De evolutie van gelegeerd staal is nauw verbonden met de industriële revolutie, oorlog en transport. Geboren in de 19e eeuw uit de behoeften van de industrialisatie, heeft het de wereld getransformeerd. Vanaf de begindagen van het harde staal tot de Chinese jaarlijkse productie van meer dan 55 miljoen ton heeft gelegeerd staal geavanceerde industrieën zoals machines en ruimtevaart aangedreven met zijn sterkte en corrosiebestendigheid. In 2023 had de markt de waarde van 30,4 miljard yuan overschreden, en nieuwe energievoertuigen en groene technologieën zullen naar verwachting de komende zes jaar voor een groei van 21% zorgen.
De toevoeging van legeringselementen is bedoeld om de interne structuur van staal, evenals de fysische, chemische en mechanische eigenschappen ervan, te wijzigen en te verfijnen. Als gevolg hiervan vertoont gelegeerd staal een hogere sterkte, hardheid, taaiheid, slijtvastheid, corrosieweerstand en betere prestaties bij hoge of lage temperaturen in vergelijking met gewoon koolstofstaal.
Op basis van het totale gewichtspercentage van de toegevoegde legeringselementen wordt gelegeerd staal over het algemeen onderverdeeld in drie categorieën: laag-gelegeerd staal, met een totaal legeringsgehalte van niet meer dan 5%; middel-gelegeerd staal, met een legeringsgehalte tussen 5% en 10%; en hoog-gelegeerd staal, met een totaal legeringsgehalte van meer dan 10%. Deze gelegeerde staalsoorten, elk met hun specifieke samenstellingskenmerken, worden op vele terreinen op grote schaal gebruikt. Hun toepassingen variëren van de productie van mechanische uitrustingscomponenten, bruggenbouw, drukvaten en chemische faciliteiten tot de productie van lucht- en ruimtevaartonderdelen, militaire uitrusting, maar ook mallen en gereedschappen.
Ontwikkelingsgeschiedenis van de gelegeerde staalindustrie
De ontwikkeling van gelegeerd staal begon in de tweede helft van de 19e eeuw, een periode die werd gekenmerkt door een versnelde industrialisatie en een sterke stijging van de vraag naar staal. Conventionele staalsoorten hadden echter te maken met beperkingen op het gebied van verwerkbaarheid en mechanische eigenschappen. In 1868 bereikte de Britse metallurg RF Mushet een grote doorbraak door een zelfhardend staal uit te vinden dat 2,5% mangaan (Mn) en 7% wolfraam (W) bevatte. Dit staal verbeterde de snijprestaties aanzienlijk en stimuleerde de vooruitgang in de machinebouwindustrie.
Tijdens de jaren 1870 namen de Verenigde Staten, gedreven door de groei van handel en transport, het voortouw door een brug over de rivier de Mississippi te bouwen met behulp van chroomstaal met 1,5% tot 2,0% chroom (Cr). De brug had een overspanning van 158,5 meter, wat het potentieel van gelegeerd staal in grootschalige kunstwerken aantoonde. Problemen bij de verwerking van complexe componenten waren er echter al snel voor dat industriële landen zich tot nikkelstaal met 3,5% nikkel (Ni) wendden om bruggen met nog grotere overspanningen te bouwen. Deze staalsoort werd langzamerhand ook toegepast bij de bouw van marineschepen.
Bij het begin van de 20e eeuw, vooral na de jaren twintig, heeft de opkomst van de staalproductie met elektrische boogovens de massaproductie en diversificatie van gelegeerd staal aanzienlijk vergemakkelijkt. Tegen de jaren zestig verbeterde de wijdverbreide toepassing van staalraffinagetechnologieën-waaronder vacuümontgassing en ontkoling met argon-zuurstof-de kwaliteit van gelegeerd staal voortdurend, waardoor het in de richting van een hoge zuiverheid en een ultralaag koolstofgehalte leidde.
De ontwikkeling van laaggelegeerd staal in China heeft verschillende fasen doorlopen. In de beginfase van 1957 tot 1963 vond de succesvolle ontwikkeling plaats van China's eerste laaggelegeerde staal, 16Mn, dat met zijn hoge sterkte en hoge taaiheid aan de behoeften van verschillende industrieën voldeed. In de loop van de tijd bleef de mondiale gelegeerde staalindustrie groeien en uitbreiden. De afgelopen decennia heeft de opkomst van de markt voor nieuwe energievoertuigen de vraag naar hoogsterkte gelegeerd staal doen toenemen om te voldoen aan de eisen op het gebied van lichtgewicht auto's. De voortdurende versterking van de mondiale infrastructuurconstructie heeft het gebruik van gelegeerd staal in bruggen, hoogbouw en andere terreinen doen toenemen. Tegelijkertijd is de vraag naar hoogwaardig gelegeerd staal gestaag gestegen in sectoren van de productie van hoogwaardige apparatuur, zoals de lucht- en ruimtevaart- en energiesector.
