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世界高速鋼生產工藝及質量進展分析
發布者-1??來源:未知??發布時間:2014-11-17 08:30
世界高速鋼生產工藝及質量進展分析

一、市場需求對高速鋼發展的影響
1.高速鋼應用
    隨著現代制造技術的發展,高速鋼應用也在發生變化,一方面,由于硬質合金引入超細化制造技術,韌性提高,從而擠占部分高速鋼在金屬切削刀具領域的用量;另一方面,高速鋼應用領域不斷拓寬,除金屬切削刀具外,高速鋼在以下領域的應用逐步增加:冷作模具、軋輥、木工刀具及其它非金屬切刀、耐磨件、油泵油嘴針閥等。

高速鋼應用領域及產品形態

應用領域 所需產品形態 主要鋼種 應用領域 所需產品形態 主要鋼種
金屬切削刀具 棒材、鋼絲、鋼板、鋼帶、鍛件 M2、W9、W18、W4、M2Al、M42、M35 木工刀具及其它非金屬切刀 鋼板、扁鋼、鋼帶 M2、W4
冷作模具 預硬化模板、棒材 M2、V3N、M35、W4 耐磨性 扁鋼、棒材 M2
軋輥 離心鑄造或復合重熔、棒材 專用鋼種 油泵油嘴針閥 鋼絲 M2、W9

    預計金屬切削刀具用高速鋼會有所減少,而冷作模具、軋輥、木工刀具及其它非金屬切刀用高速鋼會穩步增加。

2.工具行業生產動向

    在金屬切削刀具領域,盡管有硬質合金的競爭,高速鋼刀具仍占有相當比重(約 50%),其中麻花鉆、絲錐、立銑刀、齒輪刀具和拉刀主要用高速鋼制造。下表為1989年歐洲發達國家各類刀具及使用材料的銷售額的相對值。

各類刀具的銷售額相對值及材料構成

單位:%

刀具品種項目 車刀 麻花鉆 螺紋刀具 銑刀 齒輪刀具 絞刀擴孔鉆 拉刀
銷售額占總額比例 25 23 20 12 5.7 5.4 4.8
材料構成 高速鋼 17 96 ~100 60 98 60 100
硬質合金 81 4 - 40 2 40 -
陶瓷 2   - -   - -
 

