鋁合金行業(yè)分析報(bào)告文案

1、. . . . 鋁合金行業(yè)分析報(bào)告28 / 28目 錄一、鋁合金結(jié)構(gòu)件符合未來建筑發(fā)展趨勢(shì)41、鋁合金結(jié)構(gòu)件相對(duì)傳統(tǒng)建筑材料優(yōu)勢(shì)明顯4（1）重量輕、比強(qiáng)度高4（2）抗腐蝕性能好5（3）具有良好的低溫性能5（4）安裝、運(yùn)輸過程簡(jiǎn)便5（5）易于擠壓成型5（6）可提升建筑物活荷載比6（7）易于回收62、鋁合金建筑材料使用圍逐漸推廣6（1）鋁合金網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)7（2）鋁合金玻璃幕墻8（3）鋁合金橋梁9（4）鋁合金通信塔103、建筑結(jié)構(gòu)件屬深加工產(chǎn)品，盈利能力較強(qiáng)11二、石油鉆桿進(jìn)口替代前景看好111、鋁合金鉆桿相比傳統(tǒng)鋼制鉆桿性能優(yōu)勢(shì)顯著122、鋁合金鉆桿實(shí)際推廣相對(duì)更為容易13（1）鋁合金鉆桿在國(guó)外

2、已得到成熟應(yīng)用13（2）其他新型鉆桿在實(shí)際應(yīng)用中均存在一定限制14超高強(qiáng)度鉆桿14抗硫鉆桿15鈦合金鉆桿15復(fù)合材料鉆桿163、國(guó)油氣資源西移與海上石油開采增加，帶動(dòng)鋁合金石油鉆桿需求量增加16（1）國(guó)油氣資源西移與海上石油開采增加已成趨勢(shì)16（2）高難度油氣井開采比例近年來逐漸提升174、產(chǎn)品進(jìn)口替代初期盈利能力較強(qiáng)19（1）生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，此前全部依賴國(guó)外進(jìn)口19（2）市場(chǎng)空間廣闊，進(jìn)口產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)替代化初期盈利能力較強(qiáng)19三、鋁合金汽車零部件應(yīng)用逐漸推廣201、輕量化已成為汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)之一202、鋁合金材料在汽車零部件中應(yīng)用比例逐漸提升22（1）鋁合金材料是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要替代材料之一

3、22（2）車用鋁合金擠壓材未來需求增長(zhǎng)空間可期23四、軌道交通用材受益國(guó)交通行業(yè)快速發(fā)展26一、鋁合金結(jié)構(gòu)件符合未來建筑發(fā)展趨勢(shì)1、鋁合金結(jié)構(gòu)件相對(duì)傳統(tǒng)建筑材料優(yōu)勢(shì)明顯鋁合金材料在建筑工程中應(yīng)用已有超過百年的歷史，以往多用在鋁合金門窗外框、玻璃幕墻支撐體系以與鋁合金的外包層等用途。歐美國(guó)家自上世紀(jì)50 年代開始鋁合金在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用，90 年代以后逐漸得到推廣應(yīng)用。隨著現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)不斷向輕質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展以與承受惡劣環(huán)境的需要，鋁合金材料由于其重量輕、耐腐蝕、易于維護(hù)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，除去傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，其在建筑結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到重視。與傳統(tǒng)混凝土和鋼材等傳統(tǒng)建筑材料相比，鋁合金結(jié)構(gòu)具有明

4、顯優(yōu)勢(shì)。（1）重量輕、比強(qiáng)度高鋁合金材料的密度為2.7g/cm3，大致為鋼材的三分之一，而常用的6000 系列鋁合金材料的強(qiáng)度比一般常用的碳素鋼強(qiáng)度還要高。如6061-T6 型鋁合金的屈服強(qiáng)度為245MPa，拉抗強(qiáng)度可達(dá)265MPa，已超過Q235 鋼的強(qiáng)度指標(biāo)。高強(qiáng)度鋁合金型材，如70XX-T6 系列的屈服強(qiáng)度可達(dá)300MPa，甚至500MPa 以上。因此，采用鋁合金代替鋼材或者混凝土可以大大減輕結(jié)構(gòu)自重。由于上部結(jié)構(gòu)較輕，不但減輕了施工強(qiáng)度，縮短施工周期而且對(duì)基礎(chǔ)的要求降低，而且減少了下部結(jié)構(gòu)的建造費(fèi)用；（2）抗腐蝕性能好鋁合金在大氣的影響下，其表面能夠自然的形成一層氧化層。這種氧化層可以

5、在很大程度上防止鋁合金材料的腐蝕，良好的耐腐蝕性可極大的減少建筑物的防腐和維護(hù)費(fèi)用；在混凝土板和鋁合金結(jié)構(gòu)件起組合作用的情況下，由于鋁合金材料的熱膨脹系數(shù)（22×10-6）比鋼筋混凝土大，所以在寒冷的環(huán)境下鋁合金材料的收縮可以使混凝土中產(chǎn)生的微裂縫趨于封閉，使得水分和氯化物無法侵入，從而保護(hù)了鋼筋；（3）具有良好的低溫性能隨著溫度的降低，鋁合金材料強(qiáng)度和延伸率反而有所增加且無低溫脆性問題，因此可以用于制造寒冷地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)；（4）安裝、運(yùn)輸過程簡(jiǎn)便由于重量輕，鋁合金構(gòu)件或者整個(gè)結(jié)構(gòu)大多可采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝的方法，其預(yù)制、運(yùn)輸以與安裝過程簡(jiǎn)單，時(shí)間短，費(fèi)用較低，能夠適應(yīng)符合現(xiàn)代施工

