精锻机行业研究报告

精锻机行业研究报告
一、锻造介绍
1、锻造工艺介绍锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。

通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。

相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。

按变形温度，锻造又可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再结晶温度）、温锻（锻造温度低于金属的再结晶温度）和冷锻（常温）。

钢的开始再结晶温度约为727C，但普遍采用800C作为划分线，高于800C的是热锻；在300〜800C 之间称为温锻或半热
锻。

根据坯料的移动方式，锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。

（1）自由锻。

利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁（砧块）间产生变形以获得所需锻件，主要有手工锻造和机械锻造两种。

（2）模锻。

模锻又分为开式模锻和闭式模锻．金属坯料在具有一定形状的锻模膛受压变形而获得锻件，又可分为冷镦、辊锻、径向锻造和挤压等等。

（3）闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边，材料的利用率就高。

用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。

由于没有飞边，锻件的受力面积就减少，所需要的荷载也减少。

但是，应注意不能使坯料完全受到限制，为此要严格控制坯料的体积，控制锻模的相对位置和对锻件进行测量，努力减少锻模的磨损。

2、径向锻造径向锻造是对轴向旋转送进的棒料或管料施加径向脉冲打击力，锻成沿轴向具有不同横截面制件的工艺方法。

径向锻造方法专门加工实心或空心长轴类零件。

锻造时，分布在棒料圆周方向的锤头（2〜8个）对工件快速和同步锻打。

如工件为圆截面，则一面低速旋转，一面轴向进给移动；如工件为非圆截面，则只轴向进给而不旋转径向锻造的特点是不需要专用模具，能按预定程序锻出精密的轴类零件。

径向锻造每次压缩量小，每分钟锻打次数高，一般为240〜1800次/分，能提高金属的塑性。

这种方法可用于热锻或冷锻。

锻件的精度：热锻的外径土0.5毫米,径土0.1毫米；冷锻的外径土0.1毫米, 径土
0.01毫米。

径向锻造所用设备分精锻机和轮转锻机两类。

用精锻机锻造时，工件一面轴向送进一面旋转，锤头径向锻打。

这类机器多用程序控制、数字控制或微处理控制系统自动操作，生产效率高，用以建立热锻火车轴等自动生产线和冷锻枪管来复线等。

精锻机有立式和卧式之分。

还有一种设备锻造时，工件只送进，不旋转, 多用于钢厂，将钢锭直接锻成方钢、扁钢等。

轮转锻机有2或4个锤头，锤头一面围绕工件转动，一面对准工件径向锻打，工件只轴向送进。

轮转锻机结构简单，价格低，但自动化程度低，噪音大。

3、锻造设备
锻造设备是指在锻造加工中用于成形和分离的机械设备。

锻造设备包括成形
用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及锻造操作机、开卷机、矫正机、剪切机、等辅助设备。

锻造设备主要用于金属成形，所以又称为金属成形机床。

锻造设备是通过对金属施加压力使之成形的，力大是其基本特点，故多为重型设备，设备上多设有安全防护装置，以保障设备和人身安全。

人们为了制造工具，最初是用人力、畜力转动轮子来举起重锤锻打工件的，这是最古老的锻造机械。

14世纪出现了水力落锤。

15〜16世纪航海
业蓬勃发展，为了锻造铁锚等，出现了水力驱动的杠杆锤。

18世纪出现了
蒸汽机和火车，因而需要更大的锻件。

1842年，英国工程师史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻造机械的时代。

1795年,英国的布拉默发明水压机，但直到19世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。

随着电动机的发明，十九世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。

第二次世界大战以来，七十五万千牛的模锻水压机、1500KW的对击锤、六万千牛的板料冲压压力机、十六万千牛的热模锻压力机等重型锻压机械，和一些自动冷镦机相继问世，形成了门类齐全的锻造机械体系。

二十世纪60年代以后，锻造机械改变了从19世纪开始的，向重型和
大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。

