攻克“卡脖子”難題 鋁鋰合金國(guó)產(chǎn)化已在路上

　　“航空航天領(lǐng)域超輕量化的金屬材料——鋁鋰合金，我們國(guó)家一直被美國(guó)全方位封鎖和限制，特別是軍用飛機(jī)、運(yùn)載火箭、航天飛行器等國(guó)防領(lǐng)域應(yīng)用的鋁鋰合金對(duì)中國(guó)是禁運(yùn)的。”日前，中南大學(xué)教授、航天結(jié)構(gòu)專家、湖南中創(chuàng)空天新材料股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中創(chuàng)空天”）總經(jīng)理黃誠(chéng)告訴筆者，“唯一開放、能夠少量進(jìn)口的渠道，就是民用飛機(jī)——國(guó)產(chǎn)客機(jī)Ｃ919機(jī)體采用的鋁鋰合金材料，但也面臨著被美國(guó)斷供的風(fēng)險(xiǎn)?！?br/>

　　受限于此，即使不久前發(fā)射了天問一號(hào)火星探測(cè)器的新一代長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭，也沒能用上鋁鋰合金材料，無(wú)奈退而求其次，采用主流的鋁銅合金，導(dǎo)致運(yùn)載能力一直捉襟見肘。

　　無(wú)米難為炊。沒有材料做基礎(chǔ)，后續(xù)的結(jié)構(gòu)件的制造就難以成炊，這對(duì)于航空航天軍用裝備來(lái)說是最致命的。

　　目前，我國(guó)雖然已經(jīng)制造出芯級(jí)直徑為5米的火箭，但是還沒有10米直徑的重型運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)件制造能力；把“卡脖子”的鋁鋰合金材料用到10米直徑的重型運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)上，并且實(shí)現(xiàn)超大直徑結(jié)構(gòu)的形性協(xié)同制造，高水平高可靠地降低箭體重量，可以大幅度提升進(jìn)入空間的能力。

　　此項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)難題，湖南正在勇挑重?fù)?dān)，有望在3年內(nèi)打破國(guó)際壟斷。

　　探究：制造大國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈里的又一短板

　　鋁是地球上含量最豐富的金屬元素，高于鐵，具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、易循環(huán)再回收利用的優(yōu)勢(shì)，鋁及鋁材被廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，我國(guó)鋁及鋁材的制造已經(jīng)迅速發(fā)展成為世界第一大制造國(guó)。

　　然而，深入探究，當(dāng)下，國(guó)內(nèi)的鋁合金材料行業(yè)正上演著冰火兩重天的怪象：一方面，中低端的鋁合金材料加工如火如荼，產(chǎn)能普遍過剩；另一方面，部分高技術(shù)含量、高精度、高質(zhì)量的鋁合金嚴(yán)重依賴進(jìn)口，甚至被歐美主要的生產(chǎn)廠商壟斷。

　　對(duì)此，中南大學(xué)教授、輕合金材料專家黃元春分析指出，由于中國(guó)鋁工業(yè)起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后，且自主創(chuàng)新力不足，新合金研發(fā)基本是跟蹤國(guó)外產(chǎn)品，加上國(guó)外對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行封鎖，導(dǎo)致我國(guó)中低端鋁材產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，多種鋁材過剩；同時(shí)，對(duì)于航空航天、國(guó)防軍工、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的高端鋁材仍處于不穩(wěn)定生產(chǎn)或者成品率低的狀態(tài)，甚至部分鋁材還不能制造，尤其在超大規(guī)格的2XXX系、7XXX系高端鋁材的高綜合性能制造技術(shù)方面長(zhǎng)期處于瓶頸。

　　民用領(lǐng)域，汽車用的高端鋁合金板，高鐵、地鐵的列車車體用的高端鋁合金材料，絕大部分都依賴進(jìn)口。裝備制造供應(yīng)鏈上游的材料短板也在產(chǎn)業(yè)企業(yè)界取得了共識(shí)。8月21日召開的湖南省屬國(guó)有資本布局優(yōu)化和結(jié)構(gòu)調(diào)整座談會(huì)上，中車株洲電力機(jī)車有限公司副總經(jīng)理、財(cái)務(wù)總監(jiān)熊銳華，中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司黨委副書記、執(zhí)行董事賀勇軍等都不約而同地提出了裝備制造業(yè)核心零部件的短板問題，建議政府加強(qiáng)支持核心零部件的研制和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　值得注意的是，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局在2018年11月公布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類》2018版，新增了新型鋁合金制造、高品質(zhì)鋁鑄件、鋁鍛件和鋁型材制造類目。高端的鋁合金新材料短板，被國(guó)家上升到了更高的高度。

