硬质合金工业的进展_1_

硬质合金工业的进展(1)张荆门3(株洲硬质合金厂,株洲　412000)摘　要:　介绍了当前世界硬质合金工业的现状及近十五年来的技术进展。

估计现在全世界的硬质合金年产量约为33000t 。

比十年前增长了约10%。

如果不考虑前苏联地区,世界其余地区的年增长率近十年约为214%。

介绍了瑞典山特维克(Sandvik )公司、美国肯纳金属(K ennametal )公司、以色列依斯卡(Iscar )公司及日本硬质合金工业概况。

较为详细地介绍了近十五年来粉末原料制取工艺、超细硬质合金、梯度组织硬质合金、表面涂层工艺(CVD 和PVD )、成形工艺及生产过程自动化等六方面工业生产的技术进展。

关键词:　硬质合金工业Progress of Cemented C arbide Industry(1)Zhang Jingmen(Zhuzhou Cemented Carbide Works ,Zhuzhou 412000)Abstract :The status quo of the cemented carbide industry in the world and its technical progress in lute fifteen years were presented.It is estimated that the annual production of cemented carbide is about 33000t worldwide today and increases 10%than ten years ago.The annual growth rate was about 2.4%exduding former S oviet Vnion.The ce 2mented carbide industry of Sandvik AB in Sweden ,Japan ,K emametal in US and Iscar in Israel were described in de 2tail.The production technical progress in late 15years were presented in detail ,including powder production technol 2ogy ,ultrafine cemented carbide ,gradient structure cemented carbide ,coating technology (CVD and PVD ),forming technology and production process automation.K ey w ords :cemented carbide industry3张荆门,教授级高工,长期从事硬质合金材料与制品研究收稿日期:2001-11-081　主要生产企业全世界2000年的硬质合金产量估计为33000t 。

按地区分布的产量如下:中国8500t [1];美国约6000t ;日本4500t [2];印度约1500t ;独联体约2000t ;欧洲其余地区约8500t ;世界其余地区约2000t 。

世界总产量与10年前相比,增加了大约10%。

但是各地区的状况是很不相同的。

这主要表现在独联体地区的产量急剧下降和中国的产量高速增长。

10年前,前苏联地区的硬质合金年产量为7000t ,十年间降低了70%以上。

相反,中国的产量增加了4000t [3],增长84%。

此外,日本增加了1000t [2];欧洲其它地区增加了1500t 以上;世界其余地区增加了1500t 。

也就是说,如果不是独联体地区产量的减少,世界硬质合金产量的年增长率应当大约是214%左右。

最近十年增加的产量中,金属切削用的可转位刀片增加较少,其它产品(主要是耐磨零件)增加较多。

例如,加工集成电路板的硬质合金微钻(非金属切削),高速线材轧机用的硬质合金轧辊,生产合成金刚石的硬质合金反应室以及筑路用的挖路齿等。

目前全世界约有600～700家企业生产硬质合金。

其中,实力最强的是总部设在瑞典的山特维克(Sandvik )公司和总部设在美国的肯纳金属(K en 2nametal )公司。

2000年世界硬质合金及其工具的总销售额应当超过1994年估计的88172亿美元,而他们两家共占约40%。

山特维克是欧洲最大的硬质合金生产者和供货商,也是全世界最大的硬质合金生产者和供货商。

第20卷第3期2002年6月 粉末冶金技术Powder Metallurgy T echonology Vol.20,No.3J un.2002它的硬质合金的94%在国外销售,而且大部分(超过2000t)是在国外生产的。

山特维克是硬质合金行业最大的跨国公司。

1999年底,它在全世界58个国家和地区设有子公司[4]。

还在未设子公司的许多国家或地区设有办事处。

它的总资产约合40亿美元[4]。

在硬质合金及其工具方面,1999年的销售收入约合1813亿美元。

山特维克集团有三个子公司[4](不包括它控股的Seco工具公司)生产硬质合金及其工具。

它们是专门生产可转位刀片的可诺满公司,专门生产凿岩(包括水泥)工具的凿岩工具公司(现改名为采矿与工程工具公司),和主要生产耐磨零件的硬质材料公司。

后者还生产和开发陶瓷(如假牙等)产品。

自1992年从专门生产轴承的SKF公司收购了切削工具公司(Cutting Tool Technology,简称CTT Tools,全世界最大的高速钢工具生产公司)之后,将CTT 与可诺满合并成山特维克工具制造公司(Sandvilk Tooling)。

山特维克硬质合金生产系统近五年的销售额见表1[4]。

表1　山特维克硬质合金系统的销售额(百万瑞典克朗)公司19951996199719981999可诺满71846984805085278358采矿与工程工具73503810039600393798808硬质材料12241209136114551497 3形式发票的数据 山特维克集团1999年用于研究和开发的经费将近111亿美元[4],约占集团销售收入的2183%。

