我國高速鋼的發(fā)展和幾點(diǎn)建議

1、我國高速鋼的發(fā)展和幾點(diǎn)建議概述概述高速鋼是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼,又稱高速工具鋼或鋒鋼。因其工藝性能好,強(qiáng)度和韌性配合好,主要用來制造復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具,也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。高速鋼自19世紀(jì)末誕生以來,在鋼種系列、鋼材品種、冶金質(zhì)量等方面不斷完善、提高(表1,雖然面臨被硬質(zhì)合金等材料替代的挑戰(zhàn),至今在刀具材料領(lǐng)域仍占有重要地位(圖1。 圖1 2007年世界各地區(qū)不同材料工具消耗量 表1 高速鋼發(fā)展大事記近十年國內(nèi)高速鋼材料的發(fā)展近十年國內(nèi)高速鋼材料的發(fā)展生產(chǎn)模式和生產(chǎn)技生產(chǎn)模式和生產(chǎn)技術(shù)術(shù)高速鋼生產(chǎn)特點(diǎn)是多品種、小批量、質(zhì)量要求高,世界著名高速鋼制

2、造商多為專業(yè)化生產(chǎn)廠,如Erasteel、Bohler、Nachi 等。冶煉多采用電爐+模鑄,盡管超高功率電爐+二次精煉+連鑄已用于大多數(shù)特殊鋼種,至今未見采用連鑄工藝規(guī)模生產(chǎn)高速鋼。九十年代后期,國內(nèi)高速鋼生產(chǎn)格局發(fā)生巨大變化,大連特鋼、重慶特鋼、寶鋼特鋼等國有綜合特鋼廠調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),逐步放棄高速鋼,河冶科技、江蘇天工、江蘇福達(dá)等專業(yè)化生產(chǎn)廠取而代之成為高速鋼生產(chǎn)主力軍。目前高速鋼生產(chǎn)流程有兩種,即傳統(tǒng)熔煉工藝和粉末冶金工藝。高速鋼的品質(zhì)基礎(chǔ)是純凈度和鑄態(tài)組織,為改善純凈度,冶煉工序廣泛采用了精煉技術(shù),如爐外精煉LF、真空脫氣VD、電渣重熔ESR 和真空感應(yīng)熔煉VIM;為改善鑄態(tài)組織,研究了

3、電渣重熔ESR、粉末冶金工藝PM 和噴射成型工藝SF。目前國內(nèi)高速鋼生產(chǎn)流程以傳統(tǒng)熔煉工藝為主,典型流程有兩種:電弧爐冶煉生產(chǎn)工藝流程電弧爐冶煉生產(chǎn)工藝流程 10-30t 電弧爐冶煉(+LF+VD模鑄下注,300-1000kg 鋼錠退火或熱送(快鍛機(jī),精鍛機(jī),3-5t 電液錘,750-850初軋開坯一次坯退火,修磨二次開坯或加工成材成品退火精整檢驗(yàn)包裝入庫。電渣重熔生產(chǎn)工藝流程電渣重熔生產(chǎn)工藝流程 1-5t 感應(yīng)爐冶煉澆注自耗電極電渣重熔,501000Kg 鋼錠退火開坯退火修磨成材退火精整檢驗(yàn)包裝入庫。流程1適于規(guī)模化(1萬噸以上生產(chǎn),流程2適于小批量生產(chǎn)。關(guān)鍵工序關(guān)鍵技術(shù)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展,

4、主要有以下幾個(gè)方面:冶煉工序精煉技術(shù),開坯工序精鍛開坯技術(shù)和以軋代鍛技術(shù);軋制工序精軋技術(shù);精整工序剝皮工藝和檢測技術(shù)。高速鋼產(chǎn)銷量高速鋼產(chǎn)銷量 正常情況下世界高速鋼總產(chǎn)量在13.8-17.3萬噸/年(表2。其中工業(yè)發(fā)達(dá)國家日本1980年以來高速鋼產(chǎn)量基本穩(wěn)定在1.5-2萬噸范圍(圖2。受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響2009年全球高速鋼產(chǎn)量大幅度減產(chǎn),其中日本減產(chǎn)50%以上,僅0.7萬噸,歐美國家減少40%以上,僅3萬噸。根據(jù)中國特鋼行業(yè)高速鋼專業(yè)組統(tǒng)計(jì),2000-2009年中國高速鋼產(chǎn)量見表3和圖3。受益于制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移,2000-2008年我國高速鋼產(chǎn)量增加1倍,特別是2002、2003、2006和20

