高品质模具钢现状及技术发展方向

张晓军2015年7月8日高品质模具钢现状及发展方向•中国模具钢现状•东北特钢模具钢的研发•模具钢发展方向•结束语一、中国模具钢的现状2万户、100万人从业，先进制造业的特殊基础工艺装备。没有高水平的模具就没有高水平的工业产品1、模具——工业之母2、模具市场一、中国模具钢的现状2、模具市场一、中国模具钢的现状20012002200320042005200620072008200920102011201220132014进口11.1212.7213.6918.1320.6820.4720.5320.0419.6420.6222.3524.8426.0225.88出口1.882.523.374.917.3810.4114.1319.2218.4321.9630.0537.3144.9849.190102030405060进出口金额/亿美元2001-2014年我国模具进出口情况3、模具钢产量一、中国模具钢的现状一、中国模具钢的现状模•速成化•大型化•精密化具•复杂化•个性化4、模具的发展对模具钢的需求模•高质量稳定性•大宽板、大锻件具•高纯净度•特殊综合性能钢•小合同要求长寿命高品质一、中国模具钢的现状4、模具的发展对模具钢的要求冷作：高硬度高韧性基体性能稳定热作：高温强度耐冲击性（韧性）高淬透性热疲劳性（热裂纹、熔损）塑料：强抛光性耐腐蚀性良好切削性热处理尺寸稳定性5、影响模具钢发展问题：质量纯净•硫、磷及夹杂物含量低，比我国精品系的优质钢低一个数量级；均匀•高的横/纵冲击韧性比，模块内外硬度差小于1HRC；组织细小•碳化物细小、圆整；尺寸精确•模块或材料的尺寸精确，均以精品级的模具钢供货。寿命长一、中国模具钢的现状进口H13模块5、影响模具钢发展问题：质量•国产H13钢大型模块的非金属夹杂物、一次碳化物较多；•退火组织中碳化物有明显沿晶界分布现象；•国产H13钢模块心部横向的冲击韧性只有纵向的0.2-0.3，与进口H13钢的0.6-0.8相比存在显著差距；•进口H13钢中硫、磷含量均较国产H13钢低一个数量级。一般国产H13钢的压铸模具寿命为3-5万模次，而进口的优质H13钢压铸寿命可达20万模次。牌号CSiMnPSNiCrCuMoWTiV4Cr5MoSiV10.420.980.300.0180.0050.074.930.061.40.020.010.878407S0.401.020.410.0090.0005-5.14-1.46--0.93国产H13（4Cr5MoSiV1）钢与进口H13（8407S）钢化学成分对比（%）一、中国模具钢的现状6、影响模具钢发展问题：品种中国典型的模具钢Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、CrWMn、5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo，其中大部分是我国上世纪50年代袭用国外钢号，较为先进的几个也是上世纪80年代引进的。虽经过20-30年的生产，其总体质量水平仍不够稳定，尤其是高品质、大型的长寿命模具用钢仍要依赖进口。面对激烈的市场竞争，国外钢厂通过产品的更新换代，以巩固在市场竞争中的领先地位。以H13钢系列为例，瑞典UDDEHOLM公司在近十年来已经经过五次更新换代。与此形成鲜明对比的是，我国H13钢生产近二十年来一直未改变产品。总体而言，我国模具钢不仅品种少、规格不全，而且质量和售后服务不好，因此缺乏市场竞争力。