铸造行业十三五技术发展规划纲要Word文档格式.docx
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1国内外发展现状及发展趋势
1.1国内发展现状及发展趋势
目前我国小型批量铸件已普遍采用造型线生产，并初步具备以典型产品为核心的质量技术体系。
但生产线主要设备制造水平偏低，生产线先进程度及技术含量有待提高。
我国铸钢市场也是产能过剩，由于受到劳动力、废钢和造型材料价格上升而铸件价格反而回落的影响，市场竞争越来越激烈，许多中小企业步履艰难，面临重新洗牌局面。
1.2国外发展现状及发展趋势
（1）完全的炉前快速检测，成分波动少，检测仪器性能稳定；
（2）很多企业采用精炼手段，并在铸型上采用过滤网，保证钢液纯净度；
（3）发达国家大批量生产的中、小型铸件的铸型，大多采用高紧实率的高压、高速、射压等高效流水线，采用树脂砂制芯，造型设备数控化率较高；
（4）发达国家普遍采用CAD、CAM等软件的集成技术，基本全部采用工艺模拟，工艺数据库已经很好应用；
（5）铸造原、辅材料质量和品种以及社会化、专业化、商品化供应方面已经日臻成熟；
（6）工业CT设备等先进检测设备逐步应用到产品检测中；
（7）大型铸钢件的冶金技术在向高纯度钢液技术发展，成分均匀性、内部缺陷、尺寸精准度等控制技术仍优于国内。
1.3国内外的差距
与工业发达国家相比，目前我国大型铸钢件生产在产品品种、工艺水平、质量等级以及制造装备等整体水平方面均存在着较大差距。
在大型核电设备中，主泵、核电汽轮机缸体等大型铸钢件多采用不锈钢材料，其质量要求极高，我国尚未掌握自主生产技术，基本依赖进口。
1.4问题分析与解决思路
针对国内外差距情况，问题主要在我国工程化数据薄弱，例如：
数值模拟虽然在铸造行业应用多年，但是一些核心算法以及工程参数还不够精细，造成分析结果不能准确指导生产。
在某些高端铸件熔炼过程中针对有害元素及成分标准内优化问题工程数据缺乏。
未建立起以服役条件为指导的质量及制造体系。
针对核电、燃机等领域用高端铸件，建立以高端质量为核心的研发及生产体系并形成数据积累机制以指导未来部件设计及制造，强化基础工程数据积累及相关技术固化并在行业内推广。
调整产业结构，增加高端铸件在整个铸钢行业的比重，转型升级或淘汰落后、污染严重、技术含量低的企业。
2发展目标
提高我国高端铸件生产水平、增加基础数据积累、优化产业结构。
（1）小件生产技术集成化，生产规模化；
（2）造型技术多样化；
（3）铸造用砂高温化；
（4）粘结材料化学化、自硬化、无毒化；
（5）铸件本体材料合金化；
（6）冶炼技术精炼化；
（7）工艺设计模拟化；
（8）热处理技术智能化；
（9）铸钢检测技术可视化；
（10）大型铸钢件生产技术高端化。
3发展重点
3.1技术路线
分别从铸钢件开发与应用领域、熔炼与铸造领域、热处理领域、装备制造领域、产业共性技术创新体系建设领域开展工作，构成合理技术路线。
3.2技术研究
（1）海洋工程用耐海水腐蚀双向铸造不锈钢材料；
（2）开展更多铸造双相不锈钢牌号在舰船上的应用研究；
（3）特大型合金钢铸锭的纯净、致密、均质铸造技术；
（4）超临界、超超临界蒸汽轮机高合金耐热钢铸件，百万千瓦水轮机转轮不锈钢铸件，第三代核电技术常规岛汽轮机组高合金钢铸件，海洋石油钻井平台、桥梁等重大工程配套铸钢件的研发及产业化；
（5）ZG1Cr10MoNiWVNbN等高合金耐热钢材料和C460等低温用铸钢材料工艺研究；
（6）大型铸钢件砂型（芯）的快速、低成本成形技术研究；
（7）节能降耗、再生和综合利用技术研究；
（8）大型铸钢件智能铸造工厂；
（9）大型曲面等异形件电渣熔铸成形技术；
（10）非均质砂型3D打印设备及工艺研究。
3.2.1共性技术研究
主要包括：
金属材料冶炼技术，铸造工艺，热处理技术，计算机模拟技术，微合金化技术。
