模具钢生产现状与发展调研报告
近几年，我国模具钢工业以每年15%左右的速度增长，远高于国民经济的年平均增长速度，2000年国内模具行业产值估计可达到280亿元。根据中国模协提供的信息，全国一年用于制造各种模具、模架所用钢材达40万t，其中合金模具钢量为15万t。据调查，汽车、摩托车行业是国内模具最大的市场，在工业发达国家，这一市场占到模具市场的60%。其次，家电行业中的彩电、冰箱，IT业的微机等，也是模具市场的重头戏，而中国的上述行业近几年或进入更新换代期或已成为国际市场的有力竞争者，因此对模具钢的需求将极为强劲。但用于制造这些高档次模具的钢材，依然需大量进口。尤其是家电行业需要的P20、718预硬化合金塑料模具钢模块，国内尚不能完全按期、保质交货。例如：“海尔”每年需要的525t左右的模具钢材，其中进口475t，费用达1000万元。
随着中国加入WTO，中国将成为世界模具加工中心的态势越来越明显。目前，深圳周边及珠江三角地区已经成为我国模具钢工业最为发达的地区，随着全球制造业中心加快向中国大陆地区的转移，这一地区可能在10年内将成为世界模具生产中。该地区现聚集了6000多家模具企业，从业人员超过10万人。由此可见，中国的模具钢市场前景极为光明。
模具钢做为钢铁精品，属劳动密集型产品，同时又是技术密集型产品，与不锈钢等特殊钢品种相比，由于其热处理、机加工等工序均需要工人介入，相对眼劳动力成本较高的国外来讲，在中国生产应该有更大的优势，这也是国外模具钢价格远高于国内的根本原因。
另一方面模具钢扁平化、大型化、制品化成为主要发展方向，近年来，各大钢厂及特钢企业不约而同加大了米句刚特别是扁平材的开发力度。目前已形成了以宝钢、鞍钢、舞阳为主的宽板系列，主要钢种为S45C、S50C、P20（B30）、718等；以抚钢、上五、大连、长城为主的条钢系列，主要钢种为S45C、S50C、P20、718以及H13、D2、A2、S7等。其中，舞阳、抚钢为模具钢专用轧机，从外观质量上有较大的优势。但从目前的情况看尽管各家开发模具钢力度很大，但市场份额相对分散，没有形成强势企业，这些都是太钢发展的现实机会。
2 国外模具钢发展趋向
国外发达国家模具钢生产向高纯度、等向性、超细组织、品种规格多样化发展。其特点主要有以下七个方面。
1）经营方式
根据模具钢品种多、规格多、用户用量少的特点，采取了同中间商订货方式，并在世界各地设营销公司。
2）装备先进
生产低合金模具钢采用精炼、大断面无缺陷连铸，高刚度连轧机及高精度轧机轧制，可控气氛热处理、精整、精加工及无损探伤技术；生产高合金模具钢或性能要求的模具钢采用精料、双真空冶炼、电渣重熔、钢锭高温均匀化处理，大压下量分锻造或多向轧制，大型水压机开坯和精锻机组合锻造、真空退火等技术。
3）高纯度模具钢
钢纯净度提高到一定水平，不但可以改进钢的原有性能而且可以赋予钢新的性能。日立金属公司把SKD61钢中磷含量从0.03%降到0.001%，钢的冲击韧性从40J/cm2提高到130J/cm2。德国蒂森把2344EFS钢中磷降低到≤0.030%，且细晶化，则钢的疲劳性能明显提高。
4）等向性模具钢
模具在使用时多向受力，但大型模具的横向、厚向塑性和冲击韧性比纵向要低，针对这种情况，开发了高等向性模具钢厚板，使模具的横向和厚向的塑性和韧性达到纵向的80―90%以上。
5）超细模具钢
新开发的高耐磨性粉末模具钢，由于钢中存在细小均匀、弥散的碳化物，明显改进了钢的耐磨性、可磨削性、韧性以及等向性，用作特种陶瓷成形模具，使用寿命优于硬质合金模具。
6）模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化
模具钢材品种规格齐全，而且扁钢、板带材比各占40%（日本），因为冷冲模、落料模和塑料模等是由扁平钢材而成。
模具钢制品化即模具钢的深加工。钢厂提供经精加工并经淬、回火处理的模块、模板和制品。模具厂只需对模具型腔或刃部进行精加工、组装就可交货，大大缩短了模具制造周期，而钢厂由于生产高附加值产品而获利。