于是出现了每分种行程2000次的高速压力机、六万千牛的
三坐标多工位压力机、25000KN的精密冲裁压力机、能冷镦直径为48毫米
钢材的多工位自动冷镦机和多种自动机，自动生产线等。

各种机械控制的、数字控制的和
计算机控制的自动锻造机械以及与之配套的DYH系列锻造操
作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。

现代化的锻压机械可生产精确制品，有良好的劳动条件，环境污染很小。

二、各类锻造设备特点介绍
1、电液锤
传统蒸汽锤、空气锤能源消耗大，据统计能源利用率不到2%为解决蒸汽锤、空气锤存在的问题，国外锻锤设计制造商加快了电液锤的研制步代，取得显著成效。

德国Lasco 公司是世界著名的锻锤制造商。

从电液锤发展历史来看，液压锤经历了从放油打击单动落锤（KH型，称为第1代产品）到放油打击双动落锤（KHK型,称为第2代产品）再到现在的全液压双动落锤（KGH称为第3代产品）。

全液压双动落锤的打击能量是通过控制油量多少来实现的，打击阀的关闭时间可不受锤头位置的限制，操作十分灵活可靠，彻底根除了放油打击电液锤的许多弊病。

因此，近年来这种电液锤得到较快的发展。

该公司的电液锤已经实现了程序化控制，即打击能量和打击次数都可实现程序控制。

锤的传动效率高达65%为
蒸汽锤和空气锻锤的30倍。

此外，德国Beche公司还研制了全液压锤。

近10 年来，我国在电液锤研制方面也取得很大发展，主要表现在传统蒸汽锤、空气锤
换头改造上，即采用电液传动装置了代原有锻锤的气缸及动力站，保留原有机架、砧座。

锻压机械公司利用这种技术为数十家企业改造1-3t传统蒸汽锤和空气锤
10余台，取得了较好效果，能源利用率由2%g高到20%-60%除换头外，电液锤整机的研制仍处于发展阶段，居于德国lasco 公司第2代产品发展水平上，属于液气锤。

全液压锤研究和制造正在起步。

2 、液压机
液压机的结构特真使其易于获得较大的工作压力、行程和空间; 工作压力和工作速度可根据需要进行调整，且平稳，无冲击。

其不足之处是生产效率比较低，活动横梁下死点不易控制准确。

由于液压机具有变形速度低的特点，有利于合金的塑性变形。

因此，比较适用于高合金铸锭锻造。

国外制造液压机技术比较成熟。

俄罗斯重型锻压设备制造公司是生产锻压设备的主导公司，可生产800t,125t,2000t,3150t,6300t 液压机，其载重量为
5-30t ，负载力矩为118-785kN"m,是轨道式锻造操作机。

俄罗斯依若尔重机厂能制造12500t的液压机。

俄罗斯上萨尔达冶金生产联合公司是世界上最大的钦生产商，拥有世界上最大的75000t 液压机。

2002 年,在75000t 和30000t 液压机上安装了自动控制系统，可生产重达3.2t的锻件。

美国能生产液压机的最大吨位为12000t，日本生产的最大吨位为10000t，我国液压机设计制造技术与国际水平相当，第一重型机械集团、第二重型机械集团公司均可制造12000t液压机。

我国拥有10000t
级大型液压机数量己跃居世界第3 位。

为了提高液压机的使用效率，国外液压制造商把目光放在锻造液压机的技术改造上，主要对液压系统和控制系统的改造。

在这方面德国sPs 公司、德马克公司积累了不少成功经验，液压系统采用现代的先导阀，手工操纵改用计算机控制，改造后液压机具有与快锻机相同的控制精度和性能。

3、快锻液压机
目前，在一些发达国家，尤其是德国，快锻液压机的设计制造技术已经相当成熟。

它们用油作介质，泵直接驱动，大多采用下拉式主机结构，液压泵站一般设置在主机附近的地下室。

某些公司设计制造的快锻液压机具有一系列先进性，主要表现在: 液压系统采用具有快速反应的电磁阀作先导阀，其切换频率高达250次/min，故该阀动态响应快、动作灵敏、启闭迅速，能满足压机快速性要求; 主缸和排液设有另外的通道，使充液阀成了只有充液功能的单向阀，减少了液压冲击; 快锻液压机采用微机控制，压机与操作机之间联动自如，当锻件的锻造工艺确定后，即可通过计算机控制实现程序化锻造，我国快锻液压机的主要生产厂家有重型机械研究所和兰石新技术开发实业公司。

