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Mysteel参考丨高速工具钢发展现状与后期展望

来源:欧宝体育平台在线登录 作者:欧宝全站APP 时间:2022-08-13

  高速工具钢是以钨、钼、铬、钒,有时还有钴为主要合金元素的高碳高合金莱氏体钢,通常用作高速切削工具,简称高速钢,俗称锋钢。高速钢元素多,合金总量高,有“合金钢王牌”之称。高速钢制品——刀具、模具、轧辊等等,是资源、技术和劳动密集型的产品。

  我国高速钢技术的研究与应用起步较迟,但近十多年,我国高速钢材料发展迅速,中国现在是世界高速钢和高速钢刀具生产大国,高速钢和高速钢刀具的产量和出口量都是世界第一,我国已经成为世界主要的高速钢工具供应商。

  高速工具钢广泛应用于制造尺寸大、切削速度高、负荷重、工作温度高的各种机加工刃具,也可用于制造要求耐磨性的冷、热模具。其特性包括高硬度、高耐磨性;红硬性高,淬透性好;优良的强韧性匹配。按用途不同,高速工具钢可分为:

  广泛用于制作各种金属切削普通刀具(如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具(如滚刀、插齿刀、拉刀),被切削材料一般硬度≤300HB。常用的钢号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

  包括高钒高速钢、钴高速钢和超硬型高速钢(硬度68-70HRC),主要用于制造切削难加工金属(如高温合金、钛合金和高强钢等)的刀具,常用的钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

  高速工具钢属莱氏体钢,其性能的不同主要是由合金元素及碳含量的配比不同而引起的,钨铁、钼铁、钒铁、铬铁等合金是生产高速工具钢的主要合金原材料。其中铬(Cr)的含量几乎是一样的,为4%左右即可,碳(C)的含量一般为0.8%~1.2%。其它如W、Mo、V、Co等元素的含量对改善和提高其性能起到不可替代的作用,高速钢化学成分见表1。

  钼:可降低高速钢的凝固温度,有利于改善高速钢韧性。回火处理时,钼可阻止碳化物沿晶界析出,含钼高速钢韧性高于含钨高速钢韧性。

  钒:添加钒有助于提高高速钢的耐磨损和耐腐蚀性能,随钒含量从0增至5%,钢的耐磨损和耐腐蚀性能均先提高后下降。

  钴:可提高高速钢的熔点,从而提高淬火温度,使奥氏体中溶解更多的W、Mo、V等元素,促进回火时合金碳化物的析出,提高二次硬度值,提高红硬性。钴可形成金属间化合物,产生弥散效果,并能阻止其他碳化物聚集长大。

  据跟踪统计的10家高速工具钢生产企业,2021年国内高速工具钢产量约在12万吨。今年1-5月份,高速工具钢产量在4.1万吨左右。其中,河冶科技、天工国际两家产量占了六成以上,其部分成品材加工成钻头再进行销售。而宝武特冶、抚顺特钢、长城特钢等综合性特钢企业由于在该钢种的设备和技术投入上较少,市场份额已逐渐缩小。目前市场需求主要分布在江苏、浙江(民营企业为主),上海、陕西、黑龙江、四川地区(国有企业为主)。自2019年起,国内高速工具钢产量略有减少,高速工具钢行业逐步步入成熟期。随着市场的不断变化和调整,优先发展高速工具钢冶炼技术、提高材料品质,是各大特钢生产企业所面临的重要任务。

  据统计,近五年以来,国内高速工具钢W6M5Cr4V2/M2热轧圆钢均价最高值63000元/吨(2019年8月中旬),均价最低值为49000元/吨(2017年初)。分年度来看,2017年、2018年、2021年涨幅均较为明显,涨幅分别为4500元/吨、3500元/吨、4000元/吨;2019年市场价格前高后低;2020年跌幅较大,由于下业较为疲软,再叠加原料市场有所走弱,跌幅为3500元/吨,同比下跌5.93%。2021年国内高速工具钢市场价格从年初开始稳步上涨,重心全年上移。上半年受原材料价格上涨以及复工复产后需求有所释放,市场价格基本维持单边上涨趋势,下半年在能耗双控等多因素影响下震荡为主,11月、12月份由于下游需求疲软,部分商家为回笼资金,市场价格明显回落。2022年上半年下游需求环节对价格起到的支撑效应比较有限,市场价格高位回落,截止到6月中旬,高速钢均价在61000元/吨。当前高速钢市场流通速度减慢,现货价格阴跌出货,原料价格下行成本支撑减弱。但目前疫情向好,下游需求或有所提升,后续库存或将减少,但需求仍需一定时间修复,预计短期高速钢价格震荡偏弱运行。

