模具钢材的发展及其标准化将有力支撑模具产业的进步

文/秦珂·中国模具工业协会副秘书长

模具钢材的发展及其标准化将有力支撑模具产业的进步

文/秦珂·中国模具工业协会副秘书长

模具材料是模具工业最重要的技术和原材料基础。在世界经济发展、制造业基地向中国转移、制造业产品结构调整的大背景下，中国模具在国际上有很好的性价比，在国际零部件制造全球采购中具有极大优势。模具制造国际化发展战略，提升了中国模具工业在国际上的地位，使其在世界模具制造业中所占的比例越来越高，总量仅次于美国居世界第二位，超过德国、日本，已经成为名副其实的模具制造大国。然而，我国模具工业就其总体水平来说，要比工业发达国家落后15年左右。

我国模具行业现状

随着我国模具工业的快速发展，其总量已进入模具生产大国之列，全国模具生产企业达3万家，从业人员接近100万人。进入新世纪以来，我国模具销售额以年平均20％左右的速度增长，2010年模具销售额已达1120亿元，我国模具整体实力进一步加强。

2000～2010年中国模具销售额情况和进出口情况分别见图1、2。2010年的模具出口再攀高峰，据海关统计共进口模具20.62亿美元，出口21.96亿美元，进出口数额趋于平衡并首次实现外贸顺差。出口模具约占模具总销售额的13.3％，在国际零部件制造全球采购中具有极大的优势，其中广东省模具进口4.78亿美元，进口占总量的23.19％，出口8.76亿美元，占总量的39.9％，模具进口五年来基本维持在总量的20％，出口占总量的40％。按出口货源地排名顺序，出口模具最多的省市中广东、浙江、江苏分列第一、二、三位，占出口总额的71.59％，这显示珠三角、长三角地区模具制造业的水平继续领跑全行业。以上数据说明，近两年来中国的模具制造技术水平有了很大的提高，相当一部分模具制造企业在数量和质量上均在国内处于行业领先地位，生产水平有些已接近或达到国际水平。

根据图2中的中国模具进出口分析，我们发现中国模具进出口由1～10亿美元用了7年时间，由10～20亿美元仅用了4年时间，在连续六年进口20亿美元的同时，出口量年年大幅增加，并在2010年首次实现了外贸顺差。

我国模具行业经济技术运行特点与待突破的关键共性技术

我国模具行业经济技术运行主要特点，包括以下几方面：

⑴结构调整取得一定成效，行业总体水平提高较快。

⑵聚集式生产进一步发展，生产性服务业得到加强。

⑶模具市场得到进一步开拓发展，新的增长点已备受瞩目，出口稳步增长。

图12000～2010年中国模具销售额情况

图22000～2010年中国模具进出口情况

⑷模具企业延伸产业链的发展走势十分明显。

⑸新兴市场成为模具产业新的增长点，模具全面为制造业提供成形装备。

⑹模具产业升级使得高档模具的内涵更加丰富，因为不仅仅是一类产品，还是产品零部件成形解决方案的成套服务。此外，智能模具将为高端制造业提供有力支撑。

⑺努力创造融资新渠道，加快技术改造和新产品试制生产步伐。

⑻未来模具产业向“五化”和“两化”方向发展，即技术上向标准化、自动化、专业化、精细化、信息化，产业上向高端化、差异化方向发展。

其中，智能模具作为战略性新兴产业智能制造装备的一部分，是具有感知、分析、决策和控制功能的制造装备。具有传感、温控功能的冲压模具与单点、多点金属板料智能成形技术，具有温控功能、注塑参数及模内流动状态等智能控制手段制造的注塑模具等，都由于其具有感知、分析、决策和控制功能而被广泛关注。

现代模具需要突破的关键共性技术和重大装备，包括：金属与非金属材料的复合成形、精密超精密成形、特殊成形及智能成形工艺与技术研究；智能模具设计与制造新方法、新工艺及关键技术研究；智能模具对柔性生产、自动化生产和智能制造的适应性研究；智能模具柔性加工和标准化、自动化生产技术的研究与开发；提高智能模具的可靠性和使用寿命的研究；智能模具超精加工、特种加工和细微加工技术的研究及推广；智能模具制造在线检测技术，设计、加工、测量一体化技术和数字化高新技术的研究及推广应用研究；折弯工艺及折弯回弹补偿和智能折弯装备制造技术的研发；模具制造关键数控机床、模具电火花智能制造装备和模具自动化生产线的研制；新型高等级子午线轮胎模具及其硫化成形的一体机和相关智能专用设备的研发；高性能热流道元件及系统、高精度传感器及感知反馈控制系统、在线测量设备及智能自动化反馈与控制系统技术和有关装置及设备的研制；在建立标准化数据库基础上推进标准化制造，推进标准化流程生产方式，进而实现由模具工到模具工程师的转变。

