中国硬质合金产业的技术进步

硬质合金作为与国民经济发展有着非常紧密关联作用的产业,随着社会主义现代化建设的快速发展,伴随着各行各业技术进步的坚定步伐,互相制约,互相促进,中国硬质合金产业的技术进步取得了世人瞩目的巨大成就,实现了中国硬质合金产业持续、稳定、快速发展。
分析和研究中国硬质合金产业技术进步的历程和现状,将对继续推进产业技术进步、引导相关企业健康发展,力争在2020年建成创新型产业有着十分重要的意义。
1中国硬质合金产业技术进步概况
中国硬质合金产业的起点是国家“一五”期间成套引进前苏联技术建成的原株洲硬质合金厂。该厂于1954年开始筹备,1958年建成投产。改革开放以来,国家对硬质合金产业给予了巨大的关心和支持,江泽民主席等党和多次到骨干企业视察,作了一系列重要批示和题词。政府各级、各部门对中国硬质合金产业发展高度重视,国家*(包括原经贸委)、*先后给予“技术引进”、“技术改造”、“联合攻关”、“技术开发”、“*示范生产线建设”、“863计划”和“*新产品”等多种主题和形式的重点支持,硬质合金原料质量水平和重点企业装备水平得到快速发展,株洲硬质合金集团有限公司(以下简称“株硬集团”)等八家企业先后以不同模式引进了国外*技术。依靠联合攻关、技术引进和对引进技术的消化创新,中国硬质合金产业的技术水平与国外*企业的差距缩小了15—2o年”。
“十五”是中国硬质合金产业发展zui快的五年。株硬集团在消化改进引进技术和自主开发成果的支持下,完成了以创新能力建设和大规模、高起点的产业结构调整为主线的一系列技术改造,建成了以精密可转位刀片为主体的切削刀具基地和以新产品为主导产品的矿用合金、模具合金、超细合金型材、大制品等专业生产线。厦门钨业股份有限公司、江西钨业集团有限公司在逐步取得粉末和资源优势的同时,加大了向硬质合金中产品延伸的步伐。崇义章源钨制品有限公司、河北清河等民营企业迅速崛起,在再生资源回收利用方面取得长足进步。外资企业加大了向中国市场扩展的力度,瑞典山特维克、美国肯纳、以色列依斯卡和日本一些企业在中国不仅设有多个办事处,而且建有多个独资工具厂,构成了中国境内硬质合金产业的一个重要组成部分。国有、民营、外资企业的强势进人,有力推动了中国硬质合金产业的快速发展,形成了以企业为主体,产学研结合的研发体系和从原料生产到硬质合金工模具制造的完整工业体系,雄居世界*,产品的品种规格可以覆盖所有硬质合金市场的应用领域,具有鲜明的中国特色。
2 中国硬质合金产业化新技术的重要进展
在世界硬质合金技术快速发展的同时,中国硬质合金产业也在瞄准*水平和发展方向不懈努力。通过科研攻关、引进吸收国外*技术,中国硬质合金技术水平向前跨越了一大步,缩短了与*水平的差距。
2.1 超细及纳米硬质合金
超细和纳米硬质合金的基本特点是具有高韧性和高耐磨性,主要应用领域有铸铁、铸钢、有色金属等工件的精车和冷硬铸铁、硬化钢等难加工材料的铣削和拉削、制造印刷电路板钻孔用的微型钻头、点阵打印针、精密模具和取代高速钢制造整体立铣刀和各种孔加工刀具。
株硬集团先后和武汉科技大学、中南大学和北京科技大学合作,两次承担国家“863”项目进行纳米wc—co复合粉和“高性能超细晶金属陶瓷产业化技术研究和应用”攻关,采用特殊氧化钨工艺和热喷雾转化*态化床工艺,制备出zui小颗粒尺寸达70nm的原料,并实现工业化生产;研制出纳米晶晶粒长大抑制剂,制造出zui小晶粒度达0.3um的十余个超细硬质合号,zui高的强度为4500mpa,硬度为93.8hra,达到*水平。新的超细合金可以磨制直径小于0.2mm 的微型钻头和铣刀,在该领域实现了以产顶进。近三年,已稳定生产和销售超细硬质合金达700余吨。厦门金鹭特种合金有限公司、南昌硬质合金有限责任公司、自贡硬质合金有限责任公司、崇义章源钨制品有限公司等不同程度在超细粉体材料和硬质合金研发与生产方面取得显著进步。
2.2 新型涂层硬质合金
进入90年代以来,涂层硬质合金是发展zui快的领域,无论在基体方面还是在涂层材质方面都取得了明显的进展。在涂层基体方面,进一步改进和发展梯度硬质合金基体即带富钴层的硬质合金基体。在涂层材质方面,除了继续改进和完善cvd单层涂层及多层涂层硬质合金之外,pvd、pcvd和pvd/cvd复合涂层硬质合金的发展异常迅速。株硬集团在引进技术的良好基础上自主开发出柱状细晶厚膜氧化铝技术、pcvd氮碳化钛中温涂层技术,pvd涂层基体结合,打造了自主知识产权的涂层系列产品,特别是黑金刚系列产品享誉国内外市场。国内工具行业多家引进国外pvd涂层,建立相应服务中心,为整体高速钢刀具和硬质合金刀具涂覆耐磨层,显著提高刀具寿命。
