世界模具钢生产的现状和进展.docx

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世界模具钢生产的现状和进展

世界模具钢生产的现状和进展

现代工业，模具领先。

模具工业水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。

近年来，随着汽车和IT工业的发展，我国模具工业得到快速的发展，2005年模具销售额达610亿元，列世界第三,模具出口达7.38亿美元，相应同比增长达25％和50.31％。

但是，我国高端模具的进口达13.3亿美元，为净进口模具量较大的国家。

为此，我国还仅处于模具生产大国的地位。

我国要由模具生产大国向模具生产强国提升，需要不断提高模具工业水平，主要应体现在模具加工机械的现代化，模具设计的先进性和设计软件的研发，模具材料的国产化和模具钢性能的优化，模具产品结构的发展，其中的高技术含量、大型、精密、长寿命模具的生产和出口应不断增长。

模具材料作为模具工业发展的重要物质基础，世界各國予以充分重视。

我国模具工业的发展提供了一个很好的模具钢市场，世界制造模具钢的许多厂商都十分看中中国的市场。

除了大家已熟悉的ASSAB、大同和日立等企业外，法国的ArcelorGroup，Aubert&Dural，德国的Kind&Co，Edelstahl和韩国的昌原（ChangWonSpecialtySteel）都在采取果断措施进入中国。

本文将对世界上生产模具钢工厂的现状和进展情况加以阐述。

1、ArcelorGroup（阿赛洛集团）：

法国阿赛洛集团是世界上最大的钢材生产集团之一，该集团2006年6月16日已与俄罗斯的Severstal集团合并成为世界上最大的钢铁企业。

Industeel钢厂是Arcelor集团的主要成员。

现在有三个生产基地，分别设于法国和比利时。

Creusot的Schneider工厂成立于1836年。

该厂具有先进齐全的生产设备，拥有200T100MVA的电炉，经VAD和VOD真空精炼，浇铸成钢锭或压铸和连铸。

能生产厚度达950mm的板材，并确保均匀材质和性能稳定，生产钢材的70％用于出口。

在全球市场中模具钢和工具钢板材的市场占有率2003年占22％，生产量为65000T。

该厂生产的热作模具钢有1.2343，1.2344，1.2767和AH－61，供给的尺寸宽度≤2000mm，厚度≤300mm；冷作模具钢有1.2842，1.2510，1.2363，1.2379和Tenasteel，其宽度与上相同，厚度≤150mm；塑料模具钢有预硬300HB的P20（1.2311，1.2312），1.2738和Superplast300；预硬400HB的有1.2714和Superplast400。

供应的尺寸厚度都为≤800mm，宽度分别为≤2500mm和≤2000mm。

该厂新发展的热作模具钢，冷作模具钢和塑料模具钢有AH－61；Tenasteel和Superplast系列钢，主要分别介绍如下。

1．1AH-61优质热作钢：

它是专为铝压铸模所设计，可以避免使用时的热磨损和热疲劳发生龟裂从而提高模具使用寿命。

材料的化学成分列于表1，其硫磷含量为0.001％和0.008％，相应非金属夹杂物控制在极低水平，当然很好的改善了韧度和高温强度。

钢材以退火态供货，均匀和细小的晶粒的显微组织使热处理后晶粒保持细小，碳化物的均匀分布和相对低的偏析。

　　该钢的奥氏体化温度为1020~1050℃，加热应缓慢，保温时间为1min/mm。

该钢的Ac1为855℃,Ac3为935℃,Ms点为290℃。

淬火时要有足够的冷速，防止铁素体F和贝氏体B的生成，对薄小工件实行高压气淬，对大厚工件需采用油淬达到要求的硬度，并同时避免变形和开裂，注意在50~70℃区间应停止冷却。

