凿岩钎具用硬质合金产品市场趋势分析

胡 铭，董鑫业

（中国钢协钎钢钎具协会 秘书处，北京 100813）

前言

自德国人 Karl Schrter 于1923 年用粉末冶金方法研制成 WC-Co 硬质合金后， 德国的Krupp(克虏伯)公司于1926 年开始规模化生产名为“WIDIA”的WC-Co 硬质合金产品，世界工业领域出现了硬质合金这一新产业。通过八十多年的发展，世界硬质合金产业的生产技术、产量和应用范围都得到了极大的发展，规模与品种不断扩大，并形成了一些全球知名的跨国生产与经营企业，如瑞典的Sandvik 集团、美国的Kennametal公司、 以色列的 Iscar 公司、 日本的 Mitsubishi Matetials 公司、Toshiba 公司、 Tungalloy 公司、以及我国的株洲硬质合金集团等。目前世界硬质合金产业的产值已达数百亿美元，世界硬质合金的产销量估计约为4.2 万吨，硬质合金产品已占世界钨资源消费总量的60%以上。

我国硬质合金工业起步较晚，新中国成立前没有硬质合金生产。 经过60 年从无到有，从小到大，不断发展，取得了很大进步，形成了完整的工业体系。 进入二十一世纪，我国硬质合金产量逐年递增， 到2010 年底我国的硬质合金年产量达到 2.25 万吨左右（见图1）。 现在，国内大小硬质合金生产企业总数约300 多家，年产量超过2 000 t 的企业只有两个，年产量超过100 t 的企业不足50 家。中国硬质合金企业的另一个特点是国有、民营、外商独资、合资企业等多种经济形式并存，行业竞争激烈。

图1 十年来我国硬质合金产量增长概况

凿岩钻具是硬质合金产品的一个重要应用领域。凿岩用硬质合金的消耗量大约为硬质合金总产量的30%左右。近年，随着我国基础建设投入增加，凿岩硬质合金的使用量有较大幅度增长，2010 年我国凿岩用硬质合金生产量约为5800 吨， 同比增长6.84%。 主要产品类型包括：凿岩机钎头用钎片、凿岩机钎头用柱齿、潜孔钻头用柱齿、截煤齿、挖路齿、 石油用牙轮钻头与矿用牙轮钻头用合金柱齿、盾构滚刀用柱齿、盾构刀具用硬质合金刀块等。 我国矿用硬质合金近十年产量增长情况见图2。

图2 十年来我国矿用硬质合金产量增长概况

从图1、图2 中可以看出，十年来我国矿用硬质合金市场需求量的增长幅度大于硬质合金产品十年来总的增长幅度，也就是说，在将硬质合金作为主要生产原材料的金属切削刀具、耐磨零件及矿山工具产品三大产品领域中，凿岩钎具产品使用硬质合金的增长数量要大于前两类产品。因此，把硬质合金作为主要产品的生产企业，很有必要关注凿岩钎（钻）具产品用硬质合金产业的市场状况与发展趋势。

1 凿岩钎具的类型与矿用硬质合金

所谓的凿岩钎（钻）具，就是为了达到爆破岩石的目的，在岩（矿）石中钻凿出用于装填炸药的圆柱形孔洞（称为炮眼或炮孔）的工具。通常习惯上把凿岩机使用的凿岩工具（钎尾、钎杆、连接套、钎头和整体钎）称为钎具，把潜孔钻机和牙轮钻机等钻凿大孔径的凿岩工具（含钻杆、钻头等）称为钻具。但是在整个凿岩爆破领域把用于钻凿岩石的工具统称为凿岩钎具。

图3 几种典型的凿岩钎具产品类型

图4 凿岩钎具产品的几种使用领域

在岩石钻爆法工程中， 按照不同的施工方法，需要使用不同的凿岩机械，也需要配套不同的凿岩钎具。 按照对岩石的工作原理可分为：冲击钻进式、旋转破碎式、旋转刮削式三大类，而按照钎具设计特点和应用特点，又可分为：顶锤冲击式钎具、潜孔冲击式钎具、牙轮式钻具、反向天井钻具、机械切割及岩石铣刨式钻具、以及地质勘探钻具六大类，共四百多种类型，两千多个品种规格。目前在国内钎具生产行业中通常按照产品的设计特点称为钎具产品。

