2022中國工模具材料及配件大全

合金元素對冷作模具鋼淬回火硬度的影響

藤松 威史·橫井 大円·辻井 信博

于 紅（譯）

（東北特殊鋼集團股份有限公司技術中心，遼寧大連 116105）

【摘要】研究了C、Cr、V合金元素對高碳高合金冷作模具鋼淬回火硬度的影響。①P值（P：-

137.5C+10.5Cr-8.75Mo +77.5V）是衡量Ms溫度變化的一個重要因素，是通過計算殘余奧氏

體量（γR）和淬火鋼的硬度（HQ）得到；②Ms溫度隨P值的增加呈線性遞增，γR的量則減少，HQ

值首先遞增，在P值約為-50時HQ達到峰值；③P值在-40和-70之間，通過合理設計C、Mo和

V的含量，與γ相固溶體得到高H（T HT：鋼的淬回火硬度），高HT通過少量的γR和充分的二次硬

化效果獲得的，主要是Mo和V的碳化物質(zhì)點的二次析出所產(chǎn)生的硬化效果；④通用冷作模

具鋼在常規(guī)奧氏體化溫度（1,323K）時，P值為-50 左右，HT可以達到64HRC以上。

關鍵詞：高碳冷作模具鋼；Ms溫度；殘余奧氏體；淬回火硬度；二次硬化

中圖分類號：TG162；TG142 文獻標識碼：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.02.024

Effects of Alloying Elements on Hardness of Quenched

and Tempered Cold Work Tool Steel

Yu Hong

（Technology Center of Dongbei Special Steel Group Co.，Ltd., Dalian, Liaoning 116105, CHN）

【Abstract】In this study, effects of C,Cr,Mo and V alloying on hardness of quenched and tempered

high carbon cold work tool steels were investigated and summary is as follows:①The P value

(P:-137.5C + 10.5Cr-8.75Mo + 77.5V) which is a useful factor to explain variations of Ms

temperature ,amount of retained austenite (γR) and hardness of quenched steel (HQ) is obtained；

②Ms temperature increased linearly with the P value. Accordingly, amount of γR decreased. HQ

increased with the P value up to -50 and showed the maximum at the point；③In the P value

between -40 and -70,it was expected that C,Mo and V formed an optimum balance of solid

solution with γ phase for acquisition of high HT(HT: the peak hardness of quenched and tempered

steel).And high HT will be obtained by low amount of γ R and sufficient second hardening

precipitates on a basis of Mo and V carbide；④Steels with the P value near -50 achieved High HT

over 64HRC under conventional austenitizing temperature (1,323K) of general cold work tool steels.

Key words：high carbon cold work tool steel；Ms temperature；retained austenite ；quenched and

tempered hardness ；second hardening precipitate

1 引言

近年來，隨著塑性加工技術的不斷進步，大力倡導

精品模具，近終形產(chǎn)品，用于制造螺栓、汽車部件等的

精細冷沖模材料由于硬度不足造成尺寸精度下降的問

題屢見不鮮。通過塑性變形均勻使組織均勻化的同

時，還要具有必要的強度和硬度。通過精細加工，對模

具材料保持高度的尺寸精度、抵抗磨損消耗的要求越

來越高，高的強度和耐磨性是模具材料的最基本要求，

具有代表性的冷作模具鋼SKD11淬回火硬度可以達到

60HRC以上，以滿足使用要求。從SKH51高速工具鋼

·合金元素對冷作模具鋼淬回火硬度的影響·

·59·

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到SKS3合金工具鋼都有淬回火硬度要求，高速鋼系列

普遍要求高溫淬火（≥1,423K），而合金工具鋼SKS3耐

磨性略低，一般經(jīng)高溫回火產(chǎn)生二次硬化效果，通常需

要經(jīng)過673K以上PVD及滲氮表面處理。大力開發(fā)新

型冷作模具鋼，具有高速鋼的硬度同時兼顧韌性配合

是冷作模具鋼的發(fā)展趨勢。高速鋼與SKD11相比，需

要較高的淬火溫度，使用范圍具有局限性。

綜上所述，高性能冷作模具鋼開發(fā)的關鍵點：①具

有高速鋼系列的高硬度（≥64HRC）；②可以進行表面

硬化處理（經(jīng)2次高溫回火）；③經(jīng)與廣泛應用的冷作

模具鋼具有等同的熱處理條件（1,303～1,323K）后，可

以得到良好的硬度。本研究旨在采用與廣泛應用的冷

作模具鋼經(jīng)同等的淬回火工藝，通過成分計，合理的合

金元素配比，開發(fā)淬回火硬度不小于64HRC的新型冷

作模具鋼。

2 Ms點、γR及合金元素的影響

2.1 實驗方法

被稱作影響冷作模具鋼淬回火硬度的主要合金

元素：C、Cr、Mo、V（4 因子），成分設計：重量（%）：

0.90%~1.10%C，5.00%~7.50%Cr，3.00%~5.00%Mo，0~

0.50%V 范圍設定。其他合金元素（Mn、Si、Ni 等）適

量。經(jīng)真空精煉爐澆注 100kg 的鋼錠進行實驗，在

1,348K 鍛造加工成直徑?30mm 棒材，再經(jīng) 1,143K 退

火處理。試料的奧氏體溫度（以下簡稱γ化溫度）采取

廣泛應用的冷作模具鋼1,303K、1,323K兩個溫度保溫

1.8ks，空冷淬火，對淬火硬度（以下，HQ），Ms點及γR進

行測定。如圖1所示，測定冷卻時熱膨脹曲線的轉(zhuǎn)變

點 Ms 點。在溫度 773~873K 保溫 3.6ks 后空冷，經(jīng)兩

次回火，測定最高的淬回火硬度（以下HT），以上材料

的生產(chǎn)及實驗過程如圖2所示。

圖1 本研究Ms溫度的定義

圖2 實驗過程

2.2 實驗結果及分析

（1）Ms溫度及合金元素的影響。

高硬度的冷作模具鋼成分設計、Ms 點溫度及碳

化物的控制是目前極為重要的課題。C、Cr、Mo、V是

工模具鋼具有代表性的合金元素。碳溶于γ-Fe晶格

間隙中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，具有面心立方

結構，為高溫相，強度和硬度比鐵素體高，塑性和韌性

良好，并且無磁性，具體力學性能與含碳量和晶粒大

小有關。隨著碳含量的增加，Ms點降低，碳含量的增

加，殘余奧氏體（以下，γR）增加，導致淬火硬度降低。

Cr、Mo、V是強碳化物形成元素，有增加硬度、耐磨性

的作用，Cr和Fe形成連續(xù)固溶體，與碳形成多種碳化

物，增強耐磨性。Mo、V經(jīng)高溫回火特殊碳化物沉淀

析出，彌散分布，實現(xiàn)二次硬化。眾所周知，Mo有降

低Ms點的作用，但不甚顯著，Cr使Ms溫度下降，作

用僅次于C、Mn，如果Cr以碳化物形式存在于奧氏體

中，將相對減少奧氏體中Cr和C的濃度，反而使Ms點

升高，所以真正對Ms點的升降具有決定作用的是淬

火時Cr在奧氏體中的濃度。V對Ms點及淬火后的殘

余奧氏體含量的影響也取決于它在鋼中的存在狀態(tài)，

當 V 固溶于奧氏體中時，降低 Ms 點，并增加殘余奧

氏體含量，但若以碳化物微粒狀態(tài)存在時，將產(chǎn)生相

反的結果。諸多的Ms計算公式進行了綜合考慮[1~3]

。

Lzumiyama對二元系平衡相圖中合金元素對 Ms溫度

的影響進行調(diào)查[4]

，V對Ms點也有上升作用。而且，通

過對高碳工具鋼的Ms溫度實測，與歷來采用的低合

400 600 800 1000 1200

溫度

Ms

長度變化

真空感應熔煉

?180,100kg ingots

[C]0.90~1.10mass%

[Cr]5.00~7.50mass%

[Mo]3.50~5.00mass%

[V]0~0.50mass%

鍛造（at1348K）

?180→?30

退火（at1143K）

奧氏體化

1303, 1323K-1.8ks, AC

溫度

773~873K-3.6ks, AC, ×2

測量HQ、γR

測量HT

·合金元素對冷作模具鋼淬回火硬度的影響·

·60·

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金鋼的Ms溫度計算公式存在很多分歧[1~7]