   據有關統計數據,2000年國際工具市場的總銷售額約100億?105億美元,歐洲、北美、日本等制造業發達國家和地區,已占據市場75%-80%;國內工具市場銷售額約為50億人民幣。其中國有企業約占市場份額60%,民營鄉鎮企業約占市場份額的 30%,進口工具約占10%。
    隨著市場的發展,工具行業同冶金行業類似,生產格局已發生巨大變化,江蘇天工和飛達兩廠,集高速鋼生產和工具制造于一體,大量生產出口麻花鉆,國內消費高速鋼約1.5萬噸/年,占全國總量的37%。
    加入WTO后,國外刀具產品紛紛進人中國市場,國內工具廠家十分重視名牌和產品升級,對含Co含Al高性能高速鋼需求增加,少數廠家希望提供粉末冶金高速鋼。為降低成本提高競爭力對高速鋼質量要求明顯提高,重點是性能一致性要求,同時對表面質量和尺寸精度提出更高要求。
3.其它行業對高速鋼的需求
模具制造行業 
    全國模具鋼消耗8-10萬噸,其中有一部分是用高速鋼替代的。目 前對于耐磨性及硬度要求較高的模具,逐漸采用低合金高速鋼制造以提高生產效率。而對于強韌性及耐磨性要求更高的精加工模具趨向用高性能高速鋼(特別是高碳高釩類)制造。估計國內每年模具用高速鋼消耗在2000噸以上。
油泵油嘴行業 
    目前用于加工油泵油嘴針閥的高速鋼規格單一、技術要求苛刻,國內年用量200噸左右。
耐磨性 
    其典型產品如空調壓縮機用滑片多為M2高速鋼制造,要求極為嚴格,年用量200噸左右。
高速鋼軋輥 
    高速鋼軋輥具有良好的耐磨性,與傳統的高鉻鑄鐵軋輥、無限冷硬鑄鐵軋輥相比,高速鋼軋輥具有使用壽命長,軋件質量好等優點,在帶鋼熱連軋和精軋機得對廣泛應用。
4.高速鋼生產工藝和品種的變化
    為不斷滿足顧客需要,高速鋼生產工藝、產品形態和質量不斷發展變化,生產工藝 的發展以粉末冶金高速鋼為代表,此外高速鋼連鑄及電渣重熔高速鋼的廣泛應用,也體現了對市場需求的滿足。產品形態的變化主要表現在多樣化(棒、絲、板、帶)、精品化(光亮材)、制品化(預硬化、近終成型、直至高速鋼與刀具產品聯合生產)。
二、國外高速鋼生產簡況
1.近年來世界高速鋼產量
    據不完全統計,世界高速鋼產量為16?18萬噸,其中中國4.5萬噸,俄羅斯約3萬噸,歐、美、日8萬噸(日本1.6萬噸),其它0.5?2.5萬噸。主要生產國為中國、法國(瑞典)、日本、奧地利、德國、俄羅斯。
2.世界著名高速鋼生產企業
    世界上生產高速鋼最多的三個工廠,依次為法國歐拉司蒂(Erasteel)廠,奧地利百 祿鋼廠(Bohler)和日本日立金屬安來鋼廠(Yasugi)。
    Erasteel(歐拉司蒂)廠  法國歐拉司蒂廠建立于1993年,由法國的Commentryenne 和瑞典的Fagersta、Uddeholm、Speedsteel等公司合并而成,其中Fagersta和Uddeholm均有 百年歷史?,F有員工1000人,年產量25000噸(鋼錠),年銷售額2億歐元,1998年產量為18000噸高速鋼材,為世界第一。品種齊全,有長型材(棒材和鋼絲)、扁平材 (鋼板、鋼帶)及粉末冶金高速鋼三類產品,所占比例分別為65%、25%、10%。Erasteel是歐洲最大高速鋼鋼板生產廠,年產近4000噸,主要為0.63毫米厚的手用鋸條坯料。ASP系列粉末冶金高速鋼是世界名牌。
    Erasteel高速鋼產品62%銷售在歐洲,23%銷售在北美,10%在亞洲。
    Erasteel設備先進,擁有粉末冶金生產線、30噸AOD精煉爐、精鍛機、線材連軋 機、激光焊接雙金屬帶機組等。 
    Erasteel粉末冶金高速鋼于1972年建成生產廠投產,有ASP23、30和60等三個牌 子。1990掉在鋼水熔煉上引入ESH方法(鋼液面有冶金活動性強的電渣層,鋼液用電 極加熱)可去除90%的非金屬夾雜,開始生產ASP2000系列的粉末冶金高速鋼。該廠 30年共生產了50000噸粉末高速鋼供應市場,1994和1995年的產量均為2100噸/年。 現有ASP2030、2060等8個牌號的粉末冶金高速鋼。 
    在中國重點推銷C8及M9V,C8鋼(S5?6?2?8/C?1.05%):強度、韌性優于 M42,硬度可達67-68HRC:M9V(S3.5?8.5?2.7/C?1.20%)以碳化物細小著稱, 適宜制造高耐磨性絲錐。  
    Bohler(百祿,又譯作伯樂)鋼廠  奧地利的Bohlor鋼廠1870年創建;為世界第二 高速鋼生產廠。1998年的總銷售值為3.6億美元(44億奧先令)折合30億人民幣;共 生產各種特殊鋼125500噸,其中20%為25000噸的高速鋼鋼錠。2001年生產28000噸, 其中粉末高速鋼2800噸。該廠的高速鋼鋼錠除自用外,還要供應已獨立出去,但在同 一控股公司內的Bohler鋼板廠生產高速鋼鋼板(平均年產量為2200噸高速鋼板,主要 部分2?3毫米厚,供機用鋸條及切口銑刀用)及用連鑄法生產的小型高速鋼鋼坯。供 Bohler易北鋼廠生產雙金屬帶鋸鋸帶;這兩項高速鋼產品均不計人鼬婦鋼廠的高速鋼材產量內。
    近年Bholer高速鋼材產量為10000-12000噸/年。由于技術進步,全廠職工人數從 1989年的8000多人,降到1998年的1800多人。品種包括棒材(最大Φ350豪米,經粗 機械加工),方鋼、扁鋼、鋼絲和粉末冶金高速鋼,以含Co鋼及Φ150-350ISORAPID(各向同性)2000為特色。在90年代中期后,該廠高速鋼庫存已無黑皮熱軋品種;熱軋 黑皮高速鋼板要提前半年訂貨。Bohler高速鋼銷售值占世界市場的10.5%擴其產品58% 銷往歐洲、18%銷往美洲、12%銷往亞洲。  
