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从产业链角度,看镁合金材料在汽车领域受热捧的内在逻辑

摘要:依据镁合金对铝合金的替代,我们认为镁在汽车上的应用将至少达到铝的水平,随着镁合金铸造工艺的提升和燃油消耗压力的增加,镁合金在汽车上大量应用的经济性将逐步凸显,全球单车用镁量将持续提升,单车用镁潜力将达100kg。预计到2020年,欧美日汽车用镁合金的市场需求是77万吨,国内需求为8—10万吨。

    一、国家政策支持镁合金及其深加工业发展

    镁合金具有多种性能优势,被誉为“21世纪绿色工程材料”。自2000年以来,我国对镁及镁合金行业的支持力度开始加大。2001年,科技部正式启动“十五”科技攻关重大专项“镁合金应用开发及产业化”,这是我国在国家层面上首次针对镁材料研发开展的专项支持。此外,863计划、973计划也对开发高性能镁合金材料及应用技术进行了支持。2014年,工信部的转型升级强基工程实施方案,对高强镁合金的两个项目,即云海金属的高强镁合金及其变形加工产品实施方案,及山西银光的高强镁合金板材实施方案进行支持。

    我国将大力发展精深加工产品,其中,在镁及镁合金方面,将以开发生产汽车、高速列车及轨道交通车辆、电子信息、国防科技工业、电动工具等领域应用的大截面型材、板材、大型压铸件为重点,采用产学研用相结合,通过增强创新能力及示范工程建设,加快高性能、低成本镁合金及深加工技术及产品研发,实现重大关键共性技术突破,建立以镁合金铸件、型材、锻件、板材为主体,终端产品相配套的完整产业化体系。

    二、镁产业链

    目前,世界上的镁主要用于镁加工材、铝合金添加剂、钢铁脱硫和球墨铸铁等领域,其中镁材是镁的最大用途。

    镁在炼钢等领域具有重要用途。如镁作为生产铝合金的重要添加元素,能够提高铝的热强度、增强可焊性、抗腐蚀性和改善其机械性能。镁用于钢铁脱硫,可使钢的含硫量降到0.003%,可明显改善钢的可铸性、延展性、焊接性和强度韧性,而且镁脱硫还有耗时短,铁水降温少等优点;镁用于球墨铸铁,可使生铁中的鳞片状石墨体球状化,进而使生铁的机械强度增加1-3倍;镁还被用作生产钛、锆、铪等金属的还原剂等。

    据统计,镁加工材占全球镁消费的40%左右,铝合金(约30%)及钢铁脱硫需求位紧随其后。其中镁加工材通常都是以镁合金为原料,经压铸等加工方式后,主要以铸件的形式应用于汽车零部件等领域。

    三、镁合金在汽车领域的应用

    目前,镁合金主要用于国防、航天、航空、汽车和3C产业等领域,成为这些领域重要的结构材料。在这些下游需求中,汽车行业需求约占70%、3C行业占比20%,航空航天及其他行业占比10%。在此,我们单讲汽车领域镁合金材料的应用。

    (一)汽车轻量化和智能化已成为全球汽车产业技术发展新趋势

    近年来随着全球节能减排压力加剧,各国纷纷制定严格乘用车燃料消耗量标准法规,对乘用车燃料消耗量及对应的CO2排放提出更加严格的要求,汽车的轻量化更是世界汽车的发展趋势。尤其是中国,2015-2020年汽车燃油消耗降幅明显大于其他国家,燃油排放压力更大。


    (二)降低汽车整车质量,是汽车轻量化最有效途径

    轻量化提升汽车经济性:据测算,汽车自重每减轻10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车整车质量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3-0.6升。如果每辆车能使用70kg镁,CO2的年排放量就能减少30%以上。汽车轻量化有助改善汽车操控性能,如汽车的加速度提高,车辆控制稳定性、噪音、振动方面也均有改善。轻量化提升汽车安全性能:如汽车减重后,惯性降低,制动距离减小,汽车的安全性能由此提升。

    镁合金是汽车工业最有应用潜力的金属材料。镁合金重量轻、吸震性能强、铸造性能好,自动化生产能力和模具寿命高、尺寸稳定,作为最轻的工程材料,镁合金不仅是最适合铸造汽车零部件的材料,也是最有效的汽车轻量化材料。

    (三)汽车用镁合金蓬勃崛起,替代铝合金空间巨大

    从汽车轻量化发展看,大量采用轻质材料是目前汽车轻量化发展的主要方向。汽车轻量化材料经历了铸铁铸件到铝合金压铸件的替代过程,铝合金在金属密度上明显轻于铸铁,且随铝合金压铸工艺不断提升,在壳体件上逐渐替代铸铁。但是汽车轻量化是永无止境的,随着更轻材料的发现及工艺提升,材料替代将不断上演,目前以镁合金为代表的更为轻质材料将逐渐替代铝合金在汽车上的应用。



    (四)汽车单车用镁量较低,镁合金汽车零部件发展潜力巨大

    目前北美地区每辆汽车使用镁合金3.8kg,日本为9.3kg,欧洲PASSAT和AudiA4上每辆车使用镁合金达到14kg,而国产汽车每辆用量平均仅1.5kg。从镁合金的替代潜力来看,在壳体、内饰件等方面镁合金零部件潜在替代质量达189公斤,使用镁合金的量则可以达到103.2KG,可减轻汽车重量85KG。

    结论:依据镁合金对铝合金的替代,我们认为镁在汽车上的应用将至少达到铝的水平,随着镁合金铸造工艺的提升和燃油消耗压力的增加,镁合金在汽车上大量应用的经济性将逐步凸显,全球单车用镁量将持续提升,单车用镁潜力将达100kg。预计到2020年,欧美日汽车用镁合金的市场需求是77万吨,国内需求为8—10万吨。 
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