。在這里，

C、Cr、Mo、V與基體固溶，形成碳化物、奧氏體中實際

存在的濃度都要充分考慮。

本研究以實驗測定為基礎，求得 Ms 點及相應合

金元素比例。如圖3所示，C、Mo的增加使Ms降低，特

別是C的影響較明顯。這并不與歷來的Ms計算公式

相悖。Cr、V在一定成分范圍內(nèi)使Ms點升高，在這里

Cr、V以碳化物形式存在于奧氏體中，將相對減少奧氏

體中的C、Cr、V的濃度，因而使Ms點升高。在這里合

金元素的影響（重量%）對Ms溫度的綜合影響提出參

數(shù) P，P 值計算與歷來 Ms 計算公式一樣，合金元素對

其影響呈線性分布。

Pvalue=-137.50C+10.50Cr-8.75Mo+77.50V（mass %）

（1）

式中，C，Cr，Mo，V為熔煉分析。

圖3 合金元素變化對Ms溫度的影響

（2）P值、Ms點及γR關系。

首先，如圖4所示，經(jīng)整理后三者關系示意圖。由

圖可以看出：P值與Ms呈線性正比例關系，其線性方

程式如式（2）所示。

圖4 合金元素變化對殘余奧氏體的影響

Ms（K）=445.74+1.03P（r

2

=0.79） （2）

從圖4可以明顯看出，隨著Ms的增加，淬火狀態(tài)

的γR降低。在這里，Ms點的上升與淬火狀態(tài)下馬氏體

的變化相關。在高溫回火時，產(chǎn)生二次硬化，這種硬

化作用是由于大量殘余奧氏體在回火后冷卻時轉(zhuǎn)變

或分解而造成的，和釩、鉬等碳化物形成元素，在淬火

后回火時，其特殊碳化物形成、沉淀析出、彌散分布所

導致的二次硬化機理并不相同。

（2）淬回火硬度與P值。

其次，如圖5所示，經(jīng)整理后P值、HQ、HT關系示意

圖。隨著P值的增加，γR減少，HQ單調(diào)增加，從實驗結

果可以看出：P=-50 左右有最大值。C 對 P 值的影響

最為顯著，高C區(qū)域（P值?。╇S著γR增加HQ減少，低C

區(qū)域（P 值大）馬氏體中固溶 C 含量減少造成 HQ降

低。可以看出HT與P值有明顯的關系。但成分設計

確保HQ＞63HRC時，HT≥64HRC的范圍；通過合金元

素配比在滿足而 HQ≥64HRC 時，對于 P 值（P=-40～

-70）的范圍，進行合理成分設計，穩(wěn)定控制 HT≥

64HRC。

圖5 合金元素對硬度的影響

3 淬回火硬度及P值

3.1 實驗方法

如上所述，由圖5可以看出，P值控制在-40～-70

范圍內(nèi)可以得到不小于 64HRC 的淬回火硬度。這

里，由圖4可知，HQ峰值時大約在P=-50左右，成分重

量%約：0.90%～1.10%C，5.00%～8.00%Cr，3.00%～

5.00%Mo，0.40～0.90%V 的 H1～H4 鋼種的成分設計

（見表1）。

C Cr Mo V

奧氏體溫度1,303K

奧氏體溫度1,323K

Ms下降

Ms上升

200

50

00

50

0

50

00

-150

-200

溫度變化（K/質(zhì)量分數(shù)

%）

-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

P值

60

50

40

30

20

10

0

殘余奧氏體量γ（R vol%）

500

450

400

350

300

250

Ms溫度（K）

Ms temp.K

γR，%

奧氏體溫 at1303K, 1323K

（r

2

=0.79）

-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20

P值

68

66

64

62

60

58

56

54

硬度，HRC

HQ：淬火硬度

HT：淬回火硬度峰值

奧氏體溫度 1,303K 1,323K

·合金元素對冷作模具鋼淬回火硬度的影響·

·61·

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表1 鋼的化學成分與P值 %

試驗材料的生產(chǎn)工藝如圖 2 所示，γ化溫度分別

設定為：1,303K、1,313K、1,323K 3 個溫度，開始測定

HQ、HT、γR。如表2所示，采用電解析出，X射線測定碳

化物。

表2 電解提取條件

3.2 實驗結果分析

（1）H1～H4鋼的硬度、Ms點及γR。

H1～H4 鋼的 HQ、HT、Ms 點及γR如表 3 所示。在

1,303K 奧氏體化時，全部鋼種 HT＜64HRC，1,323K 奧

氏體化時，全部鋼種達到HT≥64HRC。

H2鋼與H3、H4鋼的差別變小，1,323K-1.8ks淬火

時，所有鋼種可以達到幾乎相同的硬度。Ms點、γR及HQ

與圖 4、圖 5 測定值幾乎一致。然而，在 1,303K 保溫

1.8ks淬火后，H1、H2與H3、H4相比HT低0.4~0.9個點，

隨著淬火溫度增加H1、H2和H3、H4的HQ差異減少。

（2）碳化物的變化。

對1,303K淬火的H1、H2和H3、H4鋼產(chǎn)生的差異進

行深入研究。如圖6所示，H1～H4鋼的淬火態(tài)X射線衍

射結果分析。H1鋼在1,303K淬火時M23C6碳化物衍射

峰值，與 1,323K 淬火時 M23C6碳化物衍射峰值不同。

鋼

H1

H2

H3

H4

P

-44.3

-51.0

-47.2

-48.7

C

0.97

0.86

1.04

1.02

Cr

7.97

5.97

6.05

6.05

Mo

3.10

3.02

3.48

4.24

V

0.42

0.40

0.81

0.84

電解條件

電解液

電壓

電流

周期

氣壓

濾紙

殘余重量

89%甲醇

10%乙酰丙酮

1%氯化四甲銨

-200Mv（常量）

200～300Ma

3.6ks

惰性氣體（Ar）

0.2μm mesh

0.3g

Steel

H1

H2

H3

H4

P

-44.3

-51.0

-47.2

-48.7

1,303K-1.8ks，AC

Ms（K）

393

398

418

408

γ（R vol%）

17.5

22.0

20.5

20.5

H（Q HRC）

64.1

64.6

65.4

64.9

H（T HRC）

63.2

62.9

63.6

63.8

1,313K-1.8ks，AC

Ms（K）

358

343

398

393

γ（R vol%）

19.5

23.0

21.5

22.0

H（Q HRC）

64.3

64.2

65.0

65.2

H（T HRC）

63.8

63.7

64.2

64.2

1,323K-1.8ks，AC

Ms（K）

343

343

383

378

γ（R vol%）

25.8

29.7

25.1

23.4

H（Q HRC）

63.9

63.4

63.8

65.0

H（T HRC）

64.3

64.3

64.4

64.4

表3 不同P值和奧氏體條件下鋼的性能

圖6 淬火態(tài)H1～H4鋼電解提取殘渣的X-射線衍射圖

a——奧氏體溫度：1,303K-1.8ks，AC

b——奧氏體溫度：1,323K-1.8ks，AC

4000

3000

2000

1000

0

4000

3000

2000

1000

0

強度，cps

0.28 0.26 0.24 0.22 0.20 0.18 0.16

d間距，mm

H4

H3

H2

H1

4000

3000

2000

1000

0

4000

3000

2000

1000

0

M C6

M23C6

M C7 3

M C6

M2 C3 6

M C6

M C7 3

M C6

M23C6

M C6

M23C6

M C7 3

M C6

M C7 3

M C6

M C6 M C6

M C7 3

M C7 3

M C6

M C6

M C7 3

M C7 3

M C6

MC

M C7 3

M C6

M C6 M C7 3

M C7 3

M C7 3

M C6

M C6

M C7 3

M C7 3

M C6

MC

M C7 3

M C6

M C6

M C7 3 MC

M C7 3 M C7 3

M C6

M C6

M C7 3

M C7 3

M C7 3

4000

3000

2000

1000

0

4000

3000

2000

1000

0

強度，cps

0.28 0.26 0.24 0.22 0.20 0.18 0.16

d間距，mm

H4

H3

H2

H1

4000

3000

2000

1000

0

4000

3000

2000

1000

0

M C6

M23C6

M C7 3

M C6

M2 C3 6

M C6

M C7 3

M C6

M23C6

M C6

M23C6

M C7 3

M C6

M C7 3

M C6

M C6

M C6

M C7 3 M C7 3

M C6

M C6

M C7 3

M C7 3

M C6

MC

M C7 3

M C6

M C6 M C7 3

M C7 3

M C7 3

M C6

M C6

M C7 3

M C7 3

M C6

MC

M C7 3

M C6

M C6

M C7 3 MC

M C7 3 M C7 3

M C6

M C6

M C7 3

M C7 3

M C7 3

（a）

（b）

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·62·

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H1鋼的M23C6碳化物是富含Cr的碳化物，在1,323K奧

