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國內外模具鋼生產現狀及發展

2006/12/6 14:25:21
來源:中國五金網

模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發能力。隨著我國加入WTO，我國模具工業的發展將面臨新的機遇和挑戰。我國的模具工業的發展，日益受到人們的重視和關注。“模具是工業生產的基礎工藝裝備”也已經取得了共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產品中，60~80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。目前全世界模具年產值約為600億美元，日、美等工業發達國家的模具工業產值已超過機床工業。

我國模具鋼生產與發展現狀

    近幾年，我國模具工業一直以每年15%左右的增長速度發展，在世界模具產值中，比例顯著提高，模具鋼的用量也在顯著增加。圖1是從1995年到2005年之間我國模具總產值的發展狀況。近三年我國模具總產值分別達450億元、530億元和620億元。

    模具制造的首要問題是模具材料，建國以來我國模具鋼生產技術發展較快，從無到有，從仿制到自己開發，目前我國模具鋼的產量已躍居世界前列。經過幾次鋼種整頓的標準修證在GB/T1299-2000《合金工具鋼》標準中包含了37個鋼種，基本上形成了我國特色的模具鋼系列。據冶金工業聯合會調研，我國模具鋼按照使用狀態主要分為：塑料模具鋼，約占60%；沖壓模具鋼，約占20%；壓鑄模具鋼，約占6%~8%。隨著我國模具工業的持續發展，對于高檔模具用鋼進口量不斷攀升。模具用鋼進口主要來自日本、德國、瑞典、奧地利、韓國等國家，進口總量約在6萬噸左右。

    我國塑料模具鋼、熱作模具鋼和冷作模具鋼分述如下：

    塑料模具鋼：主要品種有S50C、S45C、3Cr2Mo(P20)、3Cr2NiMnMo(718)、10Ni3MnCuAl等，占模具鋼總產量的62%，而合金塑料模具鋼3Cr2Mo(P20)、3Cr2NiMnMo(718)、10Ni3MnCuAl等占塑料模具鋼總量的12%左右，占合金模具鋼總量的23%左右；

    熱作模具鋼：主要品種有4Cr5MoSiV1(H13)、3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrMnMo等四個鋼種，占模具鋼總產量的21%，占合金模具鋼總量的42%。在熱作模具鋼中主要是以美國AST2MA681標準的通用型鋼H13(4Cr5MoSiV1)為主，總產量近30000t，占熱作模具鋼總產量的54.2%，已占主導地位。而國外已較少用的3Cr2W8V鋼，在我國的產量雖然逐年減少，但仍占很大比例(14573t)，達26.4%；

    冷作模具鋼：主要品種為Cr12(D3)、Cr2WMn(01)、Cr12MoV、Cr12Mo1V1(D2)等，占模具鋼總量的17%，占合金模具鋼總量的34%。在Cr12系列的模具鋼中，仍然以Cr12鋼為主，2001年產量高達17000t，占該系列鋼的46%，而D2(Cr12Mo1V1)鋼僅占18.2%。可見我國模具鋼的產量，已有了很大的發展，但有的鋼種還需進一步開發。

    雖然近幾年我國模具鋼制造水平取得了長足的進步，但我國合金模具鋼與美、日、法及瑞士等國際先進水平相比還存在一定的差距，在品種、質量、尺寸規格及性能等方面都難以滿足市場需求，導致我國每年大批的中高檔模具必須從國外進口。進口模具鋼的規格主要是大尺寸的鍛制模塊(厚250～800mm)×(寬600～1200mm)及大尺寸的模具扁鋼(厚30～300mm)×(寬400～1500mm)，這在國內目前只有少數鋼廠能生產。進口材料中：熱作模具鋼約占20%(2萬t/年左右)，主要是H13(日本牌號SKD61)；冷作模具鋼約占20%(2萬t/年左右)，主要是D2(日本牌號SKD11)；塑料模具鋼約占60%(6萬t/年左右)，主要是P20及其改進型738。進口模具鋼的價格很貴，一般為國產鋼的3～5倍，可以認為，對于進口模具鋼材，大部分產品我國有能力進行研究開發，關鍵問題在于加強模具鋼的基礎研究和生產工藝的攻關，提高國產模具鋼的質量和性能水平。另外，塑料模具鋼必須以預硬化狀態交貨，并有良好的拋光性能。模塊最好能六面光并且有良好的內在質量。

國外模具鋼的發展

    目前隨著模具制造業的不斷發展，對模具鋼從冶金質量、數量、性能上要求不斷提高，在國外出現高合金、高質、優化、低級材料強化及擴充材料領域等趨向，模具材料由低級向高級發展，發展的趨向是碳素工具鋼→低合金工具鋼→高合金工具鋼，相繼出現一系列新型模具材料，模具標準鋼號的合金化程度也日趨提高，例如美國，15種熱作模具鋼合金元素全部大于5%，而合金元素大于10%的有10種，用量占80% 。