特大型合金钢锭的纯净、致密、均质制造技术，曲面异形件电渣熔铸成形技术、大型冶金轧辊复合成形技术、非均质砂型3D打印工艺技术。
3.2.2关键技术研究
高效率、高适应性、高纯净度钢液精炼技术和智能化AOD精炼系统；
高效、节能、环保的铸件热处理及后处理技术和自动化系列装备；
大型铸钢件3D无模造型技术及装备；
高温合金燃气轮机叶片精铸芯壳制造技术与凝固梯度控制技术；
大型二维电渣板坯制造技术；
高品质大型冶金轧辊制造技术。
4重点项目
4.1工程目标
水电、核电、冶金轧机、超超临界燃煤、大型船舶（含军用舰船）、大型冶金设备、高速机车等。
4.2工程内容
第二代半到第三代核电项目配套常规岛汽缸、阀体、隔板等大型铸钢件，AP1000、CAP1400、CAP1700装备国产化；
单机容量在70～100万千瓦大型水轮机组乌冬德、白鹤滩等发电设备配套叶片、上冠、下环等不锈钢铸件；
超临界、超超临界电厂建设项目配套低合金钢外缸和高合金耐热钢阀门及内缸铸件；
大型桥梁、石油钻井平台、矿场建设等工程项目配套机架、壳体、端盖等大型碳钢铸件；
大功率船用发动机设备配套铸钢件；
高铁用高速大功率机车铸钢件。
5政策建议
建议在钢液冶金质量提升、新型造型材料应用、计算机辅助设计、绿色制造等几大领域给予支持，对某些高端领域实现以高端铸造方法代替锻造及其他制造方法的工程化评价给予支持。
第2章铸铁
铸铁量大面广，企业近2万家，2014年我国铸铁件产量为3380万吨（其中，灰铸铁2080万吨，球墨铸铁1240万吨，可锻铸铁60万吨），占当年铸件总产量4620万吨的73.2%；
球墨铸铁在铸件中所占的比重由2004年的25%增至2014年的26.8%，球墨铸铁与灰铸铁的比例由0.497上升到0.596。
我国铸铁行业在原辅材料、工艺装备、生产技术、检测控制等方面均已具备生产高端铸铁件的能力。
（1）质量控制和检测（特别是在线检测）水平稳步提升；
（2）原辅材料供应品种和质量有了很大改善；
（3）计算机CAD、CAM、CAE和炉前热分析等技术手段日益受到重视，应用逐步增加；
（4）部分骨干企业的规模、装备和技术水平已达到世界一流水平，并在国际竞争中取得明显优势；
（5）部分产品的性能达到了国际先进水平；
（6）高铁机车转向架轴箱、变速箱、电机壳等零件，风电轮毂、底座和数控机床横梁等关键零部件已批量生产和应用；
（7）年产铸铁件万吨以上、生产设备较先进、质量较稳定的厂已达上百家，多采用电炉或冲天炉-电炉双联熔炼，配有炉前氮氢氧测定仪、真空直读光谱仪和扫描电镜等先进的设备和检测手段；
（8）一大批企业使用了国际水平的熔化、造型和检测设备。
工业发达国家的铸件产量已从金融危机中恢复过来，铸造厂的任务饱满，生产规模和专业化程度高，铸件综合质量和技术经济效益好。
主要表现在：
（1）普遍采用CAD/CAE/CAM，重视通过产品数值模拟和建立生产基础数据库等进行产品和工艺的前期优化设计，实现产品研发设计数字化，铸造自动化水平普遍较高；
（2）在造型、制芯方面，采用机械手，用视觉系统监控组芯过程，铸件尺寸精度高，加工余量小；
（3）在铁液熔炼方面，除了采用光谱分析之外，重视采用热分析技术，对炉前铁液质量进行精确控制，包括化学成分如碳含量、硫含量等，同时测量铁液的N、H、O含量，铁液质量稳定，化学成分波动小；
（4）采用电炉熔炼、喂丝法球化和孕育处理工艺，整个熔化、球化和孕育处理过程连贯，数字化程度高，没有镁光烟尘；
（5）通过微量合金化和特殊的铁液处理技术，能够稳定控制铸件的组织和性能，内在质量好、精度保持性好；
（6）排放低，环保达到国际先进标准。
“中国制造2025”已经公布，它的终极目标是把互联网、物联网引入制造业，使产品的生产达到高技术、高质量、高效率、智能化。
未来铸造行业的发展趋势是向大型化、轻量化、精确化、智能化、数字化、网络化及清洁化的方向发展，而技术含量高的高端铸铁件将成为发展方向。
