A 高速钢的历史
多年来，高速钢牌号主要为高速切割应用而开发，但也用于生产工具和模具。每个牌号的性能各不相同，但共同的性能包括高耐磨性和出色的韧性。高速钢牌号还具有高达500℃的耐热性，这使它们非常适合高速使用，因此被称为高速钢。
 
通过热处理，这些钢可以达到很高的洛氏硬度，例如，M2高速钢通常被硬化到64HRC，而M42可以被硬化到高达70HRC，尽管它通常被硬化到66-68 HRC。
 
高速钢牌号的化学成分结合了碳、铬、钼、钒、钨和钴的部分或全部合金元素。结合碳、钒和钨的牌号可以提供最高的耐磨性。钴牌号提供了更好的热硬度和可清洗性，但韧性下降。
 
历史
 
1868年，Robert Meashet发明了一种自硬化/空气硬化钢。这是第一种已知的特殊钢，在锻造和冷却时获得一定程度的硬度。它被广泛用于工程工具，并在当时获得了专利，其化学成分仍然保密。我们现在知道，8%的钨含量是决定该钢性能的关键。1870年，英国塞尔弗里德的塞缪尔-奥斯本公司购买了钢铁的大规模生产。
 
在十九世纪的美国，为宾夕法尼亚州伯利恒钢铁公司工作的弗雷德里克-泰勒和英国人毛塞尔-怀特，对钢做了许多测试和实验，以了解其特性。在这些实验中，他们发现在8%的钨钢中加入3.8%的铬，可以使其在高温下进行淬火和回火（接近钢的熔点））。在所使用的服务中，它可以更快的速度工作，因此命名为高速钢。
 
T1是第一批大规模生产的高速钢之一。它在1910年被开发和生产，并由美国新泽西州的坩埚钢铁公司获得专利。1937年，美国的W Breelor公司发明了钨钼高速钢M2。
 
在随后的几年里，许多新牌号的高速钢被开发出来。在英国，许多专业的钢铁生产商（主要在谢菲尔德）制造了许多高速钢以及工具钢牌号。对于每个制造商来说，普遍存在的情况是为每个牌号提供独特的公司钢品牌。例如，塞缪尔-奥斯本公司就是一个很好的例子，该公司以在其高速钢牌号中使用穆谢特的名字而自豪。
 
塞缪尔-奥斯本品牌 AISI BS4659 *
Dual Particle ND T1 BT1
triple wheat floor GZ T4 BT4
mushet MKK M2 BM2
Meashet Special VG M15 BM15
* (1971年推出)
 
通用高速钢规格
给予工具和高速钢的许多品牌名称让买家感到困惑。1971年，英国标准协会对英国使用的所有主要类型的工具和高速钢采用了一个新的标准，称为BS4659。现在最流行的牌号是M2、M35和M42，有圆棒、扁棒和板材。
 
M2高速钢
由于其钨钼组合，M2高速钢在淬火后具有很高的耐磨性。由于具有更好的韧性和良好的切削力，它现在已经被取代为最受欢迎的高速钢牌号。T1已经很少生产或库存。
 
M35高速钢
M35中加入了钴，使其具有比M2更好的耐热性能。
 
M42高速钢
具有较高的硬度（高达70Hrc），由M42刀具制成的工具具有良好的热硬度，提供了良好的服务性。
 
应用范围
高速钢规格通常用于工具头、切削工具、丝锥、钻头、刀具和带状刀片。利用其高硬度和高耐磨性，高速钢通常用于工具的应用，如冲头和模具的部件。

A

中国的工具钢如何？

 
工具钢行业具有非常高的竞争壁垒，主要体现在两个方面：（1）先发优势带来的技术壁垒，新进入者短期很 难超越。例如，国外的工具钢生产企业对我国长期实施技术封锁，同时不断的开发新钢种、新牌号以保持技 术优势。（2）认证周期长和替换成本高带来的市场壁垒。以模具钢为例，一般模具钢的使用寿命在 10 万次 左右，服役周期为 2 年。如果某客户想要验证新模具钢的性能，需要长达 2 年以上的认证周期，因此主机厂 倾向于不轻易更换模具钢供应商。此外，以汽车为代表的下游高端客户对模具性能要求高，会指定模具钢供 应商，例如多采用瑞典、德国和日本企业生产的模具钢，新参与者想进入上述高端市场是比较困难的。根据产业调研了解到，目前长城、比亚迪等国内车企已逐步采用国产模具钢来替代进口。
 