一、中国模具钢的现状7、影响模具钢发展根本原因：钢厂不注重基础数据研究钢厂不注重用户使用钢厂没有站在产业链角度研究发展一、中国模具钢的现状二、东北特钢模具钢的研发•建立用-研-学-产研发体系，适应模具行业的发展•培养模具钢专业技术队伍，提高新产品研发能力•专项改造冶金装备能力，稳定模具钢的质量水平•系统规划模具钢预研项目，保持产品核心竞争力东北特钢工模具钢生产流程炼铁熔炼RapidforgingBOFLFVD/RHBFEAFAODNVIMVIMVARESRPrecisionforgingBloomingHotrollingforbigbarHotrollingforflatsteelContinuousrollingforsmallbarCCICVC精炼特殊冶炼锻造轧制二、东北特钢模具钢的研发1、通过创优提升产品质量在有效期内，东北特钢集团的工模具钢产品保持中国钢铁工业协会‘金杯奖’5项，其中特优质量奖2项：（1）热作模具钢4Cr5MoSiV1(1.2344)锻材（特优质量奖）（2）热轧塑料模具扁钢FT61、FT64（特优质量奖）（3）冷作模具钢FT32、FT33、D2热轧扁钢和方钢（4）耐蚀塑料模具钢FS136（5）合金工具钢Cr12MoV锻材二、东北特钢模具钢的研发2、打造系列化模具钢产品东北特钢集团的工模具钢产品已经形成热作模具钢、塑料模具钢、冷作模具钢、玻璃模具钢、热流道模具钢、无磁模具钢、高速工具钢、合金工具钢、碳素工具钢、芯棒、轧辊等十一个系列产品，涵盖锻材、锻件、轧材、冷拔材、冷热轧板材、银亮材等品种。二、东北特钢模具钢的研发2、高等向性热作模具钢高等向性热作模具钢是现今国际热作模具钢发展主要方向，也是企业模具钢质量水平的重要标志。以H13为主的热作模具钢在纯净度、显微组织、等向性能等指标上要求越来越高，东北特钢高性能热作模具钢研发工作在近年来取得了巨大进步：（1）1.2344钢模块占据宁波北仑地区压铸模具钢85%以上市场，产品质量获得用户认可；（2）DT413圆钢、模块组织超细化工艺的实施，实现批量供货，标志着高级、超级水平热作模具钢试制成功；（3）DT433、D·Casking、FS445等品种获得压铸模具高端市场认可，稳步实现替代进口。二、东北特钢模具钢的研发2、耐蚀塑料模具钢耐蚀模具材料是在马氏体不锈钢4Cr13、3Cr17Mo基础上进行合金化，以达到模具使用性能要求的塑料模具钢。经过近10年的研制，东北特钢根据不同的市场要求，固定了不同使用要求、不同档次材料的生产工艺，实现了耐蚀塑料模具钢产品系列化：（1）DT336、FS136（FS2010、G136、DT330）FT64系列产品实现退火态和预硬化态供货，成为国内塑料模具钢主流品种，在耐蚀模具钢国产化进程中取得了良好的效果，其优质水平达到一胜百公司S136系列品种实物质量水平；（2）2013年开发的FS139、FS139M抛光达到12000#以上。二、东北特钢模具钢的研发2、高性能冷作模具钢（1）高硬度、高韧性冷作模具钢DT102（Cr8Mo2VSi）是基于Cr12MoV钢改良的新型冷作模具钢，成功克服了Cr12MoV钢高温回火硬度低和韧性不足等问题，具有较高的淬透性和耐磨性，淬火时尺寸变化小，比D2钢的碳化物分布均匀和更好的韧性等优点，是应用十分广泛的冷作模具钢，实物质量水平可与日本大同DC53钢相当（实物质量得到欧洲客户的认可），广泛应用在通用及精密模具领域；（2）HND2、HND1在2012年2月通过本田技研工业株式会社，成为汽车冷冲压模具用钢主要供应商。二、东北特钢模具钢的研发2、玻璃模具用钢通过近三年的研制，预硬化态玻璃模具钢LN17的性能逐步得到国内外客户的一致认可，已经应用在世界最大的餐具用品集团——法国弓箭公司的玻璃器皿模具上，确立了东北特钢玻璃模具钢的市场地位。东北特钢的LN17钢填补了国内模具钢的专业领域空白，为我国玻璃器皿模具行业发展提供了优质的材料基础，钢材质量水平达到国外同类产品实物质量水平。二、东北特钢模具钢的研发3、“十二五”期间开展的模具钢研发课题对于超级（Superiorquality）H13钢锻材，由于国外先进模具钢制造厂的技术保密，至今尚不清楚其生产工艺。按照世界压铸模权威组织机构-北美压铸模协会标准NADCA#207-2003标准，其芯部横向冲击性能可达到130J（45±1HRC，V型缺口）以上，国内尚不能稳定生产。