氏體化時幾乎全部溶解；而 M7C（3 d=0.205nm）與 M6C

（d=0.213nm）碳化物衍射峰值接近。對于H1、H2鋼淬

火溫度上升，M6C 與 M7C3碳化物峰值相比明顯偏低。

總結如下:H1、H2鋼高溫淬火，相對較多的M6C碳化物

溶入馬氏體中，M6C碳化物是富含Mo的碳化物，H1、

H2 鋼在 1,303K 溫度 Mo 并沒有完全固溶。而對于

H3、H4鋼，1,303K、1,323K溫度淬火時M6C、M7C3的衍

射峰值確認存在，兩個溫度下 M6C 的固溶量差別較

小。Mo 為碳化物形成元素，高溫回火時析出細小的

碳化物產(chǎn)生二次硬化效果，在1,303K溫度時，H1、H2

及H3、H4鋼HT的差異，推斷是由于淬火時Mo的固溶

量不同。

在 H3、H4 鋼中確認存在 MC 碳化物，MC 碳化物

是富含 V 的碳化物，硬度高（2,500～2,800HV），高溫

淬火時固溶于基體[8~9]

。如表1所示，H3、H4鋼添加合

金元素 V 較多，應該是基體固溶后過剩的 V 形成 MC

型一次碳化物。

4 P值的冶金學意義

4.1 合金元素在基體中固溶量的預測

P 值是衡量高 C-Cr-Mo-V 系工具鋼中化學元素

與 Ms 點密切相關的重要因素，是有效設計 Ms、γR及

HQ的參數(shù)指標。并且，淬火狀態(tài)下馬氏體中合金元素

的含量與P值的關系進行討論。H1～H4鋼淬火狀態(tài)材

料的ICP進行分析，式（3）基體中合金元素含量計算：

基體中合金元素含量=熔煉分析-ICP分析值（3）

運用熱力學數(shù)據(jù)庫 Chemsage 計算 H1～H4 鋼的

1,303K、1,323K的基體（γ相）的平衡組織，對基體中合

金元素的含量進行比較，ICP分析與實測值比較。從

圖7可以看出，V的實測值與計算值近乎一致。V的

添加量（參照表1）比照固溶于基體V的含量差別不大

于 25～53%，剩余的 V 多數(shù)形成一次碳化物。而且，

可以看出在圖7b 1,313K、圖7c 1,323K時，基體中Cr

的計算值與實測值趨勢相似。Mo的實測值與計算值

偏離較大。此外，在圖 7a 1,303K 溫度時，H1 鋼

（P=-44.3）,H2鋼（P=-51.0）的Cr、Mo固溶含量的實測

值比計算值略低。X射線的衍射結果（見圖6）基本一

致。而且，H2鋼的Cr含量的實測值與計算值產(chǎn)生偏

離，用 X 射線的衍射結果很難作出符合性說明。

但是，無論哪個方面，1,303K溫度下長時間保溫，計算

所得的γ相的平衡組織組成與理論預測一致。ICP中

C 的定量分析較為困難，Chemsage 預測值 C 量存在

0.4～0.6mass%偏差。SKH51和SKD11淬火狀態(tài)固溶

C量約有0.5mass%左右偏差，可以作為近似值參考。

圖7 γ相中合金元素的測量與計算的比較

4.2 P值與基體中合金元素固溶量的關系

在一定的奧氏體溫度下，采用熱力學數(shù)據(jù)模型可

-54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40

P值

C

C

M

V

calc.exp.

r

o

（a）1303K

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

γ相合金元素含量（mass%）

-54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40

P值

C

C

M

V

calc.exp.

r

o

（b）1313K

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

γ相合金元素含量（mass%）

-54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40

P值

C

C

M

V

calc.exp.

r

o

（c）1323K

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

γ相合金元素含量（mass%）

·合金元素對冷作模具鋼淬回火硬度的影響·

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以推斷淬火態(tài)基體的組成相。本文在12種試驗料中

選 取 8 種 代 表 鋼 種 ，采 用 Chemsage 模 型 分 別 在

1,303K、1,323K 對基體（γ相）的平衡組織進行測試。

如圖8所示，γ中合金元素的固溶量（計算值）與P值關

系。圖8中以各合金元素總量占γ相總量的重量百分

數(shù)計。由圖8可以看出，隨著P值的增加，基體中C固

溶量降低。另外，在 P 值一定范圍內(nèi)，隨著 P 值的增

加，固溶Mo含量降低。Cr、V的固溶量隨著P值的增

加單調(diào)增加。

在這里 C、Mo 的固溶量與 P 值呈反比例，而 Cr、

Mo的固溶量與P值呈正比例，從P值的計算公式（①

式）各元素前置符號可以明顯反應出來。C 含量的

降低使 Ms 點上升，P 值的增加γR降低，HQ增加。高

溫回火時，Mo、V析出細微碳化物起到了二次硬化作

用 ，也 是 淬 火 時 合 金 元 素 的 充 分 固 溶 的 結 果 。

P=-40～-70 的范圍內(nèi)，對于 H1～H4 鋼，使得 HQ≥

64HRC時，基體中C充分固溶，Mo、V的最佳配比，在

高溫回火時起到了良好的二次硬化效果，得到較高

的HQ值。

4.3 Ms點與P值關系

Ms 點與奧氏體成分組成有著密切的關系，由各

個合金元素的組成計算 Ms 點的計算方法很多。然

而，對于Ms點的計算，在合金元素完全固溶于基體的

前提下，高碳合金工具鋼碳及合金元素全部固溶，形

成復雜的碳化物的情況下Ms點的預測難度較大。若

干 Ms 點的計算公式中，Andrews 公式（直線式）[3]

及

Steven和Haynes[2]

