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 1  概述

   近幾年，我國模具鋼工業(yè)以每年15%左右的速度增長，遠(yuǎn)高于國民經(jīng)濟(jì)的年平均增長速度，2000年國內(nèi)模具行業(yè)產(chǎn)值估計(jì)可達(dá)到280億元。根據(jù)中國模協(xié)提供的信息，全國一年用于制造各種模具、模架所用鋼材達(dá)40萬t，其中合金模具鋼量為15萬t。據(jù)調(diào)查，汽車、摩托車行業(yè)是國內(nèi)模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，這一市場占到模具市場的60%。其次，家電行業(yè)中的彩電、冰箱，IT業(yè)的微機(jī)等，也是模具市場的重頭戲，而中國的上述行業(yè)近幾年或進(jìn)入更新?lián)Q代期或已成為國際市場的有力競爭者，因此對模具鋼的需求將極為強(qiáng)勁。但用于制造這些高檔次模具的鋼材，依然需大量進(jìn)口。尤其是家電行業(yè)需要的P20、718預(yù)硬化合金塑料模具鋼模塊，國內(nèi)尚不能完全按期、保質(zhì)交貨。例如：“海爾”每年需要的525t左右的模具鋼材，其中進(jìn)口475t，費(fèi)用達(dá)1000萬元。

    隨著中國加入WTO，中國將成為世界模具加工中心的態(tài)勢越來越明顯。目前，深圳周邊及珠江三角地區(qū)已經(jīng)成為我國模具鋼工業(yè)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，隨著全球制造業(yè)中心加快向中國大陸地區(qū)的轉(zhuǎn)移，這一地區(qū)可能在10年內(nèi)將成為世界模具生產(chǎn)中。該地區(qū)現(xiàn)聚集了6000多家模具企業(yè)，從業(yè)人員超過10萬人。由此可見，中國的模具鋼市場前景極為光明。

  模具鋼做為鋼鐵精品，屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，同時(shí)又是技術(shù)密集型產(chǎn)品，與不銹鋼等特殊鋼品種相比，由于其熱處理、機(jī)加工等工序均需要工人介入，相對眼勞動(dòng)力成本較高的國外來講，在中國生產(chǎn)應(yīng)該有更大的優(yōu)勢，這也是國外模具鋼價(jià)格遠(yuǎn)高于國內(nèi)的根本原因。

   另一方面模具鋼扁平化、大型化、制品化成為主要發(fā)展方向，近年來，各大鋼廠及特鋼企業(yè)不約而同加大了米句剛特別是扁平材的開發(fā)力度。目前已形成了以寶鋼、鞍鋼、舞陽為主的寬板系列，主要鋼種為S45C、S50C、P20（B30）、718等；以撫鋼、上五、大連、長城為主的條鋼系列，主要鋼種為S45C、S50C、P20、718以及H13、D2、A2、S7等。其中，舞陽、撫鋼為模具鋼專用軋機(jī)，從外觀質(zhì)量上有較大的優(yōu)勢。但從目前的情況看盡管各家開發(fā)模具鋼力度很大，但市場份額相對分散，沒有形成強(qiáng)勢企業(yè)，這些都是太鋼發(fā)展的現(xiàn)實(shí)機(jī)會。

   2  國外模具鋼發(fā)展趨向

   國外發(fā)達(dá)國家模具鋼生產(chǎn)向高純度、等向性、超細(xì)組織、品種規(guī)格多樣化發(fā)展。其特點(diǎn)主要有以下七個(gè)方面。

   1）經(jīng)營方式

   根據(jù)模具鋼品種多、規(guī)格多、用戶用量少的特點(diǎn)，采取了同中間商訂貨方式，并在世界各地設(shè)營銷公司。

   2）裝備先進(jìn)

   生產(chǎn)低合金模具鋼采用精煉、大斷面無缺陷連鑄，高剛度連軋機(jī)及高精度軋機(jī)軋制，可控氣氛熱處理、精整、精加工及無損探傷技術(shù)；生產(chǎn)高合金模具鋼或性能要求的模具鋼采用精料、雙真空冶煉、電渣重熔、鋼錠高溫均勻化處理，大壓下量分鍛造或多向軋制，大型水壓機(jī)開坯和精鍛機(jī)組合鍛造、真空退火等技術(shù)。

   3）高純度模具鋼

   鋼純凈度提高到一定水平，不但可以改進(jìn)鋼的原有性能而且可以賦予鋼新的性能。日立金屬公司把SKD61鋼中磷含量從0.03%降到0.001%，鋼的沖擊韌性從40J/cm2提高到130J/cm2。德國蒂森把2344EFS鋼中磷降低到≤0.030%，且細(xì)晶化，則鋼的疲勞性能明顯提高。

