我国高速钢的发展和几点建议

我国高速钢的发展和几点建议
概述
概述
高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢。

因其工艺性能好，强度和韧性配合好，主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。

高速钢自19世纪末诞生以来，在钢种系列、钢材品种、冶金质量等方面不断完善、提高（表1），虽然面临被硬质合金等材料替代的挑战，至今在刀具材料领域仍占有重要地位（图1）。

图1 2007年世界各地区不同材料工具消耗量
表1 高速钢发展大事记
近十年国内高速钢材料的发展
近十年国内高速钢材料的发展
生产模式和生产技生产模式和生产技术术
高速钢生产特点是多品种、小批量、质量要求高，世界著名高速钢制造商多为专业化生产厂，如Erasteel、Bohler、Nachi 等。

冶炼多采用电炉＋模铸，尽管超高功率电炉＋二次精炼＋连铸已用于大多数特殊钢种，至今未见采用连铸工艺规模生产高速钢。

九十年代后期，国内高速钢生产格局发生巨大变化，大连特钢、重庆特钢、宝钢特钢等国有综合特钢厂调整产品结构，逐步放弃高速钢，河冶科技、江苏天工、江苏福达等专业化生产厂取而代之成为高速钢生产主力军。

目前高速钢生产流程有两种，即传统熔炼工艺和粉末冶金工艺。

高速钢的品质基础是纯净度和铸态组织，为改善纯净度，冶炼工序广泛采用了精炼技术，如炉外精炼LF、真空脱气VD、电渣重熔ESR 和真空感应熔炼VIM；为改善铸态组织，研究了电渣重熔ESR、粉末冶金工艺PM 和喷射成型工艺SF。

目前国内高速钢生产流程以传统熔炼工艺为主，典型流程有两种：
电弧炉冶炼生产工艺流程
电弧炉冶炼生产工艺流程 10-30t 电弧炉冶炼（＋LF＋VD）→模铸下注，300-1000kg 钢锭→退火或热送→（快锻机，精锻机，3-5t 电液锤，750-850初轧）开坯→一次坯退火，修磨→二次开坯或加工成材→成品退火→精整→检验→包装→入库。

电渣重熔生产工艺流程
电渣重熔生产工艺流程 1-5t 感应炉冶炼→浇注自耗电极→电渣重熔，50～1000Kg 钢锭→退火→开坯→退火修磨→成材→退火→精整→检验→包装→入库。

流程1）适于规模化（1万吨以上）生产，流程2）适于小批量生产。

关键工序关键技术得到广泛应用和发展，主要有以下几个方面：冶炼工序精炼技术，开坯工序精锻开坯技术和以轧代锻技术；轧制工序精轧技术；精整工序剥皮工艺和检测技术。

高速钢产销量
高速钢产销量 正常情况下世界高速钢总产量在13.8-17.3万吨／年（表2）。

其中工业发达国家日本1980年以来高速钢产量基本稳定在1.5-2万吨范围（图2）。

受经济危机影响2009年全球高速钢产量大幅度减产，其中日本减产50%以上，仅0.7万吨，
欧美国家减少40%以上，仅3万吨。

根据中国特钢行业高速钢专业组统计，2000－2009年中国高速钢产量见表3和图3。

受益于制造业向中国转移，
2000-2008年我国高速钢产量增加1倍，特别是2002、2003、2006和2007年增速明显。

受经济危机影响2009年我国高速钢减产22％，明显低于西方国家减产比例。

中国高速钢产量在世界总量中所占比例已超过50％，预计我国高速钢产量将进一步增加，2015年可望达到10万吨。

表3 中国高速钢产量
表2 世界高速钢产量
图2日本高速钢变化
说明：GB/T9943-2008发布之前，低合金高速钢概念模糊，有部分达不到高速钢最低要求的合金工具钢未能全部剔除。

鉴于高速钢专业厂增加品种，高速钢钢锭按钢种易于区分，钢材产量按品种统计，难于按钢种区分，因此有修订。

钢种和品种
高速钢定义：至少含有W、Mo、V中两种，且W+Mo+V≥7%（W+1.8Mo≥6.5%）；C≥0.6%；Cr=3-6%。

高速钢按生产工艺分为传统高速钢(Conv.HSS)、粉末冶金高速钢(HSS-PM)和铸造高速钢（HSS-CF），传统高速钢按成分性能差异可分为普通高速钢（HSS）、低合金高速钢（HSS-L）和高性能高速钢（HSS-E）三类（图4、表4），其中高性能又分为含钴（＞4.5%Co）、含铝和高钒（＞2.5%V）三种。

图3 2000年以来中国高速钢产量变化
表4 国内外高速钢牌号对照
发展趋势表明，高速钢性能不断提高，高性能高速钢比例逐步提高。

由表5可知，美国市场消耗高速钢总量中高性能高速钢已占30％，粉末冶金高速钢约占15％。

国产高性能高速钢比例增长虽然缓慢（图5），但产量成倍增长钢种结构趋于合理（前期以我国自主研发的无Co和低Co高性能高速钢如M2Al、W12V3N、W8Co3N为主，近期以国际通用的M35、M42为主）。

低合金高速钢所占比例与合金元素W、Mo、V价格变动有关，2004-2005年国内低合金高速钢所占比例大幅度增长还与家用工具无序出口、社会投机、缺乏监管有关。

随着全球经济一体化进展，各国高速钢钢种系列基本与国际标准接轨，虽然各国标准所列钢种众多，实际应用集中在5-7种。

传统高速钢常用钢种：西方国家以EM2（HS6-5-2C）、M3（HS6-5-3）、M35、M42、HS10-4-3-10（T42）和HS3-3-2为主，我国以M2、W9、M2Al、M35、M42、W4Mo3Cr4VSi和HYW3为主。

表5 高速钢标准钢种数量对比及实际消费钢种结构
粉末冶金高速钢（HSS-PM）是高速钢中高质量、高性能的代表，HSS-PM无碳化物偏析，抗弯强度是传统高速钢的2倍以上，耐磨性和高温硬度均大幅度提高，对满足机械加工的高难度要求十分有效，用于大模数重载切削滚刀等关键刀具、模具和关键部件，是能源、重大装备、军工、大飞机等“十二.五”期间国家发展重点行业所需提供的支撑材料。

由表6可知，齿轮刀具和拉刀中粉末冶金高速钢比例已超过50%。