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| 國(guó)內(nèi)外模具鋼材發(fā)展現(xiàn)狀 |
| 發(fā)布日期：2011-02-16 11:34 |
模具鋼材生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因?yàn)槟＞咪摬脑诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。隨著我國(guó)加入WTO，我國(guó)模具鋼材工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國(guó)的模具鋼材工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注。“模具鋼材是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識(shí)。在電子、汽車(chē)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60~80%的零部件都要依靠模具鋼材成形（型）。用模具鋼材生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具鋼材生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具鋼材自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。目前全世界模具鋼材年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具鋼材工業(yè)產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)。
我國(guó)模具鋼材生產(chǎn)與發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年，我國(guó)模具鋼材工業(yè)一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度發(fā)展，在世界模具鋼材產(chǎn)值中，比例顯著提高，模具鋼材的用量也在顯著增加。圖1是從1995年到2005年之間我國(guó)模具鋼材總產(chǎn)值的發(fā)展?fàn)顩r。近三年我國(guó)模具鋼材總產(chǎn)值分別達(dá)450億元、530億元和620億元。
模具鋼材制造的首要問(wèn)題是模具鋼材材料，建國(guó)以來(lái)我國(guó)鋼模具鋼材生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展較快，從無(wú)到有，從仿制到自己開(kāi)發(fā)，目前我國(guó)模具鋼材的產(chǎn)量已躍居世界前列。 經(jīng)過(guò)幾次鋼種整頓的標(biāo)準(zhǔn)修證在GB/T1299-2000《合金工具鋼》標(biāo)準(zhǔn)中包含了37個(gè)鋼種，基本上形成了我國(guó)特色的模具鋼材系列。據(jù)冶金工業(yè)聯(lián)合會(huì)調(diào)研，我國(guó)模具鋼材按照使用狀態(tài)主要分為：塑料模具鋼材，約占60%；沖壓模具鋼材，約占20%；壓鑄模具鋼材，約占6%~8%。隨著我國(guó)模具鋼材工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)于高檔模具鋼材用鋼進(jìn)口量不斷攀升。模具用鋼材進(jìn)口主要來(lái)自日本、德國(guó)、瑞典、奧地利、韓國(guó)等國(guó)家，進(jìn)口總量約在6萬(wàn)噸左右。
我國(guó)塑料模具鋼材、熱作模具鋼材和冷作模具鋼材分述如下：
塑料模具鋼材：主要品種有S50C、S45C、3Cr2Mo(P20)、3Cr2NiMnMo(718)、10Ni3MnCuAl等，占模具鋼材總產(chǎn)量的62%，而合金塑料模具鋼材3Cr2Mo(P20)、3Cr2NiMnMo(718)、10Ni3MnCuAl等占塑料模具鋼材總量的12%左右，占合金模具鋼材總量的23%左右；
熱作模具鋼材：主要品種有4Cr5MoSiV1(H13)、3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrMnMo等四個(gè)鋼種，占模具鋼材總產(chǎn)量的21%，占合金模具鋼材總量的42%。在熱作模具鋼材中主要是以美國(guó)AST2MA681標(biāo)準(zhǔn)的通用型鋼材H13(4Cr5MoSiV1)為主，總產(chǎn)量近30000t，占熱作模具鋼材總產(chǎn)量的54. 2%，已占主導(dǎo)地位。而國(guó)外已較少用的3Cr2W8V鋼，在我國(guó)的產(chǎn)量雖然逐年減少，但仍占很大比例(14573t)，達(dá)26. 4%；