    鈷高速鋼在其高速鋼總量中的比例,1989年為14.4%/1840噸,1991年為21.2%/ 1650噸,鈷高速鋼S705(5%Co)在歐洲獲得廣泛的應用,不同于美國、日本,這也是 其特點之一。高速鋼冶煉皆采用VOD(真空脫氧脫氣)精煉。
    1998年,Bohler鋼廠的研究費用為5000萬奧地利先令(9折合人民幣3400萬元)。在技術發展方面,于2000年投產了一個新的粉末冶金工具鋼車間,投資近3億奧地利 先令(2億人民幣)建立制粉設備及新的HIP熱等靜壓機,其粉末工具鋼能力據稱當時 為世界第2位。1998,Bohler鋼廠銷售了約1000噸粉末冶金高速鋼,現共有P/MS390等 4個牌號的粉末冶金高速鋼及從其衍生的高硫易切削晶種。
    Yasugi(安來)鋼廠  日本日立金屬安來鋼廠始建與1899年,屬綜合特殊鋼廠?,F 有員工1800人,年產各種合金鋼材約132000噸,其中高速鋼材產量約為1000噸,自稱 為世界第三大高速鋼生產廠,其產量占日本高速鋼總產量的50%左右,該廠的高速鋼 材80%在國內銷售,只有20%產量用于出口。近年對中國的高速鋼出口幾乎停頓,只 有極少量的M42鋼。品種包括:棒材、鋼板、鋼帶、鋼絲及預硬化鋼絲。含Co鋼產量 占總量的近20%。在鈷高速鋼中以YXM60(S5.5?6.5?1.6?8)的最多(40-50噸/ 月)。該廠每年銷售600?700噸粉末冶金高速鋼,共有4個切削用牌號,其中以HAP40 (S6?5?3?8,相當于ASP2030)銷量最大。主要市場為日本國內,少量銷往我國臺灣省。  
    該廠共有從10噸?40噸的電弧爐6座(總能力115噸)。高速鋼在10噸電弧爐熔 煉,經鋼包精煉,鑄錠尺寸Φ60毫米,重1噸。爐外精煉設備采用瑞典ABB?ASCC設 備。
    在硬度要求較低的模具用高速鋼方面,安來工廠已推出了3個有專利的牌號,屬低 合金高速鋼,工作硬度為56-62HRC,其產量已占到安來廠高速鋼總產量的1/3,這是 一個不可忽視的動向。用于冷作和熱作模具,以其優異的軔性和耐磨性取代M2鋼,此 類基體鋼經ESR電渣重熔后,做模具性能更好。
    該廠另一個特色產品為淬硬的高速鋼定尺鋼絲,直徑0.3?3.0毫米,定尺長度15 -900毫米,硬度900±30HV(67±1HRC),脫碳層深度視直徑大小≤0.02-0.05毫米。
    20世紀70-80年代,我國曾大量進口安來廠生產的小直徑(Φ5.5-10mm)熱軋盤 條及冷拔鋼絲。熱軋盤條的脫層幾乎沒有,冷拔鋼絲直接投產四輥扭軋直柄麻花鉆,軋 裂率≤3%。其產品質量在我國工具廠有較好的聲譽。  
3.工藝技術發展趨勢
粉末冶金高速鋼
     粉末冶金高速鋼是近代高速鋼新品種、新工藝、新技術的綜合體 現,20世紀70年代初開始投入生產應用。首先由美國的Crucible公司和瑞典的Soderfoes 開發生產,以后日本的神戶制鐵、日立金屬、奧地利的Boher等公司也先后投產。粉末 冶金高速鋼的主要質量指標是密度、氧含量和夾雜物。Erasteel粉末氧含量低于50ppm。 粉末冶金高速鋼碳化物檢驗最大尺寸≤4μm,尺寸分布在很窄范圍內,不同方向的強韌 性趨于一致。
    從1983年公布的統計數據看,氣霧法熱等靜壓粉末高速鋼生產能力為8000噸; 水霧法燒結鋼為1000噸,實際年產量5000噸,目前粉末冶金高速鋼并來象當初人們預測 的那樣高速增長,但在部分國家明顯增加。如Erasteel年產粉末冶金高速鋼2500噸; Bohlerl999年粉末冶金高速鋼1000噸,2000年增產一個新的粉末冶金工具鋼車間;美 國Crucible公司通過改進HIP工藝成本大幅度下降,粉末冶金高速鋼生產能力已達1000 噸/月,估計實際生產能力600噸/月,其粉末冶金高速鋼用量可能已超過熔煉高速鋼。
鑄錠法生產高速鋼工藝 
爐外精煉  國外冶煉高速鋼多用30噸以上電弧爐,配有電磁攪拌裝置,均配有爐 外精煉設備,如Erasteel采用AOD,日立金屬安來鋼廠采用LF。
電渣重熔  電渣重熔能提高鋼的純凈度,改善鑄態組織,對于大斷面高速鋼材的生 產尤為必要,直徑100(150)mm以上的鋼材,必須用電渣重熔精煉;Bolder公司的電渣重熔高速鋼(ISORAPID2000)為國際名牌,其高速鋼電渣錠直徑為Φ550mm,并耀用 孕育處理,據稱ISORAPID2000大規格棒材整個斷面與長度內的性能達到各向同性。
連續澆濤  眾所周知,特鋼連鑄難于普鋼連鑄,而高速鋼連鑄難度更大6為解決高 速鋼連鑄問題,各國進行了大量的試驗研究,比較成功報道有奧地利BreitenfeldD廠1998 年用四流立式機連鑄高速鋼100mm方坯,已投入正常生產。奧地利Bohler鋼廠1993年 水平連鑄M2鋼130mm方坯成功,僅限于生產規格小于Φ24mm的M2一種鋼種。
    有人預測未來的高速鋼生產工藝流程應為以下兩種:
    一是通用型鋼種、中小型材及鋼絲生產流程;
    二是大斷面材及高牌號高速鋼材生產流程。
4.標準及質量情況
    世界各國高速工具鋼標準都各有本國特點。其中美國的ASTMA600標準比較完整全面,也是各國高速鋼鋼號的基礎。