在20 世纪80 年代中期，由重型机械研究所和重型机械厂研制成国第 1 台800t 快锻液压机组，在兰石公司投人运行。

兰石公司对该机组的液压系统、主机、微机控制系统进行全面评估，发现了快速电磁阀电路板设计、高速轻型泵的泵头阀、主机圆形立柱与调整导套间隙不易调均，运动不够平衡等技术问题，在总结经验的基础上，提出了一系列改进措施，取得了成效。

目前，兰石公司已能生产800t 和1600t 快锻液压机，制造水平有了很大提高，但其液压系统的主要部件如泵、先导阀等还需国外配套。

我国快锻液压机的总体水平与德国制造技术相比还有较大的差距。

随着现代工业的快速发展，人们对自由锻件的尺寸精度和生产效率提出了越来越高的要求，因而对液压机的锻造速度和压下精度的要求也随之提高，为了适应这种要求，快锻液压机应运而生。

国外生产快锻液压机的厂家主要有德国曼斯曼一德马克公司、因克（pahnke）公司和日本的三菱长崎机工株式会社。

4 、精锻机
精锻机（径向精密锻造机）开发于20世纪40年代，其中卧式精锻机用得较多，分为机械驱动和液压驱动2 种形式。

径向锻造具有脉冲锻打和多向锻打的特点，而且脉冲锻打频率高（一般为180-1800Zk/min），速度快，每次变形量很小。

采用多锻模（最多可达8 个），沿径向从多个方向锻打，使金属变形处于三向压应力状态，有利于提高金属的塑性。

此外，径向锻造机自动化程度高，生产的锻件精度高，表面粗糙度小。

但也有不足之处，因为锻造时，工件表面变形大于中心部位变形，如果锻比控制不当会出现心部锻不透的现象。

另外，由于打击频率高，产生变形热，使锻件局部温度上升，导致钢的显微组织不均匀，影响性能。

奥地利GFM是世界知名的径向锻机生产公司，可生产3种类型的精锻机：
①机械传动的SX型；
②液压传动的PX型；
③（连续式SD型。

吨位从802500t,最大吨位的SX-85径向锻机，锤头最大锻打力为29420 kN,
打击次数125次/min。

此外，德国Eumuco公司也能生产精锻机，以液压传动为主，女口SMX-18型，最大打击力2697kN,打击次数180320Zk/min。

从20 世纪80 年代中期至今我国已从奥地利引进了SX-25,
SX-32,SX-40,SX-55,SX-65 型7 台精锻机，吨位分别为400t, 500t,800t,1000t
和1400t, 主要用于锻制特种钢、工具钢和锻件，使用效果比较理想。