公式，對于低合金鋼、高合金鋼的Ms

點的預測起到了一定的作用。然而，Steven和Haynes

公式中V的作用應該追加考慮。有關Ms點計算如表

4所示。

圖8 1,323K時γ相中合金元素的平衡量

-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

P值

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

γ相中C的平衡量（%）

（a）C （b）Cr

-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

P值

6.0

5.5

5.0

4.5

4.0

3.5

3.0

γ相中Cr的平衡量（%）

-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

P值

3.0

2.8

2.6

2.4

2.2

2.0

γ相中Mo的平衡量（%）

（c）Mo

-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

P值

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

γ相中V的平衡量（%）

（d）V

·合金元素對冷作模具鋼淬回火硬度的影響·

·64·

2022中國工模具材料及配件大全

本文適用于 C-Cr-Mo-V 系工具鋼，充分考慮基

體γ相的組成及配比關系對Ms點的影響。在1,323K

的γ相平衡組織中（以γ相為100%的C、Cr、Mo、V、Si及

Mn的固溶量），采用Chemsage計算，如表4所示，計算

得出 Ms 點，與 P 值的關系。圖 9 所示 Ms 點與 P 值關

系。圖9所示為線性回歸式得出Ms值和各個理論計

算值比較，P值與Ms值呈線性遞增。圖8所示為P值

的變化與基體中合金元素固溶量的變化關系，在各個

合金元素的綜合作用下，對 P 值產(chǎn)生了一定的影響。

Ms點的計算值與理論值有較大差別。本文中，運用熱

膨脹曲線溫度拐點實測Ms值，所以存在一定的差別。

表4 Ms溫度計算經(jīng)驗公式 %

圖9 計算Ms溫度與實際Ms溫度的比較

以上，P 值與 Ms 點有著密切的關系。冶金學上

來講，P值與基體中合金元素的固溶量相關，即Ms點

是各個合金元素的作用的綜合結果。本文適用于高

C-Cr-Mo-V系列工具鋼，本研究Ms點從熔煉成分分

析入手，計算 P 值。在今后，高耐磨性、高強韌性的

高性能冷作模具鋼的研發(fā)，兼顧碳化物的形態(tài)、分

布，有必要對合金元素的含量及配比進行預測，進行

深入研究。

5 結束語

通過冷作模具鋼的淬回火硬度及C、Cr、Mo、V含

量的影響分析，概況有以下幾點：

（1）對于本系列冷作工具鋼的Ms點，γR、HQ及P值

關系如下：

Pvalue=-137.50C+10.50Cr-8.75Mo+77.50V（mass %）

（ 熔 煉 分 析 ：[C] =0.90～1.10% [Cr] =5.00～

8.00% [Mo]=3.00～5.00% [V]=0～0.90%）

（2）P與Ms點呈線性遞增關系，同時γR降低。HQ

的最大值發(fā)生在P=-50左右，隨后有減少傾向。

Ms（K）=445.74+1.03P

（3）在P=-40～-70的范圍內(nèi)進行成分設計，基體

中適宜的C含量，可以得到高的HQ值，高溫回火時二

次硬化效果顯著的Mo、V碳化物析出效果良好，可以

得到64HRC以上的HT值。

（4）通過成分設計，合金元素合理配比，使P=-50

左右，淬火溫度 1,323K 時，保證廣泛應用工模具鋼

HT≥64HRC。

參 考 文 獻

[1] C.Y.Kung and J J.Rayment:Metallurgical Transactions A,

13A（1982）,328

[2] W.Steven and A.G.Haynes:J.Iron Steel.Inst.,183（1956）,349

[3] K.W.Andrews:J.Iron Steel Inst.,203（1965）,721

[4] M.Izumiyama,M.Tsuchiya,and Y.Imai: J,Japan. Inst. Met., 34

（1972）,191

[8] 佐藤忠夫：日特技報，6（1969）,30

[9] Alfred Kulmburg：Prakt.Metallogr.,35（1998）

[5] 日本鉄鋼恊會編：鋼の熱処理改訂5版（1969）P51丸善.

[6] Helmut Finkler and Manfired Schirra: Steel Research, 67

（1996）,328.

[7] 日本金屬學會：構成金屬材料とその熱処理，丸善，P83.

于 紅 譯自 Sanyo Technical Report Vol.8（2001）

No.1 P19～P26

譯者簡介：于紅，女，1967年生，碩士研究生，高級

工程師，主要從事工模具材料研發(fā)工作。

引文

手冊[5]

Helmut and

Manfred[6]

Steven and

Haynes[1~2]

K.W.Andrews[1，3]

Ms （K） ＝823-350C-40Mn-35V-20Cr-17Ni-10Cu10Mo-10W+15Co+30Al

Ms（K）＝908-474[C + 0.86{N-0.15（Nb + Zr）}-0.066

（Ta+Hf）]-17Cr-33Mn-21Mo-17Si-11W-39V

Ms（K）＝834-474C-33Mn-17Cr-17Ni-21Mo + 10Co7.5Si

linear: Ms（K）＝812-423C-30.4Mn-12.1Cr-17.7Ni7.5Mo+10Co-7.5Si

Nonlinear: Ms（K）＝785-453C-16.9Ni-9.5Mo + 217

（C）2-71.5（C）（Mn）+15Cr-67.6（C）（Cr）+10Co-7.5Si

手冊[5]

Helmut et al[6]

Steven and Haynes[1~2]

實驗

-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

P值

550

500

450

400

350

300

250

Ms溫度（K）

Ms（K）=445.74+1.03P

·合金元素對冷作模具鋼淬回火硬度的影響·

·65·

2022中國工模具材料及配件大全

大截面高品質(zhì)熱作模具鋼H13關鍵制備工藝探究*

張心金1,2

，祝志超1,2

，李 曉1,2

，張雪姣1,2

，朱 琳1,2

（1.中國第一重型機械股份公司，黑龍江齊齊哈爾 161042；

2.天津重型裝備工程研究有限公司，天津 300457）

【摘要】大截面高品質(zhì)H13模具鋼仍面臨許多嚴峻的質(zhì)量問題，其中模具開裂作為最常見

形式之一，究其原因主要為冶煉、鍛造、熱處理等工藝控制不當。通過對大規(guī)格H13模具

鋼失效形式總結，從H13合金成分、冶煉、鍛造及熱處理等特點出發(fā)，探討了過程控制中的

關鍵技術點。目前中國一重已開展了直徑為?1.3m級的高品質(zhì)H13模具鋼研制，提出了其

主要技術路線，并針對目前國標問題規(guī)劃相關標準，以備行業(yè)作為技術參考，有效促進大

規(guī)格高品質(zhì)模具鋼的發(fā)展。

關鍵詞：高品質(zhì)；H13；技術路線；標準；制備工藝

中圖分類號：TG162；TG142 文獻標識碼：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.03.020

Study on Key Preparation Process of Large Cross-Section

and High-End H13 Hot Work Die Steel

Zhang Xinjin1,2

，Zhu Zhichao1,2

，Li Xiao1,2

，Zhang Xuejiao1,2

，Zhu Lin1,2

（1.China First Heavy Industries Co.,Ltd., Qiqihaer, Heilongjiang 161042, CHN；

2.Tianjin Heavy Industries Research & Development Co., Ltd., Tianjin 300457, CHN）

【Abstract】H13 die steel with large-cross section and high-end still faces many severe quality

problems, among which die cracking is one of the most common forms, and the main reason

probably dues to improper control of smelting, forging, heat treatment and other processes. In

this paper, the failure forms of large-cross section H13 die steel were summarized, and the key

technical points in process control were discussed based on the characteristics of H13 alloy

composition, smelting, forging and heat treatment. At present, CFHI has developed high quality

H13 die steel with the diameter of ?1.3m, put forward its main technical route, and plan relevant

standards according to the current NATIONAL standard problem for the industry as technical

reference,hoping to effectively promote the development of high quality large-cross section die steel.

Key words: high-end; H13; technical route; standard; preparation process

* 項目基金：2019ZX10A02 黑龍江省“百千萬”工程科技重大

專項，大規(guī)格高品質(zhì)模具鋼制造技術開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應用；

2018YFA0702905，國家重點專項，環(huán)筒類大鍛件基于熱加工模擬

的形性調(diào)控與（核能）示范應用；黑龍江省“頭雁”團隊資金支持。

1 引言

2015年，我國國務院印發(fā)了《中國制造2025》，部

署中國全面推進實施制造強國戰(zhàn)略，并作為第一個十

年的行動綱領，對于鋼鐵業(yè)將帶來巨大的高端鋼鐵市

場及巨大挑戰(zhàn)[1]

。同時，中國“十四五”發(fā)展規(guī)劃提出

“雙碳”目標，因此，各企業(yè)必將順應趨勢、把握機遇，

加快構建綠色產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈，并向智能制造、綠色制

造、服務型制造轉(zhuǎn)變，迎接未來發(fā)展的曙光[2]

。

隨著我國結構產(chǎn)業(yè)調(diào)整，模具水平已成為衡量制

造業(yè)發(fā)展水平的重要標準之一，各大特鋼鋼廠也在不

·大截面高品質(zhì)熱作模具鋼H13關鍵制備工藝探究·

·66·

2022中國工模具材料及配件大全

斷產(chǎn)業(yè)升級，提高模具鋼產(chǎn)品質(zhì)量要求，從而來滿足

日益增長的模具需求。但我國模具產(chǎn)業(yè)，總體仍處于

“大而不強”的局面，尤其是一些有特殊需求的模具，

如大截面高品質(zhì)模具，仍需要從國外進口，這也顯現(xiàn)

出我國在模具原材料制造方面急需進行二次能力提

升[3]

。熱作模具鋼，作為模具鋼中的一種類型，由于其

常應用于高溫、高應力等惡劣復雜工況中，從而對模

具鋼材料本身具有很高的性能要求，尤其是大截面高

品質(zhì)模具鋼，受冶煉、鍛造、熱處理等處理工序的影

響，對模具鋼產(chǎn)品質(zhì)量不易得到保障[4~5]

。

中國一重擁有萬噸水壓機，產(chǎn)品涉獵核電、軍工、

火電、水電等眾多領域，材質(zhì)包括合金鋼、不銹鋼等各

種產(chǎn)品，天然擁有特鋼基因，利用自身個性化鑄鍛等優(yōu)