Upstream, midstream en downstream van de gelegeerde staalindustrie
Het stroomopwaartse segment van de gelegeerde staalindustrie omvat voornamelijk de winning en verrijking van ijzererts, evenals de winning van legeringselementen. IJzererts dient als basisgrondstof voor de staalproductie, terwijl legeringselementen zoals chroom, nikkel en mangaan worden gebruikt om de prestaties van staal te verbeteren en te optimaliseren. Deze fase omvat ook de recycling en het gebruik van schroot.
Het midstream-segment richt zich op het productieproces van gelegeerd staal. Door nauwkeurige controle van de legeringssamenstelling en productietechnieken-zoals de productie van convertorstaal, de staalproductie in elektrische vlamboogovens, secundaire raffinage en continugieten- worden gelegeerde staalproducten geproduceerd die aan verschillende eisen voldoen.
Aan de stroomafwaartse kant wordt gelegeerd staal op grote schaal gebruikt in tal van industrieën vanwege de hoge sterkte, corrosieweerstand en slijtvastheid. Deze toepassingen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de automobielindustrie (bijv. structurele onderdelen van carrosserieën, ophangingssystemen), machinebouw (bijv. tandwielen, lagers en andere componenten), lucht- en ruimtevaart (bijv. motoronderdelen, structurele componenten bij hoge temperaturen), energieapparatuur, petrochemie, scheepsbouw, bruggenbouw en spoorvervoer. Gelegeerd staal is een belangrijk materiaal ter ondersteuning van de moderne industriële productie en de productie van hoogwaardige apparatuur. Met de voortdurende technologische vooruitgang en de toenemende marktvraag blijft de gelegeerde staalindustrie evolueren en innoveren om in de toekomst aan meer uiteenlopende en hoogwaardige eisen te voldoen.
Marktomvang en groeipercentage van de Chinese gelegeerde staalindustrie
In de loop van de sociale en economische ontwikkeling van China heeft gelegeerd staal een cruciale rol gespeeld als belangrijk strategisch materiaal. De afgelopen jaren heeft de binnenlandse productie van gelegeerd staal een duidelijke opwaartse trend laten zien. Volgens statistische gegevens is de jaarlijkse productie van gelegeerd staal in China van 2019 tot 2021 achtereenvolgens gestegen tot 47,0243 miljoen ton, 54,0275 miljoen ton en 55,2346 miljoen ton. Met name tussen 2020 en 2021 bereikten de groeicijfers respectievelijk een aanzienlijke 14,9% en een stabiele 2,2%, wat de aanhoudende en stabiele uitbreiding van de productiecapaciteit van de Chinese gelegeerde staalindustrie aantoont.
Gedreven door de snelle groei van industrieën zoals de petrochemie, de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaart en de fossiele energie, is de Chinese vraag naar gelegeerd staal gestaag gestegen. In 2021 bereikte het verkoopvolume van gelegeerd staal op de Chinese markt een recordhoogte van 55,3521 miljoen ton, wat neerkomt op een stijging van 3,2% op jaarbasis.
Wat de productstructuur betreft, vertegenwoordigde hoogwaardig gelegeerd staal in 2021 slechts 5,08% van de totale productie van speciaal staal, terwijl gelegeerd staal (algemeen) 22,51% voor zijn rekening nam en niet-gelegeerd staal 37,32%. Dit geeft aan dat gelegeerd staal een aanzienlijk aandeel heeft in de Chinese markt voor speciaal staal, en dat de productie ervan jaar na jaar is toegenomen als gevolg van de technologische vooruitgang en de groeiende marktvraag.
Volgens gegevens van Zhiyanzhan Consulting bedroeg de marktomvang van de Chinese gelegeerde staalindustrie in 2018 25,648 miljard yuan. In 2023 bedroeg deze 30,495 miljard yuan, wat neerkomt op een groei op jaarbasis van 3,43%.
Problemen in de gelegeerde staalindustrie
Net als de staalindustrie als geheel wordt ook de gelegeerde staalsector met een zekere mate van overcapaciteit geconfronteerd. Hoewel gelegeerd staal op grote schaal wordt gebruikt in veel hoogwaardige productiesectoren vanwege de uitstekende eigenschappen ervan, hebben onevenwichtigheden in de ontwikkeling van de industrie en schommelingen in de marktvraag geleid tot een overaanbod van sommige goedkope of algemene gelegeerde staalproducten. Als gevolg hiervan blijft de bezettingsgraad laag. Tegelijkertijd is de productmix van sommige ondernemingen, als gevolg van een vertraging in de technologische innovatie en productupgrades, er niet in geslaagd zich snel aan te passen aan de veranderende vraag naar speciale gelegeerde staalsoorten vanuit de productie van hoogwaardige apparatuur en opkomende industrieën.