淬火后的回火分两次进行：

第一次回火在500~550℃范围，应在淬火后立即进行，到温后保持2小时；第二次根据需要硬度选定，维持2小时。

　　表1AH－61和Tenasteel钢的化学成分

钢号

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

S

P

其它

AH－61

0.40％

1.00％

0.35％

5.00％

1.30％

0.90％

0.001％

0.008％

Tenasteel

1.00％

0.35％

7.50％

2.60％

0.30％

Ti

1.2Tenasteel冷作模具钢：

是一种新型更通用的工具钢，具有高的强度、韧度和耐磨性，并具较好的机加工和抗热氧化性。

采用电炉和真空精炼技术。

化学成分见表1，相应降低了C和Cr含量，另外加入Ti和Nb使碳化物细小均匀，加入MO以保持耐磨性能。

钢材具有相当低的杂质含量，洁净度有所提高。

　　钢材的退火硬度≤255HB。

它在1050℃奥氏体化后淬火冷却，经二次回火后得到的性能列于表2，相应的韧度指标接近于X160CrMoV12（相当于Cr12MoV）的两倍，刀具使用寿命可增加25％以上。

淬火冷却最好是真空气淬，或在250~350℃的盐浴炉中进行，形状简单的工件才采用油淬。

淬火后立即缓慢冷至－80℃，待完全均匀后缓慢加热至室温，可使残余奥氏体的量减少，硬度增加，这种冷处理可适用于简单形状工件。

　　表2Tenasteel的性能改善

退火

硬度

加热

温度

两次回

火温度

热处理

后硬度

韧度

TENASTEEL

X160CrMoV12

≤255HB

1050℃

525℃

60/62HRC

20J/cm2

12J/cm2

550℃

59/61HRC

30J/cm2

15J/cm2

575℃

58/60HRC

35J/cm2

19J/cm2

　　1.3Superplast400：

它是一种高硬度（出厂硬度为380HB）预硬塑料模具材料，特别适用于承受高挤压力和冲击力的模具，钢材具有好的加工性能和优异的焊接性能。

板材在20mm至600mm厚范围内，硬度确保于（360~400）HB内，钢材的屈服强度，抗拉强度为1150和1250MPa，延伸率＞10％。

钢材的杂质含量非常低，尤其是氧，保证了高的洁净度，适合于镜面抛光。

适合于制作热塑性塑料的注塑和挤压模具等。

2、Aubert&Dural（奥伯杜瓦公司）

　　它是世界上生产合金、锰、镍合金领导企业的Eramet（埃赫曼）冶金矿业集团的成员之一。

公司能够设计、制造、加工和销售特殊钢、铝合金和钛合金等，同时与集团内的爱和高速钢公司（Erasteel）一起共同开发和生产范围广的钢种。

公司拥有40~70吨电弧炉，中间包精炼炉，真空脱气设备，真空感应熔炼炉（VIM）12吨，25吨电渣重熔精炼炉（ESR），30吨真空重熔精炼炉（VAR）等熔炼设备；锻造设备主要有1200~4500吨的连续锻造机械和4500~65000吨模锻机；HIP设备（φ1200mm）；热处理设备有长200mm至21米的淬火回火炉。

能生产数kg至20吨的产品部件。

　　Aubert&Dural公司生产的热作模具钢，塑料模具钢，冷作模具钢和玻璃模具钢有ADC3，SMV3，SMV4，DH13，MEK4，DH13，SMV3，X13T6，XDBD，X15TN，APXV和SRV2，SANCY2，APXV，X25V，这些钢种中的ADC3和MEK4介绍如下：