冷作模具鋼材：主要品種為Cr12 (D3)、Cr2WMn(01)、Cr12MoV、Cr12Mo1V1(D2)等，占模具鋼材總量的17%，占合金模具鋼材總量的34 %。在Cr12系列的模具鋼材中，仍然以Cr12鋼材為主，2001年產(chǎn)量高達(dá)17000t，占該系列鋼材的46%，而D2(Cr12Mo1V1)鋼材僅占18. 2%。可見(jiàn)我國(guó)模具鋼材的產(chǎn)量，已有了很大的發(fā)展，但有的鋼種還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。
雖然近幾年我國(guó)模具鋼材制造水平取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我國(guó)合金模具鋼材與美、日、法及瑞士等國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在一定的差距，在品種、質(zhì)量、尺寸規(guī)格及性能等方面都難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，導(dǎo)致我國(guó)每年大批的中高檔模具鋼材必須從國(guó)外進(jìn)口。進(jìn)口模具鋼材的規(guī)格主要是大尺寸的鍛制模塊(厚250~800mm) × (寬600~1200mm)及大尺寸的模具鋼材扁鋼(厚30~300mm) × (寬400~1500mm)，這在國(guó)內(nèi)目前只有少數(shù)鋼廠(chǎng)能生產(chǎn)。進(jìn)口材料中：熱作模具鋼材約占20% (2萬(wàn)t/年左右)，主要是H13 (日本牌號(hào)SKD61)；冷作模具鋼材約占20% (2萬(wàn)t/年左右)，主要是D2 (日本牌號(hào)SKD11)；塑料模具鋼材約占60%(6萬(wàn)t/年左右)，主要是P20及其改進(jìn)型738。進(jìn)口模具鋼的價(jià)格很貴，一般為國(guó)產(chǎn)鋼的3~5倍，可以認(rèn)為，對(duì)于進(jìn)口模具鋼材，大部分產(chǎn)品我國(guó)有能力進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵問(wèn)題在于加強(qiáng)模具鋼材的基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)工藝的攻關(guān)，提高國(guó)產(chǎn)模具鋼材的質(zhì)量和性能水平。另外，塑料模具鋼材必須以預(yù)硬化狀態(tài)交貨，并有良好的拋光性能。模塊最好能六面光并且有良好的內(nèi)在質(zhì)量。
國(guó)外模具鋼材的發(fā)展
目前隨著模具鋼材制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)模具鋼材從冶金質(zhì)量、數(shù)量、性能上要求不斷提高，在國(guó)外出現(xiàn)高合金、高質(zhì)、優(yōu)化、低級(jí)材料強(qiáng)化及擴(kuò)充材料領(lǐng)域等趨向，模具鋼材材料由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展，發(fā)展的趨向是碳素工具鋼材→低合金工具鋼材→高合金工具鋼材，相繼出現(xiàn)一系列新型模具材料，模具標(biāo)準(zhǔn)鋼材號(hào)的合金化程度也日趨提高，例如美國(guó)，15種熱作模具鋼材合金元素全部大于5%，而合金元素大于10%的有10種，用量占80% 。
國(guó)外相繼開(kāi)發(fā)的新型熱作模具鋼材包括：（1）高淬透性特大型鍛壓模具鋼材，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO中的40NiCrMoV7，法國(guó)NF標(biāo)準(zhǔn)中的40NCD16等；（2）高熱強(qiáng)性模具鋼材，如美國(guó)H10A，日本日立金屬公司的YHD3，以及特殊鋼公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V2鋼等；（3）高溫?zé)嶙髂＞咪摬?，如美?guó)T2M、T2C，日本的Nimowal等。
為了滿(mǎn)足冷作模具的特殊要求，各國(guó)發(fā)展的新型冷作模具鋼材有：（1）高韌性、高耐磨性模具鋼材，如美國(guó)釩合金鋼公司的VascoDie(8Cr8Mo2Vsi)鋼材，日本大同特殊鋼公司的DC53鋼材等；（2）低合金空淬微變形鋼材，如美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)A14、A16，日本的G04和ACD37等；（3）火焰淬火模具鋼材，如日本愛(ài)知SX5、SX105V，日本日立HMD1、HMD5等鋼；（4）粉末冶金冷作模具鋼材，如美國(guó)CPM10V，德國(guó)320CrVMo13.5等。
