镁合金性能优异、资源丰富,是符合轻量化、低碳趋势的重要工程材料。镁合金在材料性能及加工性能方面都存在一定的优势,而且全球的镁资源非常丰富,中短期内无短缺之虞,在传统的金属材料由于资源稀缺导致价格不断上涨而使用成本日趋增加的背景下,镁金属被认为继是钢铁,铝合金之后的第三大金属结构材料。镁合金最大的优势在于质轻,在“绿色经济”不断深化的时代,镁合金的应用空间非常广阔。
镁合金应用现状及制约因素。1、现状:进入21世纪以后,原镁(镁金属)消费才进入快速增长期,2007年全球原镁消费量达82.3万吨,2004-2007年均增长率20.5%,受金融危机影响,2009年下降到63.75万吨。从原镁的消费结构大致可分为两类:(1)非工程结构材料,主要包括铝合金元素添加、炼钢脱硫、还原海绵钛、镁阳极等,这部分属于原镁消费的传统领域,占比60%以上;(2)工程结构材料,主要指镁合金,终端消费集中在汽车、3C领域,目前占比不到40%,全球消费量不到30万吨,是原镁消费增长最快、未来空间最大的领域。2、制约因素:目前镁合金的消费量还很小,主要是受到了以下几方面因素的制约:镁合金材料及加工性能存在一定的不足;镁合金牌号少,难以满足不同产品对材料的要求;塑性成形工艺的生产效率、成材率还待进一步提升;镁合金冷加工技术还待成熟;镁废料的回收成本高。但是随着对镁合金研究的深入,这些制约因素已经或将逐渐获得突破。
低碳经济将加快汽车轻量化进程。1、交通领域消耗石油60%左右,汽车燃料60%消耗在汽车自重上。国际能源机构数据表明,全球57%的石油消费在交通领域,预计到2020年占比将上升到62%以上;为减少汽车二氧化碳的排放,世界各国都制定了严格的汽车排放和燃料经济性法规。据统计汽车使用燃料的60%消耗在汽车自重上,如果汽车减重10%,其燃油消耗可降低6-8%,碳排量也随之大幅降低。
2、镁合金在汽车轻量化上的应用空间很大。各国汽车制造商积极进行汽车轻量化,欧美各车厂计划到2020年,汽车减重15%左右;美国汽车材料协会(USAMP)预计到2020年北美生产的每辆汽车镁合金用量达到约160公斤。相对于欧美等国,我国自主轿车平均比发达国家同类轿车重8%-10%,汽车轻量化的潜力更大;据尚轻时代调查,国内主要的汽车企业都制订了未来扩大用镁合金的计划。
电动汽车推广将加速汽车轻量化材料的应用。1、经济性也是制约镁合金在传统汽车上推广的因素之一。目前镁合金在汽车上应用的制约因素,除了镁合金价格和性能之外,全生命周期的经济性也是主要因素。根据MIT Roundtable的研究成果表示,由于轻量化汽车零部件的制造成本要更高,对于传统汽车来说,轻量化导致汽车寿命期间节省的燃料并不足以抵消额外增加的制造成本;即使考虑到二次轻量化的因素,也只有当油价上涨到4美元/加仑时,镁合金零部件轻量化节省的燃油费才能够覆盖额外增加的制造成本,消费者才有购买意愿。2、镁合金在电动汽车上应用更具经济性。目前电动汽车面临的一大问题就是笨重的电池增加了汽车重量,从而制约了电动汽车的性能,所以汽车轻量化也被认为是电动汽车的核心技术之一。根据MIT Roundtable的研究成果表示,如果电池成本在5000美元,节省的电池和用电成本能够完全抵消额外增加的制造成本,那么使用镁合金进行轻量化设计就具备经济性。据公开资料,目前特斯拉典型电池包成本为36000美元,通用VOLT电池成本为10000美元,日产LEAF为14000美元,比亚迪F3在50000元人民币以上,均远高于5000美元。所以,随着电动汽车的推广,在电池技术尚未出现质的提升之前,镁合金等轻量化材料将得到快速的增长。
白云石矿的资源价值将随着镁金属应用量的增加而提升。1、镁资源下游应用广泛,包括镁质耐火材料、镁质化工材料和金属镁及镁合金三大产业,不仅仅用于提炼镁金属;而且提炼镁金属对于镁矿品质的要求比较高。2、镁冶炼技术主要分为熔盐电解法(简称电解法)和硅热法两种,但是由于成本的原因,目前采用白云石作为原料的皮江法是最具竞争优势的生产工艺,而采用菱镁矿或者卤水作为原料的电解法由于成本较高纷纷被迫停产,目前菱镁矿主要用于生产镁质耐火材料的生产。3、而根据业内专家的观点,适用于皮江法炼镁的白云石资源并非人们想象中的那么丰富。目前由于市场规模较小,白云石仅占原镁成本的3%-4%左右,这个比例远低于铝、铁等。但是我们认为随着金属镁应用范围的不断增加,镁矿特别是皮江法适用的白云石矿资源价值必将得到逐步提升。在目前白云石矿资源价值较低的时候“跑马圈矿”的企业,在未来的竞争中必将更具优势。