7）根据需求不断研制新品种，不断开发新品种。
3 国内模具钢生产基本情况
目前国内15个重点特殊钢厂都可以生产模具钢，2001年产量约为26万t（2001年各厂产量见表1)，其中合金模具钢占50％左右。另外一些地方钢厂(黄石、兖州等)也可生产。大量生产的牌号是3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrNnMo、4CrSMoSiV1、Cr12、Crl2MoV、CrWMn、9CrSi、P20、718、S50C等。产品主要分为锻材、扁钢、中厚板三个系列。另外，国内鞍钢、武钢等普钢中板厂均在生产低合金和碳素塑料模具钢。
表1 2001年全国特钢厂模具钢产量
| 序号 | 单位 | 钢锭 | 钢材 | |||||
| 合计 | 锻件 | 锻材 | 轧材 | 冷拔 | 扁钢 | |||
| 1 | 长城特钢 | 36412 | 26925 | 8 | 10536 | 7554 | 8827 | |
| 2 | 上钢五厂 | 26515 | 19384 | 12009 | 7375 | |||
| 3 | 太钢 | 21628 | 15418 | 523 | 11964 | 2931 | ||
| 4 | 抚钢 | 16955 | 12208 | 5200 | 747 | 1314 | 240 | 9454 |
| 5 | 大冶 | 14361 | 12208 | 4948 | 7260 | |||
| 6 | 西宁特钢 | 12403 | 9972 | 6096 | 3876 | |||
| 7 | 北满特钢 | 10741 | 7364 | 6806 | 491 | 67 | ||
| 8 | 大连钢厂 | 6233 | 4434 | 304 | 1799 | 590 | 1705 | |
| 9 | 贵阳钢厂 | 6224 | 4931 | 4931 | ||||
| 10 | 北方重型 | 2781 | 2025 | 2025 | ||||
| 11 | 宝钢 | 152665 | 122132 | 122132 | ||||
| 12 | 舞阳钢厂 | 25965 | 21075 | 21075 | ||||
1)锻材
2001年国内15家特殊钢企业的锻制模块、锻材产量达6.9万t，主要厂家有大冶、上五、长城、抚钢、太钢等，其中以上五为代表，生产设备品种规格较全，竞争力较强。并有模块送配中心可进行各种机加工供各规格的模块、扁钢。上五发展规模为模块4万t，其中预硬化状态2万t。上五将会成为我国精品模块生产基地。表2是国内主要锻材生产厂优劣势分析。从表中可以看出，太钢锻造产品没有明显优势。
表2
国内主要锻材生产厂优劣势分析
| 厂别 | 冶炼 | 锻造设备 | 热处理及机加工能力 | 规格范围 | 质量稳定性 |
| 上五 |
各厂都有冶炼、精炼及电渣重熔设备，生产水平基本相当。各种模具钢品种均可生产。 |
1）2000t快锻机1台 2）1250t水压机1台 3）蒸汽锤5t×1、3t×2、2×1 | 成套 | 棒材：φ90－650mm扁钢、模块：40－800×100－350mm覆盖范围最宽，竞争力最强 | 较好 |
| 抚钢 | 1） 2000t快锻机1台、 1000t精锻机 、1250t水压机1台
2）蒸汽锤3t×3、1.5t×1 |
在建 | 棒材：φ≤600mm 模块： 宽≤600mm 厚≤250mm 竞争力较强 |
中等 | |
| 大冶 | 1）800t快锻机1台 2）蒸汽锤5t×3、1t×2、2t×2 | 无专业热处理、机加工设备 | 棒材：φ≤250mm 规格无优势 |
较好 | |
| 长钢 | 1）2000t快锻机2台 2）1-5t汽锤4台 | 同上 | 棒材：φ≤250mm 规格无优势 |
中等 | |
