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
- 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%，产量及出口量均居世界第一，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)，产量居世界第二，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。 最近微合金化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
- 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：
- 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；
- 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；
- 价格低廉；
- 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，我国产量居世界第一，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。
- 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，出口量最大，用于热作模具及压铸模。
- 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。 高级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
- 我国高速钢产量
- 2003年创我国历史的最高水平。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。
- 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 |
- 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。
- 我国高速钢生产品存在问题
- 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。
- 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%。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
