журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
2003 год
2004 год
рубрики
ТЕМА НОМЕРА

ИТОГИ И ТЕНДЕНЦИИ

КОМПАНИИ И РЫНКИ

ТЕХНОЛОГИИ

РЫНОК ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"Металлы мира" – №5, 2001

ТЕХНОЛОГИИ

Стратегическое отступление инструментальной стали

В последние годы ей пришлось уступить часть рынка карбидным инструментам

Существует множество разнообразных технологий производства деталей машин и механизмов, однако почти каждая из них включает стадию механической обработки, на которой осуществляются обрезка излишков металла и обтачивание детали для придания заданной формы. Необходимые для этого инструменты – резцы, фрезы и сверла – обычно изготовляют из быстрорежущей инструментальной стали (HSS). Однако в последнее время этот материал уступил значительную долю инструментального рынка конкурирующим карбидам.

Наступление конкурентов

Карбиды – это группа более твердых, чем сталь, материалов. Изготовленные из них инструменты можно использовать при более высоких температурах, что позволяет увеличивать скорость резки металла. С другой стороны, карбиды значительно уступают HSS в отношении упругости и быстрее разрушаются. Наиболее опасны для этих инструментов вибрация станка в процессе работы, а также моменты пуска и остановки.

Тем не менее, интенсивные технологические разработки открывают перед этими материалами широкие возможности. Новейшие металлообрабатывающие станки, в основном, автоматизированы, а уровень вибрации при их функционировании довольно низкий; это позволяет в большей степени унифицировать последовательность циклов обработки от изделия к изделию. Кроме того, эти станки очень жестко фиксируются, благодаря чему их режущий инструмент меньше подвергается случайным воздействиям. Наконец, возможность увеличить скорость резки весьма привлекательна в плане роста производительности, а ужесточение экологических требований усиливает тенденцию к переходу от системы жидкостного охлаждения детали к сухой механической обработке. Оба фактора повышают рейтинг инструментов, способных выдерживать более высокие температуры. Да и, к тому же, процесс непрерывных усовершенствований в авиации (в меньшей степени – в автомобильной промышленности) требует все более широкого использования сплавов, трудно поддающихся механической обработке.

Карбидные инструменты для механической обработки металлов появились несколько лет назад на рынке, который до этого безраздельно принадлежал быстрорежущей стали. Тогда начали производить сверла с карбидной режущей кромкой, а затем и инструменты из монолитного материала. Многие бывшие потребители HSS уже переключились на использование карбидов: например, за 3-5 лет инструментальная сталь утратила половину рынка концевых фрез.

Ключевые характеристики, обеспечивающие конкурентоспособность инструментальных материалов, – твердость, допустимые скорость и глубина резки, а также возможная быстрота подачи детали. Очевидно, что в этом отношении у производителей HSS накапливаются проблемы. На фоне появления мощного стационарного оборудования для высокоскоростной механической обработки металлов пригодность карбидов для изготовления инструментов сложного профиля, в частности – концевых фрез, представляет значительную угрозу для присутствия HSS на инструментальном рынке.

Сверла – это еще одна сфера, откуда цементированные карбидные инструменты могут вытеснить быстрорежущую сталь. При высокой производительности карбидные сверла позволяют выполнять более точную обработку деталей. При этом, в некоторых случаях можно исключить из процесса последующие операции развертки и расточки отверстий. Увеличивается применение твердых карбидных инструментов и в других сферах, в частности, в производстве пресс-форм и шаблонов, необходимых для изготовления пластмассовых и полимерных изделий.

В настоящее время быстрорежущая сталь доминирует в сфере инструментов для нарезки резьбы, поскольку эта завершающая операция идет при меньших скоростях. Кроме того, при изготовлении червячных фрез (инструменты большого диаметра, предназначенные для нарезки зубчатых колес) также используется только сталь HSS: при высокой стоимости карбидов производить из них крупногабаритные инструменты экономически не выгодно.

