发展我国高速钢的战略分析

高速钢制品—刀具、模具、轧辊等，是资源、技术和劳动密集型的产品。扩大高速钢制品产量适应国情，符合可持续发展战略方针。 对高速钢的发展而言，包括量的增长和质的提高。就当前而言，质的提高是当务之急。 我国拥有丰富的钨、钼、钒资源，怎样用高新技术生产优质工具钢—高速钢、模具钢、基体钢，进而深加工成刀具、量具、模具和轧辊等成品，满足国内需要，进入国际市场取代资源出口，这不仅是当务之急，而且是一个具有深远意义的战略发展问题。

我国钨钼钒的资源优势

1. 钨资源的形势

我国金属钨储量145万吨(基础储量292万吨)，占世界总储量的57.5%，产量及出口量均居一，具有举足轻重，左右世界钨市场的能力，但近年来由于无序开采，盲目资源出口，使钨业陷入困境。2003年出口钨精矿，中间产品apt，钨酸及钨铁占出口金额的62.8%。

钼资源的形势 我国金属钼储量高达183.98万吨(基础储量330.2万吨)，产量居二，陕西金堆城、河南滦川钼矿床之大是世界所罕见的。我国用于钢铁工业的钼占总产量的77%。我国钨钼矿很多系共生矿，要采用湿法冶金方法分离殊为困难，对于钢铁工业生产高速钢和模具钢，钨和钼均为有价合金元素，可部分替换，不必致力于分离。

钒资源形势 我国钒资源丰富，仅攀枝花钒钛磁铁矿区就有v2o5资源储量达2500万吨，近年攀枝花钢铁公司在转炉提钒上应用新技术、提高钒渣的品位，成为世界三大产钒企业之一。湖南、湖北、四川和安徽4省石煤伴生钒资源储量达2000万吨之多，正待开发。 钒的主要用途在钢铁工业，在低合金钢、工具钢和其他合金钢中用量占87%。在钛合金中用作合金元素，如ti6al4v，ti6al6v2sn，ti8almov合金用于驱动装置构件、飞机船舶骨架结构及反应堆材料。 Zui近微合金化hsla钢总量在全球达1亿吨，钒是重要微合金化元素，用量急剧增大。国内随建筑业的发展ⅲ级螺纹钢筋hrb400需用激增，不少钢厂简单地采用在ⅱ级钢筋20mnsi的基础上加v-n合金合金化，吨钢用量虽少，若我国每年2200万吨钢筋全采用加v-n合金化，战略合金元素v资源将耗尽，势必引发资源危机。为此，笔者正致力于开发新的增氮强化剂，取代v-n。

钨铁、钼铁的出口是变相资源出口 仲钨酸铵由于执行了国家出口配额制，1997年以来出口量受控制，而价格逐渐回升。鉴于外经贸部解除了对铁合金配额限制，误将钨铁、钼铁视为一般铁合金，钨铁出口量剧增，由1996年656吨到2003年达6028.6吨，7年的时间增长了9.2倍。 全部用新料1吨w75的钨铁可以供冶炼12吨m2高速钢，而通常电炉用40%返回料，1吨w75的钨铁可冶炼20吨m2高速钢。那么，6000吨钨铁可冶炼12万吨高速钢，这种畸形现况，必须立即纠正，建议外贸部门将钨铁编回配额制。 1吨钨铁冶炼综合电耗大于4000kw•h，排放大量co2(300m3/t)，so2，nox。环境负荷elv很重。因此钨铁、钼铁大量低价出口，不仅使资源优势丧失，又使我国沦为西方发达国家转移污染的场所。高速钢及模具钢的重要性

1. 高速钢刀具 根据世界工具协会统计，以切削刀具为例，高速钢刀具占总销售额的71.26%(含w、mo)，硬质合金刀具(含wc、mo2c及wsi2、mosi2)占28.24%，而各类陶瓷刀具(氧化铝陶瓷、氮化硅-氧化铝陶瓷、立方氮化硼聚晶)仅占0.5%。高速钢问世至今已有近百年历史，合金化与制造工艺不断有发展，但材料基本成分变化不大，高速钢长盛不衰基于以下4点原因：
   1. 韧性和加工塑性比硬质合金刀具高一档次。硬质合金多用于车刀刃头形状简单刀具，而高速钢可用于铣刀、拉刀、丝锥、带锯锯条等复杂刀具；
   2. 高速钢制备工艺日益完善：为提高材料纯净度和均匀性方面采用电渣重熔精炼、微合金化、快速凝固及表面涂层等新技术的发展；
   3. 价格低廉；
   4. 可回收再利用。
   钨系高速钢如美国astm t1钨的质量分数为18%，日本jis skh3钨的质量数为18%，德国din s18-1-2-5钨的质量分数为18%。钨钼系高速钢如美国astm m2 w(w+mo)=11%，日本jis skh53 w(w+mo)=11%，德国din s7-4-2-5 w(w+mo)=11%。 高速钢热处理后有大量碳化物相析出(mc、m6c、m2c、m23c6等)，制成刀具在600℃左右红热温度下具有较高硬度(hrc>60)，保持良好的切削性能。因此，高速钢广泛应用于车刀、钻头、铣刀、拉刀、插齿刀、绞刀、丝锥和锯条。特别由于高效自动机床、高速切削机床、积木式机床的发展以及难切削材料应用扩大，如高温合金、钛合金、超高强度钢材切削加工对高速钢需求日益扩大。 根据oecd统计，2003年全世界高速钢钢材产量达22万吨，我国产量居一，特钢协会统计2003年钢锭达77236.33吨，钢材59332.7吨，(含非协会民营企业的总钢材产量，达6.4万吨)，其中23726.5吨制成钻头、立铣钻及锯片出口，4万吨满足国内需要。但某些高档次产品如轿车加工用的超硬高速钢仍需进口。
2. 高速钢模具 目前家用电器零件约80%用模具加工；机电工业中70%零件用模具加工；塑料制品、陶瓷制品、橡胶制品、建材、耐火材料大量采用模具成型。一种中型载重汽车改型即需4000多套模具，净重2000多吨。20世纪80年代，日本、德国、美国等发达国家模具工业总产值已超过机床总产值。目前世界模具总产值约660亿美元，日本称“模具是促进社会繁荣的动力”；德国称“模具是工业发展的基石”。 模具钢普遍含钼、钒等金属元素。特种热作模具钢含较高的钨：国产3cr2w8vw(w)7.5%～9.0%，美国astmh21w(w)8.5%～10.0%，日本热作模具钢jisskd5w(w)9%～10%，英国热作模具钢bh26w(w)17.5%～18.5%，法国热作模具钢z30wcv9w(w)8.5%～9.5%。 2003年我国14家特钢厂生产合金模具钢：cr12mo1v1(d2)、crwmo(o1)、3cr2w8v(h21)、5crnimo、5crmnmo、4cr5mosiv1(h13)、4cr5mosiv(h11)、3cr2mo(p20)和3cr2nimnmo(718)等模具钢23万吨，其中h21(3cr2w9v)由于w(w)9%，具资源优势，出口量Zui大，用于热作模具及压铸模。
3. 高速钢作构件基体 要求高硬度，高耐磨性的冷挤压冲头，冷轧轧辊曾采用高速钢来制造，但往往又由于其韧性差而过早失效。近年来为提高它的韧性而研究发展了基体钢，基体合金化学成分及淬火后基体组织与高速钢近似，但碳的质量分数减少，钢中共晶碳化物量少，碳化物尺寸细小，分布均匀。我国发展6w18cr4v及6w6mo5cr4v等半碳高速钢。 航空用轴承一直采用w18高速钢。近年由于温室效应，地球变热，空调制冷设备飞速发展。因此，空压机叶片用高速钢叶片的需求逐年上升，世界潜在市场达4万吨/年。

      我国高速钢的生产现状与存在问题

      

1. 我国高速钢产量

1. 2003年创我国历史的Zui高水平。我国高速钢1985～2003年产量的增长见表1。根据oecd统计2003年实际高速钢钢材达22万吨，我国实产钢材6.4万吨(部分民营企业未进入行业统计)，占世界29.1%，居世界首位。江苏天工集团2003年高速钢产量达23008吨，超过法国欧拉司蒂(erasteel)处于国际领先行列。我国产量居世界首位，这是与我国国民经济快速增长的大好形势相适应，制造业的发展，切削加工零部件的增长，特别是我国丰富的钨、钼、钒资源，促进我国高速钢材产量的增长。

