电池托盘轻量化技术特点模态分析 镁电池托盘轻量化技术解决方案:已具备完整的轻量化阻燃镁合金型材电池托盘开发能力阻燃电泳处理较铝合金电池托盘减重约30%该结构铝、镁产品对比:铝合金方案质量:38kg镁合金方案质量:25kg合金成分合金成分成型工艺成型工艺屈服强度屈服强度/MP
24、a抗拉强度抗拉强度/MPa伸长伸长率率/%热导率热导率/Wm-1K-1AM50B高压压铸1102001060AZ91D高压压铸1502303550AZ91D半固态成型BMT01半固态成型-2808110BMT05半固态成型 半固态成型AZ91D屈服强度略高于压铸AZ91D,其伸长率是压铸态合金的2倍 新型半固态成型BMT01合金强度、塑性与压铸AZ91D相当,其热导率是压铸态AZ91D的2倍 新型半固态成型BMT05合金强度与压铸AM50相当,其伸长率翻倍,其热导率是压铸态AM50的1.5倍多。新型高强韧高导热镁合金设计及其半固态
25、挤压成型开发镁基新材料研发动态 新型半固态成型镁合金材料开发样品代号Rm(MPa)Rp0.2(MPa)At(%)BM2742099.5A12221363.1A22181402.2A32061282.4CMT CycleStep焊接试验焊接接头硬度分布FSW双面焊接试验镁基新材料研发动态 新材料焊接工艺开发镁基材料典型性能 镁合金材料的铆接性能由于镁合金材料相对铝合金比较脆,韧性不足,加工性能较弱,因此铆接成形效果不好。宝钢金属针对镁合金材料铆接开裂问题进行了许多研究,针对FDS和SPR铆接工艺开展了工艺优化工作,为镁合金推广应用提供支撑。连接材料连接方式峰值载荷kN吸能J失效模式2.0+2.0
26、镁合金涂胶9.69620.947胶脱开(陶氏)2.0+2.0镁合金涂胶9.36415.640胶脱开(陶氏)2.0+2.0镁合金涂胶8.79512.115胶脱开(汉高)2.0+2.0镁合金涂胶9.26115.867胶脱开(汉高)2.0+2.0镁合金SPR5.6067.663顶板撕裂(53H,DK10002)2.0+2.0镁合金SPR5.1907.437顶板撕裂(53H,DK10002)2.0+2.0镁合金涂胶+SPR9.64217.305底板撕裂(陶氏,53H,DK10002)2.0+2.0镁合金涂胶+SPR9.88118.207底板撕裂(陶氏,53H,DK10002)SPR连接结果分析:1.胶
27、接连接强度较SPR高;2.SPR连接易造成顶层板撕裂;3.SPR+胶接易造成底板撕裂,胶接+铆接对连接强度的增加并不显著。SPR胶接+SPR胶接+SPRSPR开裂镁基材料典型性能 镁合金材料的铆接性能连接方式峰值载荷(kN)失效模式1 2.5+2.5mm 镁合金FDS6.4螺钉杆从底层板材脱出2 2.5+2.5mm 镁合金FDS+胶接9.3螺钉杆从底层板材脱出3 2.5+2.5mm 镁合金胶接(DOW 1840C)15.8内聚力破坏FDS连接剖面(预开孔)FDS连接破坏形式FDS连接采用常规方法FDS铆接极易产生开裂,包络面成形质量不好,影响整体连接性能。根据FDS成型的5各阶段,优化轴向压力
28、,旋转速度,扭矩等参数,改善成型效果。优化后的镁合金FDS连接性能与铝合金基本接近。FDS开裂镁合金表面处理表面处理技术表面处理技术化学转化化学转化化学转化化学转化+涂装涂装(常用)(常用)微弧氧化微弧氧化电磁沉积涂层电磁沉积涂层复合盐涂层复合盐涂层耐蚀性中性盐雾一般2448h,不低于8级耐蚀性好500h耐蚀性好100h(未封闭)1000h(封闭)耐蚀性好1000h耐蚀性好1000h(封闭)结合力较好好好好好厚度(um)0.532020300401030膜层结构及特征网目状,中间过渡层致密膜层具有特定功能性微孔,表面粗糙,致密度较低致密膜层具有特定功能性微孔,表面磨砂感成本510元/平方米15
29、20元/平方米100400元/平方米50100元/平方米4060元/平方米优点处理工艺简单处理工艺简单易控,成本低成本低,应用广泛成本低成本低,可根据功能性功能性对膜层进行特征性定制极大提升膜层表面耐极大提升膜层表面耐蚀性、蚀性、耐磨性、抗冲击性和绝缘性极大提升膜层表面耐极大提升膜层表面耐蚀性、蚀性、耐磨性和绝缘性极大提升膜层表面极大提升膜层表面耐蚀性耐蚀性缺点质脆多孔,耐磨性、耐蚀性不太好,无法作为长期防腐层通常与涂装一起使用步骤多成本高、能耗高成本较高成本较高镁基新材料研发动态 新型表面处理工艺开发温度循环GB/T 2423.4湿热循环盐雾试验(1)按照GB/T 2423.18-2021严酷等级5进行盐雾试验,测试28天后无腐蚀。(2)按照GB/T 2423.4-2008,交变湿热循环,120h后漆膜与基体未剥离。(3)温度循环(-402)(852),80h后无腐蚀。镁基新材料研发动态 新型表面处理工艺开发Prospect公司地址:上海市宝山区同济路333号5号楼公司传真:+86 21 26099998 公司电话:+86 21 26099999公司邮箱: