O impacto e as oportunidades de novos materiais ecologicamente corretos no processamento de chapas metálicas

O processamento de chapas metálicas é um processo que utiliza chapas metálicas como matéria-prima para produzir diversas peças estruturais por meio de processos como cisalhamento, estampagem, dobra, soldagem e tratamento de superfície. O desempenho dos materiais determina diretamente a qualidade, o custo e os atributos ambientais dos produtos. No passado, materiais tradicionais como aço de baixo carbono e aço laminado a frio eram amplamente utilizados na indústria. Embora tenham boa conformabilidade e economia, produzem elevadas emissões de carbono durante a fase de fundição. Além disso, alguns produtos requerem galvanoplastia e outros tratamentos de superfície para melhorar a resistência à corrosão, o que gera facilmente poluição de águas residuais e gases residuais. Com o avanço do objectivo do "duplo carbono" e a implementação rigorosa de políticas como a Lei de Protecção Ambiental e a Lei de Promoção da Produção Mais Limpa, as deficiências ambientais dos materiais tradicionais tornaram-se cada vez mais proeminentes, forçando a indústria a procurar avanços em novos materiais ecológicos.

Atualmente, novos materiais ecologicamente corretos aplicados na área de processamento de chapas metálicas formaram um padrão de desenvolvimento diversificado. Entre eles, aço de baixa liga e alta resistência, liga de alumínio, liga de magnésio, chapas compostas e novos materiais de revestimento são os mais representativos. Eles remodelam de forma abrangente a ecologia da indústria de processamento de chapas metálicas, desde a fonte de produção, processo de processamento até o terminal do produto.

A popularização e aplicação de aços de baixa liga e alta resistência assumiram a liderança na obtenção dos benefícios duplos de "redução de peso e redução de carbono". Comparado com o aço tradicional, o aço de baixa liga e alta resistência melhora significativamente a resistência do material e reduz a espessura da chapa adicionando elementos de liga (como vanádio, nióbio, titânio, etc.). Por exemplo, no processamento de chapas metálicas automotivas, após a substituição do aço tradicional por aço de alta resistência, o peso da carroceria do carro pode ser reduzido em 10%-20%, o que não apenas reduz o consumo de energia e as emissões de carbono durante a operação do veículo, mas também reduz o uso de aço, reduzindo indiretamente a poluição no processo de fundição de ferro e aço. No entanto, a alta resistência do aço de baixa liga e alta resistência também impõe novos desafios à tecnologia de processamento de chapas metálicas: sua resistência ao cisalhamento aumenta, exigindo a substituição de ferramentas mais resistentes ao desgaste; o coeficiente de retorno elástico é maior durante a flexão e a simulação de elementos finitos é necessária para otimizar os parâmetros de flexão e evitar desvios no tamanho do produto. Para esse fim, as empresas do setor introduziram sucessivamente máquinas de corte CNC de alta precisão, dobradeiras servo e outros equipamentos, combinadas com moldes especiais e software de processo, e superaram gradualmente os gargalos técnicos no processamento de aço de alta resistência.

Materiais metálicos leves, como liga de alumínio e liga de magnésio, tornaram-se "novos favoritos" no processamento de chapas metálicas devido ao seu excelente desempenho ambiental e vantagens de leveza. A própria liga de alumínio tem boa resistência à corrosão e não requer tratamento complexo de galvanoplastia. Ele pode atender aos requisitos de uso somente por meio de processos de tratamento de superfície ecologicamente corretos, como a anodização, que reduz fundamentalmente as emissões de poluentes. A liga de magnésio tem densidade de apenas 1/4 da liga de aço e 2/3 da liga de alumínio. Sendo o material metálico estrutural mais leve atualmente, tem amplas perspectivas de aplicação em campos sensíveis ao peso, como aeroespacial e comunicações eletrônicas. Em termos de processamento, os materiais metálicos leves têm forte condutividade térmica, portanto, processos de alta precisão, como soldagem a arco de argônio pulsado e soldagem a laser, são necessários durante a soldagem para evitar a deformação do material causada pela temperatura local excessiva. Ao mesmo tempo, seu desempenho de corte é bom, o que pode melhorar a eficiência do processamento e reduzir o consumo de energia. Tomando como exemplo o processamento de chapas metálicas de telefones celulares, após a substituição do aço inoxidável tradicional por folhas de liga de alumínio, não apenas o peso do produto é reduzido em mais de 30%, mas também o consumo de energia durante o processamento é reduzido em 15%, e a descarga de águas residuais na ligação de tratamento de superfície é significativamente reduzida.