　　追溯：鋁鋰合金為何備受美歐國(guó)家器重和封鎖

　　鋰是自然界最輕的金屬元素，研究表明，在鋁合金中每加入1%的鋰，可使鋁合金密度降低3%，模量提高6%。與傳統(tǒng)航天通用的高性能2系、7系鋁合金相比，鋁鋰合金具有質(zhì)量更輕，模量更高，更易實(shí)現(xiàn)航天裝備的高可靠、輕量化制造。

　　數(shù)據(jù)顯示，航天運(yùn)載器每減輕1kg，其發(fā)射費(fèi)用可節(jié)省約2萬(wàn)美元。上世紀(jì)90年代，美國(guó)航天飛機(jī)超輕貯箱使用2195鋁鋰合金替代2219合金實(shí)現(xiàn)減重3.4噸，可以使發(fā)射成本節(jié)省6800萬(wàn)美元，按照當(dāng)時(shí)的匯率計(jì)算，相當(dāng)于節(jié)約了至少5.5億元。

　　因此，針對(duì)在航空航天、軌道交通、船舶運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域的急迫減重需求領(lǐng)域，鋁鋰合金的應(yīng)用能夠帶來(lái)相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　“輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度，就憑這些優(yōu)點(diǎn)，所有的交通運(yùn)輸都推崇這個(gè)材料?！秉S元春一語(yǔ)中的，此外，鋁鋰合金具有卓越的抗腐蝕性能和耐疲勞特性，又利于延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

　　作為目前世界上最先進(jìn)的鋁合金材料，鋁鋰合金已經(jīng)發(fā)展到了第四代。然而，由于鋰元素特有的化學(xué)活性高、密度低等物理性質(zhì)，導(dǎo)致鋁鋰合金從成分設(shè)計(jì)、熔鑄、塑性成形到熱處理，各個(gè)環(huán)節(jié)的加工難度和技術(shù)復(fù)雜性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它鋁合金材料。全球目前只有5家企業(yè)可以生產(chǎn)鋁鋰合金：美鋁、俄鋁、法鋁、加鋁和中鋁。

　　中國(guó)中鋁旗下西南鋁業(yè)擁有國(guó)內(nèi)唯一的一條鋁鋰合金生產(chǎn)試驗(yàn)線，但仍面臨著成品率低、制造成本極高的尷尬，且不能實(shí)現(xiàn)批量化穩(wěn)定生產(chǎn)。

　　進(jìn)入2000年以后，中南大學(xué)科研攻關(guān)突破了2195鋁鋰合金成形技術(shù)，性能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過10多年的發(fā)展，目前我國(guó)2195鋁鋰合金的制造技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但要完全追趕上美歐國(guó)家，還需要一個(gè)工程化產(chǎn)業(yè)化的過程。

　　科研土壤：湖南加速培育高端鋁合金新材料產(chǎn)業(yè)鏈

　　筆者看到，在岳陽(yáng)城陵磯新港區(qū)，中創(chuàng)空天新材料產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目，一條鋁鋰合金生產(chǎn)線正在緊鑼密鼓的組建，按照進(jìn)度，預(yù)計(jì)明年9月正式投產(chǎn)。

　　這條高科技含量的生產(chǎn)線承載著全國(guó)的期待。鋁鋰合金一旦在湖南實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，我國(guó)高端裝備制造產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈上，高品質(zhì)、高性能鋁合金材料及構(gòu)件制造被“卡脖子”的歷史將告終結(jié)，制造成本也將直線下降，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)以及節(jié)能減排創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

　　湖南不僅有工程機(jī)械、軌道交通裝備、中小航空發(fā)動(dòng)機(jī)等制造業(yè)硬科技的實(shí)力，還有著發(fā)展高端鋁合金新材料的科研土壤。