國(guó)外新型塑料模具鋼材的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：（1）易切削、拋光性好的塑料模具鋼材，如美國(guó)的412、M-300，日本的YAG，英國(guó)的EAB，瑞典的STAVAX-13等；（2）預(yù)硬化型塑料模具鋼材，如美國(guó)P20、445，日本的PDS，德國(guó)MOVTREX-A(2312)等；（3）整體淬硬型塑料模具鋼，如美國(guó)A2、D3和H13等；（4）耐腐蝕塑料模具鋼材，如國(guó)標(biāo)ISO中的110CrMo17，瑞典ASSAB公司的4Cr13等；（5）無(wú)磁塑料模具鋼材，如日本大同特殊鋼公司的NAK301等。
總之，國(guó)外模具鋼材制造業(yè)正在向通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、高效率、 短制造周期發(fā)展，CAD和CAM的應(yīng)用日益普及。為了適應(yīng)模具鋼材制造業(yè)發(fā)展的需要，模具鋼材材料日益向多品種、精細(xì)化、制品化的方向迅速發(fā)展。隨著模具鋼材工作條件的日益苛刻，對(duì)模具鋼材的質(zhì)量，特別是鋼的純凈度、等向性的水平提出了更高的要求。為達(dá)此目的，國(guó)外普遍采用電爐+爐外精煉工藝生產(chǎn)純凈度高的模具鋼材，對(duì)于大截面鍛壓模塊和大型的鋼材規(guī)定采用真空處理。對(duì)于純凈度要求更高的模具鋼材，大部分采用電渣重熔，以進(jìn)一步提高鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析。 因此，模具鋼的質(zhì)量有了較大提高。為了加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力量，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外模具鋼材的生產(chǎn)從分散趨向于集中，并多家公司進(jìn)行跨國(guó)合并。為了更好地進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，這些公司都建成了完善的技術(shù)先進(jìn)的模具鋼材生產(chǎn)線(xiàn)和模具鋼材科學(xué)研究基地，形成幾個(gè)世界著名的工模具鋼材生產(chǎn)和科研中心，以滿(mǎn)足迅速發(fā)展的模具鋼材工業(yè)。
國(guó)內(nèi)外模具鋼材應(yīng)用及發(fā)展之比較
1 國(guó)產(chǎn)模具鋼材存在的問(wèn)題以及與國(guó)際水平的差距
八十年代以來(lái)，我國(guó)模具鋼材工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，這極大地促進(jìn)了模具鋼材生產(chǎn)、應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，已能生產(chǎn)高質(zhì)量的模具鋼材，國(guó)產(chǎn)模具鋼材的品種和質(zhì)量有了較大的發(fā)展和提高。但是，從總體水平而言，我國(guó)模具鋼還比較落后，尤其是用于制造高檔次模具的鋼材，仍然在使用進(jìn)口鋼，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，主要有以下差距：
1) 模具鋼材品種、規(guī)格不全，低檔次較多，高檔次較少。高質(zhì)量、高性能模具鋼材的品種少。從品種方面，尚未形成塑料、玻璃、建材、陶瓷等專(zhuān)用的模具鋼系列。鋼材中扁鋼、模塊、精料制品比例比較低，鋼材的利用率較國(guó)外低10 %左右。為滿(mǎn)足制造大型、精密、復(fù)雜、高壽命模具鋼材的需要，國(guó)外發(fā)展預(yù)硬化鋼，而國(guó)產(chǎn)鋼基本上停留在退火階段，或熱軋狀態(tài)供貨，并且供貨周期較長(zhǎng)，這是我國(guó)家電行業(yè)大量進(jìn)口模具鋼材的主要原因。
2) 模具鋼材的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)程度較低。鋼材的質(zhì)量、性能穩(wěn)定性較差，外觀(guān)質(zhì)量較差。中國(guó)模具鋼材分散在幾十個(gè)企業(yè)生產(chǎn)，大部分生產(chǎn)廠(chǎng)家的生產(chǎn)工藝裝備不配套，特別是后部工序，深加工設(shè)備落后，從而制約國(guó)產(chǎn)模具鋼材質(zhì)量的提高和性能的提高。