6、技術(shù)的工業(yè)化要求；（5）易于擠壓成型鋁合金材料表面具有特殊的光澤和質(zhì)感，可以擠壓成型，這是鋁合金材料相對(duì)于鋼材最主要的優(yōu)點(diǎn)。擠壓成型可以生產(chǎn)出熱軋和焊接所不能得到的復(fù)雜截面型材，能夠使構(gòu)件的截面形式更加合理；（6）可提升建筑物活荷載比在既有建筑物的維修加固時(shí)，使用鋁合金材料替代傳統(tǒng)建筑材料，可以以較小的重量較大的承載力，提高建筑物承受活荷載的比例；（7）易于回收鋁合金材料易于回收，再處理成本低，再利用率高，有利于環(huán)境保護(hù)，符合可持續(xù)發(fā)展要求。2、鋁合金建筑材料使用圍逐漸推廣鋁合金材料由于其強(qiáng)度重量比高、斷裂韌性好和疲勞強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、可塑性和焊接性好，在機(jī)械、航空航天、造船、汽車制造、包裝

7、、軍工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。此前鋁合金建筑型材多用在鋁合金門窗外框等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，隨著適用圍的推廣，其逐漸應(yīng)用到鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、鋁合金網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻鋁合金支撐體系、通信塔、人行天橋等承重建筑結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域。從適用圍來看，鋁合金結(jié)構(gòu)件由于其自身輕量化、耐腐蝕等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)跨度較大，地質(zhì)環(huán)境相對(duì)惡劣的情況下優(yōu)勢(shì)更為明顯。目前國(guó)外比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域包括， 1）活荷載小于恒荷載的大跨度屋面系統(tǒng)；2）海洋氣候和腐蝕環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)物；3）偏遠(yuǎn)山區(qū)和惡劣環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)物；4）各種用途的可拆裝、可移動(dòng)建筑物；5）建筑物的維護(hù)結(jié)構(gòu)。在我國(guó)，鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、鋁合金網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻鋁合金支撐體系、通信塔、

8、人行天橋等已成為鋁合金建筑結(jié)構(gòu)件的主要應(yīng)用領(lǐng)域。（1）鋁合金網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是指由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點(diǎn)連結(jié)而成的空間結(jié)構(gòu)；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是指以桿件為基礎(chǔ)，按一定的規(guī)律組成網(wǎng)格，并按殼體坐標(biāo)進(jìn)行布置的空間構(gòu)架，它兼具桿系和殼體雙重性質(zhì)。這類建筑結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是自重輕、施工速度快、建筑造型美觀，適用于覆蓋大跨度建筑結(jié)構(gòu)。國(guó)際上，穹頂網(wǎng)殼的最大跨度單層可以達(dá)到131 米，雙層可以達(dá)到236.5 米。近年來大型空間建筑的網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在實(shí)踐中已得到大量應(yīng)用，豐田博物館、康涅狄格大學(xué)與夏威夷大學(xué)競(jìng)技場(chǎng)，貝爾經(jīng)濟(jì)中心，亞拉巴馬國(guó)立大學(xué)直徑80.77 米圓蓋，加利福尼亞州長(zhǎng)灘蓋云杉古柏的126

9、.49 米圓蓋等。我國(guó)近幾年在鋁合金網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也在逐漸增加。1996 年市平津戰(zhàn)役紀(jì)念館是我國(guó)首幢鋁合金三角網(wǎng)格單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其底平面直徑45.6 米，建筑物高33.83 米，最大球面直徑48.945 米，網(wǎng)殼重34.4 噸，連同鋁合金屋面板的總重為58.7噸。1997 年建成的國(guó)際體操中心主館，1999 年建成的雜技館，2010 年建成經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)招商服務(wù)中心等。（2）鋁合金玻璃幕墻幕墻原材料主要為鋁型材、玻璃、鋁板材料，除了傳統(tǒng)建筑材料所具備的一般建筑功能，其更具有節(jié)能和安全功能。建筑幕墻主要應(yīng)用于城市高層建筑、大跨度建筑、異形建筑等建筑綜合體。從具體分類來看，鋁合金玻璃

10、幕墻一般分為有框幕墻和隱框幕墻，其中隱框幕墻又分全隱、半隱兩種，半隱又分豎隱橫不隱和橫隱豎不隱兩種。隨著近年來大型公共項(xiàng)目、商業(yè)項(xiàng)目和高檔住宅的數(shù)量與體量不斷增大，以與二三線城市化水平的提升，行業(yè)市場(chǎng)空間日趨擴(kuò)大。產(chǎn)品的規(guī)格、品種也日益增加，檔次不斷提高。根據(jù)中國(guó)建筑裝飾行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要，建筑幕墻行業(yè)在2015 年產(chǎn)值將達(dá)到4000 億元，年平均增長(zhǎng)率在20%以上。我們認(rèn)為隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，鋁合金幕墻行業(yè)呈現(xiàn)出三大特征：一是鋁合金幕墻體積大、產(chǎn)品形成過程長(zhǎng)，考慮到運(yùn)輸成本的因素，區(qū)域性優(yōu)勢(shì)逐漸加強(qiáng)；二是隨著行業(yè)成熟度不斷加大，中高端客戶對(duì)鋁合金邊框型材加工企業(yè)規(guī)模的要求不斷增大；三