   4）等向性模具鋼

   模具在使用時(shí)多向受力，但大型模具的橫向、厚向塑性和沖擊韌性比縱向要低，針對這種情況，開發(fā)了高等向性模具鋼厚板，使模具的橫向和厚向的塑性和韌性達(dá)到縱向的80―90%以上。

   5）超細(xì)模具鋼

   新開發(fā)的高耐磨性粉末模具鋼，由于鋼中存在細(xì)小均勻、彌散的碳化物，明顯改進(jìn)了鋼的耐磨性、可磨削性、韌性以及等向性，用作特種陶瓷成形模具，使用壽命優(yōu)于硬質(zhì)合金模具。

   6）模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化

   模具鋼材品種規(guī)格齊全，而且扁鋼、板帶材比各占40%（日本），因?yàn)槔錄_模、落料模和塑料模等是由扁平鋼材而成。

   模具鋼制品化即模具鋼的深加工。鋼廠提供經(jīng)精加工并經(jīng)淬、回火處理的模塊、模板和制品。模具廠只需對模具型腔或刃部進(jìn)行精加工、組裝就可交貨，大大縮短了模具制造周期，而鋼廠由于生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品而獲利。

   7）根據(jù)需求不斷研制新品種，不斷開發(fā)新品種。

   3  國內(nèi)模具鋼生產(chǎn)基本情況

  目前國內(nèi)15個(gè)重點(diǎn)特殊鋼廠都可以生產(chǎn)模具鋼，2001年產(chǎn)量約為26萬t（2001年各廠產(chǎn)量見表1)，其中合金模具鋼占50％左右。另外一些地方鋼廠(黃石、兗州等)也可生產(chǎn)。大量生產(chǎn)的牌號是3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrNnMo、4CrSMoSiV1、Cr12、Crl2MoV、CrWMn、9CrSi、P20、718、S50C等。產(chǎn)品主要分為鍛材、扁鋼、中厚板三個(gè)系列。另外，國內(nèi)鞍鋼、武鋼等普鋼中板廠均在生產(chǎn)低合金和碳素塑料模具鋼。

                  表1  2001年全國特鋼廠模具鋼產(chǎn)量

 國內(nèi)生產(chǎn)模具扁鋼的兩大系列中，生產(chǎn)寬板比較有代表性的是舞陽鋼鐵公司，其主要裝備為75t和90t超高功率電爐+F+VD，可生產(chǎn)300×1600的特大連鑄坯或26.6t的特大扁錠，在全國最寬的4600軋機(jī)上軋制，成品規(guī)格為8-500×1500-4020×3000-27000mm，在線控制設(shè)備有液壓AGC厚度自動(dòng)控制、自動(dòng)測厚儀；剪切設(shè)備有雙邊剪、半自動(dòng)火焰切割、等離子切割；矯直設(shè)備有9輥在線熱矯機(jī)以及25000kN液壓壓平機(jī)，同時(shí)有各種熱處理設(shè)備，鋼板可以各種狀態(tài)交貨，鋼種主要有P20、718、231l、2738。其它如寶鋼煉鋼設(shè)備為250t轉(zhuǎn)爐十LF+RH，軋制設(shè)備是兩架1300初軋機(jī)生產(chǎn)，產(chǎn)品最高檔為B30，與P20相當(dāng)，規(guī)格為70―300×1200―1600mm。鞍鋼是2300三輥初軋機(jī)及4300四輥精軋機(jī)生產(chǎn)，與我公司不銹熱軋廠相近，主要生產(chǎn)規(guī)格為6―100×2000～4000mm寬幅S45C、S50C中厚板，中厚板可全部矯直。

  扁鋼的生產(chǎn)廠家中，比較突出的是撫鋼，主體設(shè)備為30/6t VHD/VOD和50tUHP+LF+VD，經(jīng)850mm初軋機(jī)開坯后到3輥勞特軋制，最后精軋機(jī)組為5機(jī)架WF5-40專用軋機(jī)，并配有6臺矯直機(jī)，扁鋼規(guī)格為10-90×105-305mm，生產(chǎn)鋼種比較齊全，從S45C、P20、718、H13到D2均大量生產(chǎn)，尺寸精度厚度0.5-1.5mm，寬度0.5-2mm。另外長城鋼廠也有―定規(guī)模，主要設(shè)備為50t電爐+LF+VD，后部兩臺825初軋機(jī)，一臺開坯， 另一臺成材，規(guī)格為6-50×310-610mm，鋼種以冷作模具鋼為主。