Hoewel de Chinese gelegeerde staalindustrie qua omvang een zeker niveau van internationale invloed heeft bereikt, is er nog steeds ruimte voor verbetering op het gebied van R&D op het gebied van de kerntechnologie, de ontwikkeling van nieuwe materialen en de stabiliteit van de productkwaliteit. Het vermogen tot onafhankelijke innovatie is onvoldoende. Met name blijft China sterk afhankelijk van buitenlandse bronnen voor de productieprocessen en technische patenten van bepaalde hoogwaardige gelegeerde staalproducten. Deze afhankelijkheid beperkt niet alleen de industriële modernisering, maar beperkt ook het vermogen van de industrie om te concurreren op markten met een hogere toegevoegde waarde.
Bovendien wordt de gelegeerde staalindustrie gekenmerkt door een relatief gefragmenteerde marktstructuur met een lage concentratie. Grote backbone-ondernemingen hebben slechts een beperkt deel van de markt in handen, terwijl er talloze kleine en middelgrote ondernemingen bestaan. Deze gefragmenteerde industriële structuur belemmert de optimale allocatie van middelen, wat leidt tot frequente prijsonderbieding en ongezonde concurrentie tussen bedrijven. Het verzwakt ook hun onderhandelingspositie op het gebied van de inkoop van grondstoffen, de verkoop van producten en technologische R&D, waardoor het moeilijk wordt om sterke schaalvoordelen te realiseren of effectieve mechanismen voor gezamenlijke innovatie op te zetten.
Ontwikkelingsvooruitzichten van de gelegeerde staalindustrie
Als belangrijke leverancier van essentiële materialen voor geavanceerde productie vertoont de gelegeerde staalindustrie een sterk groeipotentieel en brede perspectieven voor toekomstige ontwikkeling.
Ten eerste zal de industrie, gedreven door technologische innovatie, productieprocessen en R&D op het gebied van de materiaalkunde blijven bevorderen. Speciale nadruk zal worden gelegd op de ontwikkeling van gelegeerde staalsoorten met verbeterde eigenschappen zoals hoge sterkte en taaiheid, corrosieweerstand en prestaties bij hoge temperaturen, om te voldoen aan de groeiende vraag van hoogwaardige apparatuurproductiesectoren, waaronder de lucht- en ruimtevaart, nieuwe energievoertuigen, scheepsbouw, petrochemie en energieapparatuur. Met de voortdurende introductie van nieuwe producten zoals plaatstaal voor middelhoge en lage temperaturen, gelegeerd staal voor hoge temperaturen en precisiestaal, zal de industriële structuur van de gelegeerde staalsector verder worden geoptimaliseerd. Dit zal China helpen een groter deel van de internationale markt voor hoogwaardig staal te veroveren en zijn mondiale concurrentievermogen te vergroten.
Als reactie op de nationale strategie van energiebesparing en emissiereductie zal de gelegeerde staalindustrie grotere stappen zetten in de richting van groene ontwikkeling. Door energie-efficiëntere en milieuvriendelijkere smelttechnologieën en productieapparatuur in te voeren, zal de industrie eraan werken het energieverbruik en de uitstoot van verontreinigende stoffen tijdens de productie terug te dringen. Dit helpt niet alleen om te voldoen aan strenge milieuregels, maar levert bedrijven ook meer sociale erkenning en merkwaarde op de lange termijn op.
Digitale en intelligente transformatie zal een nieuwe motor worden voor de groei van de gelegeerde staalindustrie. De introductie van geavanceerde technologieën zoals het industriële internet, big data en kunstmatige intelligentie zullen informatiegestuurd productiemanagement, intelligente procescontrole en precisiediensten mogelijk maken. Deze veranderingen zullen de productie-efficiëntie verbeteren, de bedrijfskosten verlagen en aanleiding geven tot nieuwe bedrijfs- en servicemodellen.
Samenvattend wordt verwacht dat de gelegeerde staalindustrie, gedreven door technologische innovatie, groene ontwikkeling, intelligente modernisering en ondersteunend beleid, de komende jaren een gestage groei zal handhaven, industriële herstructurering en modernisering zal bewerkstelligen en een solide materiële basis zal bieden voor de hoogwaardige ontwikkeling van de Chinese productiesector. Tegelijkertijd moeten bedrijven binnen de sector zichzelf voortdurend aanpassen en verbeteren om zich aan te passen aan marktveranderingen, ontwikkelingskansen te grijpen en toekomstige uitdagingen het hoofd te bieden.
Volgens voorspellingen van Zhiyanzhan Consulting zal de marktomvang van de Chinese gelegeerde staalindustrie tussen 2024 en 2030 naar verwachting met 2% tot 3% groeien. In 2030 zal de marktomvang naar verwachting 36,795 miljard yuan bereiken, wat neerkomt op een stijging van 2,44% op jaarbasis.