11、是客戶對(duì)美觀度的不斷提升使得玻璃幕墻的技術(shù)逐漸進(jìn)步，比如鋁合金隱框玻璃幕墻正在得到客戶的認(rèn)可，這要求鋁合金型材需要經(jīng)過陽極氧化后再進(jìn)行電泳涂漆，同時(shí)對(duì)其合金牌號(hào)（LD31/6063）、機(jī)械強(qiáng)度等都具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量較高、一致性較強(qiáng)的企業(yè)行業(yè)優(yōu)勢(shì)地位將更加明顯。（3）鋁合金橋梁隨著橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種橋梁結(jié)構(gòu)形式的最大跨度屢被刷新。但隨著橋梁跨度的進(jìn)一步增大，橋梁結(jié)構(gòu)材料成為一個(gè)重要的制約因素。另一方面，采用鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼材等建造的橋梁也越來越暴露出一些問題，如混凝土鹽化腐蝕、鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕等耐久性問題也越來越嚴(yán)重。在這種背景下，強(qiáng)度更高、重量更輕、耐久性更

12、好的材料用以替代傳統(tǒng)材料成為橋梁結(jié)構(gòu)成為行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，鋁合金材料在今后的城市人行天橋建設(shè)中將具有廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)際上第一次采用鋁合金結(jié)構(gòu)的橋梁于 1956 年，在加拿大的Segena 河上建造了總長(zhǎng)152.5 米的拱形公路橋。雙曲拱跨度為88.5 米，高度為14.1 米，整個(gè)結(jié)構(gòu)采用Al-Cu-Mg鋁合金構(gòu)成，重量181 噸，相較同樣結(jié)構(gòu)鋼制橋梁質(zhì)量減輕254 噸。建設(shè)周期僅僅用時(shí)三個(gè)半月。我國(guó)第一次采用鋁合金橋梁結(jié)構(gòu)建于 2007 年，位于市核心區(qū)的慶春中河人行天橋。受中河高家梁底標(biāo)高的控制以與橋下通行電車的需要，使得該處采用傳統(tǒng)鋼箱梁方案難以實(shí)施。采用鋁合金結(jié)構(gòu)后，其重量降低至同體積鋼

13、材的34%，行人通行高度達(dá)到2.5米-3.2 米，橋下機(jī)動(dòng)車通行高度達(dá)到4.8 米-5.3 米。（4）鋁合金通信塔目前國(guó)用于通訊或電力領(lǐng)域的塔架以鋼結(jié)構(gòu)為主，隨著人們對(duì)通信塔架輕盈、美觀要求的增強(qiáng)，以與腐蝕性強(qiáng)的海洋地區(qū)或重污染區(qū)域通信塔架構(gòu)件的增多，鋁合金材料需求量不斷增加。在國(guó)外鋁合金塔架結(jié)構(gòu)已有一定應(yīng)用，主要適用于通信、軍事領(lǐng)域，以與監(jiān)控、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。國(guó)近年來也有少量鋁合金塔架建成使用，其中最具代表性的是建立在的一個(gè)鋁合金微波塔，建造在42 米高的科研監(jiān)測(cè)樓樓頂。由于鋁合金在抗腐蝕性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋼材，同時(shí)大量實(shí)驗(yàn)資料也表明，與鍍鋅板相比，其在耐腐蝕、耐磨、耐熱性等方面優(yōu)勢(shì)明顯。未

14、來隨著通信覆蓋面積的不斷擴(kuò)大，基站圍逐漸向海岸、海島、化工廠、化肥廠等污染嚴(yán)重、腐蝕性強(qiáng)的區(qū)域拓展，鋁合金通信塔應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性將得到明顯提升。3、建筑結(jié)構(gòu)件屬深加工產(chǎn)品，盈利能力較強(qiáng)2012 年公司與中建鋼構(gòu)簽訂了鋁格柵型材制作合同，為其承攬的國(guó)際博覽中心提供深加工鋁型材。產(chǎn)品為鋁合金建筑構(gòu)件，包括工字鋁件、節(jié)點(diǎn)板（鋁圓盤、角鋁）、工字鋁套管、鋁合金結(jié)構(gòu)件與輔助件，均為深加工產(chǎn)品，加工費(fèi)相對(duì)較高。其中工字鋁綜合單價(jià)33000 元/噸，矩形柱綜合單價(jià)38000 元/噸，經(jīng)估算加工費(fèi)可達(dá)到16000-21000 元/噸以上，相對(duì)普通建筑型材4000-9000 元/噸的加工費(fèi)具備明顯優(yōu)勢(shì)。我們認(rèn)為鋁合金

15、承重結(jié)構(gòu)件在體育、場(chǎng)館等大跨度標(biāo)致性建筑中應(yīng)用前景廣闊。中長(zhǎng)期來看，國(guó)結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用占比仍然明顯低于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，上升空間廣闊；短期來看，受益于消費(fèi)升級(jí)帶來場(chǎng)館、歌劇院等公共設(shè)施建設(shè)需求的上升，鋁合金結(jié)構(gòu)件行業(yè)需求總量增速依然看好二、石油鉆桿進(jìn)口替代前景看好隨著石油和天然氣工業(yè)與地質(zhì)勘探業(yè)的急劇發(fā)展，對(duì)鉆井和開采業(yè)提出了越來越高的技術(shù)要求。不僅是鉆探數(shù)量的增加，而且由于地殼淺表資源和能源的“枯竭”，普查和鉆探的深度成倍增加，這使得鉆探的條件日趨復(fù)雜和惡劣；同時(shí)，還必須全面強(qiáng)化鉆井的建設(shè)規(guī)模和過程，并日益增多在邊遠(yuǎn)地區(qū)和海底的鉆探量。鉆井深度增加，導(dǎo)致在一個(gè)鉆探周期中直接加深井底所用的時(shí)間比率在減