1.3国内外的差距
国内铸铁厂除了多而分散、产能过剩、两极分化外，与工业发达国家相比，差距主要表现在：
（1）质量的稳定性、一致性差是我国铸铁件生产的突出问题：
相同碳当量，灰铸铁强度低1级；
铸件尺寸精度低1-2级，表面粗糙度差1级；
废品率高，铸件的缩孔、缩松和变形问题日益突出；
铸铁件的弹性模量和残余应力等指标，长期未列入验收范围；
（2）铸铁行业专业化生产程度不高，数字化、智能化水平低；
（3）大型、厚大断面、高端铸铁件的质量控制技术有待提高；
。
（4）蠕墨铸铁应用存在差距；
（5）10t/h以上大型热风水冷连续式冲天炉的国产化及应用；
（6）环保意识差，污染大、操作人员劳动强度大。
加强新材料、新工艺和新技术的研发和推广应用。
提升企业的数字化、智能化水平，采用先进的管理软件和方法。
加强产品结构、产业结构调整，实现产品专业化和经济规模化。
注重人才培养、加强自主创新。
轻量化、清洁化生产，走可持续发展的绿色铸铁行业发展之路。
2.1铸铁行业规模
铸铁产量持平或略有增长（其中，普通灰铸铁产量减少，球墨铸铁、蠕墨铸铁产量增加），铸铁材质结构持续改善。
各材质铸铁件产量目标，见表1。
表1各材质铸铁件产量目标
年份
铸铁件产量/万吨
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
蠕墨铸铁
产量/万吨
占比/%
2014
3380
2080
61.5
1240
36.7
60
1.8
2020
3500
1920
55
1450
41
2
70
2025
3600
1700
47
140
4
铸铁企业数量：
从目前1.7万家到2020年减少到1万家左右，到2025年达到6000家左右。
企业平均产量规模：
到2020年，从1926吨/家增加到3500吨/家；
2025年，平均规模为6000吨/家。
2.2铸铁种类
到2020年，球墨铸铁件年产量占铸铁件总产量的比例达41%以上，球墨铸铁与灰铸铁之比达到0.75，ADI铸件年产量占球墨铸铁件产量5%以上，蠕墨铸铁产量达到70万吨，高端铸铁件占铸铁件产量的20%以上。
到2025年，球墨铸铁件占铸铁比例达到47%以上，球墨铸铁与灰铸铁之比达到1.0，ADI件年产量占球墨铸铁件产量10%以上，蠕墨铸铁产量达到140万吨，高端铸铁件占铸铁件产量的25%以上。
2.3技术进步、自主创新
（1）掌握大型及关键设备零部件的铸造技术，实现国产化率98%以上。
（2）实现核电、轨道交通和汽车等关键、复杂、高精度铸铁件的批量生产。
3发展重点
（1）通过对大型及关键铸件生产中关键技术的研究，掌握生产的核心技术，并将技术加以推广应用，从而提升我国铸铁行业的整体制造水平。
（2）开展新材料的研发和机理研究，进而掌握高性能新材料的制备技术和相关理论知识，并针对新材料制定相应标准，提升我们的行业地位。
（3）针对提高铁液质量开展研究，掌握铁液精炼和净化技术，以及高效稳定的球化、孕育工艺及检测手段。
3.2技术研究
3.2.1关键技术研究
我国高档数控机床、核电、高铁、机器人等战略新兴产业的发展对铸件的质量、可靠性、精度保持性和可追溯性等提出了新的、更高要求，需要加强关键技术研究。
（1）超大断面球墨铸铁件技术与装备研究，超大断面球墨铸件指重量超过100t,壁厚在300mm以上，要求组织：
球化级别2~3级，铁素体含量≥90%，碳化物+磷共晶≤0.5%；
如QT400-18材质铸件的性能指标要求在-40℃的冲击功≥12J。
解决百吨级球墨铸铁核废料罐（要求断裂韧性KIC≥50N/mm2·
m1/2）生产所需的技术与装备问题；
（2）高精度及精度保持性高的机床床身铸件批量生产技术研究；
（3）开发数字化铸铁车间制造执行系统，建设数字化示范车间；
（4）蠕墨铸铁在线检测与控制技术研究；
（5）等温淬火球墨铁件（要求等温淬火时盐浴槽温度波动范围在±
