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钢铁/粉末冶金 |
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粉末冶金工具钢生产的发展 |
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前言
粉末冶金高速钢(PM HSS)自20世纪70年代初实现工业化生产以来，在钢的品种、质量和产量上已取得长足的进步。继美国Crucible公司和瑞典Stora公司之后，1992年由奥地利Böhler钢厂和瑞典Uddelholm钢厂合并组成的伯乐-乌得尔霍姆集团(以下简称B-U集团)异军突起，目前已在世界粉末冶金工具钢(PM TS)生产中占有举足轻重的地位。现在该集团正耗巨资建立新的PM TS生产线。预期，1999年4季度生产线建成投产后，将在PM TS市场上占据更为重要的位置。现将当前世界PM TS的消耗量，以及B-U集团生产的最新发展情况概述于后。
1全球粉末冶金工具钢的消耗量及B-U集团的产量
全球PM TS的消耗量
粉末冶金工具钢包括粉末冶金高速钢、粉末冶金冷作工具钢和粉末冶金塑料模具钢等三大类。在PM TS的总消耗量中，PM HSS约占75%，其余25%为粉末冶金冷作工具钢和粉末冶金塑料模具钢。PM HSS不仅用作切削刀具而且也用于冷作工具。根据来自B-U集团的信息，1998年全球(不包括中国和独联体各国)PM TS的消耗量每年约为9000t。其中PM HSS的消耗量约为6750t，粉末冶金冷作工具钢和塑料模具钢的消耗量约为2250t。这是一个比较确切的数字。
B-U集团PM TS的产量及地位
B-U集团1998年PM TS的销售量占全球总消耗量的19%，为全球第二位PM TS的供应者。1998年该集团销售了约1710t PM TS，其中1280t为PM HSS，430t为粉末冶金冷作工具钢和塑料模具钢。以前B－U集团自己不生产雾化的PM TS粉末，而外购自瑞典和乌克兰的公司。然后自己进行热等静压(HIP)、锻造和热轧等热加工，以及进行材料的精加工和质量检验等。该集团认为，PM TS今后还将有大的发展。因此，从战略上分析，该集团应在自己的工厂中拥有1条完整的现代化PM TS生产线，以期在未来PM TS市场全球竞争上占有更重要的地位。是以，该集团在奥地利的Kapfenberg市伯乐钢厂内投巨资3亿奥先令(折合人民币1.9亿元)于1998年6月奠基建立1条最新的现代化PM TS生产线。其厂房面积为2500m2，办公室面积为430m2，操作工人24名，开两班。计划在1999年4季度建成。俟两项主要新设备(制粉设备及新的HIP设备)安装调试完毕投产后，B－U集团的PM TS产量将占未来市场总量的27%，而且钢的质量将达到一个新的水平。
2 B-U集团新PM TS生产线特点
世界上最早生产PM HSS的冶金厂为70年代初建立的瑞典Stora钢厂(现属法国Erasteel钢厂)和美国Crucible钢厂。稍后，按照Stora厂的设计，又建造了瑞典ANVAL厂和原苏联乌克兰DSS厂。迄今，PM TS的生产已逐步积累了很多经验，其生产技术也在不断地进步。
B-U集团现在建立的PM TS生产线，不是对以前的PM TS厂的照搬和抄袭，其主要生产工艺将在新设计的先进设备上进行。生产大致分为下述5个工序。
1) 熔炼
熔炼废钢及合金在8t感应炉上进行，见图1。
1.感应电炉 2.中间钢包 3.雾化装置 4.粉末装罐 5.热等静压
图1B-U集团PM TS的生产过程
2) 钢水净化
熔炼钢水的净化在中间钢包中进行。中间钢包为特殊设计，以保证钢水的超高纯净度。此点极为重要，因为提高钢的净化程度，可减少钢中的非金属夹杂含量，由此PM TS可获得较高的强度和韧性，以及良好的可抛光性。
从图1可以看到，B-U集团采用的方法和目前Stora厂1994年以来采用的新净化工艺基本相同。中间钢包上有石墨电极加热，以保持雾化过程钢水温度的稳定。在钢液上面有一层冶金活性很强的电渣液。中间钢包底部通高纯氮气，以帮助钢中的非金属夹杂物上浮，而为钢液面上的电渣液所吸收。据称此举可减少钢中约90%的非金属夹杂物。
PM HSS中非金属夹杂物减少后可有效提高的强度及韧性，并可减少刀具崩刃。此外，夹杂物减少后还能有效提高钢其可抛光性(可由2.5级提高到0.2级)，各种钢种的具体数据见表1。此数据同样适用于粉末冶金模具钢。表1不同钢种的可抛光性
| 钢种 | 达到的可抛光级别 | | ASP2000系列净化的PM HSS | 0.2 | | 传统的PM和电渣重熔工具钢 | 1.5 | | 一般塑料模具钢 | 2.5 | | 一般冷作工具钢 | 3.5 | 数据引自Erasteel厂研讨会资料。PM HSS ASP2000