| 太钢 | 1）1000t快锻机1台 2）蒸汽锤1.5t×1、3t×2 | 同上 | 棒材： φ80-400mm
方钢：802-4002mm 锻制扁钢 100-300mm ×400-600mm规格无优势 |
中等 |
2)轧制扁钢及中厚板
国内生产模具扁钢的两大系列中，生产宽板比较有代表性的是舞阳钢铁公司，其主要装备为75t和90t超高功率电炉+F+VD，可生产300×1600的特大连铸坯或26.6t的特大扁锭，在全国最宽的4600轧机上轧制，成品规格为8-500×1500-4020×3000-27000mm，在线控制设备有液压AGC厚度自动控制、自动测厚仪；剪切设备有双边剪、半自动火焰切割、等离子切割；矫直设备有9辊在线热矫机以及25000kN液压压平机，同时有各种热处理设备，钢板可以各种状态交货，钢种主要有P20、718、231l、2738。其它如宝钢炼钢设备为250t转炉十LF+RH，轧制设备是两架1300初轧机生产，产品最高档为B30，与P20相当，规格为70―300×1200―1600mm。鞍钢是2300三辊初轧机及4300四辊精轧机生产，与我公司不锈热轧厂相近，主要生产规格为6―100×2000～4000mm宽幅S45C、S50C中厚板，中厚板可全部矫直。
扁钢的生产厂家中，比较突出的是抚钢，主体设备为30/6t VHD/VOD和50tUHP+LF+VD，经850mm初轧机开坯后到3辊劳特轧制，最后精轧机组为5机架WF5-40专用轧机，并配有6台矫直机，扁钢规格为10-90×105-305mm，生产钢种比较齐全，从S45C、P20、718、H13到D2均大量生产，尺寸精度厚度0.5-1.5mm，宽度0.5-2mm。另外长城钢厂也有―定规模，主要设备为50t电炉+LF+VD，后部两台825初轧机，一台开坯，
另一台成材，规格为6-50×310-610mm，钢种以冷作模具钢为主。
近来大连钢厂扁钢发展较快，利用30t电炉+LF+VD冶炼，750mm初轧机(带立辊)生产lOO×305-445mm的各种扁钢，延续了抚钢的扁钢规格，公差板形可与抚钢相比。另外可生产中φ2l-75mm的光亮材。国内主要扁平材生产厂优劣势分析见表3。
4 太钢模具钢生产现状
模具钢一直是我公司重点发展的战略品种。主要有锻材生产线，初轧扁钢生产线、不锈热轧厂中厚板等三条模具钢生产线，产品以锻材为主。2001年我公司共生产模具钢15418t，其中锻材11964t，锻件523t，轧材2931t。模具钢产量在特钢厂中排名第三。
1)工艺路线
锻材：
―钢EBT电炉+LF+VD→初轧开坯(→电渣重熔)→退火→修磨→加热→锻造→退火→酸洗、修磨→探伤→锯切→取样→检验交库(棒、扁、件）
初轧扁钢：
高合余模具扁钢工艺路线(代表钢种D2、H13、0l、A2)：
―钢EBT电炉十LF+VD→红送初轧→均热→轧制(电渣)→在线火焰切割→矫直→退火→检验→机加工→交货
表3
国内主要扁平材生产厂优劣势分析
| 厂别 | 品种 | 规格范围 | 外观质量 | 内在质量 | 成本 |
| 舞阳 | 以低合金钢P20、718为主 | 规格范围最宽 | 好 | 存在疏松等问题 | 成本高、没有竞争力 |
| 宝钢 | B30、S45C、S50C品种单一 | 厚度同舞阳、宽度受限 | 中等 | 有质量问题 | 成本较高 |
| 鞍钢 | 只能生产S45C、S50C | 薄规格宽板占优势 | 好 | 一般 | 低廉 |
| 抚钢 | 所有模具钢品种 | 宽≤305mm，范围较窄 | 最好 | 较好 | 较高 |
| 大连 | 同抚钢 | 305―445mm，范围较窄 | 接近抚钢 | 较好 | |
| 长钢 | 以Cr12型钢为主 | 6―50×300―610，范围较窄 | 中等 | 较好 | |
| 太钢 | 同抚钢 | 60―160×600―1050mm区间，有竞争力 | 中等 | 较好 | 适中 |