国产模具钢的性价比高，高端市场国产替代的空间大。由于我国的模具制造技术水平总体进步很大，模具在 国际采购中具有性价比优势，我国模具在国际贸易格局中占据着越来越重要的地位，出口金额已达到我国模 具行业主营业务收入的 15%。近 5 年来，我国进口模具的国产化替代较为顺利，模具进口金额持续下滑，与 此同时模具的出口保持增长。目前我国中高端模具仍依赖进口，模具进口市场规模约为 20 亿美元。
 
从进出口的市场规模看，2015-2019 年我国的模具出口金额从 50.82 亿美元增长至 62.46 亿美元，累计 增长 22.9%，出口市场年均增长 2.91 亿美元；同期模具进口金额从 24.85 亿美元降至 19.39 亿美元， 累计下降 22.0%，进口年均减少 1.37 亿美元。
 
从进出口的产品结构看，塑料橡胶模具、冲压模具出口占比分别为 62.27%、19.30%，进口占比分别为 44.96%、40.92%。根据我们的产业调研了解到，目前我国在大型塑料模具和超大型热作模具等高端产品上的进口依赖度较大，主要是因为上述大尺寸规格的产品对组织、性能均匀性的控制要求更高。
 
国产的模具钢有着国外钢厂不可比拟的交货时间优势和成本优势，对于同样规格的产品，国产模具钢价 格只有国外的 1/3。近几年国内钢厂不断引进先进的冶炼设备，生产工艺和技术已经取得了长足的进步， 已经有部分高端模具钢品质达到欧洲标准模具钢等级标准，质量等级可以与进口模具钢媲美。
 
随着我国制造业的转型升级和模具行业的不断发展，国内市场对中高档模具的需求量越来越大。我国的模具 钢与国际先进水平相比，在品种、质量、尺寸规格及使用性能等方面都有差距，尚不能满足高端市场的需求。根据我们市场调研的数据推测，我国每年约有 10 万吨左右的高端模具钢需要进口，主要是精密的、长寿命 的模具钢，几乎占据了整个模具钢高端市场的 80%以上。进口的模具钢价格要比国内的同类产品高出几倍。
 
国外模具钢采用了更多的成分、组织和性能等方面的单项指标。以 H13 模具钢为例，国外 H13 的控制 指标最多达 8 项，而我国的标准只有 3 项。一般国产 H13 钢制的压铸模具寿命为 3 万~5 万模次，而进 口的优质 H13 的压铸模具寿命可达 20 万次。在生产工艺上，国外普遍采用‚电炉+炉外精炼”，对于纯 净度要求更高的大部分采用电渣重熔，大截面锻压模块和大型钢材多采用真空处理。
 
我国的高端模具产业长期依赖进口材料支持其发展，无形中提高了模具产业特别是高端模具产业供应链的危险系数。政治局会议提出提升国内大循环的主体地位，维护产业链供应链安全稳定，补齐关键环节。为了提 高我国模具行业的安全系数，支持我国模具产业健康平稳地发展，我国亟需改善高端模具钢几乎依赖进口的 局面。我国模具钢产业要补齐短板和功课：（1）高端化：加强新产品开发，提高模具钢性能，同时促进品种 规格多样化、制品化；（2）专业化：形成专业化模具钢生产；（3）品牌化：以质量树立模具钢品牌。
 

A

工具钢如何生产？

 
工具钢的发展已有百年历史，各种工具钢既有共同的要求，如硬度高、耐磨性和一定的强韧性等，又有各自 的特殊要求，如红硬性、耐冲击、尺寸稳定性、抗热疲劳性和良好的综合机械性能等。工具钢的生产工序主 要包括冶炼、铸造、加工和热处理等。为了满足不同的要求，生产上采用各种不同冶金成份的工具钢，并通 过恰当的变形和热处理工艺来达到其性能要求，因此高性能的工具钢生产具有极高的技术壁垒。
 