我国精锻机的研制进程十分缓慢，至今为止只仿制了2台中型精锻机。

一台是由钢厂牵头制造的一台340t 精锻机，另一台是由精工锻压高新技术公司提供技术，中国一重制造的400t 精锻机，投产后已使用5 年，年加工量达2000t 。

国外电液锤制造技术发展迅速。

目前，我国仅限于蒸汽锤和空气锤的换头改造技术，整机研制处于发展阶段。

我国液压机设计制造技术比较成熟，制造水平与国外相当。

我国生产的快锻机的最大吨位为1600t ，关键部件尚需进口，实现国产化还有一段路要走，要制造3000t 以上的快锻机必须使设计和制造水平上一个新台阶。

至于精锻机，设计制造工作进展十分缓慢，仍处于起步阶段，与国外相比有很大差距，应加强投人，迎头赶上。

三、精锻机介绍
1946年，奥地利B.Kralowetz 博士提出了多锤头对称挤压锻造原理，同年以2〜4锤头卧式精密旋转式径向锻造机（简称“精锻机”）为主导产品的GFM 公司宣告成立，至今该公司生产的精锻机遍布世界150多家企业，美、日、德、英和前联等工业大国，精锻机的拥有量均在60台以上，吨位从150KN到30000KN 加工尺寸围①20〜850mm 精锻机生产以钢锭（坯）为初级原料，经过热（冷）锻造加工成方、扁、圆、空心轴和阶梯轴等各种截面形状的棒（管）材，尤其适用于高速工具钢、模具钢、轴承钢和不锈钢等高合金难变形的特殊钢锻造。

与其他的锻造设备相比，精锻机的优势体现在：
（1）结构合理，传动方式优越，产品质量高
精锻机为电机-连杆-偏心轴传动，四锤头以143〜2000min-1 的高频同步锻打，并进行表面压应力锻造，故可避免产生裂纹，改善材料金相组织，确保锻件表面光洁，提高产品质量，锻材尺寸公差小于1%〜1.5%。

（2）生产工艺先进，成材率高
锻造速度快，成材率在80%以上。

国统计的成材率为72%〜81%，比汽锤高
3%^ 10%
（3）生产效率高，劳动条件好
实践证明，一台3400KN精锻机年产量可达1.6万吨，相当于三台2T汽锤的总产量。

工人由72人减为24人，节约劳动力67% 10000KN精锻机的年产量为2.5万吨，相当于三台5T汽锤，节约劳动力50%尤其是劳动强度大大减少，空气、噪声等环境污染小，生产安全可靠，社会效益好。

（4）节能、节财、降低损耗
由于精锻机生产的锻材尺寸精密，后续加工余量小，锻造加热一火即成，因而节省能源、原材料，减少工时损耗，降低成本接近30%。

四、精锻机下游行业——特钢行业介绍
1 、特钢概念
特钢是区别于普钢的一种特殊钢材类别。

特钢之“特”主要体现在两个方面：一是生产过程中需要特别控制质量和性能，一般需要特殊生产设备或工艺流程；二是应用特殊，特钢往往应用于“动态”的工作环境中，如轴承、弹簧等，对钢材的强度、韧性、耐
腐蚀性等性能有特殊要求。

2、特钢类别
特钢的分类方法有多种，最常见的是按成份和质量划分，分为特殊质量非合金钢、特殊质量低合金钢、特殊质量合金钢和不锈钢，低合金钢与合金钢的区别在于合金元素含量（以5%为界），不锈钢本属合金钢，因其重要性而单列一类。

特钢的交货状态可以是棒材、线材、板带材和管材，其中棒线材占大多数，国该比例超过60%，板带材和管材分别用于生产各种合金钢板和钢管。

资斛来涯：中国特劎佥业的令
按照用途分类，也是最常见的分类，特钢包括结构钢、轴承钢、工具钢、模 具钢、弹
簧钢、冷镦钢、特种合金等。

结构钢用于各类工业机械传动件、紧固件、 结构件等；轴承
钢用于生产机械用滚珠、轴承和轴承套；工模具钢用来制造各类 切削刀具、刃具、量具及
模具；特种合金是满足特殊性能要求的合金材料，常用 于航空航天、核能、军工产品中。

从材型上看，除结构钢大多为板材或锻件外， 其它品种多为棒线材形式交货
囲転特钢主菱品种的材质反应用一覧袤
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汽车，毒评.瑋曲等 随着使用环境的恶化（工业大气、废水、海水的污染以及超低、超高温度等）
特钢对质量及性能的要求日益严格。