16、少，而用于更換被碎石磨損的工具的升降作業(yè)所用的時(shí)間比率大大增加。同時(shí)，排除鉆井中故障和發(fā)生事故時(shí)進(jìn)行處理的難度也增加了。一方面，這無疑對(duì)鉆探過程中工藝的要求提升；另一方面，對(duì)鉆探設(shè)備自身性能的也提出了更高的需求。1、鋁合金鉆桿相比傳統(tǒng)鋼制鉆桿性能優(yōu)勢(shì)顯著石油鉆探設(shè)備主要包括成套地面設(shè)備、專用的鉆井工具和鉆井儀表。鉆桿是鉆探過程中進(jìn)行起卸或旋轉(zhuǎn)底部鉆具組合的主要鉆探裝置，通常是為承托外部和部的重大壓力以與重大的扭力、彎曲力和振動(dòng)力而設(shè)計(jì)。同時(shí)鉆桿亦是將鉆井液從鉆頭經(jīng)過其金屬管道元件輸送到環(huán)孔的通道。它是一條中空的厚壁鋼管，在鉆油臺(tái)上用于鉆探過程。由于鉆桿在鉆油臺(tái)井口裝置與底部鉆具組合（包括鉆頭）

17、之間發(fā)揮連接作用，鉆桿需要在通常深入地殼超過一英里的深度支撐本身的重量。一般而言，一個(gè)深度4000 米的油井，鉆桿將組成鉆油臺(tái)長(zhǎng)度的90%。傳統(tǒng)上石油鉆桿的管體材料為低碳合金鋼，然而隨著鉆井深度的增加，鉆桿的重量、礦層的壓力、工藝必需的鉆井液的密度、鉆井的用液加壓的壓力也隨之增大；鉆桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，阻力和克服阻力所必需的施加于鉆桿的阻力也將增大。要求新選用的材料具有必要的強(qiáng)度和塑性，比鋼的密度和彈性模數(shù)??；對(duì)應(yīng)力集中的敏感度較??；在比較危險(xiǎn)的介質(zhì)中生產(chǎn)，即在腐蝕性介質(zhì)中比較穩(wěn)定；成批生產(chǎn)管材的工藝性較好；材料供應(yīng)充足，能夠滿足大規(guī)模需求。與傳統(tǒng)鋼制鉆桿相比，鋁合金鉆桿在質(zhì)量、強(qiáng)度、塑性等方面都具有明

18、顯優(yōu)勢(shì)。（1） 鋁合金的密度為2.78g/cm3，縱向彈性模量為71,000MPa，約為鋼的1/3，但是強(qiáng)度重力比卻是普通鋼的1.5-2.0 倍。（2） 鋁合金鉆柱的質(zhì)量輕于普通鋼鉆桿，在同等鉆機(jī)能力的前提下，可以鉆成更深的井。（3） 具有優(yōu)越的抗腐蝕穩(wěn)定性，可以用于H2S 和CO2 等酸性環(huán)境。（4） 具有良好的延展性，在斜井、小曲率定向井和長(zhǎng)水平段水平井中具有較小的彎曲應(yīng)力。（5） 與井壁的摩阻小，可減少起下鉆的阻卡。（6） 無磁性，方便隨鉆測(cè)量?jī)x器的使用。（7） 鋁合金鉆柱對(duì)裸眼和套管的作用力小，能有效保護(hù)套管和裸眼井段；且其的鉆井液流動(dòng)阻力小，可提高水力效率。（8） 發(fā)生井事故時(shí)，可以

19、用牙輪鉆頭鉆掉鋁合金鉆具，鉆速30m/h 左右，方便事故處理。2、鋁合金鉆桿實(shí)際推廣相對(duì)更為容易（1）鋁合金鉆桿在國(guó)外已得到成熟應(yīng)用從應(yīng)用角度來看，鋁合金鉆桿在全球圍已實(shí)現(xiàn)大圍應(yīng)用。鋁合金變斷面管材的生產(chǎn)工藝于1960 年開始研制，但真正大規(guī)模用于鉆探工業(yè)，還是70 年代的事。1958 年前聯(lián)冶金機(jī)械科學(xué)研究所開始對(duì)B95、16 鋁合金鉆探管進(jìn)行試驗(yàn)，1963 年研制出首批用于石油鉆探的鋁合金變斷面管材，并于1970 年在莫斯科全輕金屬研究院古比雪夫冶金工廠和卡明斯克冶金工廠分別建成了幾條專門生產(chǎn)鋁合金鉆探管的生產(chǎn)線。與此同時(shí)，美國(guó)雷諾公司、法國(guó)彼西涅公司以與德國(guó)和日本等國(guó)也開發(fā)了不同規(guī)格和用