    國外相繼開發的新型熱作模具鋼包括：（1）高淬透性特大型鍛壓模具鋼，如國際標準ISO中的40NiCrMoV7，法國NF標準中的40NCD16等；（2）高熱強性模具鋼，如美國H10A，日本日立金屬公司的YHD3，以及特殊鋼公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V2鋼等；（3）高溫熱作模具鋼，如美國T2M、T2C，日本的Nimowal等。

    為了滿足冷作模具的特殊要求，各國發展的新型冷作模具鋼有：（1）高韌性、高耐磨性模具鋼，如美國釩合金鋼公司的VascoDie(8Cr8Mo2Vsi)鋼，日本大同特殊鋼公司的DC53鋼等；（2）低合金空淬微變形鋼，如美國ASTM標準鋼號A14、A16，日本的G04和ACD37等；（3）火焰淬火模具鋼，如日本愛知SX5、SX105V，日本日立HMD1、HMD5等鋼；（4）粉末冶金冷作模具鋼，如美國CPM10V，德國320CrVMo13.5等。

    國外新型塑料模具鋼的發展趨勢主要有以下幾個方面：（1）易切削、拋光性好的塑料模具鋼，如美國的412、M-300，日本的YAG，英國的EAB，瑞典的STAVAX-13等；（2）預硬化型塑料模具鋼，如美國P20、445，日本的PDS，德國MOVTREX-A(2312)等；（3）整體淬硬型塑料模具鋼，如美國A2、D3和H13等；（4）耐腐蝕塑料模具鋼，如國標ISO中的110CrMo17，瑞典ASSAB公司的4Cr13等；（5）無磁塑料模具鋼，如日本大同特殊鋼公司的NAK301等。

    總之，國外模具制造業正在向通用化、標準化、系列化、高效率、短制造周期發展，CAD和CAM的應用日益普及。為了適應模具制造業發展的需要，模具材料日益向多品種、精細化、制品化的方向迅速發展。隨著模具工作條件的日益苛刻，對模具的質量，特別是鋼的純凈度、等向性的水平提出了更高的要求。為達此目的，國外普遍采用電爐+爐外精煉工藝生產純凈度高的模具鋼，對于大截面鍛壓模塊和大型的鋼材規定采用真空處理。對于純凈度要求更高的模具鋼，大部分采用電渣重熔，以進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，模具鋼的質量有了較大提高。為了加強競爭力量，適應經濟全球化的發展趨勢，國外模具鋼的生產從分散趨向于集中，并多家公司進行跨國合并。為了更好地進行競爭，這些公司都建成了完善的技術先進的模具鋼生產線和模具鋼科學研究基地，形成幾個世界著名的工模具生產和科研中心，以滿足迅速發展的模具工業。

國內外模具鋼應用及發展之比較

     1.國產模具鋼存在的問題以及與國際水平的差距

    八十年代以來，我國模具工業進入了快速發展時期，這極大地促進了模具鋼生產、應用技術的進步，通過引進先進的設備和技術，已能生產高質量的模具鋼，國產模具鋼的品種和質量有了較大的發展和提高。但是，從總體水平而言，我國模具鋼還比較落后，尤其是用于制造高檔次模具的鋼材，仍然在使用進口鋼，與國際先進水平相比，主要有以下差距：

    1) 模具鋼品種、規格不全，低檔次較多，高檔次較少。高質量、高性能模具鋼的品種少。從品種方面，尚未形成塑料、玻璃、建材、陶瓷等專用的模具鋼系列。鋼材中扁鋼、模塊、精料制品比例比較低，鋼材的利用率較國外低10%左右。為滿足制造大型、精密、復雜、高壽命模具的需要，國外發展預硬化鋼，而國產鋼基本上停留在退火階段，或熱軋狀態供貨，并且供貨周期較長，這是我國家電行業大量進口模具鋼的主要原因。

    2) 模具鋼的專業化生產程度較低。鋼材的質量、性能穩定性較差，外觀質量較差。中國模具鋼分散在幾十個企業生產，大部分生產廠家的生產工藝裝備不配套，特別是后部工序，深加工設備落后，從而制約國產模具鋼質量的提高和性能的提高。

    3) 模具鋼供銷渠道有待暢通。模具制造多為單件或小批量生產，并所需鋼材的品種多、規格多、數量少、需求供貨及時的行業特點，與冶金廠的批量生產有矛盾。國外通過鋼材商店可隨時解決零售問題。國內近幾年來也出現了部分代理商、鋼材商店等中間銷售環節，但在模具鋼銷售的服務意識和水平與國外先進水平還有一定差距，影響了國產模具鋼的推廣和應用。例如Bohler-Uddehum的全球10 萬用戶中，大多是工程師指導用戶使用。

    值得注意的事，我國模具的質量和服務，離用戶需求的差距相當大，因而出現了不少“寧可出高價買國外的，不愿以低價買國內的”的不正常現象。部分的國內外模具鋼價格比較見表1。由表可知，進口鋼材價格要比國內價高出3～6倍，從同一鋼種的價格差距上反映出我國模具鋼的落后面貌。