　　2.1ADC3：

是该公司的专利钢种，也可表示成X36CrMoV5-1，出厂硬度为235HB,常用的硬度为（43~50）HRC，具有高的抗热龟裂和高韧度、高耐磨性。

材料锻造温度为1000/1150℃。

该钢的Ac1为840℃,Ac3为900℃。

该钢的退火温度为830℃,保持后缓冷。

淬火处理工艺如下：

首先预热700℃，然后升温至990℃，在2~6barN2下快速冷却，或急速冷至280℃盐浴炉中然后空冷至室温，（两种冷却方法按工件尺寸确定）。

回火操作在550℃先施行第一次回火，然后按工件要求在550~650℃间选定,进行第二次回火，适用于高要求的大型Al合金，Mg合金的压铸模具和Al合金挤压模具。

模具适合进行渗氮处理，使表面达1000HV的硬度。

同时模具可以进行预热下的焊接和现场的焊接。

　　2.2MEK4：

相当于德国钢号1.8523,或表示成40CrMoV13-9，公开的成分为：

C0.40％，Cr3.00％，Mo1.00％和V0.20％。

钢材的相变点为：

Ac1795℃，Ac3835℃。

它通常在预硬条件下供货，硬度为400HB（Rm为1400N/mm2），具有良好的加工性能，它具有好的韧度、耐磨性和尺寸稳定性。

可用于制造塑料模具，光蚀刻花性好，模具可进行渗氮处理，表面达800HV的硬度。

　　对于以退火态的供货材料，进行淬火处理工艺为:

预热700℃，奥氏体化温度920℃；冷却条件为：

空冷或气体加压淬火，根据零件形状可采用油冷。

可适合于制作轻合金压铸模具和大型锤锻模具等。

　　该公司正在研究压铸用最佳热作模具钢SDC，目前未见相关资料。

　　3、Kind&Co公司

　　Kind&Co公司的Edelstahlwerk（特殊钢工厂）成立于1888年，积累了百余年生产精炼工具钢的经验和不断改进及发展的生产设备，产品日益满足顾客对高品质的要求，公司专门研发和生产高级热作模具钢，塑料模具钢，不锈钢和玻璃模具钢等。

工厂拥有两台电渣重熔炉（25T）和进行三维锻打的1000T，2000T锻压设备。

2001年购置了欧洲最先进的13bar真空淬火炉，工作室尺寸为1500×1000×1000mm，最大加载质量为2500kg。

2003年购置了渗氮炉，工作室尺寸为1500×1000×1000mm,最大加载重量为3500kg。

为此，能对高级模具钢提供特定要求的热处理来获得最佳性能。

　　该公司主要生产的热作模具钢、塑料模具钢、和玻璃模具钢等。

前者主要USN（1.2343,X38CrMoV5-1）,USD（1.2344,X40CrMoV5-1）,USNS（1.2347,X40CrMoVS5-1）,RPU（1.2367,X38CrMoV5-3）,MAK（1.2567,X30WCrV5-3）,MA（1.2581,X30WCrV9-3）,HWD（1.2678,X45CoCrWV5-5-5）,RPCo（1.2885,X32CrMoCoV3-3-3）,RM10Co（1.2888,X20CoCrWMo10-9）,HMoD（1.2889,X45CoCrMoV5-5-3）和TQ1（专利钢种）；塑料模具钢除一些热作模具钢和相当于P20的钢外,还有RF（1.2083,X42Cr13）,CRS（1.2085,X33CrS16）,CMR（1.2316,X36CrMo17）,N400（1.2767,X45NiCrMo4）和专利钢种Plast1等；玻璃模具钢有USN（1.2343,X38CrMoV5-1）,ZF2（1.2782,X16CrNiSi25-20）和FAM（1.2787,X23CrNi17）等，本文主要介绍TQ1和Plast1。

3.1TQ-1

　　TQ-1是Kind&Co公司的专利高级模具钢。

其合金元素的含量设计按优化组合和按最新的熔炼和锻造制作技术，经合理的热处理工艺处理后能获得高的韧性和很高的高温强度的结合并具高的抗热疲劳、热冲击开裂和高温耐磨性。

从而能可靠地增加模具寿命。

适合于制造结构复杂和大型的精密压铸模具，并可用来制造挤压模具，锻模和热变形模具。

　　该钢的化学成分列于表3，它是一种Cr-Mo-V合金模具钢，在测试温度600℃和水冷条件下的热冲击试验中，经6000次后裂纹长度仅为1.2367钢的1/2左右和1.2343（H11）钢的1/3左右,由此可见TQ-1钢的韧性提高是很明显的.