5℃之内）稳定生产技术与装备研究；
（6）铸铁材料、铸造工艺数据库系统的研究与推广应用；
（7）10t/h以上大型热风水冷连续式冲天炉研制与生产应用；
（8）大型、复杂、精密、低成本铸铁件制造技术的集成创新。
3.2.2共性技术研究
（1）材质方面。
研发高性能的新材料，除开发新产品外，还应加强对铸铁技术基础理论的研究，形成完整的理论、技术以及生产资料，主要有：
硅强化铁素体球墨铸铁；
等温淬火球墨铸铁（ADI）；
蠕墨铸铁；
高强度高韧性珠光体球墨铸铁；
高强度低温高韧性铁素体球铁；
高强度高弹性模量低应力灰铸铁；
特种性能要求铸铁，如耐磨、耐热、耐蚀、-190℃超低温铸铁及功能材料等；
建立完善的铸铁材料数据库，为机械设计师等提供全面可靠的数据，选择最佳材料。
（2）工艺方面。
研究近净成形工艺，提高铸件的精度和表面质量；
确保铸件轻量化的造型与制芯工艺；
采用不同工艺措施提高铁液质量，获得高温、纯净铁液；
完善“短流程”熔炼工艺，使高炉铁液直接应用于铸管等铸件的大批量生产；
提高生产过程数字化和智能化水平来提高铸件产品质量稳定性和一致性；
建立行业通用或针对企业生产实际的铸造工艺管理数据库。
（3）质量方面。
加强企业对工序技术规范的制定以及以后智能化生产可用的生产数据的记录、管理、分析等，建立生产过程数据管理与分析系统；
加强铸铁件应力与变形的研究，逐步把弹性模量和残余应力等指标纳入验收范围；
完善对高端铸件产品的质量控制指标;
重视铸件表面缺陷修复技术的研究。
4重点项目
4.1重点项目
重点项目见表2，主要应用在高档数控机床、核电、高铁、机器人等战略新兴产业所需要的高性能铸件及其关键制造技术。
表2重点项目
序号
项目分类
内容
1
高性能铸铁材料与工艺
高强度高塑性球墨铸铁材料研究
硅强化铁素体球墨铸铁研究
高强度低温高韧性铁素体球墨铸铁材料研究
等温淬火球墨铸铁（ADI/CADI）材料研究
合金蠕墨铸铁的研究
高强度高弹性模量低应力灰铸铁材料研究
铸铁材料数据库系统的研究与推广
高质量纯净铁液熔炼技术
炉前铁液质量检测与控制技术
铁液精炼、过滤、净化技术
清洁、高效稳定的球化、孕育工艺及精确加入技术
3
铸件质量管理与控制技术
残余应力的检测装置改进与推广
弹性模量等关键性能指标的精确检测方法研究
时效处理工艺和设备的优化改进
等温淬火热处理装备的开发
蠕墨铸铁在线测控装备的研发
缺陷防止与表面修复技术
铸件产品的缺陷管理与分析系统的推广
铸件表面修复技术与设备自动化的研究
4.2重点产品
百吨级球墨铸铁核废料罐；
核电、轨道交通、高铁用高档球墨铸铁件；
高档数控机床用高精度及高精度保持性机床铸铁件；
高气密性液压铸件；
-50℃及以下低温球墨铸铁件；
ADI齿轮和曲轴；
8MW风电铸件；
长20m左右大型机床铸件；
蠕墨铸铁发动机缸体、缸盖、制动盘、制动鼓；
大型船用发动机机体；
大型燃气轮机铸铁件。
5政策建议
（1）继续实施智能装备制造发展专项等科研政策，支持铸造行业数字化车间、数字化工厂建设，推进铸铁行业的重点领域和重点企业的发展。
（2）推广标杆企业的先进技术和经验，提升铸铁企业的整体水平。
（3）重视铸铁行业的作用和地位，对生产中亟需解决的共性问题应给予支持、立项。
第3章铸造有色合金
铸造有色合金，是用以浇注铸件的有色合金，是铸造合金中的一类。
在航空、航天、船舶、汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲等领域有着广泛的应用。
目前应用最为广泛的是铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和高温合金。
因为这五种合金的成分、密度、熔点差别巨大，熔炼和铸造过程完全不同，所需设备和造型材料也不一样，因此以下内容按照合金种类分别叙述。
铝合金：