3) 模具鋼材供銷(xiāo)渠道有待暢通。模具鋼材制造多為單件或小批量生產(chǎn)，并所需鋼材的品種多、規(guī)格多、數(shù)量少、需求供貨及時(shí)的行業(yè)特點(diǎn)，與冶金廠(chǎng)的批量生產(chǎn)有矛盾。國(guó)外通過(guò)鋼材商店可隨時(shí)解決零售問(wèn)題。國(guó)內(nèi)近幾年來(lái)也出現(xiàn)了部分代理商、鋼材商店等中間銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，但在模具鋼銷(xiāo)售的服務(wù)意識(shí)和水平與國(guó)外先進(jìn)水平還有一定差距，影響了國(guó)產(chǎn)模具鋼材的推廣和應(yīng)用。例如Bohler - Uddehum的全球10 萬(wàn)用戶(hù)中，大多是工程師指導(dǎo)用戶(hù)使用。
值得注意的事，我國(guó)模具鋼材的質(zhì)量和服務(wù)，離用戶(hù)需求的差距相當(dāng)大，因而出現(xiàn)了不少“寧可出高價(jià)買(mǎi)國(guó)外的，不愿以低價(jià)買(mǎi)國(guó)內(nèi)的”的不正?，F(xiàn)象。部分的國(guó)內(nèi)外模具鋼材價(jià)格比較見(jiàn)表1。由表可知，進(jìn)口鋼材價(jià)格要比國(guó)內(nèi)價(jià)高出3~6倍，從同一鋼種的價(jià)格差距上反映出我國(guó)模具鋼的落后面貌。
2 我國(guó)模具鋼材標(biāo)準(zhǔn)有待提高
根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外模具鋼材的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)外模具鋼材的品質(zhì)主要體現(xiàn)在：純凈、均勻、組織細(xì)小、尺寸精確。這些方面的差距造成我國(guó)冷作模具鋼材在與進(jìn)口鋼同樣強(qiáng)度下韌性不足，耐磨性低下；而熱作模具鋼的高溫強(qiáng)度和熱疲勞性能都低，使國(guó)產(chǎn)模具鋼材的模具壽命較進(jìn)口鋼的模具壽命明顯的低。
以H13為例，與進(jìn)口H13相比，國(guó)產(chǎn)H13夾雜物、一次碳化物較多；退火組織中碳化物有明顯沿晶界分布現(xiàn)象；心部橫向沖擊韌性只有縱向的0.2~0.3等等。但是，盡管這些國(guó)產(chǎn)H13鋼存在上述諸多質(zhì)量問(wèn)題，卻均是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)合格的正規(guī)產(chǎn)品。這就暴露我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1299-2000與北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NADCA#207-90的差距。表2是不同國(guó)家H13鋼的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)。以北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)考核檢測(cè)時(shí)可發(fā)現(xiàn)的退火組織、帶狀組織、和沖擊韌性等問(wèn)題，均不是我們國(guó)家所考核的指標(biāo)。這正是國(guó)產(chǎn)H13鋼生產(chǎn)質(zhì)量差的關(guān)鍵問(wèn)題。
我們要清楚地認(rèn)識(shí)到，在國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的企業(yè)，只是把國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為最低標(biāo)準(zhǔn)，他們真正貫徹或執(zhí)行的是比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)更高的“企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”或“內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)”，如瑞典UDDEHOLM公司和奧地利Bohler公司均有非常嚴(yán)格的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這一現(xiàn)實(shí)正好與我國(guó)目前的情況相反，是不利于我國(guó)模具鋼發(fā)展的。為此，我國(guó)模具鋼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡可能地向國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)靠攏，這樣才會(huì)促進(jìn)我國(guó)模具鋼水平的提高，改變我國(guó)模具鋼質(zhì)量普遍較低的現(xiàn)象。
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