勢，可以向市場輸出數(shù)量可觀的大截面高品質(zhì)模具

鋼。目前，中國一重承擔了黑龍江省“百千萬”工程技

術重大專項模具鋼項目，意在解決直徑規(guī)格大于?1m

的大規(guī)格高品質(zhì)模具鋼關鍵制備工藝，為客戶提供高性

能模具鋼產(chǎn)品。下面通過對業(yè)內(nèi)H13熱作模具鋼的關

鍵制備工藝進行了總結探討，并針對中國一重生產(chǎn)特

色，提出大截面高品質(zhì)H13模具鋼制備技術路線。

2 大截面H13模具鋼應用失效實例分析

H13作為強韌性、耐冷熱疲勞等性能優(yōu)良的熱作

模具鋼，多用于壓鑄、鍛造、擠壓等多種場合，尤其是

有一些產(chǎn)品需要大型熱作模具時，都會考慮使用H13

模具鋼，但在使用期間仍會存在很多的問題。

圖1為某公司大型核電鍛件擠壓用大厚壁H13模

具，產(chǎn)品采用120t電渣爐進行冶煉控制，經(jīng)多次鐓拔、

退火及淬火熱處理后，在模具上端拐角處發(fā)生長條狀

開裂，其起裂源位于拐角處，并分別向端面及內(nèi)壁擴

展斷裂。經(jīng)后續(xù)分析，主要原因為模具鋼坯料內(nèi)部粗

大夾雜物及表層脫碳在經(jīng)淬火熱處理后未能及時回

火處理導致后續(xù)模具應力不均，從而導致在模具拐角

處開裂。另一公司生產(chǎn)的H13材質(zhì)的厚壁模具底盤

則在大型核電鍛件擠壓過程中發(fā)生嚴重開裂，如圖2

所示，為模具內(nèi)壁表面開裂形貌，裂紋自模具上端面

至下端面已形成貫穿式開裂，并從模具中心向左右兩

側擴展，其中，模具中心局部位置已被裂紋分裂形成

多個“閉環(huán)”區(qū)域。本模具在使用前雖然已經(jīng)過200~

300℃烘烤預熱，但在坯料變形中仍發(fā)生開裂。經(jīng)后

續(xù)分析，仍為材料內(nèi)部質(zhì)量問題所導致的應力集中，

從而造成這種整個端面的嚴重開裂。圖3給出的是某

公司車輪制造用模具，該模具經(jīng)一段使用時間后被下

線替換。從圖3中可以看出，模具表面布滿了深淺長

短不一的裂紋，同時局部已出現(xiàn)龜裂、剝落等現(xiàn)象，主

要是由于模具在車輪制造過程中使用頻次高，坯料變

形溫度在1,000℃以上，過程中并伴有急冷急熱，磨損

嚴重，并最終導致模具熱疲勞開裂而下線報廢。有資

料研究表明，H13模具鋼中的夾雜物對其熱疲勞破壞

最為顯著，尤其是聚集在鋼基體內(nèi)部的脆性夾雜物所

造成的應力集中，并最終導致模具開裂失效[6~7]

。

圖1 核電鍛件擠壓用大厚壁H13模具鋼調(diào)質(zhì)處理后裂紋形貌

圖2 核電鍛件擠壓用大厚壁 圖3 列車車輪制造用

H13模具底盤加工后開裂形貌 模具熱疲勞裂紋

有效去除夾雜物、有害元素、氣體等，并降低偏

析、縮松等質(zhì)量缺陷作為電渣冶煉的特點，而被應

用到大鍛件的制造中[8]

。但對于大型電渣設備，若

工藝控制不當，也會導致氣體超標、夾雜、偏析等質(zhì)

量問題；同時，對于大截面電渣產(chǎn)品，隨著直徑尺寸

的加大，受尺寸效應的影響仍將重新出現(xiàn)偏析等現(xiàn)

象[9~10]

。H13 模具失效形式及失效原因如表 1 所

示[11~13]

，從表 1 中可以看出，模具的失效主要和材料

的合金成分設計、冶煉、鍛造、熱處理等關鍵制備工

藝有關。

·大截面高品質(zhì)熱作模具鋼H13關鍵制備工藝探究·

·67·

2022中國工模具材料及配件大全

表1 H13模具失效形式及失效原因

3 H13鋼合金成分優(yōu)化設計

關于 H13 模具鋼合金元素，主要包含 C、Cr、Mn、

Si、Mo、V 等，前期相關資料已有研究[14~15]

。為便于后

續(xù)合金成分優(yōu)化設計，現(xiàn)將其各主要元素、作用、設計

思路予以簡單總結，如表2所示。

關于對H13改進型設計，學界也有鮮明的研發(fā)方

向。其中之一便是低Si高Mo設計思路[16]

，即，大幅度

降低 Si 含量（0.003~0.20wt.%），同時提高 Mo 含量

（1.65~2.00wt.%）。將文獻中20組案例性能進行整理

如圖4所示，其第7、8兩組綜合性能最佳。關于降低Si

含量，主要是為了減輕偏析，促進組織均勻化，減少共

晶碳化物，細化奧氏體結晶，提高塑性和韌度，并減小

高溫疲勞裂紋擴展速度，提高抗熱裂性；但Si含量顯著

降低，必會引起切削性能降低，目前其有關改良的方法

還在繼續(xù)研究中。對于提高Mo含量，主要是提高其淬

透性，并抑制晶界碳化物的析出和貝氏體轉(zhuǎn)變，同時提

高回火抗力與韌度，并保障高溫強度、高溫蠕變強度、

抗熱裂能力；細化共晶碳化物和均勻碳化物分布。而

另一對立思路則是提高Si，并適當降低 Cr、Mo 等合金

元素的含量[17]

，其設計啟示主要來自航空用合金300M

鋼中Si含量高達1.6wt.%，在其試驗中提高Si的改進型

鋼出現(xiàn)了比H13鋼更好的抗回火軟化性能和熱疲勞性

能，其主要原因是由于Si含量適量增加，可以影響鋼淬

火后殘余奧氏體及其內(nèi)部碳的分配，從而影響奧氏體

的 穩(wěn) 定 性 及 滲 碳 體 的 析 出 。 兩 種 方 案 與 GBT

1299-2014《工模具鋼》及《NADCA推薦H13工具鋼工

藝規(guī)范》中元素范圍有了較大幅度的調(diào)整。

表2 H13鋼合金元素及作用

圖4 H13改進型低Si高Mo方案中各案例性能對比圖

由于H13是靠二次硬化的作用保障其后續(xù)產(chǎn)品的

使用性能，因此，在進行合金元素設計時，應重點對碳

化物形成元素進行關注，即，在考慮強度、硬度、塑性、

韌性、高溫性能、切削性能、耐腐蝕性能等綜合性能下，

重點考慮后續(xù)淬火性能及回火二次硬化的穩(wěn)定性。

4 關鍵制備工藝控制

4.1 冶煉控制

對于H13鋼冶煉，目前主要包括電爐冶煉與電渣

冶煉，前期已有相關文獻進行了研究[18~19]

。兩種冶煉

方式對H13性能有很大的區(qū)別。第一，液析碳化物差

序號

1

2

3

4

5

失效形式

模具內(nèi)部微裂紋、擴展裂紋、

表面剝落、表面空洞等

在鍛造、熱處理時易出現(xiàn)裂

紋，并導致模具服役過程中

裂紋快速擴展失效

表面硬度過低、模具早期磨

損嚴重，形成裂紋，并導致模

具失效

模具表面有脆性“白亮層”，

表層剝落，引發(fā)裂紋并擴展，

導致模具失效

模具“尖角”結構位置裂紋開

裂，模具失效

失效原因

非金屬夾雜，尤其是脆性氧化物、

硅酸鹽等

液析所形成的呈尖角狀或鏈狀，

并沿晶界分布的共晶碳化物，導

致組織割裂及應力集中等

熱加工工藝不當，形成表面脫碳

層，后期機加工不徹底，并因模具

內(nèi)外組織差異，形成不同應力狀

態(tài)，導致磨損后裂紋及擴展

模具滲氮工藝等不當所造成表面

剝落及裂紋，最終導致模具失效

模具設計不合理，產(chǎn)生“缺口效

應”，在熱加工、熱處理、或變形受

力等過程導致裂紋產(chǎn)生

元素

C

Cr

Mn

Si

Mo

V

作 用

其一，固溶強化；其二，與合金元素形成合金

碳化物（二次硬化）；二者綜合作用下保證

H13性能

對耐磨損性、高溫強度、熱態(tài)硬度、韌度和淬

透性都有有利的影響；同時溶入基體中會顯

著改善鋼的耐蝕性能；在H13鋼中含Cr 和

Si 促使氧化膜致密并提高其抗氧化性；固溶

強化，形成碳化物

改善凝固時所形成的氧化物的性質(zhì)和形狀，

與S結合，改善熱加工性能；固溶強化；保障

屈服強度

置換固溶強化，提高鋼的回火抗力（抑制碳化

物的偏聚，增加回火穩(wěn)定性），有利于鋼的高

溫抗氧化性的提高；Si易導致帶狀組織出現(xiàn)

