第20卷第2期2010年4月粉末冶金工业PO WDER MET ALLURGY INDUST RYVo l.20No.2A pr.2010收稿日期:2009-10-22作者简介:孙世杰(1966-),男(汉),北京人,硕士,工程师,主要从事粉末冶金材料科学与工程信息咨询工作。
近年铁基粉末冶金行业发展浅析孙世杰(北京钢友粉末冶金技术咨询中心,北京 100081)摘 要:本文分析说明了美国、欧洲和日本铁基粉末冶金行业的生产和市场状况,列举了近年铁基粉末冶金行业出现的一些比较重要的新技术,指出铁基粉末冶金行业的经济技术交流正向跨地区、跨行业和更进一步专业化的方向发展。
铁基粉末冶金行业中一些传统的交流方式可以利用网络增强,互联网上一些研究领域的信息则需要被分类整理、集中发布,形成更高效的沟通机制,提出在一些铁基粉末冶金研究领域建立研究网络的设想。
关键词:铁基粉末冶金;产业网络;研究网络中图分类号:TF12 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2010)02-0053-07ADVA NCE IN T H E FERROU S POWDER M ETALLURGYSUN Sh-i jie(Beijing Gang you Consult Center for Pow der M etallurg y,Beijing 100081,China)Abstract:T he market and pro duction of ferr ous pow der m etallurgy in America,Europe and Japan are analy sed 1Several key new techno logies are enumerated 1T he econom ic and technical exchange o f ferro us pow der metallurg y becam e mo re transregional,m ult-i industrial and spe -cialized 1The traditional w ays of ex chang e may be ex tended by w eb 1Inform ation on w eb needs to be classified and issued centralized 1A batter channel for ex chang e is necessary 1A proposal of set up som e resear ch netw or ks in this field is put fo rw ar d.Key w ords:Ferr ous Pow der Metallurg y;Industry Netw ork;Research Netw ork 从第二次世界大战末期德国工程师发现铁粉经过压制、烧结后可以用于替代有色金属制造弹箍,至今铁基粉末冶金制品的生产已经有了60多年的历史,一些铁基粉末冶金制品的生产技术已经比较成熟。
同时由于发展中国家的劳动力价格相对低廉,如果发展中国家掌握了铁基粉末冶金制品的生产技术和经营管理,发展中国家生产的铁基粉末冶金产品就会在国际市场具有很强的竞争力。
当前,随着一些新兴工业化国家的崛起,形成了一些新兴的粉末冶金市场,世界铁基粉末冶金生产和市场的格局正在改变。
为此,了解世界主要地区铁基粉末冶金行业的发展状况,研究铁基粉末冶金行业的技术创新、经济技术交流和生产,有利于我国获得和利用相关资源,从而增强我国铁基粉末冶金行业的竞争力。
1 近年欧洲、美国和日本铁基粉末冶金行业的发展和预测粉末冶金生产用铁基粉末的货运量基本可以做为衡量铁基粉末冶金行业发展状况的标尺,表1中的统计数据大致反映了近年世界主要地区铁基粉末冶金行业的发展状况。
1999年-2007年美国粉末冶金生产用铁基粉末货运量的统计见表1。
近年美国三大汽车公司汽车总产量的下降,尤其是每辆车使用达2915kg(65磅)粉末冶金零件的运动车和轻型卡车的产量下降,加剧了(2005年以来)北美地区铁基粉末冶金零件制品货运量的下降。
随着美国公司汽车产量的下降和生产的转移,2007年北美地区制造的每辆汽车中平均使用粉末冶金零件的总重量比上年减少了2% ~3%,降为略少于1915公斤(43磅),这一统计数字多年来首次出现了下降。
1999-2007年欧洲地区和日本粉末冶金生产用铁基粉末货运量统计见表1所示。
统计表明:近年欧洲地区和日本粉末冶金生产用铁基粉末的货运量仍呈缓慢增长的趋势。
近年日本和欧洲地区的汽车产量波动不大,此前日本和欧洲地区的铁基粉末冶金零件在汽车制造中的应用还没有被充分开发,日本和欧洲地区在汽车制造中平均每辆使用的粉末冶金零件总重量仍在增长。
表1美国欧洲、日本粉末冶金生产用铁基粉末货运量统计(千吨)年份199920002001200220032004200520062007美国362103631031510354103651038710358103421033018欧洲133121481514918147141581917219163131781119916日本9210101189712102111081711815123111261913119根据统计:全球钢铁粉末(其中主要为粉末冶金生产用铁基粉末)的生产总量1991年为45万吨, 2000年为70万吨,2004年为86万吨,2005年为95 ~100万吨,年平均增称率约为5%,预计到2010年,全球钢铁粉末的市场规模将增加到11913万吨。