20、途的鋁合金鉆探管。目前世界上的鋁合金鉆桿生產(chǎn)工藝成熟、設(shè)備先進(jìn)、技術(shù)水平相當(dāng)高，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都很好，但由于技術(shù)復(fù)雜并需要大型擠壓機(jī)，所以僅分布在俄、美、法、德、日等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。在俄羅斯采用鋁合金鉆探管的項(xiàng)目逐年增加，目前已達(dá)到總掘進(jìn)數(shù)的50%以上，在美國(guó)更達(dá)到了60%以上。由于在油氣井鉆進(jìn)中使用鋁合金鉆桿的高效率，在特別地質(zhì)條件下的應(yīng)用良好，以與與顧客和鉆井企業(yè)的經(jīng)常接觸導(dǎo)致ADP 生產(chǎn)的擴(kuò)大。通過分析計(jì)算每米鉆桿柱的費(fèi)用以后，就可以發(fā)現(xiàn)使用鋁合金鉆桿的優(yōu)勢(shì)。相關(guān)研究表明，在目前的價(jià)位上，輕合金鉆桿與鋼質(zhì)鉆桿相比具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。（2）其他新型鉆桿在實(shí)際應(yīng)用中均存在一定限制超高強(qiáng)度鉆桿

21、超高強(qiáng)度鋼鉆桿是為實(shí)現(xiàn)超深井鉆井而研制的，輕質(zhì)、薄壁的超高強(qiáng)度鋼鉆桿可用于解決大位移井、超深井和深水鉆井的鉆井難題。但由于高強(qiáng)度鋼在低溫下具有脆性且很難在抗沖擊韌性和抗拉強(qiáng)度間達(dá)到平衡，鋼的延展性和剛性之比降低已成為阻礙高強(qiáng)度鋼鉆桿應(yīng)用的一個(gè)重要難題。同時(shí)，在酸性油氣井等特殊環(huán)境性難以適用?？沽蜚@桿抗硫鉆桿是國(guó)目前接觸最多、應(yīng)用最廣的一種高性能鉆具，主要用于酸性氣田。其在國(guó)得到了大量的應(yīng)用，從95SS 鋼級(jí)的鉆桿直到105SS 鋼級(jí)的鉆桿。由于材料強(qiáng)度的提高，必然會(huì)導(dǎo)致材料硬度的提高，而材料硬度的提高，對(duì)腐蝕環(huán)境的敏感性就越強(qiáng)，發(fā)生腐蝕和應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)性越高。因此，抗硫鉆桿材料的強(qiáng)度受到了很大

22、的限制。鈦合金鉆桿與常規(guī)鋼鉆桿相比較，鈦合金鉆桿性能優(yōu)勢(shì)明顯。1）鈦合金密度為4.1×103kg/m3，鋼密度為7.8×103kg/m3，鈦比鋼輕43%；2）鈦合金彈性模量為119GPa，鋼彈性模量為210GPa，鈦合金是鋼的57%；3）鈦合金具有更好的耐腐蝕與抗侵蝕的能力；4）鈦合金具有高抗疲勞特性，在空氣和鉆井液環(huán)境中其疲勞性能幾乎一樣；5）鈦合金鉆桿屈服強(qiáng)度為840MPa，約等于S-135 鋼鉆桿強(qiáng)度重量比值的1.54 倍。用于超短半徑鉆井的鈦合金鉆桿已經(jīng)研制成功。在超短半徑鉆井、超深井和深水鉆井應(yīng)用中，鈦合金鉆桿具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但鈦合金材料對(duì)疲勞缺口相當(dāng)敏感，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)

23、間處于應(yīng)力條件下時(shí)，其磨損速率極快。同時(shí)，鈦合金鉆桿的成本大約是常規(guī)鋼鉆桿的7-10 倍，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模使用。復(fù)合材料鉆桿復(fù)合材料鉆桿是通過在卷筒上纏繞碳纖維，然后應(yīng)用一種環(huán)氧基復(fù)合材料覆蓋并密封而成。復(fù)合材料鉆桿具有許多潛在的優(yōu)勢(shì)，包括質(zhì)量輕、高的強(qiáng)度質(zhì)量比、超高的抗腐蝕能力以與增強(qiáng)的抗疲勞能力。但與此同時(shí)，為達(dá)到一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，復(fù)合材料鉆桿壁厚要大于普通鋼鉆桿；若減小徑則會(huì)增大壓力損失，若增大外徑，則會(huì)增加環(huán)空循環(huán)當(dāng)量密度，這會(huì)引起密度窗口鉆井井控問題。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，復(fù)合鉆桿的壁厚可能要達(dá)到常規(guī)鋼鉆桿壁厚的2 倍，其不適用于超長(zhǎng)位移的大位移井和超深井的鉆井施工。此外，目前復(fù)合材料鉆桿價(jià)格

24、為普通鋼鉆桿的3 倍左右，這會(huì)增加投資，但是其整體綜合成本還是要優(yōu)于普通鋼鉆桿。3、國(guó)油氣資源西移與海上石油開采增加，帶動(dòng)鋁合金石油鉆桿需求量增加（1）國(guó)油氣資源西移與海上石油開采增加已成趨勢(shì)我國(guó)石油探明儲(chǔ)量 27.87 億噸，其中陸地東部的松遼盆地和渤海灣盆地，累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量占全國(guó)總探明儲(chǔ)量的60%；陸地中西部的鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、吐哈、柴達(dá)木等主要含油氣盆地，探明地質(zhì)儲(chǔ)量所占比例為26%，是極其重要的戰(zhàn)略接替區(qū)；海域的渤海灣、珠江口和鶯歌海等盆地，探明地質(zhì)儲(chǔ)量占14%，仍然有很大的增長(zhǎng)空間。近幾年我國(guó)石油產(chǎn)量維持在2 億噸左右，東部主要產(chǎn)油省和處于穩(wěn)產(chǎn)階段，西部和石油產(chǎn)量保持較高增長(zhǎng)。