模具钢行业的现状与发展趋势

具备高效率、低成本、节材和产品质优等特点的模具成形工艺，越来越多地代替传统的切削加工工艺和其他加工成形工艺，如温拔、冷拔、精冲、冷弯、冷挤压、热挤压、压铸等金属成形工艺，还有注塑、吸塑、吹塑、橡胶热塑、热固成形等非金属成形工艺均已得到广泛应用，模具成形技术的进步为模具材料得以充分应用和发展提供了广阔的空间和市场。

从我国制造业与消费需求的连年增长来看，我国模具制造业钢材需求量应以20％的速度增长，但实际上我国模具用钢产量增长不明显，2010年模具钢产量应在100万吨水平。随着我国模具制造业对高档模具用钢进口量的不断攀升，预计模具用钢进口还将大幅度增长，特别是模具型腔部分应用的模具钢在短时间内进口的格局很难改变，我国模具用钢进口在10万吨左右，主要来自日本、德国、瑞典、奥地利、韩国等国。

模具钢的现状

模具钢基本以热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢三大系列为主，其他的还有特殊用途模具钢。国内外模具钢的发展趋势是，模具钢生产工艺总体向高纯净度（特别是热作模具钢和塑料模具钢）、高等向性（热作模具钢）、高韧性（冷作模具钢）、高均匀性（塑料模具钢）方向发展。全世界模具钢大致年产量在600万吨左右，东北特钢、宝钢模具钢两大基地占我国国产模具钢市场的七成以上，生产的品种涵盖所有领域，钢材水平有极大的提高，模具钢系列化已得到完善。近期，原《合金工具钢》GB/T1299国标系列在2011年年末将其修订为《合金工模具钢》国家标准的修订工作已正式启动。

我国热作模具钢与国外差距较小，以H13为例，高温匀质处理技术和终热处理前的碳化物细化处理技术的应用，显著提高了国产H13的质量，已达到国外的水平，具有较强高温性能的同时还具有较高的韧性，已成为热作模具的首选。新钢种中含Co的高强热作模具钢专用于镁压铸模具，已在市场中占有一定的地位。国内冷作模具钢以Cr12MoV、Cr12、D2为主，抚钢目前已能生产D2大截面直径达φ700mm、探伤级别达欧洲标准的E/e级，LD批量生产也占有一定的市场。塑料模具钢近年来随着汽车、家电、IT产业的带动，厚度在800～1000mm范围的718塑料模具钢已能满足客户的需要，上海大学与企业合作开发的厚度在1200mm、重达35t的塑料模具钢截面硬度波动范围是34～36HRC。在2010年第十三届国际模展上，宝钢特殊钢公司就展示了一块1130mm×1320mm×2620mm重达30t的718大型塑模钢预硬化模块。

虽然我国也有模具材料系列，但重复钢种比较多、分类粗、批量小、质量稳定性差，特别是钢材的可靠性让模具企业在选用时存在顾虑。整体来讲，我国的模具钢在品种、规格、质量及性能等方面和国际先进模具钢生产水平还有一定差距，导致我国每年有相当数量的中、高档模具特殊钢必须从国外进口，从某种角度来说制约了国内模具企业的发展。与国外钢材发达国家相比，差距主要表现在质量稳定性和市场服务、经营模式上，笔者曾到访过奥地利、瑞典的模具钢厂，他们的炼钢、轧钢设备并不比我们优越，但冶金工艺质量控制严格。还有就是在经营模式上，其售后技术服务到位，从模具设计、加工性能测试、加工参数推荐等方面全方位支持，甚至在焊接、抛光等工艺上都会对企业进行指导，技术支持的力度体现了其品牌的价值。

模具钢的发展趋势

我国制造业已进入一个高速发展期。未来的5～10年，汽车、化工、电子等行业的迅速发展会带动机械制造业的发展，而模具工业作为机械制造业零件产品的成形工艺装备更是要先行发展，这必将给模具材料市场一片广阔天地，也将给模具材料生产从冶炼质量、生产工艺及热处理技术带来发展的空间。一般来讲，模具用材料占模具产值的20％左右，但其质量的优劣将最直接影响模具的使用和性能。