  近來大連鋼廠扁鋼發(fā)展較快，利用30t電爐+LF+VD冶煉，750mm初軋機(jī)(帶立輥)生產(chǎn)lOO×305-445mm的各種扁鋼，延續(xù)了撫鋼的扁鋼規(guī)格，公差板形可與撫鋼相比。另外可生產(chǎn)中φ2l-75mm的光亮材。國內(nèi)主要扁平材生產(chǎn)廠優(yōu)劣勢分析見表3。

   4  太鋼模具鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀

  模具鋼一直是我公司重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略品種。主要有鍛材生產(chǎn)線，初軋扁鋼生產(chǎn)線、不銹熱軋廠中厚板等三條模具鋼生產(chǎn)線，產(chǎn)品以鍛材為主。2001年我公司共生產(chǎn)模具鋼15418t，其中鍛材11964t，鍛件523t，軋材2931t。模具鋼產(chǎn)量在特鋼廠中排名第三。

   1)工藝路線

    鍛材：

   ―鋼EBT電爐+LF+VD→初軋開坯(→電渣重熔)→退火→修磨→加熱→鍛造→退火→酸洗、修磨→探傷→鋸切→取樣→檢驗(yàn)交庫(棒、扁、件）

    初軋扁鋼： 

   高合余模具扁鋼工藝路線(代表鋼種D2、H13、0l、A2)：

   ―鋼EBT電爐十LF+VD→紅送初軋→均熱→軋制(電渣)→在線火焰切割→矯直→退火→檢驗(yàn)→機(jī)加工→交貨

             表3    國內(nèi)主要扁平材生產(chǎn)廠優(yōu)劣勢分析

  塑料模具扁鋼工藝路線(代表鋼種P20、718）：

  ―鋼EBT電爐+LF+VD→紅送初軋→均熱→軋制→在線火焰切割→在線矯直→空冷→回火→檢驗(yàn)→機(jī)加工→交貨

  不銹熱軋廠中厚板(代表鋼種P20、718、A2、01)：

   ―鋼電爐→LF+VD→紅送初軋→均熱→開坯→退火→加熱→軋制→(在線矯直)→預(yù)硬處理(退火)→檢驗(yàn)→機(jī)加上→交貨

  2)品種規(guī)格

   鍛材：

  冷作模具鋼：T8-T12A、CrWMn、9SiCr、Cr12型等；

  熱作模具鋼：5CrMnMo、5CrNiMo、(R)H13；

   塑料模具鋼：S45C、P20、718。

  鍛材可供規(guī)格：棒材φ80-400mm；方鋼80―40mm；扁鋼100-300×400―600mm。    

   初軋扁鋼：

  品種：A2、D2、(R)H13、S7、S45―55C、P20、718等。

  規(guī)格：40-180×310-1050×L(mm)、方115-400×L(m)；P20、718可預(yù)硬狀態(tài)交貨。

   中厚板：

  品種：A2、S7、S45―55C、P20、718等。

   規(guī)格：20―40×1000―1600mm；P20、718可預(yù)硬狀態(tài)交貨。

  3)主要設(shè)備 

  冶煉、精煉設(shè)備：50t EBT電爐(偏心爐底)；50tLF鋼包爐；VD真空爐：10t、2.5t、3.5t 電渣重熔爐各―座。

   鍛造、軋制設(shè)備：1000mm初軋機(jī)：2300mm中板軋機(jī)：1000t快鍛機(jī)；1.5t、3t蒸汽錘。

  熱處理及機(jī)加工設(shè)備：圓盤鋸、帶鋸多臺，龍門刨、龍門銑、車床多臺，等離子切割機(jī)，可滿足成品切塊及部分表面粗加工(預(yù)硬化處理外委太重：5座加熱爐，12m可循環(huán)淬火池，300t壓力機(jī))。

   4)存在問題與差距

  鍛材；

   ①品種規(guī)格范圍窄，主要以棒材為主，鍛造模具扁鋼、模塊產(chǎn)量很少；主要受鍛造設(shè)備能力制約。

   ②品種單一，鋼號集中在Crl2、H13等幾個(gè)品種上，主要是由于煉鋼只有30t大電爐，很難適應(yīng)模具鋼多品種、小批量的要求。

   ③質(zhì)量穩(wěn)定性差，這是影響模具鋼向更高層次發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

  ④工藝路線較長，勢必造成產(chǎn)品成本上升；由于采用軋制開坯，對最終成品材的內(nèi)在質(zhì)量有一定的影響。特別是Crl2型鋼，因?yàn)殇摲N本身熱塑性較差的特點(diǎn)，初軋開坯時(shí)裂口的產(chǎn)塵較難避免，對鍛鋼廠的生產(chǎn)和成材率影響較大。 