25、我國(guó)天然氣探明儲(chǔ)量2.8 萬億立方米，中國(guó)油氣層探明儲(chǔ)量區(qū)域相對(duì)集中，主要分布在西部，占資源總量的83%，東部和海域僅占17%。、鄂爾多斯、塔里木、松遼、柴達(dá)木和準(zhǔn)噶爾盆地已成為陸上六大天然氣主探區(qū)；鶯瓊、東海成為近海的兩大天然氣主探區(qū)，八大天然氣探區(qū)格局基本形成。我國(guó)天然氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，、和三大天然氣主產(chǎn)區(qū)占國(guó)產(chǎn)量75.5%。（2）高難度油氣井開采比例近年來逐漸提升隨著我國(guó)易開發(fā)油氣層的日漸枯竭與油氣需求量的快速攀升，我國(guó)石油天然氣戰(zhàn)略的中J心逐漸由東部向西部的塔里木、準(zhǔn)格爾和盆地轉(zhuǎn)移。由于我國(guó)西部各主要含油氣盆地普遍存在地質(zhì)條件復(fù)雜和油藏埋藏深的特點(diǎn)，深井、超深井、酸性油氣井、大水平位移井

26、等在近年來在實(shí)際開采中的比例不斷提升。深井通常是指完鉆井深為4500-6000米的井，超深井通常指完鉆井深為6000米以上的井。大水平位移井是繼定向井、水平井之后出現(xiàn)的一種特殊工藝井，是在海灘、湖泊、沙漠等復(fù)雜條件下進(jìn)行油氣資源勘探和開發(fā)的經(jīng)濟(jì)而有效的技術(shù)手段。在大位移井中，當(dāng)井料等于或大于86度，且有較長(zhǎng)延長(zhǎng)段的井稱為大位移水平井。酸性油氣田是指高HZS、高CO:的油氣田，其在開采過程中容易發(fā)生氫脆事故。即在油氣勘探開發(fā)過程中由于鉆桿氫脆和應(yīng)力腐蝕斷裂問題，造成各類事故，特別是在鉆井中井噴、鉆桿氫脆斷裂落井，更是容易發(fā)生大型安全事故。由于石油和天然氣開采，特別是深井開采工作環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)鋼制

27、鉆桿在水平井、高腐蝕介質(zhì)井、超深井等施工中經(jīng)常遇到鉆桿摩擦熱裂、氫脆、應(yīng)力腐蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、負(fù)載過大等問題。為進(jìn)一步開發(fā)深層資源，超深井、水平井、高腐蝕介質(zhì)井等復(fù)雜工況環(huán)境勘探開發(fā)井的數(shù)量近年來快速增多，由此將直接帶動(dòng)鋁合金石油鉆桿的需求量。從資源儲(chǔ)量分布來看，我國(guó)天然氣中 H2S含量大于1%的天然氣儲(chǔ)量占全國(guó)天然氣儲(chǔ)量的1/4，主要分布在盆地、鄂爾多斯盆地和渤海灣盆地。特別是近幾年在川東北三疊系飛仙關(guān)組發(fā)現(xiàn)的高含H2S天然氣田，H2S含量平均高達(dá)10%，該氣田對(duì)川渝地區(qū)東輸供氣工程天然氣資源具有重要意義。鋁合金鉆桿具有優(yōu)良的杭HzS特性，如果在我國(guó)含有HzS的油田使用鋁合金鉆桿，

28、就可以有效地防止鉆桿發(fā)生HzS應(yīng)力腐蝕開裂事故，這也將成為國(guó)鋁合金鉆桿的重要需求增長(zhǎng)點(diǎn)之一。4、產(chǎn)品進(jìn)口替代初期盈利能力較強(qiáng)（1）生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，此前全部依賴國(guó)外進(jìn)口目前世界上的率合金鉆桿生產(chǎn)工藝成熟、設(shè)備先進(jìn)、技術(shù)水平相當(dāng)高，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都很好，但由于技術(shù)復(fù)雜并需要大型擠壓機(jī)，所以僅有俄、美、法、德、日等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握其生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)鋁合金鉆桿要求大噸位的反向擠壓機(jī)；同時(shí)，其在硬質(zhì)合金變形加工、變徑無縫管加工、產(chǎn)品加工精度等方面都有著極高的要求。我國(guó)的石油工業(yè)和地質(zhì)事業(yè)都是建國(guó)以后才開始發(fā)展起來的，歷史較短，目前鉆探所用的鉆桿幾乎全部采用鋼質(zhì)鉆桿。2009 年，我國(guó)從俄羅斯進(jìn)口的鋁合金

29、鉆桿設(shè)備首次在塔里木油田使用，實(shí)際使用效果顯示，這種鉆桿能較好地適應(yīng)高含硫化氫和二氧化碳的地層環(huán)境，滿足高含硫地區(qū)的鉆井需求。鋁合金鉆桿的應(yīng)用目前尚處于推廣起步階段，且所用設(shè)備幾乎全部來自于進(jìn)口。（2）市場(chǎng)空間廣闊，進(jìn)口產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)替代化初期盈利能力較強(qiáng)根據(jù)我國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每鉆進(jìn)1m，約需油井管62kg。我國(guó)目前需要鋼質(zhì)鉆探桿10 萬噸左右，據(jù)初步估算，如果實(shí)現(xiàn)全鋁化，全國(guó)共需鋁鉆桿5 萬噸左右。此外，我國(guó)今后一段相當(dāng)長(zhǎng)的期間要大力發(fā)展石化天然氣工業(yè)、深層和海底地質(zhì)勘查與鉆探工作，如克拉瑪依、柴達(dá)木盆地、吐魯番、油田以與渤海、東海、黃海、南海等海底油田的勘探與開發(fā)等，這些新開發(fā)項(xiàng)目，由于深度大、地質(zhì)