    表1  國內外常用模具鋼的價格比較

產地鋼號	瑞典（烏德霍姆）	德國（蒂森）	德國（沙斯特）	國內鋼廠
P20	5.2～5.8萬元/t	3.8～4.0萬元/t	2.8～3.0萬元/t	1.0萬元/t
H13	9.6～10.0萬元/t	7.5萬元/t	6.0～7.0萬元/t	1.7萬元/t
D2	7.6萬元/t	8.0萬元/t	7.5萬元/t	2.0萬元/t

    2.我國模具鋼標準有待提高

    根據對國內外模具鋼的對比研究發現，國外模具鋼的品質主要體現在：純凈、均勻、組織細小、尺寸精確。這些方面的差距造成我國冷作模具鋼在與進口鋼同樣強度下韌性不足，耐磨性低下；而熱作模具鋼的高溫強度和熱疲勞性能都低，使國產模具鋼的模具壽命較進口鋼的模具壽命明顯的低。

    以H13為例，與進口H13相比，國產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，盡管這些國產H13鋼存在上述諸多質量問題，卻均是按國家標準生產合格的正規產品。這就暴露我國國家標準GB1299-2000與北美壓鑄協會標準NADCA#207-90的差距。表2是不同國家H13鋼的化學成分標準。以北美壓鑄協會標準考核檢測時可發現的退火組織、帶狀組織、和沖擊韌性等問題，均不是我們國家所考核的指標。這正是國產H13鋼生產質量差的關鍵問題。

    我們要清楚地認識到，在國外先進國家的企業，只是把國際標準作為最低標準，他們真正貫徹或執行的是比國際標準更高的“企業標準”或“內控標準”，如瑞典UDDEHOLM公司和奧地利Bohler公司均有非常嚴格的企業標準。這一現實正好與我國目前的情況相反，是不利于我國模具鋼發展的。為此，我國模具鋼的國家標準應盡可能地向國際先進標準靠攏，這樣才會促進我國模具鋼水平的提高，改變我國模具鋼質量普遍較低的現象。

我國模具鋼產業的展望

1.模具鋼發展方向

－模具日趨大型化:模具成型零件日趨大型化，另一方面，為提高生產效率，一模多腔，因此大型模塊鋼需求量將逐年增加。

－模具的精度越來越高，要求鋼材的質量好，尺寸穩定性好。

－塑料模具鋼、壓鑄模具鋼的需求量不斷增加。

－中高檔模具鋼的需求量不斷增加，低擋模具鋼過剩。

另外，隨著模具標準件應用日益廣泛，模具標準化、商品化程度的提高，對于模具鋼產品質量、品種規格、以及交貨周期將提出更高的要求。

因此，鋼鐵企業要根據國內模具制造業發展的趨勢和模具市場的需求，抓緊研制開發高精度、高韌性、耐腐蝕、高質量的模具鋼新品種，使國產的熱作和冷作模具鋼達到世界先進水平。

2.發展我國模具鋼的幾點建議

－合金工模具鋼品種規格多樣化、精料化和制品化

模具廠可以根據需要采購標準模塊，對模具的型腔和刃部進行精加工、組裝。

－加強基礎理論研究，提高合金工模具鋼品種、質量和性能

工具尤其是模具的關鍵部位或部件大部分是多向受力，因此提高鋼材的等向性，改善橫向的韌性和塑性，可以大幅度地提高工模具的使用壽命，這是近年來合金工具鋼主要的發展方向之一。

另外，提高合金工模具鋼的純潔度，即降低合工鋼中有害雜質的含量是改善鋼的性能的有效措施，采用各種精煉工藝、生產高純潔度的鋼材，是當前各冶金鋼廠的主要努力的方向。

最后，在品種方面，我國對國外先進的模具鋼品種只停留在簡單仿制階段，缺乏深入的研究，也影響了我國模具鋼的制造和使用水平。

－實現冶金廠模具鋼的生產專業化

模具鋼有不少特殊要求，所以國外模具鋼的生產過程也是從分散到集中為了進行競爭，各主要模具鋼生產廠都配備了技術先進的生產線，并加強科研力量和研究基地的建設工作。

－發展非金屬制品的模具鋼

隨著塑料工業的發展，對模具鋼質量性能提出了更高的要求，數量增多。當前，應重點大力開發以預硬化狀態交貨的大型塑料模具扁鋼和模塊。

－疏通模具鋼的流通渠道

冶金廠需大力推行代理制或建立銷售倉庫，通過代理制，起到化零為整，化整為零的作用，以疏通模具鋼的流通渠道。另外，還要做好售前和售后服務工作，提高模具行業用鋼水平，開發和推廣高效模具鋼，提高模具鋼的國產化率。

－擴大模具鋼的出口量

近幾年來，我國的模具鋼的出口量減少很多。每年僅5000～6000t左右，占模具鋼總產量的2%左右，并且比例逐年下降，應利用我國的勞動力便宜和鎢、鉬、錳、釩合金資源豐富的優勢，提高模具鋼的質量水平，擴大模具鋼的出口量。

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