　　近年來(lái)，以鐘掘院士科研團(tuán)隊(duì)為首，中南大學(xué)輕合金研究所在輕合金領(lǐng)域的科研能力基本達(dá)到了國(guó)際一流水平，特別是對(duì)鋁、鎂、鈦等輕合金材料制造全過程的研究，形成了新型高性能輕合金材料設(shè)計(jì)技術(shù)、高效熔體凈化技術(shù)、超聲波均質(zhì)鑄錠鑄造技術(shù)、新型鋁鋰合金熔鑄技術(shù)、大型材料構(gòu)件一體化制造技術(shù)與熱處理技術(shù)等百余項(xiàng)核心專利與技術(shù)群。

　　中創(chuàng)空天新材料產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目正是融合了政府、高校、科研院所與企業(yè)多方智慧與力量的結(jié)晶。

　　2019年底，在湖南省委軍民融合辦、省國(guó)資委、岳陽(yáng)市政府、中南大學(xué)、航天科技集團(tuán)一院、湖南高新創(chuàng)業(yè)投資集團(tuán)有限公司等協(xié)同支持下，以混合所有制方式，共同發(fā)起設(shè)立中創(chuàng)空天，致力于解決高端鋁合金材料及構(gòu)件制造技術(shù)“卡脖子”問題，同時(shí)促進(jìn)民用高端裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　疫情考驗(yàn)：今年年底正常投產(chǎn)

　　剛剛問世的中創(chuàng)空天，就面臨著2020年新冠肺炎疫情的考驗(yàn)。中創(chuàng)空天一方面積極與岳陽(yáng)市政府對(duì)接，嚴(yán)抓各項(xiàng)防疫要求；另一方面，在保障所有員工各類防疫物資的情況下，工程建設(shè)、市場(chǎng)開拓、技術(shù)準(zhǔn)備、運(yùn)營(yíng)管理等各線于2月10日正式全面開工。防疫與生產(chǎn)齊頭并進(jìn)，中創(chuàng)空天是岳陽(yáng)地區(qū)首個(gè)開工的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，并確保了疫情期間的“零感染”。

　　“上半年堅(jiān)持克服了疫情帶來(lái)的不利影響，確保今年計(jì)劃目標(biāo)任務(wù)如期完成?！秉S誠(chéng)介紹，目前，整個(gè)產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)的速度非?？?，800多畝地，廠房建設(shè)有條不紊。項(xiàng)目一期把超大規(guī)格的2XXX系、7XXX系鋁材制造技術(shù)瓶頸的突破和工程化作為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的主要目標(biāo)之一。正在建設(shè)的5條生產(chǎn)線，包括自主構(gòu)建高性能鋁合金熔鑄、大型鍛壓件與環(huán)筒件、大型高精度薄壁件、大規(guī)格復(fù)雜斷面擠壓型材等智能化生產(chǎn)線，將從今年年底到2021年7月分批陸續(xù)投產(chǎn)。

　　其中，高性能（2XXX系、7XXX系）鋁合金鑄錠生產(chǎn)線，可生產(chǎn)鑄錠最大直徑1.4米，為航空航天超大型構(gòu)建提供原材料。

　　高性能大型復(fù)雜斷面型材生產(chǎn)線，可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)鑄錠均熱處理、模具精確控溫加熱與型材高精度高性能熱處理，所配套精整設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)擠壓成形鋁型材的牽引、淬火、冷卻、傳送、拉伸、切割、檢驗(yàn)等，主要生產(chǎn)2XXX系、7XXX系鋁合金型材，用于高品質(zhì)航空航天、軍工產(chǎn)品以及高端民用產(chǎn)品。

　　鋁鋰合金鑄錠生產(chǎn)線，可生產(chǎn)鋁鋰合金扁錠規(guī)格500mm(厚)×1600mm(寬)和圓錠規(guī)格Φ500mm(直徑)以上，年產(chǎn)量可達(dá)7000噸，為航空航天高端裝備用高比強(qiáng)度、高比剛度的先進(jìn)鋁鋰合金材料及構(gòu)件制造提供有力支撐。

　　值得一提的是，針對(duì)傳統(tǒng)鋁加工企業(yè)和空天裝備制造企業(yè)供需長(zhǎng)期脫節(jié)、材料加工周期長(zhǎng)、構(gòu)件品質(zhì)難保證、供貨能力不穩(wěn)定等問題，中創(chuàng)空天以鐘掘院士提出的“空天裝備流變制造科學(xué)與工程”為核心原理，在全球率先創(chuàng)新材料加工與構(gòu)件制造一體化模式，促進(jìn)空天裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈與鋁合金加工產(chǎn)業(yè)鏈交叉融合。