　　TQ-1钢的退火工艺温度为820~840℃，经4~6hr后炉冷，退火后硬度≤220HB。

其去应力退火工艺为：

650℃经2~4hr后慢冷。

淬火工艺为：

1010~1020℃奥氏体化，经保温后空冷，或在约540℃的浴槽中冷却,或在油或聚合物介质中冷却，或在油或聚合物介质中冷至230~280℃取出，或采用真空气淬，淬火后硬度约54HRC；回火工艺为：

温度范围为540~680℃按使用硬度选定，为提高韧度需回火3次。

该钢可以进行氮化，对压铸模具按特定工艺,不出现化合物层从而不出现对热交换的影响。

3.2Plast1

　　Plast1是Kind&Co公司的专利塑料模具钢，属具有极高耐蚀性，极好的机加工性和尺寸稳定性，还具有好的导热性能，焊接性,耐磨性和韧度。

常以预硬态供货，硬度约320HB。

该钢的化学成分列于表3中，属含Mn的铬不锈钢，是高性能的预硬不锈钢。

它适合于制造要求极高耐腐蚀性和镜面抛光性不太高的注塑模具、挤出模具以及耐腐蚀的机械零部件。

　　表3TQ1和Plast1钢的化学成分

钢号

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

S

其它

TQ1

0.36

0.25

0.40

5.20

1.90

0.55

Plast1

0.045

0.40

1.30

12.5

0.15

+

　　该钢和1.2085钢相比,可加工性、耐蚀性、韧度和可焊接性均有不同程度的提高，但其抛光性与1.2085钢相当。

4.SchmiedewerkeGr?

ditzGmbH（德国葛利兹钢厂）

　　该厂专注于塑胶模具钢、热作模具钢、冷作模具钢、不锈钢和合金结构钢的生产，下设7个分厂，工厂拥有高容量的电弧炉，钢锭重量可达140吨，电渣重熔工厂的最大钢锭质量为84吨，最大直径达1600mm，并具有最高的纯净度满足工业上高技术的要求。

作为全球性的跨国企业，葛利兹有17个区域性的办事机构和代理机构。

　　该厂生产的塑料模具钢除P20，420等常规的以外，有XPM36，XPM40HH，TigerMould和GESTSO等。

生产的热作模具钢有ED1.2343,1.2344,1.2344VictoryESR,1.2347,1.2767,1.2606和1.2885等。

冷作模具钢有1.1545,1.2080,1.2363,1.2365,1.2379,1.2601,1.2436,1.2510,1.2550,1.2842等。

本文仅介绍XPM36和1.2344VictoryESR两种。

4.1XPM36

　　该钢的化学成分列于表4。

其特性如下：

①模具横截面上硬度均匀；②很好的抛光性能和机加工性能；③大大增加导热率；④具有高的韧度；⑤可以适用于氮化，镀铬和刻花；⑥改进了的可焊性。

供货条件为经淬火和二次回火处理，硬度值为（32~36）HRC或（36~40）HRC（与使用条件相关）。

该厂供给的棒料尺寸可至1300mm，板块厚度可达1000mm。

其热成形温度为1100~850℃；退火温度为710～740℃；淬火温度为870～890℃；回火温度在600～680℃内按硬度选定。

材料的显微组织为细的贝氏体。

　　适用于厚度大于400mm的塑料模具，电视机壳和后壁的模具，仪器仪表外壳、控制板和大型壳体部件的模具。

表4葛利兹1.2344和XPM36钢的化学成分

钢号

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

V

Ni

其它

1.2344

0.38/

0.42

0.80/

1.20

0.30/

0.50

≤0.025

≤0.005

4.80/

5.50

1.20/

1.50

0.90/

1.10

XPM36

0.23/

0.29

≤0.40

1.40/

1.70

≤0.025

≤0.005

1.20/

1.80

0.30/

0.70

0.90/

1.20

特加元素

4.2W1.2344VictoryESR

　　该钢化学成分见表4。

其特性如下：

①好而均匀的加工性和抛光性；②高的塑性和韧度，并且所有方向都具有极好的塑性和韧度；③在低和高的温度下都具好的抗磨粒磨损能力；④优良的整体淬硬性；⑤好的高温强度和抗疲劳能力；⑥淬火变形小。