2.3 功能梯度硬质合金
梯度结构合金是指其金相组织在断面的不同部涂层基体两种产品。表面富钴层硬质合金基体克服了涂层产品强度和韧性降低的缺点,实现了强韧基体与高耐磨涂层的良好结合,扩大了涂层产品的应用领域。株硬集团表面富钴的涂层基体形成了专门系列,达到了*水平。
2.4 cad/cam制造系统
株硬集团利用博士后科研工作站的人才优势,自主开发出硬质合金复杂三维断屑槽可转位刀片,制造中的动态三维建模关键技术cad/cam制造系统又上新台阶,达到*水平,跨入了制造高精尖可转位刀具、整体刀具的*行列。精密可转位刀片年产量突破1300万片,其中出口超过300万片,可转位刀具和整体刀具出口突破10万件。
2.5 喷雾干燥工艺与设备
目前,国内规模较大的硬质合金厂家在逐步采用现代化的喷雾干燥器。喷雾干燥的zui大特点是在封闭的循环系统中在氮气保护下进行干燥,它可以一步完成料浆的干燥和制粒两工序的任务,自动化程度高,制得的粒状混合料性能稳定,流动性好,特别适宜于高精度数控刀片及一些对精度和可靠性要求高的压制毛坯的生产。,喷雾干燥设备以前多从丹麦尼罗公司进口,现在基本实现了国产化。株硬集团混合料厂的全部设备都是国产的,其中七台喷雾干燥塔为自主研制,并将*工艺技术与现代管理技术融于一体,建成了高度集成的制造系统,具有当代*水平,其产能为3500吨。自贡硬质合金有限责任公司成功研制出适合己烷或石蜡一丙酮体系的喷雾干燥塔,江苏无锡和湖南湘潭也有设备制造厂为硬质合金提供喷雾塔。
2.6 近净成形与精密成形
2.6.1挤压成形
粉末挤压成形技术是现代粉末冶金近净成形及世界材料领域*成形技术之一。制备长径比较大的硬质合金产品时,采用粉末挤压成形是一种有效的方法。采用硬质合金粉末增塑挤压成形的关键技术是成形剂、脱脂工艺的选择和研究。株硬集团在“863”项目攻关过程中,在成型剂配方研制上位呈现有规律差别的一种合金,这些差别是由它们的化学成分有规律的不均匀分布造成的。目前这种工艺主要用于生产硬质合金凿岩球齿和可转位刀片取得重大突破,新配方与原引进成型剂相比,性能显著提高,解决了双螺孔、双直孔棒的裂纹问题,干燥时间大大缩短,*提高了产品成材率和生产效率。
通过对模具的改进,解决了双螺孔棒多种技术指标的控制和单中心孔棒的同心度偏差大等问题,开发了双螺孔棒、双直孔棒、难成型扁材、片材、高同心度管材等系列产品,实现了在线自动控制并批量生产销售,其中双螺孔棒是近年来出现的一种*产品,此前主要依靠进口。
2.6.2 精密模压与冷等静压
株硬集团根据不同的产品和规格采用了不同于传统压制方式的改进技术。精密可转位刀片采用微米级精度模具和全自动双向压机,通过压制计算与修正直接成型,全部产品可达到m级以上精度。对微钻微铣用小规格棒材采用精密模压,并通过多模压制,实现了高产。对于大规格产品的生产,开发出模具设计的计算方法,优化模具材料,用组合式模具生产直径为~500mm以下的环状产品。干袋式等静压和液压等静压机在国内都普遍推广。
2.7 气体压力烧结
气体压力烧结是硬质合金制造的一种新工艺技术,于上世纪八十年代后期在美国肯纳应用于工业生产。它是在产品完成脱气、表面孔隙已经封闭、粘结相仍然是液相的情况下,用高压气体促进产品致密化的烧结新技术。目前国内粉末冶金的研究院所和主要硬质合金生产厂家,如株硬集团、自贡硬质合金有限责任公司、厦门金鹭特种合金有限公司、无锡宝长年硬质合金有限公司、南昌硬质合金有限责任公司都普遍将该工艺应用于超细硬质合金、矿用球齿、结构零件的制造上,产品质量水平和稳定性上了一个新台阶。气压烧结炉除主要引进pva公司和ald公司的外,株硬集团和北京钢铁研究总院也已进行设计制造,并以优良的性价比得到很好的推广。
3 中外硬质合金产业的差距
中国硬质合金经过50多年的发展,*地已成为世界硬质合金的大国,但不是硬质合金强国。中国硬质合金产业有着钨资源的优势,却没有形成产业优势,“振兴钨业”仍然任重道远。中国硬质合金产业与*国家相比显著的差距有四点:
(1)技术基础比较薄弱。回顾中国硬质合金技术发展的过程,主要是依托引进技术和对引进技术的消化吸收与改进,对硬质合金制造的技术基础和前沿领域尚缺乏系统、全面的深入研究。
(2)产业结构不合理。中国硬质合金的材料制造和工具制造的*分割,没有形成像瑞典山特维克、美国肯纳等集成度很高的硬质合金工模具制造大型企业。“没有工具就没有硬质合金的真正质量”,中国硬质合金产品仍然被认为是以中低档为主,绝大多数厂还只生产中低档的烧结态产品。
(3)在线控制的理念和方法差距较大。国外*企业都采用*、的计算机集成制造系统,几乎*杜绝了人为因素对产品质量的不良影响。而中国硬质合金企业的产品质量往往还依赖素质参差不齐的现场操作者,产品质量稳定性的保证程度不够高。
(4)使用技术研究落后。基于材料制造和工模具制造的非一体化,国内对硬质合金使用技术普遍缺乏深入研究,不能很好地指导用户、服务用户。借用、滥用、不合理使用的现象相当普遍。
4 继续推进产业发展的对策
缩小同*水平的差距,加快建设创新型产业的步伐,必须采取一系列重要对策。
4.1 组建国家硬质合金工程技术研究中心,切实提高产业自主创新能力。硬质合金消耗钨资源50%以上,硬质合金也是一个与国民经济发展,特别是支柱产业发展有着极为紧密的关联作用的产业。硬质合金兴则产业兴,硬质合金产业应该成为振兴钨业的旗帜。希望政府相关部门给予政策、资源保障和财政方面的有力支持,以国内骨干企业为主体,引导外资、民营和一切有利于硬质合金产业发展的团体或个人积极参与,迅速组建产学研结合的高水平、高起点国家硬质合金工程技术研究中心,打造*平台,吸引国内外*专家、人才加入前沿领域*与产品的研发工作,快速培育具有核心竞争力的产品和新的经济增长点。
4.2 加强宏观调控,打造硬质合金产业航母。中国硬质合金企业林立,产能严重过剩,人力物力资源浪费严重。希望政府各级各部门抛弃地域、行业发展的保护主义,严格限制低水平、小规模、高污染项目的重复建设。积极鼓励、支持、扶助基础好、有相当经济实力的企业多渠道融资,在当代*技术的基础上改造或创建硬质合金切削刀具、硬质合金凿岩工具、硬质合金高性能结构零件生产基地,打造可以与*企业一较高低的中国硬质合金产业的航空母舰。
4.3组织联合攻关,快速提升硬质合金应用技术水平中国硬质合金材料技术虽然同国外*水平有较大差距,但应用技术的差距却更加显著,而且成为硬质合金更好服务关联企业和强势挺进市场的严重障碍。行业必须组织产学研联合对涵盖主要产业链各个环节的应用技术进行研究,提升切削刀具、凿岩工具、高线轧辊和磨具等系列产品的档次和合理使用水平。实现硬质合金材料与工模具结构的优化组合,建立各类产品的应用数据库和咨询服务系统,使应用技术快速赶上*水平。
4.4 繁荣学术活动,培育一支高水平的科技人才队伍中国从事硬质合金研发与生产的科技人员数量很多,但高层次、高水平、高素质人才缺乏,在硬质合金学术舞台上有影响力的学术则难觅一二,这与目前硬质合金大国的地位不相称,更与建设硬质合金强国的发展不相适应。产业技术竞争,归根结底是人才竞争,打造一支科技人才队伍,也是硬质合金产业面临的一个紧迫而艰巨的任务。希望政府部门和行业积极策划,在国内组织高水平技术论坛和学术活动,吸引国外专家到中国参与研究或指导工作,同时组织选拔国内人才到国外深造培训,促进高水平人才成长。
5 结束语
经过硬质合金行业全体同仁们的不懈努力和奋斗,中国硬质合金产业技术进步取得了有目共睹的成绩,工艺技术和装备水平的不断进步有力推动了我国硬质合金产品品种和质量的提高,促进了产业的技术升级和产品结构的调整和优化。但是,要将规模优势转化为质量优势、品种优势和效益优势,真正在2020年与国家技术发展同步,建成创新型产业,仍然任重道远。我们坚信,只要有进一步勇攀高峰的创新精神,承认差距,不甘落后,业界同心,共谋发展,我们一定能打造中国硬质合金产业的航母,一定能在不远的将来,将钨资源优势转化成产业优势,昂然屹立于世界硬质合金产业的*行列。(株洲硬质合金集团有限公司:张忠健,汪晓,李仁琼,胡茂中,《硬 质 合 金》)
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