图5 凿岩钎具硬质合金的破岩方式

凿岩钎具的使用领域主要有：地下硬岩矿山（金属矿山）开采，地下软岩矿山（非金属矿山）开采， 大型露天矿山钻爆法开采和刮削剥离法开采，大型水电工程项目中的明渠、导流洞、大型地下发电机组厂房开挖， 建材石料 （水泥厂、矿山、建筑石材）开采，各种工程（填海、机场、交通道路路基）用石料的采石场，公路和铁路建设中隧道开凿，过江跨海隧道开挖，城市地铁工程建设和水泥路面改造，高速公路路面、高铁路基、机场跑道维护，以及资源勘探等施工场地。可以说，凿岩钎具产品是一种应用领域非常广的工具产品。

按照不同的使用场地和不同的凿岩方式，凿岩钎具分为冲击钻进式、旋转破碎钻进式、旋转刮削钻进式三种，但不管何种方式都是由硬质合金直接对岩石作功， 最终达到破碎岩石的目的，凿岩硬质合金则镶嵌在凿岩钻头顶端直接破碎岩石。

按照硬质合金行业有关专家的统计，目前国内硬质合金年产量大约2.2 万余吨，其中凿岩用硬质合金大约接近6000 吨。 下面介绍我国目前各种类型凿岩钎(钻)具产品使用硬质合金的种类与数量。

2 轻型凿岩机的钎头用凿岩硬质合金

轻型凿岩机是指人工操作的凿岩机械，这类凿岩机械的自重≤35 kg，利用人工手持或气腿支撑作为工作平台，凿岩冲击功和推进力都比较小（见图6）。 通常轻型凿岩机械使用的钎具产品有H19 mm、H22 mm、H25 mm 六角形整体钎和锥体连接钎杆， 配用38～42 mm 片状一字型钎头、锥体连接球齿钎头以及少量的十字钎头。轻型凿岩机钎头是目前国内使用量最多的凿岩钎具产品之一，也是目前消耗凿岩硬质合金数量最多的钎具产品。

图6 轻型凿岩机工作图

2.1 一字形片状硬质合金钎头用硬质合金

这是目前国内凿岩钎头中使用量最多的产品（图 7）。 年产量约 3500～3700 万只，钎头直径以 38 ～42 mm 为主， 采用的合金片尺寸以 13 mm×9 mm 为主，单片重约 65～70g，每吨合金可生产钻头13000～14000 只， 每年合金消耗量大约2500 吨左右。

图7 一字形片状硬质合金钎头

由于一字形片状硬质合金钎头所需生产设备较少，制作加工容易，国内生产企业很多，市场需求严重供大于求，价格竞争非常激烈。 而在一字形片状硬质合金钎头生产成本中硬质合金是主要成本，目前国内一字形钎头的硬质合金种类大体是：再生碳化钨粉料合金（约35%）、混合碳化钨粉料合金（约15%）、中低档原生碳化钨粉料合金 （约40%）、 其他中档原生碳化钨粉料合金（约 10%）。

2.2 锥体连接球齿钎头用硬质合金

目前国内市场上使用锥体连接球齿钎头主要以直径38 mm～42 mm，球4 齿钎头为主，目前年产量约800 万只左右。 单只钎头合金用量约50～55 g，每年合金消耗约 400 吨左右。 所用硬质合金种类主要以采用中档原生碳化钨粉料生产的合金为主，

出口钎头以直径 32 mm～41 mm，球 6 齿、球7 齿、球 9 齿为主，年产量约 100 万只。 单只钎头合金用量 40～45 g，年消耗合金约 40～45 吨。合金种类：高档原生料合金（以 YK05、T6 为主），各种锥体连接球齿钎头形状见图8。

图8 不同齿数的锥体连接球齿钎头

目前在国内凿岩工程市场，使用量最多的是H22 m 锥体连接钎杆和片状一字型钎头。 国内钎具生产企业年产H22 mm 锥体连接钎杆量可达9万吨（换算为支数约为1600 万支）。而球四齿、五齿锥体连接钎头是近七、八年发展起来的一种与H22 mm 锥体钎杆配套的轻型凿岩机械用钎具产品，由于其使用寿命较为稳定，在硬脆性岩石中钻凿速度比较快， 已经受到施工单位的重视，生产量在逐年递增。

