鎂合金性能優(yōu)異、資源豐富,是符合輕量化、低碳趨勢的重要工程材料。鎂合金在材料性能及加工性能方面都存在一定的優(yōu)勢,而且全球的鎂資源非常豐富,中短期內(nèi)無短缺之虞,在傳統(tǒng)的金屬材料由于資源稀缺導(dǎo)致價格不斷上漲而使用成本日趨增加的背景下,鎂金屬被認為繼是鋼鐵,鋁合金之后的第三大金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂合金最大的優(yōu)勢在于質(zhì)輕,在“綠色經(jīng)濟”不斷深化的時代,鎂合金的應(yīng)用空間非常廣闊。
鎂合金應(yīng)用現(xiàn)狀及制約因素。1、現(xiàn)狀:進入21世紀以后,原鎂(鎂金屬)消費才進入快速增長期,2007年全球原鎂消費量達82.3萬噸,2004-2007年均增長率20.5%,受金融危機影響,2009年下降到63.75萬噸。從原鎂的消費結(jié)構(gòu)大致可分為兩類:(1)非工程結(jié)構(gòu)材料,主要包括鋁合金元素添加、煉鋼脫硫、還原海綿鈦、鎂陽極等,這部分屬于原鎂消費的傳統(tǒng)領(lǐng)域,占比60%以上;(2)工程結(jié)構(gòu)材料,主要指鎂合金,終端消費集中在汽車、3C領(lǐng)域,目前占比不到40%,全球消費量不到30萬噸,是原鎂消費增長最快、未來空間最大的領(lǐng)域。2、制約因素:目前鎂合金的消費量還很小,主要是受到了以下幾方面因素的制約:鎂合金材料及加工性能存在一定的不足;鎂合金牌號少,難以滿足不同產(chǎn)品對材料的要求;塑性成形工藝的生產(chǎn)效率、成材率還待進一步提升;鎂合金冷加工技術(shù)還待成熟;鎂廢料的回收成本高。但是隨著對鎂合金研究的深入,這些制約因素已經(jīng)或?qū)⒅饾u獲得突破。
低碳經(jīng)濟將加快汽車輕量化進程。1、交通領(lǐng)域消耗石油60%左右,汽車燃料60%消耗在汽車自重上。國際能源機構(gòu)數(shù)據(jù)表明,全球57%的石油消費在交通領(lǐng)域,預(yù)計到2020年占比將上升到62%以上;為減少汽車二氧化碳的排放,世界各國都制定了嚴格的汽車排放和燃料經(jīng)濟性法規(guī)。據(jù)統(tǒng)計汽車使用燃料的60%消耗在汽車自重上,如果汽車減重10%,其燃油消耗可降低6-8%,碳排量也隨之大幅降低。
2、鎂合金在汽車輕量化上的應(yīng)用空間很大。各國汽車制造商積極進行汽車輕量化,歐美各車廠計劃到2020年,汽車減重15%左右;美國汽車材料協(xié)會(USAMP)預(yù)計到2020年北美生產(chǎn)的每輛汽車鎂合金用量達到約160公斤。相對于歐美等國,我國自主轎車平均比發(fā)達國家同類轎車重8%-10%,汽車輕量化的潛力更大;據(jù)尚輕時代調(diào)查,國內(nèi)主要的汽車企業(yè)都制訂了未來擴大用鎂合金的計劃。
電動汽車推廣將加速汽車輕量化材料的應(yīng)用。1、經(jīng)濟性也是制約鎂合金在傳統(tǒng)汽車上推廣的因素之一。目前鎂合金在汽車上應(yīng)用的制約因素,除了鎂合金價格和性能之外,全生命周期的經(jīng)濟性也是主要因素。根據(jù)MIT Roundtable的研究成果表示,由于輕量化汽車零部件的制造成本要更高,對于傳統(tǒng)汽車來說,輕量化導(dǎo)致汽車壽命期間節(jié)省的燃料并不足以抵消額外增加的制造成本;即使考慮到二次輕量化的因素,也只有當(dāng)油價上漲到4美元/加侖時,鎂合金零部件輕量化節(jié)省的燃油費才能夠覆蓋額外增加的制造成本,消費者才有購買意愿。2、鎂合金在電動汽車上應(yīng)用更具經(jīng)濟性。目前電動汽車面臨的一大問題就是笨重的電池增加了汽車重量,從而制約了電動汽車的性能,所以汽車輕量化也被認為是電動汽車的核心技術(shù)之一。根據(jù)MIT Roundtable的研究成果表示,如果電池成本在5000美元,節(jié)省的電池和用電成本能夠完全抵消額外增加的制造成本,那么使用鎂合金進行輕量化設(shè)計就具備經(jīng)濟性。據(jù)公開資料,目前特斯拉典型電池包成本為36000美元,通用VOLT電池成本為10000美元,日產(chǎn)LEAF為14000美元,比亞迪F3在50000元人民幣以上,均遠高于5000美元。所以,隨著電動汽車的推廣,在電池技術(shù)尚未出現(xiàn)質(zhì)的提升之前,鎂合金等輕量化材料將得到快速的增長。
白云石礦的資源價值將隨著鎂金屬應(yīng)用量的增加而提升。1、鎂資源下游應(yīng)用廣泛,包括鎂質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)化工材料和金屬鎂及鎂合金三大產(chǎn)業(yè),不僅僅用于提煉鎂金屬;而且提煉鎂金屬對于鎂礦品質(zhì)的要求比較高。2、鎂冶煉技術(shù)主要分為熔鹽電解法(簡稱電解法)和硅熱法兩種,但是由于成本的原因,目前采用白云石作為原料的皮江法是最具競爭優(yōu)勢的生產(chǎn)工藝,而采用菱鎂礦或者鹵水作為原料的電解法由于成本較高紛紛被迫停產(chǎn),目前菱鎂礦主要用于生產(chǎn)鎂質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)。3、而根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的觀點,適用于皮江法煉鎂的白云石資源并非人們想象中的那么豐富。目前由于市場規(guī)模較小,白云石僅占原鎂成本的3%-4%左右,這個比例遠低于鋁、鐵等。但是我們認為隨著金屬鎂應(yīng)用范圍的不斷增加,鎂礦特別是皮江法適用的白云石礦資源價值必將得到逐步提升。在目前白云石礦資源價值較低的時候“跑馬圈礦”的企業(yè),在未來的競爭中必將更具優(yōu)勢。