主要技术难点和重点：（1）经济形控制超低S、P含量钢的冶炼技术；（2）特种冶炼技术控制，超大型电渣锭的冶炼技术；（3）高温扩散工艺技术，不同钢锭的扩散温度及时间的确定；（4）经济性快速球化工艺的确定。优质H13与D.Casking钢冲击韧性J对比情况050100150200250300350400纵向横向短横D.Casking优质H13硬度：46HRC无缺口：7*10*55CSiMnCrMoVPSD.Casking0.350.30.552.20.6≤0.01≤0.001H130.381.00.355.11.41.0≤0.025≤0.010二、东北特钢模具钢的研发3、“十二五”期间开展的模具钢研发课题对于大型（∮≥300mm）优质D2钢锻材，其心部碳化物的不均度和尺寸控制是技术难点和重点：（1）高碳高铬钢大型钢锭凝固组织结构控制技术；（2）大型钢锭加热、锻造工艺及心部碳化物均匀性控制技术；（3）大型钢锭模设计，减少成分及碳化物偏析；（4）无损检测及深加工技术。二、东北特钢模具钢的研发3、“十二五”期间开展的模具钢研发课题塑模钢1.2738MOD钢800×1200mm以上特大型预硬化模块，组织、硬度均匀，截面硬度均匀波动≤3.5HRC，超声波探伤达到德国SEP1921的D/d级水平。主要技术难点和重点：（1）超洁净冶炼技术研究；（2）真空浇注技术应用；（3）大型钢锭加热、锻造工艺控制技术；（4）大型锻件、锻材余热利用及热处理技术；（5）组织硬度均匀性控制技术；（6）无损检测及深加工技术。二、东北特钢模具钢的研发4、时刻关注模具钢成本研究二、东北特钢模具钢的研发5、关注基础数据挖掘二、东北特钢模具钢的研发5、关注基础数据挖掘二、东北特钢模具钢的研发5、关注基础数据挖掘二、东北特钢模具钢的研发6、推行“技术营销”工作1、提升模具钢标准水平产品标准既是产品制造过程的工作依据，也是客户验收产品的依据，标准本身的水平象征产品的水平，也是企业参与市场竞争的有力砝码。模具钢主要生产厂应制订比国标更高的“企业标准”或“内控标准”！GB1299标准修订会三、中国模具钢的发展方向新版工模具钢钢标准牌号三、中国模具钢的发展方向钢类序号本标准的牌号钢类序号本标准的牌号钢类序号本标准的牌号钢类序号本标准的牌号刃具模具用非合金钢1T7塑料模具钢13Cr2Mo热作模具用钢15CrMnMo冷作模具用钢19Mn2V2T823Cr2MnNiMo25CrNiMo29CrWMn3T8Mn3SM4538Cr33CrWMn4T94SM5044Cr5W2VSi47CrSiMnMoV5T105SM5553Cr2W8V5Cr4W2MoV6T1164Cr2Mn1MoS64Cr5MoSiV66Cr4W3Mo2VNb7T1278Cr2MnWMoVS74Cr5MoSiV176W6Mo5Cr4V8T1385CrNiMnMoVSCa84Cr3Mo3SiV8Cr12量具刃具用钢19SiCr92CrNiMoMnV95Cr4Mo3SiMnVAl9Cr5Mo1V28MnSi102CrNi3MoAl104CrMnSiMoV10Cr12MoV3Cr06111Ni3MnCuAl113Cr3Mo3W2V11Cr12Mo1V14Cr21206Ni6CrMoVTiAl125Cr4W5Mo2V12MnCrWV59Cr21300Ni18Co8Mo5TiAl134CrNi4Mo137CrMn2Mo6W142Cr13144Cr2NiMoV145Cr8MoVSi耐冲击工具用钢14CrW2Si154Cr13155CrNi2MoV15Cr8Mo2VSi25CrW2Si164Cr13NiVSi165Cr2NiMoVSi16W6Mo5Cr4V236CrW2Si172Cr17Ni2175Cr5WMoSi17Cr846CrMnSi2Mo1V183Cr17Mo184Cr5MoWVSi18Cr12W55Cr3MnSiMo1V193Cr17NiMoV194Cr5Mo2V197Cr7Mo2V2Si66CrW2SiV209Cr18203Cr3Mo3V特殊用途模具钢17Mn15Cr2A