銅及銅合金材料在工程技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的根本特點是，其屬于目前較為經(jīng)濟(jì)實用的一種導(dǎo)電材料。純銅具有僅次于銀的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，適宜的強度、優(yōu)良的耐蝕性能，易于釬焊和形變加工，大量用于制造各種電氣導(dǎo)線和導(dǎo)體。同時隨著人民生活水平的提高，民用負(fù)載不斷加大，電力行業(yè)也呈增長的趨勢，隨著按國際標(biāo)準(zhǔn)配置居民電線線徑等建筑規(guī)范的出臺都為銅及銅合金材料在電力領(lǐng)域提供了廣闊的發(fā)展前景。銅及銅合金的另一個特點是，其具有優(yōu)良的合金化特性，能和目前絕大多數(shù)金屬或非金屬元素形成各具特色的合金，目前已形成250余個合金牌號，近萬種規(guī)格的產(chǎn)品系列，滿足各行各業(yè)的需要。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，其用于高新科技領(lǐng)域的新型合金品種不斷涌現(xiàn)，代表了當(dāng)代工程材料發(fā)展的方向，具有廣闊的發(fā)展前景。下文將簡要闡述銅母線及銅質(zhì)部件和強高導(dǎo)銅合金接觸網(wǎng)材料這兩種市場前景廣闊的銅及銅合金材料的市場情況。
國內(nèi)輸配電行業(yè)中銅母線
及銅質(zhì)部件市場情況
銅及銅合金母線(以下簡稱“銅母線”)也稱為銅排或銅母排，是指在電力系統(tǒng)中起著匯集、分配和傳送電能作用的銅質(zhì)總導(dǎo)線，通常為由銅或銅合金材質(zhì)制作的長導(dǎo)體，主要在電氣設(shè)備中起輸送電能和連接電氣設(shè)備的作用，是一種大電流導(dǎo)電產(chǎn)品，電工銅排具有電阻率低、可折彎度大等優(yōu)點，適用于高低壓電器、開關(guān)觸頭、配電設(shè)備、母線槽等電器工程，也廣泛用于金屬冶煉、電化電鍍、化工燒堿等超大電流電解冶煉工程。
從產(chǎn)業(yè)鏈上來看，我國的銅母線生產(chǎn)企業(yè)位于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，生產(chǎn)的銅母線產(chǎn)品主要為中間產(chǎn)品，銅母線的最終使用者通常需要對銅母線產(chǎn)品的形狀等進(jìn)行再加工，因此大多數(shù)銅母線產(chǎn)品被制作成方便進(jìn)行再加工的矩形截面或倒角(圓角)矩形截面的長條體。但是部分加工能力較強的銅母線生產(chǎn)企業(yè)能夠為其客戶定制其所需要的專門形狀的銅母線，由于形狀與普通的母線產(chǎn)品不同，此類銅母線被稱之為“異型銅母線”或“異型銅排”。
銅母線及銅質(zhì)部件產(chǎn)品主要被應(yīng)用于各種輸、配電及電網(wǎng)設(shè)備，如開關(guān)柜、母線槽、斷路器等高低壓電氣設(shè)施，其次是用于電機(jī)等發(fā)電設(shè)施,用于制作電機(jī)繞組線圈(銅母線)和高低壓電器開關(guān)觸頭(異型排)以及供配電安裝連接導(dǎo)線(銅排)等相關(guān)電力電氣產(chǎn)品。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，電力建設(shè)的速度加快，電機(jī)、電器產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新，對銅及銅合金材料的機(jī)電性能和表面質(zhì)量也提出了更高的要求。國外如日本等發(fā)達(dá)國家均采用高導(dǎo)電高延伸的新型銅材來制作電機(jī)繞組線圈和高低壓電器開關(guān)觸頭。社會用電需求加大，軌道交通建設(shè)加快，高層建筑建設(shè)增多，由此對銅母線的需求將不斷提高。“十二五”期間，全國電力工業(yè)投資規(guī)模達(dá)到5.3萬億元，其中電網(wǎng)投資達(dá)到2.55萬億元，占總投資額的48%。
根據(jù)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所的研究，中國的銅消費需求在2025年前后將會繼續(xù)保持穩(wěn)步增長的趨勢，預(yù)計到2020年時我國全年銅消費需求將會達(dá)到約1600萬噸。根據(jù)上海材料科學(xué)院的統(tǒng)計，2014年我國銅母線產(chǎn)品的市場容量約為140萬噸，占當(dāng)年我國全年銅消費的比例約為12%，按此比例推算，預(yù)計到2020年時我國銅母線市場的總體容量將達(dá)到約200萬噸，其中新型銅母線及銅制零部件約占銅母線容量的15%，故新型銅母線及銅制零部件市場容量約為30萬噸，未來市場需求總體將持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。