O surgimento de chapas compostas e novos materiais de revestimento oferece mais soluções de proteção ambiental para o processamento de chapas metálicas. Chapas compostas, como chapas compostas de aço inoxidável-alumínio e chapas metálicas reforçadas com fibra, alcançam a vantagem de desempenho de "1+1>2" através da combinação de diferentes materiais. Eles não apenas retêm a resistência do metal base, mas também alcançam funções como resistência à corrosão e propriedades antibacterianas através do material da superfície. Além disso, nenhum tratamento de superfície adicional é necessário durante o processo de produção, reduzindo as ligações de poluição. Novos materiais de revestimento, como revestimentos em pó ecológicos e revestimentos à base de água, substituíram os tradicionais revestimentos à base de solvente. Eles quase não produzem compostos orgânicos voláteis (VOCs) durante o processo de pulverização da superfície da chapa metálica, controlando a poluição do ar desde a fonte. Tomando como exemplo o processamento de chapas metálicas de eletrodomésticos, após a substituição da pulverização tradicional à base de solvente pela pulverização com pó, as emissões de COV são reduzidas em mais de 90%. Ao mesmo tempo, o revestimento apresenta melhor aderência e resistência ao desgaste, e a vida útil do produto é significativamente prolongada.

Embora a aplicação de novos materiais ecológicos traga desafios como a modernização de processos e a renovação de equipamentos para a indústria de processamento de chapas metálicas, ela também gera enormes oportunidades de mercado e promove a transformação da indústria em direção à ecologização, à alta tecnologia e à inteligência.

Do ponto de vista da procura do mercado, a modernização ambiental das indústrias a jusante abriu novos caminhos para as empresas de processamento de chapas metálicas. Na onda de novas energias na indústria automotiva, os veículos de novas energias têm requisitos mais elevados de leveza da carroceria e resistência à corrosão do invólucro da bateria, levando a um aumento na demanda por peças estruturais de chapa metálica usando novos materiais ecologicamente corretos, como liga de alumínio e aço de alta resistência. A implementação da certificação de "eletrodomésticos verdes" na indústria de eletrodomésticos levou as empresas a usar materiais e tecnologias de processamento ecologicamente corretos, impulsionando as vendas de chapas compostas e produtos de chapa metálica revestida ecologicamente corretos. Campos de ponta, como aeroespacial e equipamentos médicos, têm requisitos mais rigorosos para a proteção ambiental, segurança e desempenho dos materiais, proporcionando espaço de mercado de alto valor agregado para empresas que dominam novas tecnologias de processamento de materiais ecologicamente corretas. De acordo com dados da indústria, o tamanho do mercado de produtos de chapa metálica nacionais que utilizam novos materiais ecológicos aumentou mais de 25% em relação ao ano anterior em 2024, muito superior à taxa de crescimento dos produtos de chapa metálica tradicionais.

Do ponto de vista da atualização da indústria, a aplicação de novos materiais ecologicamente corretos promoveu a indústria de processamento de chapas metálicas a alcançar uma atualização abrangente de "inovação de processos + atualização de equipamentos + iteração de tecnologia". Para se adaptarem às necessidades de processamento de novos materiais, as empresas introduziram sucessivamente equipamentos inteligentes, como corte a laser, soldagem robótica e centros de dobra CNC, combinados com tecnologias como gêmeos digitais e a Internet das Coisas, para alcançar controle preciso e produção eficiente no processo de processamento. Ao mesmo tempo, surgiram na indústria várias empresas focadas na investigação e desenvolvimento de novas tecnologias de processamento de materiais. Através da cooperação com universidades e instituições de pesquisa, eles superaram tecnologias-chave, como soldagem de metais leves e controle de retorno elástico de flexão de aço de alta resistência, formando uma competitividade central. Esta atualização tecnológica não só melhora o nível geral de processamento da indústria, mas também promove a transformação do processamento de chapas metálicas de “trabalho intensivo” para “intensivo em tecnologia”.

Do ponto de vista do apoio político, as políticas ambientais nacionais e as políticas industriais constituem uma garantia para o desenvolvimento da indústria. No âmbito do objectivo do "carbono duplo", os governos locais forneceram políticas preferenciais, tais como reduções fiscais e subsídios, às empresas de processamento de chapas metálicas que utilizam novos materiais ecológicos e implementam uma produção mais limpa. O "14º Plano Quinquenal para o Desenvolvimento da Indústria de Matérias-Primas" propõe claramente promover a ecologização e a alta qualidade dos materiais metálicos, fornecendo orientação política para a aplicação de novos materiais ecológicos na área de processamento de chapas metálicas. Além disso, as "barreiras verdes" cada vez mais rigorosas no comércio internacional também levaram as empresas de processamento de chapas metálicas orientadas para a exportação a acelerar a substituição de novos materiais ecológicos para melhorar a competitividade internacional dos seus produtos.

É claro que a promoção e aplicação de novos materiais ecológicos no campo do processamento de chapas metálicas ainda enfrenta alguns desafios: alguns novos materiais ecológicos de alta qualidade, como ligas de magnésio de alto desempenho e chapas compostas especiais, têm preços elevados, aumentando o investimento inicial das empresas; algumas novas tecnologias de processamento de materiais ainda não formaram padrões unificados e o nível técnico da indústria é desigual; há escassez de talentos profissionais e técnicos, dificultando a rápida adaptação às necessidades técnicas de processamento de novos materiais. No entanto, a longo prazo, a ecologização e a leveza são tendências inevitáveis ​​no desenvolvimento da indústria transformadora, e a remodelação da indústria de processamento de chapas metálicas por novos materiais ecológicos é um processo irreversível.