高品质特钢的纯净度、气体及非金属夹杂都 要严格控
制；成分、组织、性能要求均匀分布；晶粒组织需细化到一定程度以在
图表1钢材按成分和质■分类的两维E
硬 寻迪展量低合金纲
普道质莹非合金钢 比颅低合全钢 优區非合金钢 不锈钢
理堀至不烽殺 吋
热不铸铜 特疾质量合金枫
含金券构相
合全工冥钢 哥令
金工具牍 軸承钢
命盒弾簧炯 特殊
颅量非合金钢 转珠质董低
合金钢 冷玦碳-耒禎習和
硕素工几钢 碳養弹
簣钢 工业此钛
扶质量
保证足够韧性的同时提高强度；除此之外，还通过减小尺寸公差和提高表面质量来获得优越的表面精度及加工性能。

3、特钢的冶炼方法
传统的特钢冶炼大多采用电（弧）炉冶炼，原因在于电能可以提供熔化大量合金和废钢所需的高热量，由于其流程简单故也称为短流程炼钢。

但随着近年来铁水预处理、二次精炼等技术的发展，转炉（长流程）也可以生产特钢，日本新日铁以及国的石钢、淮钢等是这方面的代表，转炉和电炉生产特钢各有优劣。

此外，近年来不断涌现出的新技术和新应用对特钢形状和冶炼提出了更高要求，真
空感应炉、电渣重熔、电子束冶炼等新型工艺应运而生并得到推广，它们统称为特种冶炼方法。

三种特钢冶煤方式比较
原材科连宜晶忡
电炉
70%
+30畀矿石屯u二;"町―注
轉一轧*,
二社栄& 土戶
有丐矍优醉.站
冷M岡心1代"丸严
电权苗.尸零.卜
呻渤炭中*荡$奁
产氤令覺饥约产旳
转F命炉+桔
70%^^
+30號廈恫高护-蛛水珂此理一
站扮T二欢诗怕一注
宅M芮；竇丸反
垃丑構；妈琏屯皆去旳知羌.工艺
灵潘性推盖：
淹空任.•邂生喷，
战耀金■亢*钢
扎屛是把生太.舍金含
童攸射钿耳
44
X■空惑皿加.
电Z、尊空屯
芯炉等
*空爭虫忑烁.电盧文艰、晋
鼻于幄爆辛七铸T號世、札
*b持屈
兰姜叵于生工丸枚執冷…谊各娶克
逋于;*临高滸倉叱，為
吐能.芳卷定柱的品科与普钢产品大量应用于建筑业不同，特钢产品主要用于工业领域
困表胡特钢产品主臭咸用在工业颌圾
•汽年
■机械
■石汕化工
其他
以不同钢种为例，结构钢用于各类工业机械传动件、紧固件、结构件等；轴
承钢用于生产机械用滚珠、轴承和轴承套；工模具钢用来制造各类切削刀具、刃具、量具及模具；特种合金是满足特殊性能要求的合金材料，常用于航空航天、核能、军工产品中。

从材型上看，除结构钢大多为板材或锻件外，其它品种多为棒线材形式交货。

图41沙特钢主要晶糟的应用一覓表
A#
护拎抽购包汽.来&栏、岛柞时，曲轴、连片.相■竦站枸件、韋都洋
此承粧汽丰.高兔 a爭把痢，追球、滾柱和站我希更
薄籥啊祗琥同洋黄，汽事馬圾奠弹着，汽耙安全网簧.气虹穗亜
工薫具钢蚤典.刃具* M冲去工其和摒，热柞烤境時换网造工具
对耳舍舍飞杞，宇常飞占，卫星.兵弄关忧第部件
崇图#氏番途车，土啦童埋、埠母，燼栓寻
就行业来看，汽车行业是特钢目前最重要的应用领域，中国特钢行业正是基于汽车工业的发展才有了目前的成就。

钢材是汽车最重要的材料，占车身重量的70鸠上，其中特钢占比超过60%。

安全性和轻量化是汽车发展永恒的两大主题，这对钢材的强度、韧性、纯净度、稳定性、耐疲劳性等均提出了很高要求，而特钢正好满足这些需求，因此得到广泛应用。

图表沙汽车用钢童按品种分布一览
■合结钢
■礙结纲
■弾簧钢
冷橄钢
・易切刖钢
耐热钢
资科叢源.却国银河该嫁頤究広整連
以机械行业为代表的传统制造业是国民经济重大的基础性产业，是特钢消费的大户，同
时也是过去拉动特钢发展的重要因素一一但这应该过去，随着其下游增幅回落，未来最
重要的是制造业的升级。