溶于 Fe 中具有固溶強化的作用，溶解于 A

中可提高鋼的淬透性；二次硬化的主要合金

元素

是置換固溶強化鐵素體和形成奧氏體的元

素；與C、N 的親和力強；增加鋼的回火穩(wěn)定

性和增強二次硬化效應；細化晶粒和組織

設計思路

保證基體硬度、考

慮韌性，在保證強

度的前提下，適當

降低C含量

中高限度含量進

行控制

中度Mn含量進行

控制

中高限度含量進

行控制

中高限度含量進

行控制

中高限度含量進

行控制

1 2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

13

14

15

16

17

18

19

20 120

100

80

60

40

20

0

退火硬度

晶粒度

沖擊值

導熱率

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·68·

2022中國工模具材料及配件大全

別較大，電爐鋼中由于鋼液注溫和模溫過高，從而存

在大量大尺寸液析碳化物，由于其在后續(xù)淬、回火后

未發(fā)生明顯變化，從而嚴重影響鋼的韌性；第二，電渣

鋼由于其冶煉方式，其致密性、純凈度均高于電爐鋼，

且退火組織均勻。

因此，在設計后續(xù)大規(guī)格高品質(zhì)H13鋼的研發(fā)思路

上，若采用電爐鋼，則需優(yōu)化冶煉參數(shù)，在保證其純凈

度、致密性的同時，盡量減少液析碳化物的數(shù)量或細化

液析碳化物，可采用“液固復合增材制坯”的新思路來保

障大截面鍛件的均勻性，從而確保H13電爐鋼質(zhì)量。同

時，對于電渣鋼，在控制大塊碳化物的同時，還應控制N、

O元素含量，減少氧化物及氮化物對其質(zhì)量的影響[20~21]

。

4.2 鍛造及鍛后熱處理控制

根據(jù)前期大量研究[22~23]

，H13 鋼中碳化物主要有

M3C、M23C6、M7C3、M6C 和 MC 等類型，決定這些碳化物

是作為脆性相還是強化相，主要與碳化物顆粒的尺度

與分布狀態(tài)相關。因此，鍛造的目的就是要利用鍛造

變形擊碎鋼錠中碳化物枝晶，打破其偏析帶中的鏈狀

分布模式，從而達到均勻組織、提升橫縱向沖擊性能，

同時，消除鍛造應力來改善切削加工性能。為保障變

形效果，目前業(yè)內(nèi)均采用鍛比≥3，鐓拔兩次以上，同

時為保障碳化物細化效果，可采用多向鍛造[24~25]

。

在鍛造完成后應及時對鍛坯進行退火處理，及時

消除鍛造應力，并改善鍛造組織，為最終熱處理做準

備。前期研究表明，在退火工藝前加上一次正火超細

化工藝[26]

，保障冷卻速率，可有效改善鍛坯偏析和網(wǎng)狀

碳化物，細化晶粒，并促使組織均勻化[24,27]

。為避免氫

脆引發(fā)后續(xù)模具產(chǎn)生斷裂，按照常規(guī)工藝，在退火工藝

后可添加擴氫熱處理或回火處理。為保障組織細化及

擴氫效果，節(jié)約能源，在超細化熱處理后采用“不完全

奧氏體化階梯退火”控制工藝，即，利用不完全奧氏體

化加熱控制，以及結合“階梯冷卻及控溫退火”來控制

碳化物并細化組織，為后續(xù)最終熱處理做好工藝準備。

5 大規(guī)格H13模具鋼制備思路

5.1 技術路線

目前，大截面高品質(zhì)H13模具鋼作為中國一重一

項重要產(chǎn)品，為保障其高性能要求，中國一重正響應國

家“雙碳”號召，全面升級相關制造裝備，做好基礎研

究，并采用新工藝縮短生產(chǎn)流程，確保實現(xiàn)綠色制造。

目前，中國一重已開展直徑?1.3m級的大規(guī)格高

端模具鋼研制，如圖5所示，本次研制主要解決P、S含

量控制，N、H、O等氣體控制，以及夾雜物與碳化物控制

等關鍵問題，并通過合理的冶煉、鍛造、熱處理等制造

工藝控制，獲得均勻化組織及細小晶粒，提升綜合性

能。中國一重大截面高品質(zhì)H13鋼主要技術路線如圖

6所示，即，“合金成分設計”→“潔凈鋼平臺控制”→“鑄

造與鍛造控制”→“鍛后熱處理控制”，同時構建“材料

應用基礎研究和集成計算材料技術研究”研發(fā)模式，打

造中國一重“研—產(chǎn)—用”數(shù)據(jù)庫，有效串聯(lián)產(chǎn)品生命

周期內(nèi)各關鍵環(huán)節(jié)，有效評價與提升產(chǎn)品質(zhì)量。

圖5 直徑?1.3m級H13模具鋼研制

圖6 大截面H13模具鋼技術路線圖

5.2 產(chǎn)品標準策劃

目前，國內(nèi)模具鋼的生產(chǎn)技術指標主要采用GB/

T1299-2014《工模具鋼》，通過該標準與客戶技術條

件對比發(fā)現(xiàn)，此標準許多技術條件都已不滿足客戶需

求。例如，標準中表28圓鋼及方鋼的低倍缺陷及其合

格級別，對于鋼材直徑或邊長＞400mm時，鋼材的中

心偏析與錠型偏析均采用“協(xié)議”模式，對于直徑尺寸

大于?1m規(guī)格的高品質(zhì)模具鋼，此技術參考存在較大

模糊性，已遠遠不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)廠家及客戶的產(chǎn)品

需求?？梢岳斫獾氖牵緲藴适腔诖笞诹慨a(chǎn)品來進

行定位制定的，但從技術的嚴謹性及推動整個行業(yè)發(fā)

保 障 綜 合 性

能，對 C 含量

及 其 他 合 金

元素控制；氣

體 元 素 含 量

控制等；加大

模 擬 仿 真 計

算 及 合 金 設

計，構建數(shù)據(jù)

庫，指導生產(chǎn)

合金成分設計

采用超潔凈、

低偏析、窄成

分 規(guī) 格 控 制

的冶煉、澆鑄

和 凝 固 工 藝

技術，實現(xiàn)電

渣 冶 煉 用 電

極坯料控制；

電渣控制

潔凈鋼平臺

采 用 鑄 造 與

鍛造結合，抑

制鋼錠偏析，

打 破 原 始 結

晶結構；采用

多 向 柔 性 鍛

造，充分利用

輔具，打碎碳

化物枝晶，細

化晶粒

鑄造與鍛造

采 用 鍛 后 超

細化工藝，充

分 均 勻 化 組

織 、細 化 晶

粒；采用“不

完 全 奧 氏 體

化階梯退火”

控制工藝，為

最 終 熱 處 理

做組織準備

鍛后熱處理

·大截面高品質(zhì)熱作模具鋼H13關鍵制備工藝探究·

·69·

2022中國工模具材料及配件大全

展而言，對于目前大截面高品質(zhì)模具鋼產(chǎn)品，應該制

定相關標準。因此，后續(xù)中國一重將與相關科研院校

及國內(nèi)知名企業(yè)等組成聯(lián)合創(chuàng)新體，形成“產(chǎn)學研用”

一條龍合作體系，針對大規(guī)格高品質(zhì)熱作模具鋼，制

定合理的相關標準，以備行業(yè)作為技術參考，有效促

進大規(guī)格高品質(zhì)模具鋼的發(fā)展。

6 總結

隨著國內(nèi)制造業(yè)的高速發(fā)展，其對大截面高品質(zhì)