系列为应用净化钢水工艺生产的钢种。 |
3) 雾化超细钢粉的制备
采用高纯氮气将已净化的钢水雾化成钢粉。所制钢粉颗粒重量约为0.2mg。B－U集团的雾化装置为自行设计，其优点是能生产更细的超细钢粉。采用这种超细的钢粉能生产出经热等静压(HIP)后无需再进行锻造或热轧，而可直接供用户使用的HIP状态的高强度PM HSS，因之可缩短生产周期，降低生产成本。
4) 粉末装罐
雾化的细钢粉在过筛后装入低碳钢罐中，抽真空后焊接密封。
5) 热等静压
B-U集团定购了最新的现代化HIP设备。它有一个高功率的加热器，装罐的钢粉无需预热便可在热等静压机的高压容器中同时被加热(1150～1180℃)及加压(＞100MPa)制成钢锭，然后再经锻造和热轧成PM钢材；或直接制成HIP状态的钢材。这种钢材可含有较高的硫含量(0.2%)从而具有很好的可机械加工性，特别是铲削加工性(见表2S039、S059、S069、S079Isomatrix诸钢种)。表2 B-U集团的粉末冶金工具钢牌号
| 序号 | 钢种 | 化学成分/% | 注 | | 大类 | 钢号 | C | W | Mo | Cr | V | Co | S | | 1 | 高速钢 | S390
S039 | 1.6 | 10.8 | 2.0 | 4.75 | 5.0 | 8.0 | ≤0.03
0.2 | 锻或轧材
HIP直接成材 | | 2 | S590
S592 |
1.31 |
6.3 |
5.1 |
4.2 |
3.0 |
8.4 | ≤0.03
0.2 | 锻或轧材 | | 3 | S059 | | | | | | | 0.2 | HIP直接成材 | | 4 | S690
S069 | 1.44 | 5.6 | 5.0 | 4.1 | 3.7 | — | ＜0.03
0.2 | 锻或轧材
HIP直接成材 | | 5 | S790
S079 | 1.3 | 6.3 | 5.1 | 4.2 | 3.0 | — | ≤0.03
0.2 | 锻或轧材
HIP直接成材 | | 10 | 冷作模具钢 | K190 | 2.3 | — | 1.1 | 12.5 | 4.0 | — | | 锻或轧材 | | 11 | 塑料模具钢 | M390 | 1.9 | 0.6 | 1.0 | 20.0 | 4.0 | — | | 锻或轧材 | | 12 | 将发展的高速钢 | S392 | 1.6 | 10.8 | 2.0 | 4.75 | 5.0 | 8.0 | 0.2 | 锻或轧材 | | 13 | S692 | 1.44 | 5.6 | 5.0 | 4.1 | 3.7 | — | 0.2 | | 伯乐集团各钢号标法：以S390为例，实为Böhler S390 Isomatrix，正文及表中均简写为S390。 | 3 B－U集团生产的PM TS的牌号和成分
B－U集团目前生产11种PM TS，见表2。包括粉末冶金塑料模具钢Böhler M390 Isomatrix、粉末冶金冷作工具钢Böhler K190 Isomatrix和9种PM HSS。9种PM HSS为4种基本成分，即S390，S590，S690和S790。前2种含有8%的钴，后2种不含钴但含较高的钒。在成分上S790为美国AISI的M3Ⅱ型，S690为美国AISI的M4型。S590为原瑞典Stora厂的ASP30，世界上各PM钢厂均有此牌号，市场争夺最激烈。只有S390高钒高钴牌号为B－U集团自行开发的最高性能的钢种。这些成分的PM HSS，主要合金元素不变，但根据不同含硫量和HIP后是否锻轧，而派生出2～3个改型钢种。以S590为例，便有S590、S592和S059等3个品种。S590为低硫(S≤0.03%)，S592为高硫(约0.2%)品种。这两种PM HSS均为HIP后再经锻造和热轧成材。S059为高硫(0.2%)品种，但经HIP后不再经锻造或热轧，即直接HIP达到所需尺寸。这3种不同的PM HSS可供有不同需要的用户选用。
B-U集团将在此新的PM TS生产线上生产传统的粉末冶金产品，而且还将发展若干新的、对其未来发展具有重要意义的产品。这些新产品现已研制成功，例如表2中的No.11、12、13等钢种，特别是No.11，其铬含量高达20%，耐磨性极好，且具有良好的抗腐蚀性能。(end)
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(10/26/2006) |
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