当然随着制造业升级，对应的高端装
备制造业对材料要求更加苛刻，特钢对质量及性能的要求日益严格
新兴产业更是未来特钢重要的应用领域。

不仅如此，随着特钢新产品的开发速度也在加快，“新材料之路”愈加明显，其它新材料将随着特钢的技术发展，在新兴产业得到广泛的应用。

如前文所述，特殊钢是在冶炼过程中加入了较多的合金元素及采取了特殊的生产、加工工艺，特钢的化学成分、组织结构以及机械性能均优于一般钢铁。

其晶粒的复杂性高过一般钢铁，从而获得更多的应用领域，故在汽车、机械、化工、船舶、铁路、航空航天、国防军工等对钢材质量要求较高的领域得到广泛。

未来随着航空航天、国防军工的发展，以及诸多新兴产业的大发展，特钢的应用领域将持续扩展，需求量也将快速增加。

图袁代主要下游所处的生命周期阶段
资料恳诵：光大证家研愛彷
不同下游在生命周期上的不同，加之由于对钢材性能要求的提高导致冶炼及加工难度的提高，致使不同的钢材品种所处的生命周期完全不同。

譬如螺纹钢，其发展较早而且技术要求低，目前已进入成熟期，欧美发达国家已基本淘汰二级螺纹钢，转而采用三级螺纹钢（属于优特钢）来代替，这也是中国未来的趋势；而冷轧则相对起步较晚，但随着近几年需求的大量释放和产能的迅速扩，也逐渐
步入成熟期。

所以，即使由于经济结构转型导致“矿石-螺纹钢-房地产” 产
业链的没落，钢铁总体上不存在系统性的发展空间（螺纹钢占比较大），但就结
构来说，仍将有如特钢的品种由于处在生命周期的前期而存在较大的成长前景。

5、特钢生产现状
世界主要特钢生产国有瑞典、日本、美国、德国、法国、意大利、西班牙、国等，它们占据全球90沖上特钢贸易份额。

瑞典是世界上特钢占比最高的国家，以高度专业化生产著称；日本特钢代表世界最高水平，产品高端比例大，综合竞争力强；除此之外，德国的轴承钢、法国的不锈钢、西班牙的汽车用钢等也具有较高知名度。

各国特钢工业都是在汽车、机械、造船、国防军工等重工业基础上发展起来的，在上世纪80年代或更早时已发展成熟，但目前整体实力仍在不断增强。

表4发达国家几乎垄断了国际贸易的市场份额
■
IW 典
■德国 ■日木 ■法国 ■英国 ■比利时卢寢堡 ■其他
资料寰渡:中国特钢企业协佥
我国的特钢产业最初是为国防军工、航空航天配套而建的，近十几年来随着 汽车工业的壮大产量快速发展。

2009年全年特钢产量3469万吨，占世界比例大 约为 15-20%。

资料爰琼：中国峙銚企业协会
我国是世界钢铁生产大国，近年来年粗钢产量占世界的40%以上。

然而，我 国的特
钢发展却相对滞后。

目前，世界特钢生产主要集中在日本、美国、德国、 法国、意大利、瑞典等国家，这些国家的特钢产量约占全球特钢产量的 70%和全 球贸易量的90%以上，其中，日本、德国和瑞典是特钢产业总体水平最高的国家， 占全球贸易量的50%以上。

欧美及日本等发达国家特钢产量在粗钢总产量中的比 例一直保持在较高的水平，世界平均在 15%-20%E 右，其中日本为18.9%，德国 25.3%,欧盟16.4%，瑞典最高，
图表5 特舸随着汽车发展，产■快速增加
30%
^特钢产最（万吨） ---------------------- 特钢同比。