塑料模具扁钢工艺路线(代表钢种P20、718）：
―钢EBT电炉+LF+VD→红送初轧→均热→轧制→在线火焰切割→在线矫直→空冷→回火→检验→机加工→交货
不锈热轧厂中厚板(代表钢种P20、718、A2、01)：
―钢电炉→LF+VD→红送初轧→均热→开坯→退火→加热→轧制→(在线矫直)→预硬处理(退火)→检验→机加上→交货
2)品种规格
锻材：
冷作模具钢：T8-T12A、CrWMn、9SiCr、Cr12型等；
热作模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo、(R)H13；
塑料模具钢：S45C、P20、718。
锻材可供规格：棒材φ80-400mm；方钢80―40mm；扁钢100-300×400―600mm。
初轧扁钢：
品种：A2、D2、(R)H13、S7、S45―55C、P20、718等。
规格：40-180×310-1050×L(mm)、方115-400×L(m)；P20、718可预硬状态交货。
中厚板：
品种：A2、S7、S45―55C、P20、718等。
规格：20―40×1000―1600mm；P20、718可预硬状态交货。
3)主要设备
冶炼、精炼设备：50t EBT电炉(偏心炉底)；50tLF钢包炉；VD真空炉：10t、2.5t、3.5t 电渣重熔炉各―座。
锻造、轧制设备：1000mm初轧机：2300mm中板轧机：1000t快锻机；1.5t、3t蒸汽锤。
热处理及机加工设备：圆盘锯、带锯多台，龙门刨、龙门铣、车床多台，等离子切割机，可满足成品切块及部分表面粗加工(预硬化处理外委太重：5座加热炉，12m可循环淬火池，300t压力机)。
4)存在问题与差距
锻材；
①品种规格范围窄，主要以棒材为主，锻造模具扁钢、模块产量很少；主要受锻造设备能力制约。
②品种单一，钢号集中在Crl2、H13等几个品种上，主要是由于炼钢只有30t大电炉，很难适应模具钢多品种、小批量的要求。
③质量稳定性差，这是影响模具钢向更高层次发展的关键因素之一。
④工艺路线较长，势必造成产品成本上升；由于采用轧制开坯，对最终成品材的内在质量有一定的影响。特别是Crl2型钢，因为钢种本身热塑性较差的特点，初轧开坯时裂口的产尘较难避免，对锻钢厂的生产和成材率影响较大。
初轧扁钢：
①公差：由于初轧没有厚度控制设备，目前的公差水平相对初轧机已经较好，但与先进水平比要差几倍，另外在线测量全是人工操作，精度低、反应滞后，起不到在线控制的作用。
②板形：目前的矫直机是型材矫直机，辊距大、辊数少，矫直精度差，且宽度在580ml以上的板坯无法矫直，因此不平度差距也较大。
③规格：受太钢锭型的限制，为保证一定的压缩比，扁锭最厚只能干到160mm，电渣扁锭也只有4.5t一种，大厚度的模具扁钢无法生产，产品规格受到局限。
④热处理：控冷+回火的工艺也缺少必要的控制手段，硬度波动仍较大。
中厚板：
①轧机刚度低，加热设备是连续加热炉，规格适宜、市场需求量大的高合金模具钢无法生产。
②剪切能力不配套，20mm以上的钢板无法热剪，只能离线切割，能力有限。
③板形、厚度公差达不到乎高档模具钢要求，厚板受矫直能力限制，板形较差。高压水除鳞压力不足，对厚板表面质量有影响。
④常化炉能力无法满足大批量模具钢生产。
5 太钢模具钢发展设想
综合国内同行业的发展现状、模具钢市场情况及模具行业的发展趋势，我公司模具钢的发展应该是在巩固锻材生产规模、提高锻材质量的同时，重点发展模具钢扁平材。
1)发展规模
根据太钢模具钢品种规格优势和近年来对广东和华东地区的市场调研情况，太钢的模具钢发展规模应定位在3万t左右，其中锻材1.5万t：初轧扁平材1.3万t，其中以预硬态塑料模具钢扁平材为主，并有部分电渣高合金扁平材；不锈热轧厂2000t，以合金塑料模具中板为主，与初轧厂规格配套；另外一轧可出一部分中低合金轧材，产量定位在800t左右。同时各厂都可有部分产品进军国际模具钢市场。
2)品种规格定位