材质洁净度（按ASTME45方法A）硫化物≤0.5，氧化物、硫酸盐和球状氧化物均≤1。

　　该钢出厂硬度为229HB，也可按要求以调质态供应。

使用硬度为（30~55）HRC。

其热成形温度为1100~900℃，退火温度为820~840℃，淬火温度1020~1050℃，回火温度为520~700℃按需要硬度确定，退火组织按“退火热作模具钢显微组织图”评级鉴定。

　　材料适用于制造A1,Mg,Cu合金的压铸模具和挤压模具，也适用于要求高硬度、耐磨和抛光性的塑料模具。

5、大同特殊钢株式会社

　　大同特殊钢公司的英文名称为DaidoSteelCo.,Ltd.。

1916年设立电气制钢所（株）开始生产合金钢和工具钢，1921年成立大同制钢株式会社。

1916年工厂生产采用的1.5THeroult型电弧炉，是日本最古老的一种炼钢炉，已于1988年由美国金属学会（ASM）命名为世界上第59个ASM历史性标志（列日本第二）。

大同特殊钢经过90年的发展，现在在特殊钢钢材，电子材料，汽车零部件，产业机器零部件，工程设备和新材料等六个领域日益显示出其强大的实力。

它在日本拥有17个设备完善的工厂和一个技术研究开发中心。

　　在熔炼上，大同特殊钢与新日本制铁（株）和法国Usinor-Sacilor一起共同开发了DC电弧炉（DCarcfurnace）,它能减少闪烁50％,能提供大功率和实现高速熔化，减小能量消耗和降低生产成本。

大同特殊钢已建立了洁净钢制造系统ELVAC，据称列世界第一综合钢铁制造过程。

它包括电弧炉熔炼，钢包精炼，真空脱气和连续铸造，其核心是钢包精炼LF（LadleFurnaceRefining）,采用大同自行开发的第二代精炼过程。

大同已开始用新发展的结合了RH真空脱气系统的AOD炉（Argon-OxygenDecarburizing）精炼生产洁净不锈钢。

大同还采用TEKISON多过程（multi-cycle）轧制系统生产高精度的所有尺寸规格的棒材（中小规格），使工具钢产品实现尺寸连续可调轧制。

　　大同在日本除拥有可靠控制的VAR（VacuumArcRemelting）、ESR设备外，还拥有能重熔钛及其合金的PPC炉（PlasmaProgressiveCastingFurnace）。

大同提供的特殊钢产品有轴承钢、不锈钢、工具钢，此外还有高合金和钛合金等。

其高端产品还有获得世界三大航空发动机制造厂产品材料认定的飞机发动机主轴,具有制作卓越耐热性、耐磨性的飞机发动机主轴高速轴承产品，为下一代磁悬列车提供螺钉和内部零件开发的兼具非磁性、高强度和耐腐蚀材料和具有广阔应用前景的具有高强度和耐蚀抗力的Ni-Ti形状记忆合金。

　　大同特殊钢生产的冷作模具钢、有YK30、YK4、GOA、GO4、GO5、GO40F、GM2、DC53和DC11；热作模具钢有DHA、DHA1、DHA2、DH2F、DH62、DH21、DH31-S、DH4、DH41、DH71、DH32、GFA和GF78；塑料模具钢有PXZ、PDS3、PX4、PX5、NAK55、NAK80、S-Star、G-Star、E-Star、和MASIC等。

本文主要介绍DHA-1和一些塑料模具钢。

5.1DHA-1

　　大同特殊钢称DHA-1为耐磨性、抗疲劳性优质的热作模具钢；称专利钢种DH31-S（super）为高寿命热作模具钢；DHA为美国Ford公司推荐标准AMTD-DC2010上介绍的钢种，它们相应的化学成分列表5中。