  高速工具钢具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性,主要用来制造中、高速切削刀具,如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等,常用于模具的高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V和W12Cr4V5Co5等。

  W18Cr4V钢具有高硬度、高强度、高抗压性、高耐磨性和高热稳定性等特点,对于要求高热强性的工具和热作模具一般可选用其制造,也可制造成具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性能要求,承受高载荷,加工硬质材料的冷作模具,如重载凸模、冷挤压模具。

  W6Mo5Cr4V2钢为钨钼系通用高速钢,该钢的韧性、耐磨性、热塑性均优于W18Cr4V钢,硬度、热硬性、高温硬度与W18Cr4V钢相当。由于强度高、耐磨性好,因而可以制作高载荷的耐磨损的冷作模具,如冷挤压模具。也可制造承受一定冲击载荷的热加工模具。

  W9Mo3Cr4V钢兼有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2高速钢的优点,成材率高,生产成本低,其使用寿命比其他两种高速钢略有提高,因此在较短时间内得到了较大规模的生产和应用。非常适宜制作高载荷模具,尤其是冷挤压模具。

  W12Cr4V5Co5钢为高碳高钒含钴高速钢,具有很好的耐磨性,硬度高,抗回火稳定性良好,高温硬度和热硬性均较高。适用于加工难加工材料,如高强度钢、中强度钢、冷轧钢、铸造合金钢等。

  牌号主要特征应用举例W18Cr4V 具有良好的热硬性,在 60℃时,仍具有较高的硬度和较好的切削性,被磨削加工性好,淬火过热敏感性小,比合金工具钢的耐热性能高。但由于其碳化物较粗大,强度和韧性随材料尺寸增大而下降,因此,仅适于一般刀具,不适于制造薄刃或较大的刀具 广泛用于制造加工中等硬度或软的材料的各种刀具、如车刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥等; 也可制作冷作模具,还可用于制造高温下工作的轴承、弹簧等耐磨、耐高温的条件 W6Mo5Cr4V 具有良好的热硬性和韧性,淬火后表面硬度可达 64-66HRC,这是一种含钼低钨高速钢,成本较低,是仅次于W18Cr4V而获得广泛应用的一种高速工具钢 适于制造钻头、丝锥、板牙、铣刀、齿轮刀具、冷作模具等 W9Mo3Cr4V 钨钼系通用型高速钢,通用性强,综合性能超过W6Mo5Cr4V2,且成本较低 制造各种高速切削刀具和冷、热模具 W12Cr4V5Co5 高碳高钒含钴高速钢,具有很好的耐磨性,硬度高,抗回火稳定性良好,高温硬度和热硬性均较高, 因此,工作温度高,工作寿命较其他高速钢成倍提高 适用于加工难加工材料,如高强度钢、中强度钢、冷轧钢、铸造合金钢等,适于制作车刀、铣刀、齿轮刀具、成形刀具、螺纹加工刀具及冷作模具、但不适于制造高精度的复杂刀具

  近年来,我国高速工具钢生产工艺技术水平有了长足进步,产品结构进一步优化。但与国际先进水平相比,我国高速工具钢在品种、质量及性能等方面还存在一定的差距,导致我国部分高端高工钢仍要依靠进口,造成了对高速工具钢产业发展的制约。

  现今制造业的快速发展对高速工具钢的切削性能和加工性能提出了越来越高的要求,高速工具钢主要的发展趋势是向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。通过设备和技术的不断改进创新,冶金方法、热处理工艺的不断优化,提高其综合力学性能,向高性能和长寿命迈进。

  今年下游资金面持续偏紧,市场回款速度慢,终端采购积极性较去年有所减弱。2022年高速工具钢供应增速或将放缓,但需求预期趋弱,供需矛盾仍存在一定压力。预计2022年下半年高速钢价格维持震荡偏弱运行,待需求顺势跟进后,价格或将企稳,亦存在顺势跟涨的可能性,需求和资金仍然是引导未来价格走势的主要因素。

  2022年依旧是机遇与风险并存的一年,我们应增强对高速钢行业的信心,把我国丰富的高速钢材料资源转化为高速钢产品优势,稳定低端高速钢产品市场,抢占高品质高端高速钢产品市场,生产高附加值的产品。并且攻破国际“卡脖子”关键技术,加快进口产品的国产化步伐,提高国际市场竞争力,挺起中国新材料及切削刀具产业世界脊梁。