　　幕后機(jī)制：協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)保障技術(shù)產(chǎn)業(yè)化高質(zhì)量落地

　　讓人不解和好奇的是，是什么力量驅(qū)動(dòng)著新生的中創(chuàng)空天跨過新冠肺炎疫情阻力，保持快速高效運(yùn)轉(zhuǎn)？

　　“我們前期籌備過程中也在不斷的思考，如何讓中創(chuàng)空天做到科研團(tuán)隊(duì)和企業(yè)的深度融合？”中創(chuàng)空天董事長(zhǎng)劉敬東坦言，改革開放40多年以來(lái)，產(chǎn)學(xué)研一體化模式探索的先例很多，高端技術(shù)科研產(chǎn)業(yè)化過程中不乏成功的案例，但更多的是失敗，很多項(xiàng)目最后都變成了鏡花水月。

　　對(duì)于中創(chuàng)空天，湖南高新創(chuàng)業(yè)投資集團(tuán)有限公司在頂層設(shè)計(jì)過程中，發(fā)揮了重要作用。

　　高新創(chuàng)投主要從三個(gè)方面建立責(zé)任共擔(dān)與成果共享的協(xié)作機(jī)制，構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)。

　　第一，完全比照混合所有制，考慮研發(fā)團(tuán)隊(duì)個(gè)人的股權(quán)結(jié)合。中創(chuàng)空天以國(guó)有資本牽頭，集合知識(shí)產(chǎn)權(quán)資本與社會(huì)資本力量創(chuàng)建了股權(quán)多元化的混合所有制：其中，湖南高新創(chuàng)業(yè)投資集團(tuán)有限公司占股35%，湖南城陵磯臨港新區(qū)開發(fā)投資有限公司持股15%，中南大學(xué)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限公司持股6%，鐘掘院士創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)持股14%，核心管理團(tuán)隊(duì)持股5%。

　　“這個(gè)項(xiàng)目應(yīng)該說是完全實(shí)現(xiàn)了科研團(tuán)隊(duì)和企業(yè)的深度融合，甚至是完全融合，充分調(diào)動(dòng)擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)的積極性，保證軍民兩用技術(shù)扎實(shí)高效轉(zhuǎn)化?！眲⒕礀|說。

　　第二，與一流機(jī)構(gòu)、一流技術(shù)及一流團(tuán)隊(duì)合作。中創(chuàng)空天有機(jī)結(jié)合了鐘掘院士團(tuán)隊(duì)世界一流技術(shù)儲(chǔ)備、中南大學(xué)國(guó)家級(jí)科研創(chuàng)新平臺(tái)、湖南唯一的省級(jí)國(guó)有創(chuàng)投機(jī)構(gòu)以及中國(guó)航天科技集團(tuán)等高端市場(chǎng)需求。

　　第三，對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)上市公司優(yōu)秀企業(yè)模式，建立現(xiàn)代企業(yè)管理體系，管理指標(biāo)參照科創(chuàng)板標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。資本是逐利的，該項(xiàng)目擬總投資67億元，分兩期建設(shè)，總體達(dá)產(chǎn)后年產(chǎn)值將達(dá)到100億元。按照測(cè)算，中創(chuàng)空天從現(xiàn)在運(yùn)行到第3年也就是2022年左右基本能達(dá)到盈虧平衡。

　　今年上半年，尚在建設(shè)期的中創(chuàng)空天就獲得了國(guó)家開發(fā)銀行以及工農(nóng)中建四大國(guó)有銀行共計(jì)近30億元授信。

　　隨著高端鋁合金新材料軍民兩用制造技術(shù)的補(bǔ)齊，湖南的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步延長(zhǎng)。以此為根基，未來(lái)，我們國(guó)家的深空探測(cè)、登月工程的結(jié)構(gòu)材料將迎來(lái)一個(gè)很大的躍進(jìn)。高鐵、地鐵、汽車、輪船等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的升級(jí)換代進(jìn)程也將加速實(shí)現(xiàn)，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效應(yīng)。（鄧雅靜）

　　轉(zhuǎn)自：中國(guó)有色金屬報(bào)

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