由于1998年以来各主要钢铁粉末生产厂家不断投入扩产,据行业专家预测,目前全球钢铁粉末总的生产能力约为150~170万吨,已远远超过了实际产量和市场总需求,这种情况主要是由于1999年左右市场形势较好导致各厂家纷纷投资扩产所致。
[1]根据Laur el M1Sheppard女士主编的52007-2012年世界粉末冶金发展预测6的分析,2007年世界粉末冶金零件制品(其中主要为铁基粉末冶金零件)的销售总额约为230亿美元,预计2012年世界粉末冶金零件制品的销售总额将达到300亿美元,年增长率约为5%。
2007年北美地区粉末冶金零件制品的销售额约为50亿美元,预计2012年将增加到55亿美元,2007年欧洲地区粉末冶金零件制品的销售额约为95亿美元,预计2012年将增加到116亿美元,2007年日本粉末冶金零件制品的销售额约为12亿美元,预计2012年将增加到14亿美元,粉末冶金工业发展相对成熟的西欧、北美和日本等地区的企业正在向其他地区尤其是中国、印度和东欧等地区寻求发展。
[2]2近年铁基粉末冶金制品领域的新技术开发和应用由于一些传统的合金化材料的价格一度大幅上涨,粉末冶金制造企业被迫寻求新的替代材料以降低生产成本,市场压力对传统粉末冶金合金的成分提出了挑战。
现在使用的合金化材料如:钼、镍和铜等的价格近年来曾大幅增长,迫使粉末冶金生产企业寻找其他可以替代的材料。
钼、镍和铜与氧的亲和力较弱,添加钼对铁基粉末的压缩性几乎没有什么影响,铜在铁基合金的烧结温度呈液相,因而铜在铁基合金中容易合金化。
添加钼、镍和铜后均可增加钢的硬度,都可以形成烧结硬化。
根据对欧洲市场使用钼、镍和铜作为合金化元素材料的研究,H o eg anaes有限公司的Bruce Lindlsey先生认为:从平衡材料的机械性能和生产成本方面考虑,合金可烧结硬化是考虑选择的一个重要因素。
过去制造的烧结炉降温的速度慢,为了能在烧结态形成马氏体组织,传统的烧结硬化钢中的钼、镍、铜和碳的含量相对较高,随着烧结炉中快速冷却区技术的出现,在一些低合金钢中也可以在烧结后形成马氏体组织。
在合金元素价格低时,多使用合金元素更容易形成马氏体组织,可不必考虑粉末冶金制品的几何尺寸和冷却速度。
Anco rsteel737SH (M PIF FL-4800)含1125%的钼和114%的镍, Anco rsteel737SH具有良好的压缩性和硬化性能,虽然这种合金价格昂贵,但是如果制作的零件尺寸较大,或者是烧结后不能快速冷却,则只有使合金元素的含量高,才能确保烧结硬化。
在材料的价格上涨后,有必要减少合金元素的使用量,为了在低合金钢中形成马氏体组织,可以采取的措施有:延长烧结时间和增加冷却速度,根据每个零件的实际冷却速#54#粉末冶金工业第20卷度确定烧结硬化所必需的最低合金含量。
降低原材料价格的途径主要有两个,其中一个方法是使用低成本的合金元素如:铬和锰,添加这些合金元素可明显增加钢的硬度,但是铬和锰易氧化,增加生产成本。
使用铬和锰作为合金化元素,可在碳含量较低的情况下形成马氏体组织,形成低碳马氏体结构可提高材料的力学性能,并且制品在烧结后的形变较小。
含铬的Ancorsteel4300和A ncor-steel4300L就属这类合金,在碳含量小于或等于016%(质量分数)的情况下烧结后易形成马氏体结构。
降低原材料价格的另一个途径是降低合金元素的使用量,一些拥有了快速冷却能力的粉末冶金零件生产企业,适当降低合金元素的添加量,也可能制造出符合要求的产品,按照这种设想一种低成本的烧结硬化合金正在被开发[3]。
211高密度粉末冶金材料当前高密度粉末冶金材料仍然是铁基粉末冶金研究领域的热门技术开发方向之一。
在2002年美国金属粉末工业联合会的年度会议上,瑞典H ydro-pulsor AB公司推出了一项名为/高速压制0的粉末冶金新技术,并开发出了可压制高密度粉末冶金坯料的第一代高速压机。
2005年2月瑞典H ydr opu-l sor AB公司与其美国分销商Gasbarr e产品有限公司在美国宾夕法尼亚州Gasbar re产品有限公司的生产厂联合展示了H ydropulsor AB公司开发的第三代高速压机,并当场启动运行了H ydropulsor H YP35-40等型号的压机。
H ydropulsor AB公司现在可以供应2000t、900t、350t及100t的高速压机,其中的100t高速压机是为科学研究设计制造的。
H ydr opulsor AB公司方面认为使用这些高速压机可以比常规方法更经济地生产高密度、高性能的粉末冶金零件制品。
H y dro pulso r AB公司制造的高速压机使用与传统压机相同的粉末原料,但是通过一次压制可以制造出更高密度的压坯,并且每个压坯的密度高度均匀,使用高速压机制作的生坯,在烧结后零件的公差很小,使用高速压机可以压制重至5kg的零件,压制和精整可以在同一台高速压机上完成[4]。
现在高速压制技术已被应用于制造高密度、高强度的粉末冶金零件制品。