   初軋扁鋼：

  ①公差：由于初軋沒有厚度控制設(shè)備，目前的公差水平相對初軋機(jī)已經(jīng)較好，但與先進(jìn)水平比要差幾倍，另外在線測量全是人工操作，精度低、反應(yīng)滯后，起不到在線控制的作用。

   ②板形：目前的矯直機(jī)是型材矯直機(jī)，輥距大、輥數(shù)少，矯直精度差，且寬度在580ml以上的板坯無法矯直，因此不平度差距也較大。

  ③規(guī)格：受太鋼錠型的限制，為保證一定的壓縮比，扁錠最厚只能干到160mm，電渣扁錠也只有4.5t一種，大厚度的模具扁鋼無法生產(chǎn)，產(chǎn)品規(guī)格受到局限。

   ④熱處理：控冷+回火的工藝也缺少必要的控制手段，硬度波動(dòng)仍較大。

   中厚板：

   ①軋機(jī)剛度低，加熱設(shè)備是連續(xù)加熱爐，規(guī)格適宜、市場需求量大的高合金模具鋼無法生產(chǎn)。

  ②剪切能力不配套，20mm以上的鋼板無法熱剪，只能離線切割，能力有限。

  ③板形、厚度公差達(dá)不到乎高檔模具鋼要求，厚板受矯直能力限制，板形較差。高壓水除鱗壓力不足，對厚板表面質(zhì)量有影響。

  ④?；癄t能力無法滿足大批量模具鋼生產(chǎn)。

   5  太鋼模具鋼發(fā)展設(shè)想

  綜合國內(nèi)同行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、模具鋼市場情況及模具行業(yè)的發(fā)展趨勢，我公司模具鋼的發(fā)展應(yīng)該是在鞏固鍛材生產(chǎn)規(guī)模、提高鍛材質(zhì)量的同時(shí)，重點(diǎn)發(fā)展模具鋼扁平材。

  1)發(fā)展規(guī)模

  根據(jù)太鋼模具鋼品種規(guī)格優(yōu)勢和近年來對廣東和華東地區(qū)的市場調(diào)研情況，太鋼的模具鋼發(fā)展規(guī)模應(yīng)定位在3萬t左右，其中鍛材1.5萬t：初軋扁平材1.3萬t，其中以預(yù)硬態(tài)塑料模具鋼扁平材為主，并有部分電渣高合金扁平材；不銹熱軋廠2000t，以合金塑料模具中板為主，與初軋廠規(guī)格配套；另外一軋可出一部分中低合金軋材，產(chǎn)量定位在800t左右。同時(shí)各廠都可有部分產(chǎn)品進(jìn)軍國際模具鋼市場。

  2)品種規(guī)格定位

  與國內(nèi)其它廠相比，我公司具備較為先進(jìn)的冶煉、精煉手段、在成分控制及鋼質(zhì)純凈度等方面有較大優(yōu)勢。鍛材的品種規(guī)格與上五等主要模具鋼廠家相比，無優(yōu)勢可言，可在保證現(xiàn)有品種規(guī)格的基礎(chǔ)上，完善后部熱處理、機(jī)加工設(shè)備，向精品化、制品化方向發(fā)展：可根據(jù)市場情況開發(fā)一些小型模塊、鍛件等高附加值產(chǎn)品，以增強(qiáng)鍛鋼廠的競爭力。

   扁平材方畫，規(guī)格定位在厚度20―180mm(可發(fā)展到200mm)，寬度600―1600mm；開發(fā)的主要鋼種以預(yù)硬P20、718、40Cr、NAKSO、S136等塑料模具鋼為主，另外還有與之配套使用的部分合工鋼(Hl3、D2等)。我公司這段規(guī)格組距覆蓋了大部分模具鋼市場需求，特別是電渣高合金模具寬扁鋼在國內(nèi)更是絕無僅有。這個(gè)規(guī)格組距既可割成標(biāo)準(zhǔn)系列扁鋼，也可直接加工成模板使用，可以滿足模具制造商和模具鋼中間商的不同需求，對用戶具有較入的吸引力。從生產(chǎn)組織來蛻，我公司也可滿足用戶小批量、多規(guī)格的訂貨需求。

   6 今后需采取的措施

  為實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，首先要提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，從成分的優(yōu)化到內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定、成品的外觀質(zhì)量上下工夫。從長遠(yuǎn)考慮要想把我公司發(fā)展成為國內(nèi)乃至國際模具鋼生產(chǎn)的強(qiáng)勢企業(yè)，形成合金扁平材在國內(nèi)獨(dú)樹一幟，鍛材可與上五等廠爭鋒的局面，必須根據(jù)目前存在的問題與差距進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)投入。