按照我国逐步转向实体经济方向的发展趋势，可以认为基础设施工程建设在今后一段时期仍然是推动国家经济发展的主要内容之一。从国内施工单位使用凿岩机械类型，以及施工队伍人员组成结构分析， 以 H22 mm 锥体钎杆，38～42 mm 一字形片状硬质合金钎头为代表的轻型凿岩机钎具产品在今后5～8 年时间内仍将是国内施工部门所使用的主要凿岩工具产品之一。但要指出的是；市场会对H22 mm 锥体钎杆的使用性能，寿命周期，质量保证，以及产品销售服务等提出更高的要求，同时球齿锥体连接钎头的市场需求还将处于上升趋势，并将逐步取代一部分一字形片状硬质合金钎头。

3 全液压钻车钎头产品用硬质合金

3.1 掘进钻车用钎头用硬质合金

在我国的矿业资源中，地下矿山占有很大的比例。 地下矿业资源开采中要根据矿源状况，采用不同的掘进凿岩钻孔爆破工艺开凿巷道，一般掘进孔钻凿炮孔的深度在5 m 以内， 炮孔直径38-48 mm。开凿截面积较小的巷道通常钻凿38-42 mm 炮孔， 使用较多的凿岩钎具主要是H22 mm 锥体连接钎杆和一字型、十字形或球齿型钎头， 开凿截面积较大的巷道时则采用孔径大于43 mm 以上的炮孔，采用全液压掘进钻车进行凿岩作业。

近年来，随着地下矿山向机械化铲运方向的快速发展，大型金属地下矿山大截面进矿巷道的开凿非常普遍，使用钻车掘进钎头的数量不断增加。 另一方面，在地下矿山操纵轻型凿岩机械的工作环境非常恶劣， 导致人工成本不断增加，因此，采用全液压掘进钻车进行进矿巷道开凿也成为矿山管理者必须考虑的问题。

另外，在水电工地钻凿岩石项目中，导流洞开凿和地下厂房开挖也需要全液压掘进钻车。因水电工程基本上属于大型工程项目，进场前要完成场地的“三通一平”工作，同时一般在同一地点施工周期通常为2～3 年，另外工程完工后还有大量生活设施建设项目，所以水电工程项目中使用全液压掘进钻车等机械化凿岩设备比率较高。

目前国内地下矿山使用的全液压掘进钻车主要以Atlas Copco 公司的 Boomer281/282 型单臂或双臂钻车为主，水电施工项目使用较多的主要 有 Atlas Copco 公 司 的 BoomerE2C 型 、BoomerL2D 型、以及BoomerXE3C 型等双臂或三臂钻车， 使用的钻头主要是45 mm 和48 mm 直径 7 齿、8 齿、9 齿掘进钎头（图 9）。

图9 全液压掘进钻车常用球齿钎头形状

目前国内钎具生产企业年产全液压掘进钻车球齿钎头大约165～170 万只左右， 钎头直径43mm～51mm，以球 6 齿、球 7 齿、球 9 齿数量较多，其中约45%-50%产品销往国外市场。单只钎头合金用量约 180 g，， 年消耗合金约 300～320吨。 由于对合金齿的性能要求较高，用于掘进钻车球齿钎头的合金齿基本上采用品质较好的原生碳化钨粉料生产。

图10 待装硬质合金球齿的掘进钎头壳体

3.2 地下采矿钻车用球齿钎头用硬质合金

现在，国内大型地下金属矿山采用的全液压采矿钻车大部分是瑞典Atlas Copco 公司的Simba1254 和 1354 型。 该钻车采用 COP1838HE 系列液压凿岩机，使用T45×1530mmMF 采矿钎杆，D76 直径球齿钻头，其钻孔效率和成孔质量都非常好。 随着国家冶金工业的发展，大型地下金属矿产资源的采掘量还会不断增加，其他型号的井下液压采矿钻车的使用量还会逐年上升。全液压采矿钻车用钎头形式见图11。

目前，国内钎具企业采矿钻车用球齿钎头年产量约 35 万～38 万只，直径 76mm、球 13～15 齿为主，单只钎头合金用量约250g，年消耗合金约100 吨。 由于对合金齿的性能要求较高，采矿钻车球齿钎头的合金齿基本上采用品质较好的原生碳化钨粉料。