表5大同一些热作模具钢的化学成分％

钢号

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

P

S

DHA1

0.32/0.42

0.80/1.20

≤0.50

4.50/5.50

1.00/1.50

0.80/1.20

≤0.030

≤0.030

DHA

0.39

1.10

0.40

5.00

1.20

0.60

DH31-S

专利钢种（0.4C-5.5Cr–Mo–V）

　　DHA-1钢的特点有①细小球状碳化物均匀分布；②优良的淬透性；③抗高温回火软化性强；④优质的耐高温冲击和热疲劳性和⑤好的抗高温熔损性。

该钢的锻造温度为1100~900℃,退火温度为820~870℃,缓冷，退火硬度≤229HB；淬火温度为1000~1050℃,空冷；回火温度为550~650℃，空冷。

淬火回火后硬度≤53HRC。

相应的相变点为：

Ac为847~918℃；Ar为769~725℃；1030℃奥氏体化后的Ms为320℃。

　　该钢1050℃奥氏体化油冷的淬火硬度可达55HRC，此时的夏氏冲击值保持在较高水平（经600℃1hr回火）；淬火后在560℃回火1hr硬度能达到峰值，接近55HRC，经600℃回火1hr硬度为50HRC左右。

（以上数据仅对一定尺寸试样而言，供参考）。

该钢可施行570℃×3hr的盐浴渗氮处理，可使表面硬度高达1100HV（载荷300g）。

　　DH31-S钢的淬透性，耐热疲劳开裂性和耐热熔损性均高于DHA-1。

按介绍资料估算，DHA-1钢1030℃奥氏体化，φ150mm圆棒空冷可淬得马氏体组织；对DJ31~S钢同样条件可达φ200mm左右。

该钢退火后硬度≤235HB，切削加工性相对SKD61稍有降低。

5.2大同的塑料模具钢

　　塑料模具钢可分为预硬系和淬火回火系两类。

预硬系材料是生产厂将材料经调质热处理至30HRC和40HRC的硬度，模具制造商对之进行加工成塑料模具后直接予以使用。

人们最熟悉的预硬态模具材料是P20和718两种。

对大同特殊钢生产的预硬系材料按合金系分为S-C系，SCM系，SUS系，3％Ni的析出硬化系，热作模具钢（SKD）系几种。

分别对应于1055碳素钢的PXZ钢；对应于4145的PDS3和常用P20改良品种PX4、PX5；对应于X36CrMo17的G-Star和对应于SUS630改良的析出硬化钢E-Star；3％Ni的析出硬化系钢有NAK55、NAK80；SKD系的钢号为DH2F。

大同特殊钢生产的淬火回火系塑料模具钢有热作模具钢DHA1（使用硬度45~50HRC）和AISID2改良品种DC53和PD613（使用硬度分别为60~62HRC和56~61HRC）；另外有对应于SUS420改良的S-Star（使用硬度为50~53HRC）。

　　PX4是硬度为30~33HRC的预硬化钢，适用于一般树脂和大批量生产的模具材料。

它通过真空脱气处理，组织的均匀程度好，材料表面中心的硬度分布均匀性比P20等提高。

其切削加工性和镜面精加工性在30HRC级的材料中最为良好。

它以焊接开裂敏感性低的成分平衡进行设计、改善了焊接性，有介绍即使省略预热和焊后加热或不过只在200℃进行，也不易出现焊接开裂。

PX5与之相当。

　　NAK55和NAK80是0.1C-3Ni-1Cu-1Al析出硬化型钢，前者加S，具有良好切削加工性,后者未加S,具有良好的镜面加工性和放电加工性.同属37~43HRC的预硬化钢，经特殊熔炼生产，洁净度高，性能稳定。

两者具有良好的焊接性,在焊接部位硬度起先出现下降，焊接后经500℃×5hr的时效处理和风冷后，其硬度值和热影响区的硬度值均与基材的硬度相同。

该钢经520℃5hr的气体软氮化后，其表层硬度可达750HV，从而能提高服役寿命。

　　S-Star是具超镜面性、高硬度和耐腐蚀的马氏体型不锈塑料模具钢，经特殊熔炼而成，其化学成分为0.38C-