  通過設(shè)備改造實(shí)現(xiàn)扁平材在線熱處理及后部產(chǎn)品深加工，還可進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，而根據(jù)目前設(shè)備情況，設(shè)備改造費(fèi)用不會太大。因此投資回報(bào)率較高。

   鍛鋼廠：

  1)利用機(jī)械廠電爐設(shè)備，打通機(jī)械廠―鍛鋼廠的模具鋼工藝路線，解決―鋼廠不能冶煉的、問題較大的品種以及小批量訂貨問題，并開發(fā)一些具有市場潛力的新鋼種。

   2)對現(xiàn)有蒸汽錘進(jìn)行改造，提高設(shè)備噸位，節(jié)約能耗。

  3)冶煉工段增加一臺擴(kuò)散退火爐，用于高檔次電渣模具鋼均質(zhì)化處理。

   4)為保證電渣錠的冶煉質(zhì)量，及時(shí)跟蹤把關(guān)，解決一臺鋼錠探傷儀。

  長遠(yuǎn)考慮應(yīng)建設(shè)3000t快鍛機(jī)和與之配套的模具鋼熱處理設(shè)施，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)覆蓋高檔大、中、小型模塊及鍛材。在生產(chǎn)工藝上做到鋼錠可以均質(zhì)化，模塊可以預(yù)硬化、固溶細(xì)化，退火質(zhì)量穩(wěn)定化， 以此來保證產(chǎn)品的高質(zhì)量、高憶能及其穩(wěn)定性。

   初軋廠：

   1)為提高產(chǎn)品尺寸精度，當(dāng)務(wù)之急是增加一臺在線激光測厚儀，盡快提高產(chǎn)品精度。如將來進(jìn)行大規(guī)模改造，可增加軋機(jī)液壓AGC厚度自動(dòng)控制儀。同時(shí)在軋鋼工序可考慮將閑置的熱連軋的粗軋機(jī)或型材的中小軋機(jī)放在初軋，做為精軋機(jī)使用；二可考慮在初軋后部增加一臺快鍛設(shè)備，實(shí)現(xiàn)近終軋鍛造交貨，這也是國際上初軋機(jī)改造的一?個(gè)趨勢。

  2)為拓寬產(chǎn)品規(guī)格系列，需要在煉鋼增加10t左右的扁錠型，電渣錠也應(yīng)加大扁錠的重量。

   3)為改進(jìn)產(chǎn)品的板形，需要將現(xiàn)有矯直機(jī)改為九輥以上的寬板坯矯直機(jī)，或增設(shè)大噸位液壓壓平機(jī)。

  4)為適應(yīng)模具產(chǎn)品精密化、制品化的趨勢，必須對熱處理設(shè)備進(jìn)行完善，初期可在精整北跨增設(shè)油池用于預(yù)硬處理的淬火，并將5#退火爐改為電加熱做為熱處理爐使用，長期需對現(xiàn)有產(chǎn)品線綜合考慮，建一個(gè)專業(yè)的熱處理中心，可集中處理各種大型模塊、扁平材等高檔模具鋼。

   5)為加強(qiáng)產(chǎn)品的出廠把關(guān)，增設(shè)超聲波探傷設(shè)備，做到100%探傷出廠。

  不銹熱軋廠：

  與初軋廠扁鋼配套，使太鋼形成完整的合金塑料扁鋼系列，同時(shí)兼顧中合金模具鋼如A2、S7以及目前有穩(wěn)定市場的碳素模具鋼，對部分設(shè)備進(jìn)行改造。

   1)對測厚儀進(jìn)行改造，增加液壓AGC控制系統(tǒng)，提高厚度控制的精確度。

  2)熱處理能力不足、探傷場地、厚板矯直問題，可與初軋廠的設(shè)想統(tǒng)―考慮：熱處理、探傷、板形矯直可以放到初軋廠進(jìn)行。

  ―軋廠：

  一軋廠設(shè)備基本具備生產(chǎn)中低合務(wù)模具鋼的能力，可開發(fā)一些常規(guī)模具鋼品種，實(shí)現(xiàn)部分品種規(guī)格以軋代鍛，滿足不同層次用戶的要求。

  最后，為加大模具鋼的開發(fā)力度，在自行改造完善現(xiàn)有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，可考慮加大對外合作力度，包括校企結(jié)合、中外合資、合作等方式，形成強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，共同構(gòu)筑太鋼模具鋼長城。