Режущая кромка инструментов из HSS может быть изготовлена весьма острой, но она сравнительно быстро тупится; инструменты из этого материала быстро нагреваются, и сталь теряет твердость. При этом карбиды сохраняют свои характеристики при более высоких температурах, а прогресс в технологии их производства обеспечивает уменьшение хрупкости благодаря использованию субмикронных компонентов с повышенным содержанием кобальта.

Помимо эксплуатационных характеристик, огромное значение имеют экономические факторы. Карбидные инструменты стоят в десять раз дороже, чем изготовленные из быстрорежущей стали. В машиностроении имеется множество предприятий, которые выпускают небольшие партии различных видов продукции по спецзаказам. Поскольку для изготовления разных типов деталей требуются различные наборы инструментов, использование дорогостоящих карбидных в этом малосерийном производстве нецелесообразно.

Еще одна рыночная ниша для стали HSS – компании, использующие устаревшие станки и оборудование. В этом секторе относительная хрупкость карбидов выходит на первый план. С другой стороны, изготовители специальных деталей ответственного назначения используют более современное оборудование, они заинтересованы в снижении производственных затрат в долгосрочном плане и становятся непосредственными потребителями карбидных инструментов.

По оценкам экономистов компании Kennametal Hertel (Великобритания), карбиды и сталь HSS делят рынок высокоскоростных режущих инструментов в соотношении 60:40, и доля карбидов продолжает стабильно расти. Хотя сталь заняла прочные позиции в ряде сфер (например, сверление глубоких отверстий малого диаметра) и ассортимент стальной продукции расширяется, все же использование карбидных инструментов идет более интенсивно.

Аналитики Kennametal полагают, что обоим типам материалов суждено еще долго присутствовать на рынке, но доля быстрорежущей стали неуклонно будет сокращаться по мере появления все более сложного оборудования для обработки металлов. Однако, по мнению специалистов компаний Bohler-Uddeholm и Erasteel, крупнейших в Европе производителей стали HSS, у каждого из этих материалов имеются свои ниши. По оценкам Erasteel, в частности, они паритетно делят рынок (50:50), причем, основная сфера использования карбидов – режущие кромки инструментов.

Более благодушны производители карбидов, у которых нет нужды беспокоиться о возможной утрате бизнеса. По мнению Терри Рейнолдса, генерального директора британской фирмы Sumitomo Electric Hardmetal (крупный поставщик карбидных инструментов, которые изготовляет ее родительская компания в Японии), на инструментальном рынке достаточно пространства как для карбидов, так и для быстрорежущей стали.

Технологии против технологий

Около пяти лет назад по мере нарастания конкуренции между карбидами и HSS производители обоих материалов начали интенсивно изучать возможности улучшения их эксплуатационных характеристик. Наибольшие перспективы в этом отношении открывались для нанесения покрытий: были получены прекрасные результаты с такими соединениями как нитриды титана (TiN) и алюминия (AlN), а также карбидно-титановые нитриды (TiCN). Однако карбиды и без покрытия обладают высокой износостойкостью, так что эти разработки не дали значительного усовершенствования материала.

Иначе обстоит дело с HSS: комбинация характерной для стали большой ударной вязкости с высокой износостойкостью нитридного покрытия значительно повысила конкурентоспособность материала. Производители HSS продолжают разработки оптимального состава покрытий и способов их нанесения. По мнению технологов Bohler и Erasteel, в этом плане наиболее перспективны соединения алюминия: покрытие из нитрида алюминия позволяет использовать стальной инструмент без жидкостного охлаждения обрабатываемой детали, поскольку в процессе резки образуется оксид алюминия, защищающий поверхность инструмента.

Усиление тенденции к использованию методов сухой резки металлов укрепляет позиции карбидов на инструментальном рынке. В связи с этим производители HSS интенсифицируют разработки новых технологий для улучшения эксплуатационных характеристик стальных инструментов, главным образом, в плане увеличения скорости резки. Использование методов порошковой металлургии (ПМ) уже позволило получить материалы с более высокой ударной вязкостью, чем у карбидов и HSS, при более высокой, чем у стали, износостойкости (правда, меньшей, чем у карбидов). Такая комбинация характеристик – весьма серьезная заявка на успех, тем более что имеются значительные возможности дальнейшего усовершенствования материалов ПМ.