工具钢的冶炼一般采用电弧炉+二次精炼的双联法，二次精炼工艺有钢包精炼（LF）、真空处理（VD）、 喷粉精炼等多种方法，生产高性能合金工具钢则采用电弧炉+电渣重熔（ESR）或真空自耗（VAR）法。工具钢的热加工包括热处理和热变形，热处理分为形变前热处理和形变后热处理。形变前热处理是进行 均匀化处理以减少钢的偏析；形变后热处理主要是去应力退火处理。为了提高工具钢的等向性能和使用 寿命，采用多向锻造或多向轧制，可以避免带状组织的形成或减轻带状组织的严重程度。
 
合金工具钢以模铸为主，为保证钢锭质量，广泛采用防止二次氧化技术，包括保护气体浇铸、真空浇铸。为提高收得率、降低成本，国内外部分特殊钢厂已采用连铸生产低合金工具钢。对于截面大的模具材料， 通常选用大截面连铸机，例如日本大同特殊钢采用二流弧形大方坯连铸机，铸坯尺寸为 370×380mm， 德国蒂森特殊钢公司的立式二流连铸机，结晶器截面尺寸为 340×475mm。u 以高速钢为例，碳化物经热加工后破碎成颗粒，称为一次碳化物；从基体中析出的碳化物称为二次碳化 物。碳化物特别是二次碳化物，对钢的晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢 的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量和热处理工艺有关。
 
模具的使用寿命和制成的精度、质量、表面性能，除与模具的设计、制造精度以及机床和操作等条件有 关外，与模具材料及其热处理工艺也有密切关系。据有关的统计表明，模具的早期失效因材料选择不当 和内部缺陷引起的约占 10%左右，由热处理不当引起的约占 50%左右。
 

A

工具钢有哪些种类？

 
工具钢是用以制造切削刀具、 量具、模具和耐磨工具的钢。一般的工具钢具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度、红硬性、高的耐磨性 和适当的韧性等特点，特殊要求还包括热处理变形小、耐蚀性和可加工性好等。根据化学成份不同，工具钢 分为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢（实质上是高合金工具钢）三大类；按用途则可分为刃具钢、模具钢、 量具钢三大类。
 

碳素工具钢：

碳素工具钢的碳含量较高，在 0.65-1.35%之间。碳素工具钢热处理后表面可得到较高的 硬度和耐磨性，心部有较好的韧性；退火硬度低（不大于 HB207），加工性能良好，但红硬性差，当工作温 度达 250℃时，钢的硬度和耐磨性急剧下降，硬度下降到 HRC60 以下。碳素工具钢的淬透性低，较大的工 具不能淬透（水中淬透直径为 15mm），水淬时表面淬硬层与中心部位硬度相差很大，在淬火时易产生变形 或形成裂纹。此外，其淬火温度范围窄，在淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳和变形。碳素工具钢钢号冠以‚T‛,以免与其他钢类相混；钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几 表示。例如，T8 表示平均碳含量为 0.8%；锰含量较高者，在钢号最后标出‚Mn‛，例如‚T8Mn‛；高 级优质碳素工具钢的磷、硫含量比一般优质碳素工具钢低，在钢号后面加注字母 A 以示区别。
 

合金工具钢

是指为了改善工具钢的性能而特意加入一些合金元素的钢，常用的合金元素有钨（W）、钼 （Mo）、铬（Cr）、钒（V）、钛（Ti）等，合金元素的含量总和一般不超过 5%。合金工具钢的淬硬性、淬透 性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢 3 类，模具钢的产量占合金 工具钢的 80%左右。其中碳含量高的钢（wc 大于 0.80%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火 后的硬度在 HRC60 以上，且具有足够的耐磨性；碳含量中等的钢（wt0.35%~0.70%）多用于制造热作模具， 这类钢淬火后的硬度稍低，为 HRC50~55，但韧性良好。
 