“十二五”期间，模具行业必然会对模具材料提出更高的技术要求。模具钢在未来的发展方向，主要体现在以下几方面：

⑴向精细化、高精度大型化方向发展。在热作模具钢方面，开发具有自主知识产权的新型低成本、高寿命、超纯净、组织均匀的热作模具钢，极低的S、P含量及超细化组织，添加具有红硬性作用的合金元素提高模具在高温下的硬度，提高热压铸模具和热挤压模具的使用寿命。在冷作模具钢方面，针对汽车高强度钢板（抗拉强度＞800MPa）冷冲压成形的模具材料及表面处理技术工艺，开发低合金高强度、高耐磨性、高韧性的冷作模具钢，通过降低碳含量及合金元素总量提高韧性和耐磨性。目前，市场对无变形的预硬化塑料模具钢和大规格、大吨位模具钢的需求不断增加。

⑵向高纯净度（较低的杂质元素、残余元素和气体含量等）、高等向性（更好的纵横向性能比）、超细化组织、长寿命方向发展，对模具使用寿命的要求越来越高。

⑶向制品化方向发展，尽可能缩短模具加工周期。要求模具钢的生产企业能提供经过机加工或热处理的模具钢。

⑷向模具钢系列化和个性化方向发展。随着产品的不断更新对模具钢的性能也提出了更高要求，如工作温度、耐腐蚀性能、切削性能、蚀刻性能、抛光性能等。模具钢根据不同需求条件，积极采用分级控制，系列化、细分化，不断满足个性化的要求。

⑸超硬模具钢的快速发展，粉末高速钢、粉末硬质合金钢在高寿命模具中的应用。日本大同特殊钢株式会社生产的特殊钢粉末高速钢、超硬质合金钢，不仅大量用于冷作模具钢而且开始在热作模具上应用，其技术属世界领先水平。

奥地利的百禄钢材国际有限公司诞生于1446年，全球销售额在30亿欧元左右，钢材产品始终处于世界先进行列，其在奥地利的一家工厂年营业收入超6亿欧元。该企业在航天领域（飞机起落架、火箭油箱）、汽车发动机、医疗（人工关节）、工模具领域拥有众多的用户，其主要产品33％为特殊钢，32％为工模具钢，24％为高速钢。值得注意的是该公司30％的营业收入用于新钢种的开发，2005年该公司就针对模具行业的需要，开发出用于CD盘模具、汽车灯罩模具的M333镜面模具钢、高硬度、高柔韧性的M315模具钢，更适合于模具加工。该钢厂为全封闭工厂，噪声、粉尘全部实现无污染排放，工厂所处的小镇空气清新，是具有先进管理理念的国际模具钢材企业。

⑹重视品牌和宣传。日本的特殊钢仅大同特殊钢株式会社的特殊钢产量就达200万吨，占日本特殊钢产量的10％，出口在20万吨以上，其在中国市场的份额占全部出口的20％，由于其产业的高集中度，使得成本控制、产品性能、数量、新品研发都呈现良性的发展，日本特殊钢学会挂靠在大同特殊钢株式会社，出版《特殊钢》杂志，发行量每期约3000份，在交流中以市场为导向，积极开拓，为配合在上海举办的中国国际模展，在展览会期间出版《特殊钢在中国专刊》，积极推广其模具用特殊新钢种。

模具材料的发展是一项长期的系统工程，要求研制、生产、销售及技术一条龙服务。目前我国模具钢品种规格分类还较粗，硬度均匀的大规格、大尺寸模块的供应还有问题，模具钢市场上80％以上是黑皮圆钢棒料，扁钢及预硬化处理后的模具钢较少，大部分模具钢仍需经过锻造后使用，锻造工艺控制不严格，内在质量较差，钢材利用率较低。虽然国内大多数模具钢生产厂家都已采用先进的冶炼设备和工艺生产，如炉外精练、真空脱气、电渣重熔、精锻精轧等方法，但与国外先进模具钢生产厂家总体水平相比尚有差距，因此企业需要扩大采用先进工艺生产模具钢的比重，加强新工艺、新设备的引进，改进生产工艺，改善管理，生产纯净度高、均匀性好、大规格的模具钢。在新近召开的第六届全国模具钢学术会议上大家就一直表示希望几大钢厂成立以产、学、研、用结合的钢材技术服务平台。