По мнению производителей стали, в долгосрочном плане именно ПМ обеспечит HSS присутствие на инструментальном рынке. Материалы ПМ менее других уязвимы на пусковом моменте процесса резки. В настоящее время для производства быстрорежущей инструментальной стали ПМ обычно используют сплавы, содержащие 8% кобальта, 10% вольфрама, 5% ванадия, 5% хрома, 2% молибдена и 1,6% углерода. Компания Bohler построила в Австрии завод стоимостью $15 млн. для производства порошковых металлов, который был введен в действие в конце 1999 года. Это позволило Bohler отказаться от закупок дорогостоящего сырья и добиться значительных успехов в повышении качества материалов ПМ.

На сегодняшний день основные преимущества карбидов – более высокие скорости резки и подачи деталей, а также износостойкость; существенные недостатки – относительная хрупкость, низкий предел возможной глубины резки и высокая себестоимость. При этом, производители HSS уже получили материалы, допускающие заметно большую глубину резки обрабатываемой детали при повышенной скорости ее подачи, что позволяет снимать более толстый слой металла за прогон, хотя и при менее высоких оборотах шпинделя. Кроме того, имеются значительные возможности для усовершенствования характеристик материалов ПМ, а производители карбидов разработали технологию производства комбинированных инструментов, состоящих из двух материалов с различными характеристиками. Тем не менее, стоимость карбидов по-прежнему в десять раз выше, чем HSS, и в 3-5 раз превосходит ПМ.

Производители стали и стальных инструментов также объединили усилия в борьбе за рынок. С прошлого года активную научно-исследовательскую и пропагандистскую деятельность начала организация High Speed Steel Research Forum (HSS Forum), уже насчитывающая 15 членов. Основные ее задачи – обмен информацией и повышение уровня осведомленности участников рынка о новейших достижениях в части улучшения характеристик HSS и инструментов из нее, о возможном расширении сфер использования инструментальной и быстрорежущей стали, а также реклама коммерческой целесообразности применения именно таких инструментов. Это открывает дополнительные возможности при заполнении различных рыночных ниш и укрепляет позиции стали на инструментальном рынке.

По оценкам Bohler, мировое потребление быстрорежущей стали относительно стабильно; его объемы (исключая Китай) составляют 75-80 тыс. т в год, причем, около 10% этого рынка – материалы ПМ. Спрос на этот материал особенно не активизируется, но нет и заметного спада: улучшение эксплуатационных характеристик открывает материалам новые сферы применения.

Цены на HSS находятся тоже без изменений. По мнению специалистов Erasteel, после прошлогоднего подъема на 2-3% во втором квартале текущего года средние цены несколько снизятся, примерно на 1%, а объемы продаж компании сократятся на 2-5%, частично вследствие спада в американской экономике. В Японии, Корее и на Тайване накопились избыточные запасы, но на европейском рынке спрос и поставки сбалансированы. По прогнозу Bohler, во втором полугодии спрос на инструментальную быстрорежущую сталь несколько уменьшится, в результате чего снизятся цены на наиболее массовые (если здесь применима такая фомулировка) низколегированные сорта, в частности, зачищенные и волоченые прутки. Однако, при этом, продолжится рост цен на отдельные дорогостоящие материалы, включая ПМ, а также полосовую и листовую быстрорежущую сталь. В целом, по мнению специалистов обеих компаний, рынок останется на прежнем уровне, и его оборот в текущем году составит 80-100 тыс. т (на этот раз, считая Китай, который остается в большой степени неизвестной величиной на этом рынке). Крупнейший производитель быстрорежущей и инструментальной стали в мире – по-прежнему Erasteel, чей выпуск (порядка 30 тыс. т в год) соответствует, примерно, трети годового мирового потребления.

Мария Антонова,
по материалам Metal Bulletin Monthly

 
© агенство "Стандарт"