高速鐵路用高強高導(dǎo)銅合金
接觸網(wǎng)材料市場情況
接觸線和承力索都是電氣化鐵路接觸網(wǎng)的組成部分。鐵路接觸網(wǎng)是電氣化鐵路的重要配套設(shè)施，主要用于將電源輸送到電氣化鐵路的電力機(jī)車上。電氣化鐵路是指電力機(jī)車所行走的鐵路。電氣化鐵路的牽引動力是電力機(jī)車，機(jī)車本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。目前，我國的快速鐵路(時速在160km/h~200km/h)、高速鐵路(時速在200km/h以上)以及主要的城市軌道交通都是以電力機(jī)車為牽引動力的電氣化鐵路。
鐵路接觸線是指電氣化鐵路架空接觸網(wǎng)中與機(jī)車受電弓滑板相接觸并傳輸電流的金屬接觸線，主要負(fù)責(zé)為電氣化鐵路上的電力機(jī)車提供電力，是電氣化鐵路的關(guān)鍵設(shè)備之一;承力索是電氣化鐵路懸掛接觸接觸線的配套產(chǎn)品，通常為金屬絞線，其主要作用是通過吊弦將接觸線懸掛起來，同時也可以承載一定的電流來減小牽引網(wǎng)阻抗，降低電壓損耗和能耗。接觸線、承力索是高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)中的核心技術(shù)材料，起著電力機(jī)車在運行過程中輸電作用，保證電力接車安全、可靠的運行。
我們根據(jù)中國鐵路運行制動系統(tǒng)CTCS(Chinese Train Control System)的建設(shè)規(guī)劃預(yù)測未來中國高速鐵路建設(shè)市場規(guī)模，CTCS是為了保證列車安全運行，并以分級形式滿足不同線路運輸需求的列車運行控制系統(tǒng)。目前在我國高鐵線路中，主要運用的是CTCS-2和CTCS-3這兩個系統(tǒng)，CTCS-2可以監(jiān)控保護(hù)200km/h~300km/h的線路，而CTCS-3則運用在時速300km/h~350km/h的線路。
具體再分析這些總里程中CTCS-2和CTCS-3的比例，可知2014年中可查到的CTCS-2、CTCS-3里程分別為3500公里、2200公里，2015年可查的CTCS-3為1678公里(合肥-福州808.4公里、重慶-成都308.6公里、長沙-昆明561公里)，CTCS-2為2996公里(沈陽-丹東207公里、南京-安慶258公里等十六條線路)，這樣可以看到CTCS-3在高鐵建設(shè)中占比約為40%左右。
技術(shù)更先進(jìn)的CTCS-3占比較低的原因主要有以下幾點：一是CTCS-3天然的較高的成本，二是甬溫線事故后高鐵全面降速對CTCS-3的需求也大幅減少。2015年我國軌道電路新增市場規(guī)模約230億元，之后每年有較大幅度的降低。筆者認(rèn)為有以下主要原因：一是受“2011年事件”影響，大批復(fù)工項目在2014、2015年集中完成，因此這一時間段內(nèi)體量會比較大;第二是目前8000多億元的鐵路投資已經(jīng)很高，未來很難有爆發(fā)性的增長。
實際上我國每年新增的里程會超過預(yù)測的數(shù)據(jù)，因為在我國還有大量的電氣化改造工程。如滬杭鐵路電氣化改造、蕭甬鐵路電氣化改造、京九鐵路電氣化改造、黎湛鐵路電氣化改造等，這些線路長度不一樣(短的如蕭甬鐵路147公里，長的如京九鐵路超過1400公里)，未來我國既有線路的電氣化改造過程仍將繼續(xù)推進(jìn)。對于接觸網(wǎng)、牽引變電所的維護(hù)更換，中國產(chǎn)架空接觸導(dǎo)線的設(shè)計使用壽命約為8~12年，考慮到鐵路接觸網(wǎng)的地理、氣候環(huán)境較城軌更復(fù)雜，并結(jié)合實際換線情況，鐵路接觸網(wǎng)的使用壽命會低于城軌使用壽命。這其中，高強高導(dǎo)銅合金接觸線使用量為3.5噸/公里。
在當(dāng)前國外經(jīng)濟(jì)形勢不明朗，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速下行風(fēng)險加大的情形下，理性的投資和擴(kuò)張顯得更為重要。以目前銅加工行業(yè)總體運行情況與發(fā)展環(huán)境綜合判斷，中國銅及銅加工材料行業(yè)基本能夠?qū)崿F(xiàn)“穩(wěn)中求進(jìn)”。相信伴隨著結(jié)構(gòu)調(diào)整與新興產(chǎn)業(yè)升級的過程，中國新型的銅合金加工材的整體市場競爭實力將得到不斷提升。