图11 全液压采矿钻车用钎头形式

3.3 露天凿岩钻车钎头用硬质合金

露天液压凿岩钻车是国内工程中使用量较多的机械化凿岩设备。 在水电建设、露天矿山采矿、水泥矿山以及石料开采等工程中使用的露天液压凿岩钻车至少在万台以上，因此，该钻车所用凿岩钎具是市场需求量较大的产品，钻车用凿岩球齿钎头也是国产钎具中产量较大的品种，同时也是出口到国外市场数量最大的钎具产品。随着我国机械加工设备和热处理设备的技术进步，国内主要钎具生产企业的生产手段也在不断完善，露天凿岩钻车球齿钎头的使用寿命有较大的提高（图 12）。

图12 各种类型的露天凿岩钻车球齿钎头

目前， 国内钎具企业露天钻车用球齿钎头年产量约 110 万只， 以直径 76 mm、89 mm、102 mm，部分 115 mm，球 13 齿、14 齿、15 齿为主。 单只钎头合金用量约250 g， 年消耗合金约280 吨左右.。 同样，由于对合金齿的性能要求较高，用于露天钻车球齿钎头的合金齿基本上采用品质较好的原生碳化钨粉料生产。

4 潜孔凿岩钻具钻头用硬质合金

在国内钎具企业生产的产品种类中，除轻型凿岩机用钎具以外，发展速度快的产品就是潜孔钻机用钻具产品了。根据使用压缩空气压力的不同，潜孔钻具分为低气压潜孔钻具和中高气压潜孔钻具两种类型，所配套的潜孔钻头对凿岩硬质合金的要求也不相同。

4.1 低气压潜孔钻具钻头用硬质合金

在2003 年以前， 国内钎具行业每年生产低气压潜孔钻头数量大约为40～45 万只。 从2007年下半年开始江苏、浙江、福建、广东等沿海地区的采石场为加快石料开采量，开始大量采用中孔径爆破孔进行中深孔凿岩爆破，市场对90 mm 直径低气压钻头和CIR90 型冲击器的需求量大幅度上升，钎具企业中生产90 mm 低气压潜孔钻头的厂家不断增加，产品产量上升，市场价格出现波动，产品利润空间下降，市场竞争加剧。

国内钎具企业的低气压潜孔钻具钻头年产量约300 万只，主要以直径90 mm，球9 齿、球10齿钻头为主。单只钎头合金用量约240 g，年消耗合金约710 吨。由于低气压钻头对硬质合金的性能要求不是很高，加之市场价格竞争激烈，生产企业为降低成本，多选用中低档碳化钨粉料生产硬质合金钻头齿（图13）。

图13 低气压潜孔钻具钻头

4.2 高气压潜孔钻具钻头用硬质合金

近年来，随着施工单位购买高气压潜孔钻车数量的增加，高气压潜孔钻具（冲击器使用气压1.5～2.2 MPa） 市场需求量出现明显上升趋势，市场上高气压潜孔钻具的销售量也在发生变化，生产厂家中转向高气压潜孔钻具生产的企业也在增加。按照近年来高气压凿岩钻机的销售量逐年递增的趋势，可以认为高气压潜孔钻具在今后五年内的市场需求量还将上升。同时也将替代一部分低气压潜孔钻具的市场。

国内钎具企业的高气压潜孔钻具钻头年产量 30-35 万只左右， 以直径 115 mm～165 mm 为主，直径200 mm 以上的较少，钻头齿数15 齿、16齿、18 齿、20 齿。 单只钎头合金用量接近 1 kg 左右，年消耗合金约300 吨左右（图14）。

图14 高气压潜孔钻具钻头

按照凿岩冲击功计算，高气压钻头对合金齿的性能有一定的要求，生产企业原先多选用中高档碳化钨粉料生产硬质合金钻头齿。近年来由于生产企业的增加，市场价格竞争激烈，生产企业为降低成本，用中低档碳化钨粉料生产硬质合金钻头齿。

5 矿用牙轮钻头用硬质合金

目前国内矿用牙轮钻头的生产企业有7-8家，年产矿用牙轮钻头22000 只左右，钻头直径主要有250 mm、310 mm 两种。 估计年消耗合金200 吨左右。 多采用中档碳化钨粉料生产硬质合金钻头齿（见图15）。