5、07年增速明顯。受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響2009年我國高速鋼減產(chǎn)22%,明顯低于西方國家減產(chǎn)比例。中國高速鋼產(chǎn)量在世界總量中所占比例已超過50%,預(yù)計(jì)我國高速鋼產(chǎn)量將進(jìn)一步增加,2015年可望達(dá)到10萬噸。 表3 中國高速鋼產(chǎn)量 表2 世界高速鋼產(chǎn)量 圖2日本高速鋼變化說明:GB/T9943-2008發(fā)布之前,低合金高速鋼概念模糊,有部分達(dá)不到高速鋼最低要求的合金工具鋼未能全部剔除。鑒于高速鋼專業(yè)廠增加品種,高速鋼鋼錠按鋼種易于區(qū)分,鋼材產(chǎn)量按品種統(tǒng)計(jì),難于按鋼種區(qū)分,因此有修訂。鋼種和品種高速鋼定義:至少含有W、Mo、V中兩種,且W+Mo+V7%(W+1.8Mo6.5%;C0.6%;Cr=3-6%。高

6、速鋼按生產(chǎn)工藝分為傳統(tǒng)高速鋼(Conv.HSS、粉末冶金高速鋼(HSS-PM和鑄造高速鋼(HSS-CF,傳統(tǒng)高速鋼按成分性能差異可分為普通高速鋼(HSS、低合金高速鋼(HSS-L和高性能高速鋼(HSS-E三類(圖4、表4,其中高性能又分為含鈷(4.5%Co、含鋁和高釩(2.5%V三種。 圖3 2000年以來中國高速鋼產(chǎn)量變化 表4 國內(nèi)外高速鋼牌號(hào)對照發(fā)展趨勢表明,高速鋼性能不斷提高,高性能高速鋼比例逐步提高。由表5可知,美國市場消耗高速鋼總量中高性能高速鋼已占30%,粉末冶金高速鋼約占15%。國產(chǎn)高性能高速鋼比例增長雖然緩慢(圖5,但產(chǎn)量成倍增長鋼種結(jié)構(gòu)趨于合理(前期以我國自主研發(fā)的無Co和

7、低Co高性能高速鋼如M2Al、W12V3N、W8Co3N為主,近期以國際通用的M35、M42為主。低合金高速鋼所占比例與合金元素W、Mo、V價(jià)格變動(dòng)有關(guān),2004-2005年國內(nèi)低合金高速鋼所占比例大幅度增長還與家用工具無序出口、社會(huì)投機(jī)、缺乏監(jiān)管有關(guān)。 隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)展,各國高速鋼鋼種系列基本與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌,雖然各國標(biāo)準(zhǔn)所列鋼種眾多,實(shí)際應(yīng)用集中在5-7種。傳統(tǒng)高速鋼常用鋼種:西方國家以EM2(HS6-5-2C、M3(HS6-5-3、M35、M42、HS10-4-3-10(T42和HS3-3-2為主,我國以M2、W9、M2Al、M35、M42、W4Mo3Cr4VSi和HYW3為主。 表5 高速鋼標(biāo)準(zhǔn)鋼種數(shù)量對比及實(shí)際消費(fèi)鋼種結(jié)構(gòu)粉末冶金高速鋼（HSS-PM）是高速鋼中高質(zhì)量、高性能的代表，HSS-PM 無碳化物偏析，抗彎強(qiáng)度是傳統(tǒng)高速鋼的 2 倍 以上，耐磨性和高溫硬度均大幅度提高，對滿足