H13 模具鋼具有很高的要求與需求。目前受國內(nèi)制

造裝備、材料設計能力、工藝控制等條件制約，對于大

截面高品質(zhì)H13模具鋼還存在很多的質(zhì)量問題亟需

解決。綜合借鑒國內(nèi)外大規(guī)格H13模具鋼應用案例

及制造工藝，中國一重已開展直徑?1.3m級H13模具

鋼研制，后續(xù)將構建中國一重研發(fā)新模式，打造中國

一重高端產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，同時形成“產(chǎn)學研用”一條龍合

作體系，制定合理的產(chǎn)品評價標準，以備行業(yè)作為技

術參考，以期有效促進大規(guī)格高品質(zhì)模具鋼發(fā)展。

參 考 文 獻

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Mechanical Engineers，2021，235（3）

第一作者簡介：張心金，男，1984年8月生，漢族，

山東濟寧人，碩士，一級研究員，高級工程師，主要從

事先進金屬復合制備技術、新材料開發(fā)等研究。

一種新型高碳高鉻冷作模具鋼的開發(fā)

孫秀華，劉 猛，劉德龍，劉 欣，王 宇，高 新，黃 輝

（撫順特殊鋼股份有限公司，遼寧撫順 113001）

【摘要】開發(fā)了Cr10VN高碳高鉻冷作模具鋼，并與Cr12和Cr12MoV對比分析了共晶碳化

物均勻性、熱處理工藝、硬度、沖擊韌性。結果表明：Cr10VN共晶碳化物均勻性好于Cr12

略遜于 Cr12MoV；高硬性與 Cr12 相當略高于 Cr12MoV，940℃~980℃淬火硬度為 64~

65.5HRC，200℃回火硬度為62.5HRC，450℃回火硬度仍保持在58HRC；高韌性與Cr12MoV

相當高于Cr12，980℃淬火+200℃回火后，縱向沖擊功為25.1~32.4J。

關鍵詞：Cr10VN；共晶碳化物均勻性；高硬性；高韌性

中圖分類號：TG162；TG142 文獻標識碼：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.05.021

Development of a New Type High Carbon

and Chromium Cold Work Die Steel

Sun Xiuhua，Liu Meng，Liu Delong，Liu Xin，Wang Yu，Gao Xin，Huang Hui

（Fushun Special Steel Co., Ltd., Fushun，Liaoning 113001，CHN）

【Abstract】The high carbon and chromium cold work die steel of Cr10VN has been developed.

The uniformity of eutectic carbide, heat treatment process, hardness and impact toughness were

analyzed and compared with Cr12 and Cr12MoV.The results showed that the uniformity of

eutectic carbide of Cr10VN is better than Cr12 and worse than Cr12MoV, and the hardness is as

high as Cr12 and slightly higher than Cr12MoV. The hardness after quenched at 940℃~980℃

is 64~65.5HRC, and the hardness after tempered at 200℃ is 62.5HRC, and the hardness after

tempered at 450℃ still maintains at 58HRC. The high toughness is equal to Cr12MoV and better

than Cr12, and the longitudinal impact energy is 25.1~32.4J after quenched at 980℃ and

tempered at 200℃.

Key words：Cr10VN steel；uniformity of eutectic；high hardness；high toughness

1 引言

高碳高鉻冷作模具鋼因具有高的淬透性、淬硬性

和高的耐磨性，而廣泛用于制造冷作模具，傳統(tǒng)Cr12

和 Cr12-Mo-V 兩種類型，Cr12 型含碳量高達 2%，

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·一種新型高碳高鉻冷作模具鋼的開發(fā)·

·71·

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容易形成不均勻的共晶碳化物，使沖擊韌性較差，

Cr12-Mo-V型含碳量降低為1.5%且加入鉬和釩合金

元素，改善了共晶碳化物的均勻性，使沖擊韌性提高，

但由于含碳量降低，高硬性和高耐磨性遜于Cr12型，

同時加入鉬和釩合金元素也使成本比Cr12型增高[1~2]

。

綜合 Cr12 和 Cr12-Mo-V 型的合金化和性能特

點，開發(fā)了Cr10-V-N型高碳高鉻冷作模具鋼，宗旨是

含碳量低于 Cr12 型而高于 Cr12-Mo-V 型，且適當降

低含鉻量減少共晶碳化物而改善均勻性，并添加少量

釩而獲得良好的沖擊韌性，另外，加入適量的氮進一

步細化晶粒而提高硬度和韌性，總之，Cr10-V-N型從

合金化方面成本低于Cr12-Mo-V型，從性能方面兼顧

了Cr12型的高硬性和Cr12-Mo-V型的高韌性。

本文對開發(fā)的Cr10VN高碳高鉻冷作模具鋼從共

晶碳化物均勻性、熱處理工藝、硬度、沖擊韌性方面進

行了研究，并與Cr12和Cr12MoV進行了對比分析。

2 試驗用料

試驗用料的化學成分如表1所示。

表1 試驗用料的化學成分 %

對比表 1 中 Cr10VN、Cr12、Cr12MoV 的合金化特

點，從理論上講，Cr10VN 的含碳量低于 Cr12 而高于

Cr12MoV，含釩量略低于 Cr12MoV，使其高硬性和高

耐 磨 性 遜 于 Cr12 且 沖 擊 韌 性 比 Cr12MoV 差 ，而

Cr10VN由于加入適量的氮而形成的氮化物在晶界析

出起到細化晶粒作用，不但改善韌性，還可固溶于馬

氏體中起到硬化和強化作用[3]

，使Cr10VN由于氮的加

入可提高硬度和耐磨性并獲得良好的沖擊韌性。

試驗用料為?120mm 退火材，生產(chǎn)工藝流程：

EAF+LF+VD冶煉→模鑄鋼錠→精鍛機成材→鋼材退

火→取片檢驗，退火工藝為890℃加熱保溫后20℃/h

降溫至 400℃出爐空冷，退火硬度 Cr10VN 為 205HB、

Cr12 為 194HB、Cr12MoV 為 200HB，顯微組織為呈粒

狀的珠光體和共晶碳化物，如圖1所示。

2 試驗方法及結果分析

2.1 共晶碳化物均勻性

高碳高鉻鋼由于高的含碳和含鉻量，而含有大量

呈不均勻分布的共晶碳化物，含碳和含鉻量越高，共晶

碳化物越多且越不均勻分布[4]

。試驗用料在半徑二分

之一處取樣，按GB/T14979標準第四評級圖進行共晶

碳化物均勻性評定，Cr10VN、Cr12、Cr12MoV的共晶碳

化物分布如圖2所示，呈網(wǎng)狀分布，評級分別為3.5級、

4.0 級、3.5 級，共晶碳化物數(shù)量 Cr10VN 少于 Cr12 和

Cr12MoV，共晶碳化物堆積 Cr12 最重，其次 Cr10VN，

鋼種

Cr10VN

Cr12

Cr12MoV

C

1.68

2.02

1.53

Mn

0.29

0.27

0.38

Si

0.30

0.22

0.33

S

0.003

0.006

0.004

P

0.007

0.017

0.025

Cr

10.21

11.30

11.40

V

0.14

0.04

0.20

Mo

0.03

0.04

0.45

其它

N適量

－

－

圖1 試驗用料的顯微組織

圖2 共晶碳化物分布

Cr10VN Cr12 Cr12MoV

Cr10VN Cr12 Cr12MoV

·一種新型高碳高鉻冷作模具鋼的開發(fā)·

·72·

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Cr12MoV較輕，這是由于Cr10VN含碳量低于Cr12而高

于Cr12MoV，含鉻量低于Cr12和Cr12MoV，故Cr10VN

的共晶碳化物均勻性好于Cr12略遜于Cr12MoV。

2.2 淬火工藝及硬度

試樣尺寸為 20×20×10mm，900~1,080℃加熱，30

分鐘保溫，油冷淬火，Cr10VN、Cr12、Cr12MoV不同溫

度淬火的硬度曲線如圖3所示。

圖3 不同溫度淬火的硬度曲線

由圖3可見，Cr10VN、Cr12、Cr12MoV淬火硬度隨

溫度的變化趨勢相同，低溫淬火硬度隨溫度的提高不

斷增高，提高到一定溫度時淬火硬度達到最高，之后

高溫淬火硬度隨溫度的提高不斷降低。Cr10VN、

Cr12、Cr12MoV 為高碳高合金鋼，淬火硬度由馬氏體

中的碳和合金含量決定，含量高則硬度高，低溫淬火

時隨著溫度的提高，馬氏體中的碳和合金含量升高，

低溫淬火硬度則增高，高溫淬火時隨著溫度的提高，

形成大量殘余奧氏體和少量粗大馬氏體而碳和合金

含量減少，高溫淬火硬度則降低[5]