高速工具钢

是一种高合金工具钢，一般指高速钢。含碳量一般在 0.70～1.65%之间，含合金元素量较 多，总量可达 10～25%，其中含有 C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。能用来做高速旋转切割工具，具有 红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，就是其中 Cr，V，W，Mo 得比例比较大。当切削温度高达 600℃时，硬度仍无明显下降。通常采用电炉生产，采用粉末冶金方法生产高速钢，使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分 布在基体上，可以提高使用寿命。高速钢刀具约占国内刀具总量的 75%。
 
u 按所含合金元素不同可分为：①钨系高速钢（含钨 9～18%）；②钨钼系高速钢（含钨 5～12%,含钼 2～ 6%）；③高钼系高速钢（含钨 0～2%,含钼 5～10%）；④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含 钒 1～2%）和高含钒量(含钒 2.5～5%)的高速钢；⑤钴高速钢（含钴 5～10%）。
 
u 按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。①通用型高速钢：主要用于制造切削硬度 HB≤300 的金属材料的切削刀具 (如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 等。②特殊用途高速钢：包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度 HRC68～70）， 主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有 W12Cr4V5Co5、 W2Mo9Cr4VCo8 等。
 

A

什么是塑料模具钢？

 
塑胶模具钢以P来表示为主，也叫塑料模具钢或注塑模具钢，共分为五类。 渗碳型塑料模具钢：P1，P2，P3，P4，P5，P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。芯调质型塑料模具：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。 中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13，而L2和S7，O1和A2也有应用。 不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420，414L，440，416。 时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。目前市场上主要热衷于ANK系列、ASSAB系列和DESON系列。
 

模具钢有什么要求？

冷作模具钢在工作时．由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损．也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。冷作模具钢与刃具钢相比．有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加I工艺复杂．而且摩擦面积大．磨损可能性大．所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大．又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂．所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些．而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。
 

如何选择工模具钢？ 

通常接模具钢的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：
1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如．小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。
 
2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大．其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象．另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。
 
3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢．如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处．而用它的高淬透性和高耐磨性。为此．在热处理工艺上也应有所区别。选用高速钢做冷模具时．应采用低温淬火．以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2钢．采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。
 
4)受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述．前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等．其对口单薄．使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亚共折钢．以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高钢的回火稳定性和回火温度（240一270℃回火）这样有利于充分消除淬火应力使叽提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。
 

工模具钢性能如何？

在用Cr12型钢或高速钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢的脆性大．使用中易开裂。为此，必须用充分锻打的方法细化碳化物．除此之外应发展新钢种。发展新钢种的着眼点，应是降低钢的含碳量及碳化物形成元素的数量。国内研制并推广以下几种新钢种。Cr4W2MoV 钢具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等优点．并具有较好的回火稳定性及综合力学性能．用干制造硅钢片冲模等．可使寿命比Cr12MoV钢提高1～3倍以上但此钢锻造温区范围较窄，锻造河县开裂．应严格控制锻造温度和操作规认Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高．有空淬微变形模具钢之称7W7Cr4MoV钢可代W18Cr4V和Cr12MoV钢．其特点是钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大的改善。
 

工模具钢使用寿命

⒈夹杂物的含量增加
钢中的夹杂物是工模具内部产生裂纹的起源。尤其是脆性氧化物和硅酸盐等夹杂物，在热加工是不发生塑性变形，从而引起脆性的碎裂而形成微裂纹，在进一步的热处理和使用中，该裂纹进一步引起模具的开裂。例如。Cr4W2MoV钢制造的冲压手表零件用的冷冲模，其冲头经粗加工、热处理并磨削加工后，发现头部中心有许多小孔洞，致使一批冲头全部报废，经分析发出钢中含有大量的呈链状分布的硅酸盐夹杂物，经机加工后剥落而造成小孔洞。
 
⒉碳化物分布不均匀引起的失效
Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等莱氏体型模具钢，具有大量共晶碳化物，当锻造比小或浇注温度控制不适当时，在钢材中易呈带状或网状碳化物的偏析，使模具零件在淬火时常常出现沿着带状或网状碳化物严重的部位裂纹，或在使用过程中内部裂纹进一步扩展而引起失效。例如，采用Φ50mm的共晶碳化物不均匀度超过4级的钢材制造冲头在使用过程中易发生断裂。
 
⒊锻造质量不好引起的失效
钢材的锻造质量的好坏，直接影响模具的使用寿命。锻造的加热制度与变形工艺不当，会引起钢材产生过烧、表面裂纹、内裂、角裂等缺陷。这些会降低模具的使用寿命，甚至直接报废。对于高碳高铬的莱氏体钢，由于导热性较差，若锻造加热时加热速度过快，保温时间不足，造成锻造时钢坯内外温差大，产生内部裂纹。
 