各國標準在各項目差異
國家項目 美國 前蘇聯 日本 法國 德國 中國
尺寸偏差 + / - / + -
彎曲度 + - / / / /
長度與偏差 + / / / / /
表面質量 / / / + + -
低倍 + + x x x /
脫碳 + + + + + +
淬回火硬度 + / / + / /
共晶碳化物不均勻度 / + x / / +
斷口 x + x x x x
紅硬性 x + x x x x
“+”代表要求較嚴,“-”表示要求較松,“/”表示有檢驗要求,“x”表示不做要求。
    總的來看,國外標準規定的比較抽象。從檢驗項目看,美國標準和前蘇聯標準檢驗項目較多而且較嚴。除前蘇聯和中國幾乎都沒有規定檢驗共晶碳化物不均勻度和大塊角 狀碳化物等重要項目。事實上各生產廠家為了競爭的需要,企業標準更為嚴格,特別是 在化學成分,尺寸精度和表面質量方面,如Bohler不僅化學成分范圍窄,而且根據用途 不用,化學成分控制范圍不同,形成不同鋼號。
    從實物質量水平看,一般說來評價高速鋼產品的實物質量水平,應從工具制造時材 料利用率,工藝性能的穩定性,以及制成品的性能方面加以評定。
    20世紀80年代,國內工具廠用進口M2小型材較多,他們認為日立公司的SKH9及 奧地利Bohle公司的S614質量比較穩定,熱扭軋廢品率在30%以下。這兩種產品的其 它質量特性值如下:①碳化物顆粒度≤11μm;②淬回火硬度65?67HRC;③紅硬性 (600℃)≥63HRC;④脫碳層深度≤1%D;⑤表面裂紋率≤1%。
    近10年來,進口高速鋼很少,僅少量進口含Co高速鋼。據介紹進口M35、M42熱 處理硬度波動范圍△HRC≤1,尺寸精度、表面質量、脫碳優于國產鋼材。含鈷鋼主要 用于使用條件苛刻、綜合性能要求高的復雜刀具上。2001年河北冶金院對市售的國內 外特鋼廠M42鋼進行了抽樣檢驗,結合以往其他單位分析結果有以下幾方面:一是所 有受檢材料化學成分,高低倍組織,符合相應的標準,從統計數據來看,國外M42化 學成分一致性好成分范圍比較窄。有害元素含量S、P、As、Pb、Sn等都比較低,P含 量一般在0.020%左右。說明國外煉鋼爐料控制比較嚴;二是交貨狀態的硬度不一致, 有的高、有的低。S500鋼交貨硬度相對較高;三是國外產品尺寸精度好,Φ30-80mm 圓鋼基本上只有上公差、公差為±~1.5/?0mm,相當于GB908?97、GBT02?86相同 組距公差的1/3-1/2,表面質量好,均為扒皮材;

四是據統計部分檢驗進口碳化物不 均度的數據如下:

規格 1/4D處碳化物平均級別 1/8D處碳化物平均級別 規格 1/4D處碳化物平均級別 1/8D處碳化物平均級別
Φ30-40 3.12 1.75 Φ60-80 4.38 2.88
Φ40-60 3.5 2.16      
 

 說明進口材1/4D處碳化物與國內水平相當,但1/8D處即刀具刃口部分碳化物非 常良好,B9948?88相同組距降1.5-2.0級,這對提高刀具壽命非常有利;五是進口產 品基本沒有C類及D類夾雜,A類粗0.5級,細1級、B類粗≤1.5級,極個別有B類 細系超長夾雜,國產鋼夾雜物比進口鋼低0.5-1.0級,與電渣重熔有關。
    總的來說,國外鋼材在外觀質量尺寸精度上明顯優于國產鋼材,日本及奧地利還涂 防銹漆,尺寸一致性好,沒有短尺。

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