精炼处理方面，开发出“氩气旋转喷吹精炼技术”，除气效果更好，更环保、更安全，有效提升冶金质量；
开发出稀土-惰性气体（氩）联合去气新方法。
变质处理方面，研制成功的Na盐和Ba盐复合长效变质剂，P酸盐-Sr盐复合变质处理，具有变质见效快，效果好，抗衰退能力强的优点。
新材料方面，研发成功了颗粒增强SiCp铝基复合材料。
新技术方面，半固态铸造技术中的浆料制备和成形方面有所突破，喷射成形仍处于前期研究阶段，电磁铸造能细化晶粒和提高表面质量，提高铝合金的固溶度。
铜合金：
国内许多单位研究Cu-Cr-Zr系新型高强高导铜合金接触线，突破合金成分设计、非真空下合金的熔炼、非真空下大盘重铸坯的铸造、铸坯的变形和相关热处理等难题。
已经取得较大的突破，部分产品已经应用于京-沪高铁。
CuNi10Fe铜镍合金，以其良好的耐海水腐蚀性能和抗海生物污损性能应用于海水管路系统。
镁合金：
开发了多种高性能稀土镁合金材料，航空航天用高强耐热Mg-Gd-Y-Zr系镁合金材料在性能方面已经达到国际先进水平。
在镁合金熔体净化方面，开发了新型非熔剂保护熔炼技术和稀土元素添加工艺，开发新型镁合金陶瓷过滤技术及相关装置，开发了镁合金吹气净化技术和相关装置。
开展了超轻镁锂合金的研究。
钛合金：
开发了TC21高强韧钛合金，为今后吨级工业规模铸锭棒材的研制奠定了坚实基础。
我国研制出近α型船用耐蚀钛合金Ti75、Ti31、Ti-B19、Ti91、Ti70和Ti80。
我国自行开发的高Nb钛铝合金也开始应用。
高温合金：
研制了燃气涡轮发动机用抗腐蚀定向凝固柱晶合金。
目前，正在研制第二、三代定向凝固柱晶合金。
北京航空材料研究院研制了第三代单晶高温合金DD9，该合金的力学性能与国外第三代单晶高温合金力学性能相当，并开始探索第四代单晶高温合金。
整体来看，我国在上述五种材料方面开展了大量的研究，整体向着高强、高韧性、高性能和高附加值方面发展。
铝合金和镁合金还向着更轻、质量更高的方向发展，铜合金向着更耐磨、更耐腐蚀的方向发展，钛合金和高温合金向着使用温度更高、成本更低的方向发展。
开发了系列合金和相应的铸造工艺，某些点上达到国际先进水平，整体面上还是以跟踪为主。
1.2国外发展现状及发展趋势
精炼处理，国外出现了一种旋转喷射熔剂法，集精炼处理、钠变质处理、磷晶粒细化处理等于一体，且对环境无不利影响，成本费用适中。
美国Almex公司采取了惰性气体就地预热、惰性气体对铝液进行摩擦搅拌、防止气泡聚集等措施，达到净化效果，已用于航空航天合金领域。
变质方面，国外用P-RE复合变质处理活塞用Al-Si合金。
新材料方面，7085铝合金是Alcoa公司成功研制的一种新型超高强铝合金。
德国、西班牙等欧洲国家用的是铜镁合金接触线，采用水平连铸加轧制的工艺制造；
法国等普遍使用铜锡合金接触线，采用连铸连轧加工工艺；
日本在高速电气化铁路建设，铜合金接触线研究方面处于先进水平。
高强耐热镁合金是国外的重点研究方向，IBM公司加工的镁锂合金应用在SaturnV火箭计算机室和双子座宇宙飞船上，在军事上DOW公司开发Mg-14Li-1.5Al-0.08Mn用于加工M113军用运输车的壳体。
镁锂合金还被德国、日本等国的科学家开发用于医疗器械、电子产品等用途。
波音777上惠普4084发动机和空中客车A-330的惠普4168发动机的塞子及喷嘴使用的也是β-21S,高强度铸造钛合金β-21S的应用使每架波音777飞机减重大约74kg。
另外，超音速民航机设计巡航速度为2.14马赫,载客300人，还将使用高强度钛合金Ti6-22-22S。
在低温钛合金的开发方面美国后来居上，开展了钛合金低温力学性能方面的系统研究，现处于世界领先水平。
国外定向凝固柱晶合金已由第一代发展到第三代，其性能水平不断提高，其所
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