⒋表面质量差
合金模具钢材如果表面脱碳严重，在机加工后，仍有残留脱碳层，这样在模具最终的热处理时，由于内外层组织不同而造成明显的应力，从而导致模具的淬火裂纹；另一方面，淬火后模具表面层的硬度偏低，且截面硬度分布不均匀，降低了模具的使用寿命。

A

中国的刀具用钢如何？

 
我国进口刀具的市场规模尚在不断增长，过去 10 年进口刀具占国内市场的份额从 15%提高至 30%，进口市 场规模达到 148 亿。由于制造业转型升级对高性能刀具的需求增加，我国进口的主要是包括硬质合金制品在 内的高端刀具产品，进口刀具的单价远远高于国产刀具，剔除硬质合金的高端刀具进口额在 40 亿元以上。
 
根据中国机床工具工业协会工具分会的统计分析，2018 年我国刀具市场总消费规模达到 421 亿元，创 历史最高记录，同比增长 8.5%。其中国产刀具约 273 亿元人民币，占比 65%；进口刀具（含境外品牌） 148 亿元人民币，占比 35%。
 
从过去我国切削工具进出口的单价看，我国切削工具进口的单价远高于出口，而且进口切削工具的价格涨幅显著高于出口，从 2007 年的 18675 美元/吨上涨至 2012 年 98931 美元/吨。
 
进口刀具中金额前三分别为经镀或涂层硬质合金制的金工机械用刀及片、其他材料制工作部件的钻孔工 具、其他硬质合金制的金工机械用刀及片；剔除硬质合金后进口前三分别为其他材料制工作部件的钻孔 工具、其他铣削工具、攻丝工具，2019 年的进口金额分别为 18.64 亿、13.61 亿和 9.12 亿元。
 
2018 年我国刀具行业的市场规模创新高，从 2009 年以来 10 年的复合增速为 5.65%。目前，我国的切削工 具市场以普通高速钢刀具为主，随着制造业转型升级和加工材料的机械性能提升，高性能高速钢、硬质合金 等先进切削材料的使用量和占比不断攀升。尽管我国切削工具的产量持续下降，但刀具的单品价值提升显著 是市场持续扩张的重要原因。
 
我国金属切削机床需求最大的行业是汽车，占比达到 45%，其次是机械和军工。根据中国机床工具工业 协会工具分会统计，2018 年会员企业刀具产品的总产值为 117.09 亿元，其中高速钢刀具产值为 54.40 亿元，占比达到 46.5%。高速钢刀具是现阶段我国刀具产品中占比最大的品类，但与排名第二的硬质合 金刀具占比差距缩小至 2.3 个百分点。
 
采用硬质合金时，切削速度比高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。在发达国家市场中硬质合金刀具占据主导地位，在我国高速钢刀具与硬质合金刀具共同主导市场。根据国际生产工程学会(CIRP)统计，硬质合金刀具已占世界刀具消费总额的 55%，高速钢刀具为 40%，超 硬刀具为 5%。近 20 年高速钢刀具产值每年递减 1.25%，而硬质合金刀具则每年递升 1.1%。在高精度、高寿命要求等关键领域要使用合金含量更高的高速钢，但传统工艺生产的高合金含量的组织会有 严重的偏析缺陷和粗大碳化物组织，进而影响断裂韧性。喷射成形和粉末冶金技术制备的高合金工具钢有晶 粒细小、组织均匀、宏观偏析小等特点，具有非常好的市场前景。粉末冶金高速钢刀具的性能优于普通高速 钢，而且在冲击负荷大的切削加工场合可替代硬质合金刀具，预计市场规模的复合增速在 10%以上。
 
粉末冶金方法首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末，然后用冷、热等静压机将粉末压实成全致 密的钢坯，再经锻、轧成材。粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀，韧性、可磨削性和尺寸稳定性 等均很好，可生产用铸锭法无法生产的更高合金元素含量的超硬高速工具钢。
 
高性能高速钢和粉末冶金高速钢应用比例呈增加趋势，在发达国家高性能高速钢应用比例达到 30%以上， 粉末冶金高速钢也已达到 20%左右。粉末冶金高速钢组织细小，其强度和韧性分别是熔炼高速钢的 2 倍 和 2.5～3 倍。目前全球粉末冶金高速钢已占高速钢年产量的 10%以上，美国应用粉末冶金高速钢的比 例超过 15%。我国高性能高速钢的应用比例只有 10%左右，粉末冶金高速钢应用比例则更低。
 