30、與地理?xiàng)l件復(fù)雜、技術(shù)難度大，都需要使用新型的鋁合金桿鉆具。按照10%的鋁合金鉆桿對(duì)鋼制鉆桿的替代率計(jì)算，國(guó)每年平均需求量1 萬噸左右，隨著鉆機(jī)的更新?lián)Q代，未來鋁合金鉆桿的比例會(huì)不斷上升，市場(chǎng)應(yīng)用的前景極為廣闊。從需求角度來看，鋁合金石油鉆桿在國(guó)市場(chǎng)空間廣闊，且行業(yè)需求將在未來較長(zhǎng)一段時(shí)間處于快速增長(zhǎng)期；從供給角度來看，由于鋁合金石油鉆桿用型材相對(duì)普通型材要求更高的同心度、精度和更低的表面粗糙度，因此目前國(guó)掌握這一生產(chǎn)技術(shù)的廠家非常有限，此前全部依賴國(guó)外進(jìn)口。由于進(jìn)口產(chǎn)品在國(guó)產(chǎn)替代的初期盈利能力普遍較強(qiáng)，這一產(chǎn)品未來一旦實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，業(yè)績(jī)必將形成爆發(fā)式增長(zhǎng)。三、鋁合金汽車零部件應(yīng)用逐漸推廣1、

31、輕量化已成為汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)之一年初以來，我北、黃淮、江淮、江南等中東部地區(qū)相繼出現(xiàn)大圍霧霾天氣，其中尤以京津冀地區(qū)PM2.5 問題最為嚴(yán)重。PM2.5 是指大氣中直徑小于或等于2.5 微米的顆粒物，也稱為可吸入肺顆粒物，含有大量有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)。霧霾形成的主要原因在于燃煤、機(jī)動(dòng)車、工業(yè)、揚(yáng)塵等污染源的排放，其中雖然關(guān)于機(jī)動(dòng)車尾氣排放在其中所占比例尚未得到學(xué)術(shù)界的共識(shí)，但降低尾氣排放量，提高環(huán)保門檻已經(jīng)成為未來汽車行業(yè)發(fā)展的明確趨勢(shì)。從政策上看，自2 月1 日起，將實(shí)施“京V'，機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)近期出臺(tái)的市大氣排放污染防治條例(草稿送審稿)亦提出“

32、市人民政府可以根據(jù)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，按照車輛的排放水平、使用年限或者車型，在一定區(qū)域采取限制機(jī)動(dòng)車行駛的交通管制措施?！睆慕档蜋C(jī)動(dòng)車尾氣污染排放的方式來看，主要包括以下途徑，一是控制機(jī)動(dòng)車新增數(shù)量，二是降低汽車尾氣排放量，三是提升油品質(zhì)量，四是以天然氣、銼電等新能源動(dòng)力替代傳統(tǒng)的汽油能源。我們認(rèn)為從實(shí)際操作來看，后兩項(xiàng)雖然效果明顯，但技術(shù)難度較高。相對(duì)而言，降低汽車尾氣排放量是一條相對(duì)有效且可行的途徑，而汽車輕量化正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的行之有效的措施之一。研究數(shù)據(jù)表明，燃料消耗的50%是由質(zhì)量引起的，汽車質(zhì)量每減輕100kg，燃料經(jīng)濟(jì)性就能夠改善8%左右，二氧化碳、氮氧化物等污染物的排放也將隨之大

33、大降低。此外，通過降低汽車自身重量，還可以達(dá)到節(jié)約能源、提高安全性、駕駛舒適性的目的。輕量化有利于改善車的行駛、轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)等運(yùn)動(dòng)性能和排氣性能等，其中發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化還可以改善前輪荷重分擔(dān)率，進(jìn)而改善汽車的操縱穩(wěn)定性，還可以降低噪聲、振動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)大功率化創(chuàng)造條件;另一效果是波與效果，汽車各部分的質(zhì)量是相互關(guān)聯(lián)的，例如發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的減輕使有關(guān)底盤部分也可以相應(yīng)地減輕，即整車減少的質(zhì)量大于發(fā)動(dòng)機(jī)減少質(zhì)量，又如車身零部件的輕量化使支承它的行駛系(車架、車橋、車輪、懸架等)負(fù)荷下降;尺寸和質(zhì)量即可適當(dāng)減小，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器也可以相地減小、減輕。通常，當(dāng)平衡系統(tǒng)中某個(gè)部位質(zhì)量減輕1kg時(shí)，給予整個(gè)系

34、統(tǒng)的波與效果是質(zhì)量減輕1.5kg至2.0kg。2、鋁合金材料在汽車零部件中應(yīng)用比例逐漸提升（1）鋁合金材料是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要替代材料之一實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑主要有兩條:一是采用合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化車身框架結(jié)構(gòu);二是在車身制造上采用輕質(zhì)材料。由于第一種方式改進(jìn)空間相對(duì)有限，因此第二種方式逐漸成為近年來車身輕量化的主流。目前，具備推廣意義的汽車輕量化材料主要包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、工程塑料等。其中高強(qiáng)度鋼板在汽車行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，近兩年新上市的轎車中，高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼使用量比例達(dá)到50%-70%以上;鎂合金由于價(jià)格和高溫杭蠕變問題尚未得到有效解決，目前主要應(yīng)用于儀表盤基座、風(fēng)扇架