6 截齿类产品用硬质合金

图15 矿用牙轮钻头

目前国内钎具生产企业生产截齿类主要产品有：煤矿综采机用截齿、路面冷铣刨机用截齿，露天铁矿剥离开采机用截齿等等，其中部分生产企业不属于中国钢协钎钢钎具协会成员单位，产品产量统计不全，另外江浙一带有许多企业年生产量变化较大，因此该类产品消耗硬质合金量不能准确地统计，但按照国内合金企业截齿类合金生产量估计，国内企业年消耗在截齿类产品上的合金大约在800-850 吨左右。 山特维克无锡工厂、徐州肯纳金属等外资企业采用中高档碳化钨粉料生产硬质合金齿，其他大部分企业采用中档合金齿（见图16）。

图16 截齿类产品中的路面冷铣刨机用截齿

7 岩土盾构机刀具用硬质合金

盾构机是工程机械装备制造业的标志性产品，也是当今世界上最先进的隧道掘进超大型专用设备。 在本世纪初的十年中，我国南水北调、轨道交通、公路、水利建设等一批大型工程中隧道建设采用盾构机施工的比例不断增大，北京、上海、广州、深圳、成都、南京等城市地铁项目施工中基本上采用盾构机施工。 按照城市轨道交通建设规划方案，目前国内大约有25个大城市正在进行轨道交通前期工作，总规划里程超过5000公里，总投资估算超过8000亿元。 全国特大城市的地铁和轻轨通车里程将超过1500公里。 目前， 我国在建城市轨道的15座城市将新建轨道交通线65 条，总长度为1700公里。 据资料统计，我国目前正在使用的盾构掘进机数量约600台左右。按照目前我国若干城市报批或者已经批准的地铁项目，加上大型的越江、跨海隧道工程，估计我国今后五年内陆续投入施工的盾构机至少将增加300 台以上，也就是说，我国各类盾构机及盾构机用钻具产品蕴含着巨大的市场。

目前国内使用的岩土盾构机大都以开挖软岩土层为主，根据不同的地质构造采用不同的刀具，例如，钢滚环刀具、镶硬质合金刀具等。 国内目前有盾构刀具生产企业7～8 家，岩土盾构机刀具使用合金形状不同， 重量也有较大的差异，估计国内盾构刀具生产企业年消耗合金量应在250-280 吨左右。 可以认为：随着岩土盾构机使用量的不断增加，其开挖刀具用硬质合金的使用量也将不断上升。

8 结语

（1）钨资源是目前世界性的紧缺稀有资源之一，而凿岩用硬质合金产品又是碳化钨硬质合金中使用量较大，消耗周期较快的产品。 我国是世界上主要钨资源生产国家，同时也是碳化钨制品消费大国， 正确了解凿岩用硬质合金的使用性能，掌握各种不同类型凿岩钎（钻）具对硬质合金的要求， 进一步提高我国凿岩硬质合金的质量，将对我国钨资源的合理利用有着重要的意义。

（2）目前我国凿岩用硬质合金主要以低档产品的消耗量较大。 对钨资源造成一定的浪费。 就其原因而言，主要是目前国内市场上用于轻型凿岩机械的钎具产品占市场比例较大。从近年来我国凿岩钎（钻）具的发展形势看，用于凿岩钻车的球齿钎头和高气压潜孔钻头生产数量在逐年增加。 可以预计，今后几年内用于制作这类钎头的中高档凿岩硬质合金的市场需求将会有所上升。

（3）我国凿岩钎（钻）头进入国际市场的数量在不断增加。但是其使用性能与国际先进钎（钻）具生产企业的产品相比差距较大。 现在，随着国内钎具生产企业机械加工和热处理设备的不断进步，以及生产工艺技术的完善，部分企业已经具备生产高品质钻头产品的能力。但是在制造钎具用钢材和凿岩硬质合金性能上的差距已经成为制约钎具生产企业制造高性能优质钻头的因素之一。

[1]周建华.土建及矿用硬质合金市场与技术分析[J].凿岩机械气动工具，2011，（4）.

[2]张国榉.凿岩钎具开发项目可行性分析报告[Z].2010年钎钢钎具协会内部资料.