粉末冶金高速钢冶炼工艺复杂, 制造成本较高；与之相比，喷射成形制备工序少，成本较低，但产品质 量较粉末冶金差些。世界上主要由少数发达国家的 7 家企业生产粉末冶金高速钢，总产能约 2.4 万吨左右。国内的粉末冶金高速钢生产才刚起步，以目前我国高速钢刀具市场规模的 20%计将达 10 亿元以上。
 

A

模具钢的下游产业发展如何？

 
模具钢是用来制造模具的钢种，目前我国模具钢需求较大的下游行业主要有汽车、家电、电子设备和建材等制造业。受益于全球化和制造业向我国转移，过去 20 年我国模具行业主营业务收入的复合增速约为 20%， 近 10 年的复合增速约为 10%，我国模具产值已占世界的三分之一。随着低端制造业向外转移和中低端模具市场日趋饱和，国内模具制造业有朝着大型化、精密化升级的趋势，对我国的模具钢也提出更高的品质要求。
 
汽车行业是模具及模具钢消费的第一大行业，占市场总量 35%左右；家用电器行业消费模具钢约占市场总量的 20%；电脑、手机、电子设备等电子通讯行业用模具钢约占市场的 20%；塑料门窗、PVC 水管 等建材模具年需消耗模具钢约占市场容量的 15%。
 
从模具的销售额分类看，销售占比最大的是注塑模具，占比达到 45%；其次是冲压模具，占比达到 37%， 包括冷作模具和热作模具；铸造模具和其他模具占比为 9%。2018-2020年受汽车等下游行业周期和疫情的影响，我国的模具行业的市场规模在 2017 年创下历史新高后有所收缩。尽管如此，从汽车、家电和电子等行业的成长性看，我国的模具行业和模具钢的市场仍然有成长 空间。疫情冲击后我国的汽车、家电行业的需求拐点即将到来，同时 5G 渗透率提升后将迎来电子设备的更新潮，模具钢的需求有望逐步回暖。
 
汽车行业 90%以上的零件由模具成型，主要是冷作模具钢、塑料模具和热作模具钢，三类模具中冲压模具要占到一半左右。一般情况下，制造一辆普通轿车本身便需要约 1500 个模具，当中有接近 1000 个的 冲压模具和超过 200 个的内饰件模具。
 
我国目前的汽车产销量与理论峰值之间还有很大的差距，同时传统燃油车和新能源汽车新车型的数量持 续增加。我国的汽车保有量远低于美、日，汽车市场容量非常大；从销售量看，美国和日本随着日均 GDP 和国民可支配收入的增长，汽车销量持续增长至 400 万辆/亿人以上，我国 2019 年的汽车销量为 184 万辆/亿人，汽车市场理论上至少有 1 倍的成长空间。
 
得益于内需和出口的强劲拉动，我国的大家电产销量总体保持增长，同时小家电渗透率尚有较大的提高 空间。家电行业零件的 80%靠模具成型，使用量最大的是塑料模具钢（代表钢号为 P20 和 718）。我们 预计未来家电行业对模具钢的需求增长有较强的支撑。电子通讯行业 60%-80%的零部件都要依靠模具成型，其中精密冲压模具和精密塑料模具约占模具市场 的 20%左右。过去我国的计算机、通信和电子设备制造业保持了高速扩张的态势，随着 5G 渗透率提升 和电子设备更新周期的到来，我国的电子设备产销量有望扭转自 2018 年以来的下滑趋势。2.1.2 产业升级下高性能切削材料的需求持续增长
 
我国金属切削机床需求最大的行业是汽车，占比达到 45%，其次是机械和军工。根据中国机床工具工业 协会工具分会统计，2018 年会员企业刀具产品的总产值为 117.09 亿元，其中高速钢刀具产值为 54.40 亿元，占比达到 46.5%。高速钢刀具是现阶段我国刀具产品中占比最大的品类，但与排名第二的硬质合 金刀具占比差距缩小至 2.3 个百分点。