35、、作為框架、方向盤軸、燈托架和燈罩等;工程塑料回收和性能問題，目前主要應(yīng)用于部裝飾結(jié)構(gòu)。相比較而言，銘合金材料是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的首選材料。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵制造汽車，可使整車重量減輕30%到40%。鋁制造發(fā)動(dòng)機(jī)可減重30%，鋁質(zhì)散熱器比一樣的銅制品輕20%到40%，轎車鋁車身比原鋼材制品輕40%以上，汽車鋁車輪可減重30%左右。研究表明，汽車每使用1 千克鋁，可降低自重2.5 千克，減重效應(yīng)高達(dá)125%，在汽車整個(gè)使用壽命周期可以減少?gòu)U氣排放20 千克。此外，鋁回收簡(jiǎn)便，是鋼鐵以外能最大限度回收利用的材料，幾乎90%的汽車用鋁回收并循環(huán)利用。同時(shí)，鋁合金具有良好的物理和化學(xué)性能

36、，工業(yè)生產(chǎn)中的鑄、鍛、沖工藝均能適用，是少數(shù)幾種可采用多種鑄造工藝生產(chǎn)零件的金屬。此外，鋁資源在全球圍儲(chǔ)量相對(duì)豐富，使之成為次于鋼的結(jié)構(gòu)材料，成為汽車輕量化中經(jīng)濟(jì)適用和最有競(jìng)爭(zhēng)力的材料。全球鋁合金材料在汽車重量中的占比已由 1980 年的4%提高到2010 年的29%，并且這一上升趨勢(shì)還在持續(xù)，預(yù)計(jì)到2015 年可達(dá)到35%以上，美、歐、日等國(guó)單臺(tái)汽車鋁材消費(fèi)可達(dá)到280kg 以上。從這一角度來看，汽車用鋁合金材料行業(yè)需求空間與前景相當(dāng)廣闊。（2）車用鋁合金擠壓材未來需求增長(zhǎng)空間可期汽車用鋁合金材料主要分為兩大類，鑄造鋁合金和變形鋁合金，其中鑄造鋁合金，約占80%（質(zhì)量占比）；變形鋁合金約19

37、%，其他（鋁基復(fù)化材料、泡沫鋁、鋁粉）低于1%。鑄造鋁合金在汽車上用于壓鑄與鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)器、行走系零件與各種附件等；變形鋁合金是以板、帶、箔、管、棒、型材、線材與鍛件、沖擠件等的形式用于制造各種結(jié)構(gòu)件，鋁箔用于制造空調(diào)器的散熱器。具體來看，汽車用鋁合金擠壓材 90%以上為6×××系鋁合金生產(chǎn)，此外少量采用3×××系、5×××系和7×××系合金擠壓材。其中型材與管材用得較多，棒材的用量很少，主要應(yīng)用于切削加工一些小的零件。目前小轎車的車身框架主要為鋼板單

38、殼結(jié)構(gòu)，車身占整車質(zhì)量的30%。鋁合金的可擠壓性能好，可生產(chǎn)斷面復(fù)雜的中空薄壁型材，用其制造車身結(jié)構(gòu)和保險(xiǎn)杠，車身質(zhì)量可以減輕30%至40%，且與鋼結(jié)構(gòu)的具有同等的抗沖擊強(qiáng)度，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞等意外事故時(shí)，能有效地吸收碰撞沖擊能，保護(hù)人身安全。近年來汽車結(jié)構(gòu)中承力加固件也都越來越多的使用鋁合金型材制造，比如6061-T6、7003-T5、7016-T5、7021-T62、7029-T62、7129-T62、7046-T63、7N01-T5 等。2009 年世界汽車工業(yè)用的擠壓鋁合金型材品種與規(guī)格已超過250 種。全鋁車是近年來行業(yè)發(fā)展的又一大趨勢(shì)，是指在目前的技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)可用鋁合金制造零件的

39、全鋁化，即制造車身用材料包括板材、型材與框架型材壓鑄連接件等全部由鋁合金材料制成。以Audi A8 為例，其車身由鋁型材、鋁板與壓鑄件制成，自身質(zhì)量比鋼制車身輕40，用鋁合金擠壓材制成的空間框架（ASF）如同人體的骨骼支撐著鋁薄板等零部件，而車身外覆蓋件以鋁合金薄板沖制而成。美國(guó)鋁業(yè)公司與宇通客車公司設(shè)計(jì)制造的大型鋁合金公共汽車車身框架與飾件用鋁合金型材制造，與鋼結(jié)構(gòu)相比，框架減重800kg、車輪減重170kg、車身鈑金件減重550kg、飾件減重400kg。全鋁宇通汽車的自身質(zhì)量的減輕近2 噸（減重46%）。2009 年全世界汽車工業(yè)消費(fèi)鋁擠壓材約1300Kt，占世界鋁消費(fèi)總量的2.4%，占汽車工業(yè)用鋁量的13.5%左右。我國(guó)目前擠壓鋁材在汽車中的應(yīng)用還相對(duì)較少，從應(yīng)用圍來看，也僅僅限于轎車熱傳輸系統(tǒng)管路