1. 表1　我国高速钢生产总量

年 钢锭 钢材

1985	42201	28240
1986	43280	29846
1987	46913	31516
1988	43650	28199
1989	61493	38903
1990	56300	36565
1991	45792	31242
1992	33970	23455
1993	44748	29141
1994	36037	24000
1995	28202	21410
1996	30400	22383
1997	20802	15848
1998	20934	16209
1999	28537	20025
2000	53070	40335
2001	52612	40618
2002	60506	46923
2003	77236	59143
注：1985-1999年冶金部协调组，2000-2003年特钢行业高速钢专业组，含钨当量[w]<5%的低合金高速钢

1. 2003年世界高速钢生产的格局如下：奥地利(以bohler公司为主)生产30200吨，法国(以erasteel为主)2.2万吨，日本(以日立金属安来为主)产高速钢2.5万吨，美国约3万吨(含crucible的1.2万吨粉末高速钢)，俄罗斯约3万吨，其他国家产高速钢约2万吨。
2. 我国高速钢生产品存在问题
3. 目前我国虽然是高速钢生产大国，但与世界生产先进国家，如奥地利、法国、日本等国相比，在生产技术与产品实物质量上有较大差距，我国原有国有特殊钢企业，如上海第五钢厂、辽宁特殊钢厂与重庆特殊钢厂等的产品质量处于世界中上水平，与俄罗斯、捷克大体相当。但原特钢厂产量现在仅占国内9.36%。新兴的民营企业占较大份额，但相对来说，这些企业工艺装备、检测手段、技术水平参差不齐，具体表现如下。
4. 表面质量差 大部分黑皮交货，含裂纹比例高，尤其是小型材和线材表面脱碳层深度常超过标准允许范围。近年一度表面不合格比例占交货量3.1%。
5. 尺寸精度低 高速钢专业厂生产的热轧小型材，普遍采用横列式轧机，尺寸精度只能达到国标gb9943-88 的水平，实物尺寸公差比美国astma600标准大1倍，比国外产品实物公差大2～3倍。
6. 化学成分不均匀 国外m42的化学成分为：w(s)≤0.01%；w(p)≤0.02%；w(as)+w(pb)+w(sn)≤0.045%。国产高速钢w(p)、w(cu)常超标。
7. 碳化物颗粒度与不均度的差距 进口m2小型材热扭轧废品率<3%，国产约4%。进口m2碳化物颗粒度≤11µm。进口的m42与m35含co高速钢硬度波动范围dhrc≤1。表2列出了进口m42高速钢中碳化物不均度的统计。 表2　进口与国产高速钢中碳化物不均度比较 规格/mm 1/4d碳化物平均级别 1/8d碳化物平均级别

   ø30～40	3.12/3.33	1.75/3.07
   ø40～60	3.50/3.42	2.16/3.56
   ø60～80	4.38/4.23	2.88/4.36

   从表2中可以看出，进口材1/4d处碳化物与国产m42相当，但1/8d处即刀具刃口部分碳化物比国产m42低1.5～2.0个级别，这有利于提高刀具寿命。
8. 国产m42高速钢在夹杂物上的优势 进口m42基本没有c类和d类夹杂，a粗0.5级、细1.0级，b类粗≤1.5级。国产m42系电渣重熔钢比进口m42钢夹杂低0.5～1.0级。
9. 品种规格不全 粉末冶金高速钢尚属空白，m42钢丝基本上属空白。国外高速钢板材可供厚为0.6～65mm的规格，法国erasteel年产板4000t，主要是0.63mm薄板，为手用锯条提供原材料。 我国河冶、天工等主要高速钢产品为m2、w4、w9、w18、m2al、m42、m357个品种。法国erasteel主有高速钢品种26个，其中含粉末冶金高速钢产品asp2030、2060等8个牌号。
10. 缺少高档次产品目 前我国高档次的高性能高速钢(有含铝，含钴，含钒三种，并且含铝的m2al为主)2003年仅占9.29%，国外含co的高性能高速钢大致占15%～20%，以光亮材交货。
11. 缺乏严格的国家标准与厂控标准 美国astma600标准比较完整、全面、要求较严，可作为制定我国新标准的参考。而