“十二五”期间随着模具制造业的发展，对模具钢也提出了新的技术要求。不仅向多样化、大型化、精细化和预硬化发展，还要求在研制特殊钢方面加大力度，大力发展国产优质模具材料，在已基本满足模具行业对模具材料的需求下，同时开发研制系列化模具材料，细化模具材料产品同时特别要提高钢材质量的稳定性。积极建立模具材料应用服务机构，向用户宣传推广、选材服务，同时也提供模具热处理、模具材料加工参数测试、参数推荐的增值服务，形成模具材料咨询、选材、供应、热处理、应用等综合配套服务。

为增强制造业产业配套能力，提高基础工艺、基础材料、基础元器件研发和系统集成水平，在《机械基础件、基础材料和基础制造工艺“十二五”发展规划》中“基础材料”内容里的模具钢，中国模协在征求意见中加上了进口量大的“高性能模具型腔用钢及硬质合金材料”，具体包括高质量高精度模具扁钢和中厚预硬模具钢板，高耐蚀耐磨镜面塑模钢，高强韧高耐磨冷作模具钢、大型铝（镁）合金、压铸等热作模具钢，经机加工和调质处理的模块和制品，高性能粉末冶金模具钢等。模具材料的高品质、小门类、品种多特点需要被关注。

产业模具与模具标准化时代的未来

模具标准的基本构架是国家标准、行业标准、企业标准，2010年全国模具标准化技术委员会现有归口标准：国家标准99项，行业标准209项，涉及冲模、塑料模、压铸模、锻模、塑封模、塑料挤出模、玻璃模、聚晶金刚石拉丝模具等主要模具类型，已基本形成体系。进一步推动企业标准的建设，特别是重点骨干模具企业标准的建设，在建立模具标准化的基础上实现模具生产制造的自动化是模具行业发展的方向。随着产业模具经营模式的日益凸显，产业模具全面为制造业提供成形装备与成形工艺解决方案的大背景下，以产业模具产品标准将对模具企业更具有指导意义。在数据库建设、标准制定的前提下，企业在软件平台的基础上二次开发适宜本企业的制造管理系统，随着设备自动化、单元自动化的实现，在解决了夹具优化、加工机械群组自动化、加工件的数据跟踪，实现流程自动化后，排产自动化、装配自动化将最终实现流水线生产模具的企业已经出现，模具制造进入到了标准化时代。

我国模具标准化体系包括模具基础标准，模具工艺、质量标准，模具零部件标准及与模具生产相关的技术标准。将模具分为十四大类，按模具分类，模具标准主要有冲压模具标准、塑料注塑模具标准、压铸模具标准、锻造模具标准、紧固件冷镦模具标准、拉丝模具标准、冷挤压模具标准、橡胶模具标准、玻璃制品模具、汽车冲模标准等十大类。工信部部长苗圩在“加强标准化工作为工业转型升级提供支撑和保障”的报告中指出，要围绕新一代信息技术、两化深度融合、节能环保、新材料等重点领域，突出做好各层面标准的相互衔接、协调协同，加快自主标准制定，夯实行业发展基础。模具标准以基础标准及产业模具的产品标准两大体系来体现，模具标准化程度的概念极为丰富，在未来以汽车、电子、家电等领域以信息化与工业化深度融合产品标准为核心的企业标准体系中，以产业模具为标准的企业和行业标准将会对企业发展更具有指导意义。

模具的配件行业，即衍生为模具标准件行业的模具零部件标准，也会在通用的基础标准上具备产业模具的特征，如大家所熟知的塑料模具标准件、冲压模具标准件和汽车模具标准件。广东是我国模具制造业的领军地区，云集了全世界的模具标准件、配件精英企业、产品，配套优势明显，通过过去的比较优势到聚集优势，在做精做专的基础上还要做出高效，成为各自不可复制却高度标准化、模块化制造的制造模式。模具配件行业，有的产品适宜规模生产应走重组做大的路。有的产品适宜做精做专应走联合的路，共同创立品牌，组建品牌联盟，为品牌建立质量标准、供货标准、验收标准等等，实现品牌价值。积极推进模具标准件、配件在模具企业中的应用，需要模具企业、模具用户企业与模具配件标准件企业三方合作，在市场化的前提下围绕提高模具质量、缩短模具制造周期的中心任务展开，实现模具制造由单件生产组织通过标准化的建设，进而向自动化生产的迈进，实现企业由技能型向技术型的转变。