其中,专门生产硬质合金可转位刀片及刀具的可诺满公司一家就占了将近一半,约合5000万美元。

肯纳金属公司也是硬质合金行业的一个大跨国公司。

它与山特维克不同,除了硬质合金及其工具以外,不生产其它产品。

就这方面而言,它的生产规模与山特维克相近。

它1999年的销售收入为19亿美元[5]。

但同年的净利润只有5430万美元[5],大约只有山特维克硬质合金系统的四分之一。

肯纳金属1999年的总资产为20亿美元,,它用于这方面科研开发的经费只有销售额的1%左右, 1999年是1880万美元[5]。

这个比例只有山特维克集团的三分之一强,绝对值只有可诺满的分三分之一强。

日本的硬质合金企业中虽然没有像山特维克和肯纳金属公司那样的大公司,但它也是一个硬质合金生产大国。

日本有超硬工具协会,参加协会的企业共42家[6]。

其中5家不生产硬质合金,是专门经营进口的。

从事生产并经营进口的企业中,规模较大、品种齐全的有东芝Tungaloy、住友电气、日本钨、三菱材料、日立工具和Diejet等6家公司。

就产量而言,日本的硬质合金工业是全世界增长最快的(图1)。

它1972年的产量只有1075t[7],而2000年达到4551t,比历史最高水平的1997年增长10%强。

30年翻了两翻。

图1　1980～1999年日本硬质合金产量与工具销售额141第20卷第3期 张荆门:硬质合金工业的进展 日本硬质合金工业的另一个特点是近7年来,硬质合金销售额中,切削工具的份额都在63%～67%之间,1998～2000年都是67%,而凿岩工具只有4%左右[6]。

耐磨零件的销售额为24%左右, 1998～2000年都是22%[6]。

日本既出口,也进口硬质合金。

但出口大于进口:2000年出口额为43744百万日元,进口额为22579百万日元,出口金额是进口的194%。

日本硬质合金出口的市场大小顺序是:东南亚(超过其总出口量的50%)、北美和欧洲。

日本硬质合金进口原产地国按数量多少的顺序是:美国、瑞典、中国、韩国、德国、以色列、英国、泰国。

需指出的是,日本可转位刀片进口的5815%来自瑞典和以色列[6]。

美国虽是日本硬质合金的第一大进口国,但可转位刀片却只有瑞典或以色列的1/7～1/8。

从日本硬质合金的进口情况可知,以色列在其进口总量中排第六,但它的可转位刀片却排第二。

以色列只有唯一一家硬质合金公司依斯卡。

依斯卡主要生产硬质合金轻型切削刀具和发动机涡轮叶片。

切削刀片的生产能力约为每年300t。

1994年的实际产量小于200t,切削工具的年销售收入约为2亿美元。

它的切削工具96%销往美国、欧洲和日本。

当时销售额的递增速度已连续两年达到30%。

1990年,该公司就已经在北美、欧洲、南非的16个国家,即除日本以外的所有发达国家和较发达国家设立了分公司。

同时,它在全世界还有20个代理机构。

1998年,它又花115亿美元收购了韩国大韩重石公司。

它包括钨矿山、钨冶炼到硬质合金生产。

这就大大加强了它在世界硬质合金行业中的地位。

2　主要技术进展就工业生产而言,近十五年来的技术进展主要表现为如下六个方面。

211　硬质合金原料粉末制备工艺有重大进展21111　铝热还原(碳化)工艺[8]铝热工艺是由钨精矿在一次熔炼过程直接生产出碳化钨。

它以铝作为还原剂,以CaC2作为钨碳化的碳源。

钨原料既可以是黑钨精矿,也可以是白钨精矿或人造白钨,还可以是钨的氧化物,如:WO3。

为了保持炉内足够高的反应温度,加入溶媒Fe3O4 (轧钢铁鳞)是必要的。

这四种物料就是过程的反应物或原料。

过程的主要反应如下:黑钨精矿:6Fe(Mn)WO4+3CaC2+14Al=6WC+6Fe (Mn)+3CaO+7Al2O3白钨精矿:6CaWO4+3CaC2+10Al=6WC+9CaO+ 5Al2O3WO3:6WO3+3CaC2+10Al=6WC+3CaO+5Al2O3氧化铁:3FeO+2Al=3Fe+Al2O3为了保证碳化钨达到化学计量的含碳量,必须确保反应温度不低于2482℃。

20t的原料(反应物),可产生大约614t的碳化钨晶体。

反应时间大约40min。

但冷却过程较缓慢,需要持续五天。

钨精矿中未被铝还原的杂质绝大部分进入熔渣:其中98%为铝酸钙(CaO・Al2O3),其余为SiO2・FeO、MnO和MgO。

某些痕量元素,如Mo、Ti、Ta、Nb等都形成碳化物。

为了减少这些碳化物的含量,对钨精矿要加以选择。

在随炉冷却过程中,某些细小的WC晶体会长大到超过6135mm。