与国内其它厂相比，我公司具备较为先进的冶炼、精炼手段、在成分控制及钢质纯净度等方面有较大优势。锻材的品种规格与上五等主要模具钢厂家相比，无优势可言，可在保证现有品种规格的基础上，完善后部热处理、机加工设备，向精品化、制品化方向发展：可根据市场情况开发一些小型模块、锻件等高附加值产品，以增强锻钢厂的竞争力。
扁平材方画，规格定位在厚度20―180mm(可发展到200mm)，宽度600―1600mm；开发的主要钢种以预硬P20、718、40Cr、NAKSO、S136等塑料模具钢为主，另外还有与之配套使用的部分合工钢(Hl3、D2等)。我公司这段规格组距覆盖了大部分模具钢市场需求，特别是电渣高合金模具宽扁钢在国内更是绝无仅有。这个规格组距既可割成标准系列扁钢，也可直接加工成模板使用，可以满足模具制造商和模具钢中间商的不同需求，对用户具有较入的吸引力。从生产组织来蜕，我公司也可满足用户小批量、多规格的订货需求。
6 今后需采取的措施
为实现预定的目标，首先要提高和稳定产品质量，从成分的优化到内在质量的稳定、成品的外观质量上下工夫。从长远考虑要想把我公司发展成为国内乃至国际模具钢生产的强势企业，形成合金扁平材在国内独树一帜，锻材可与上五等厂争锋的局面，必须根据目前存在的问题与差距进行大规模的技术投入。
通过设备改造实现扁平材在线热处理及后部产品深加工，还可进一步降低生产成本，而根据目前设备情况，设备改造费用不会太大。因此投资回报率较高。
锻钢厂：
1)利用机械厂电炉设备，打通机械厂―锻钢厂的模具钢工艺路线，解决―钢厂不能冶炼的、问题较大的品种以及小批量订货问题，并开发一些具有市场潜力的新钢种。
2)对现有蒸汽锤进行改造，提高设备吨位，节约能耗。
3)冶炼工段增加一台扩散退火炉，用于高档次电渣模具钢均质化处理。
4)为保证电渣锭的冶炼质量，及时跟踪把关，解决一台钢锭探伤仪。
长远考虑应建设3000t快锻机和与之配套的模具钢热处理设施，使产品结构覆盖高档大、中、小型模块及锻材。在生产工艺上做到钢锭可以均质化，模块可以预硬化、固溶细化，退火质量稳定化，
以此来保证产品的高质量、高忆能及其稳定性。
初轧厂：
1)为提高产品尺寸精度，当务之急是增加一台在线激光测厚仪，尽快提高产品精度。如将来进行大规模改造，可增加轧机液压AGC厚度自动控制仪。同时在轧钢工序可考虑将闲置的热连轧的粗轧机或型材的中小轧机放在初轧，做为精轧机使用；二可考虑在初轧后部增加一台快锻设备，实现近终轧锻造交货，这也是国际上初轧机改造的一?个趋势。
2)为拓宽产品规格系列，需要在炼钢增加10t左右的扁锭型，电渣锭也应加大扁锭的重量。
3)为改进产品的板形，需要将现有矫直机改为九辊以上的宽板坯矫直机，或增设大吨位液压压平机。
4)为适应模具产品精密化、制品化的趋势，必须对热处理设备进行完善，初期可在精整北跨增设油池用于预硬处理的淬火，并将5#退火炉改为电加热做为热处理炉使用，长期需对现有产品线综合考虑，建一个专业的热处理中心，可集中处理各种大型模块、扁平材等高档模具钢。
5)为加强产品的出厂把关，增设超声波探伤设备，做到100%探伤出厂。
不锈热轧厂：
与初轧厂扁钢配套，使太钢形成完整的合金塑料扁钢系列，同时兼顾中合金模具钢如A2、S7以及目前有稳定市场的碳素模具钢，对部分设备进行改造。
1)对测厚仪进行改造，增加液压AGC控制系统，提高厚度控制的精确度。
2)热处理能力不足、探伤场地、厚板矫直问题，可与初轧厂的设想统―考虑：热处理、探伤、板形矫直可以放到初轧厂进行。
―轧厂：
一轧厂设备基本具备生产中低合务模具钢的能力，可开发一些常规模具钢品种，实现部分品种规格以轧代锻，满足不同层次用户的要求。
最后，为加大模具钢的开发力度，在自行改造完善现有生产线的基础上，可考虑加大对外合作力度，包括校企结合、中外合资、合作等方式，形成强强联合，共同构筑太钢模具钢长城。
作者：李学峰 马福富 陈建礼
许立伟（太原钢铁集团有限公司）