。

由圖 3 還可見，低溫淬火硬度 Cr12MoV 最低，其

次 Cr10VN，Cr12 低溫淬火硬度最高，由于含碳量

Cr12MoV、Cr10VN、Cr12依次升高，低溫淬火后馬氏體

中的含碳量也依次升高，故低溫淬火硬度依次增高。

最高淬火硬度按Cr12、Cr10VN、Cr12MoV次序向高溫

移動，分別在 960℃、980℃、1,020℃淬火硬度達到最

高為66HRC、65.5HRC、64.5HRC，進行淬火組織觀察，

如圖4所示，為馬氏體+碳化物+殘余奧氏體，Cr12的

含碳量高且淬火溫度低，其碳化物數(shù)量多且顆粒大，

Cr12MoV淬火溫度高，碳化物溶解的多而數(shù)量減少且

顆粒變小，Cr10VN 的淬火溫度高于 Cr12 而低于

Cr12MoV，其碳化物數(shù)量和顆粒大小介于 Cr12 和

Cr12MoV 之間。高溫淬火硬度則與低溫淬火硬度相

反，Cr12MoV 高溫淬火硬度最高，其次 Cr10VN，Cr12

高溫淬火硬度最低。

Cr12、Cr10VN、Cr12MoV 低溫淬火是溶解鉻的碳

化物增高硬度，高溫淬火除了鉻的碳化物溶解外，鉬

和釩的碳化物逐漸溶解進一步增高硬度，Cr12不含鉬

和釩，Cr10VN 僅含少量的釩，Cr12MoV 含有鉬和釩，

所以，Cr12、Cr10VN、Cr12MoV最高淬火硬度依次向高

溫移動，且高溫淬火硬度逐漸增高，另外，Cr10VN 含

碳量低于Cr12而高于Cr12MoV，由于含有適量的氮，

形成氮化物在晶界析出起到細化晶粒作用，還可固溶

于馬氏體中起到硬化和強化作用，由圖3也可見，Cr12

在 920℃~960℃淬火硬度為 64~66HRC，Cr10VN 在

940℃~980℃淬火硬度為 64~65.5HRC，Cr12MoV 在

980℃~1,020℃淬火硬度為 63~64.5HRC，故 Cr10VN

淬火硬度與Cr12相當且略高于Cr12MoV。

2.3 回火工藝及硬度

Cr12、Cr10VN、Cr12MoV 分別在 960℃、980℃、

1,020℃油冷淬火，然后在 200℃~650℃空冷回火，不

同溫度回火的硬度曲線如圖5所示。

68

66

64

62

60

58

56

54

52

50

淬火硬度/HRC

880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100

淬火溫度/℃

Cr10VN

Cr12MoV

Cr12

圖4 淬火顯微組織

Cr12-960℃淬火 Cr10VN-980℃淬火 Cr12MoV-1,020℃淬火

·一種新型高碳高鉻冷作模具鋼的開發(fā)·

·73·

2022中國工模具材料及配件大全

圖5 不同溫度回火的硬度曲線

由圖 5 可見，Cr10VN 隨著溫度的增高回火硬度

先降低，200℃回火硬度為 62.5HRC，350℃之后回火

硬度基本不降低，且在 450℃時硬度略有提高為

58HRC，450℃后回火硬度迅速降低，Cr12 隨著溫度

的增高而回火硬度降低，且 400℃后回火硬度迅速

降低，Cr12MoV低溫200℃~350℃回火硬度隨著溫度

的增高而緩慢降低，中溫400℃~500℃回火硬度隨著

溫度的增高而略有升高，高溫 500℃后回火硬度迅

速降低。Cr12、Cr10VN、Cr12MoV 合金含量依次增

加，回火穩(wěn)定性也依次提高[6]

，Cr10VN 在 350℃~

400℃回火時，由于析出鉻的碳化物硬度基本不降

低，在400℃~450℃回火時又析出釩的碳化物而使硬

度略有升高，在 450℃時硬度達到峰值出現(xiàn)了輕微

的二次硬化，而Cr12不含釩沒有二次硬化，Cr12MoV

含 釩 量 相 對 高 些 ，二 次 硬 化 明 顯 且 趨 向 高 溫 在

500℃出現(xiàn)二次硬化峰值，所以 Cr10VN 回火穩(wěn)定性

好于Cr12比Cr12MoV略差。

2.4 沖擊韌性

對 Cr10VN、Cr12、Cr12MoV 進行沖擊功對比試

驗，半徑二分之一處切割11×11×55mm縱向試樣進行

熱 處 理 ，Cr12、Cr10VN、Cr12MoV 分 別 在 960℃ 、

980℃、1,020℃油冷淬火，然后 200℃空冷回火，熱處

理后的試樣再經(jīng)磨床磨制成不開口 10×10×55mm 試

樣測試沖擊功。表 2 為 Cr10VN、Cr12、Cr12MoV 縱向

沖擊功測試結果。

表2 縱向沖擊功測試結果

由表2可見，Cr12、Cr10VN、Cr12MoV分別在960℃、

980℃、1,020℃油冷淬火后200℃空冷回火的硬度基本

相當分別為 63HRC、62.5HRC、62.5HRC，而沖擊功有

所差別，Cr12 較低為 11.8~17.3J，Cr10VN 與 Cr12MoV

較高且基本相當為25.1~32.4J和27.9~33.3J，Cr12MoV

由于含有鉬和釩合金元素可細化晶粒提高沖擊韌性，

Cr10VN雖然不含鉬且含釩量略低于Cr12MoV，但由于

加入適量的氮形成在晶界分布的氮化物進一步細化晶

粒提高韌性，而Cr12不含鉬和釩沖擊韌性較差，所以，

Cr10VN、Cr12、Cr12MoV 在硬度相當情況下，Cr10VN

與Cr12MoV沖擊韌性相當且好于Cr12。

3 結論

（1）Cr10VN 共晶碳化物均勻性好于 Cr12 略遜于

Cr12MoV。

（2）Cr10VN高硬性與Cr12相當略高于Cr12MoV，

940℃~980℃淬火硬度為 64~65.5HRC，200℃回火硬

度為62.5HRC，450℃回火硬度仍保持在58HRC。

（3）Cr10VN 高韌性與 Cr12MoV 相當高于 Cr12，

980℃淬火+200℃回火后，縱向沖擊功為25.1~32.4J。

參 考 文 獻

[1] 徐進，姜先畬，陳再枝等. 模具鋼[M]. 北京：冶金工業(yè)出版

社，1998.

[2] 孫秀華，汝亞彬，劉寶石. 新型冷作模具鋼 Cr8 的開發(fā)[J].

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[3] 朱張校，姚可夫.工程材料[M].北京：清華大學出版社，2011.

[4] 李晨輝，謝塵，吳曉春等. 國內(nèi)外Cr12型模具鋼組織和性能

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[5] 孫秀華，劉曉，于宗洋. Cr12型冷作模具鋼熱處理工藝及性

能研究[J]. 物理測試，2017，（35）：11~14

[6] 崔忠圻.金屬學與熱處理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2001.

第一作者簡介：孫秀華，女，1968年生，遼寧撫順

人，正高級工程師，主要從事模具鋼材料研發(fā)及工藝

研究。

68

64

60

56

52

48

44

40

36

32

回火硬度/HRC

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

回火溫度/℃

Cr10VN

Cr12MoV

Cr12 鋼種

Cr10VN

Cr12

Cr12MoV

淬火工藝

加熱溫度/保溫時間

/淬火介質(zhì)

980℃/30分鐘/油

960℃/30分鐘/油

1020℃/30分鐘/油

回火工藝

加熱溫度/保溫時間

/冷卻介質(zhì)

200℃/2小時/空

200℃/2小時/空

200℃/2小時/空

硬度

/HRC

62.5

63

62.5

縱向

沖擊功

/J

25.1~32.4

11.8~17.3

27.9~33.3

·一種新型高碳高鉻冷作模具鋼的開發(fā)·

·74·

2022中國工模具材料及配件大全

鏡面拋光中非金屬夾雜物和碳化物對針孔敏感性的影響

井ノ口貴之

于 紅（譯）

（東北特殊鋼集團股份有限公司技術中心，遼寧大連 116105）

【摘要】鏡面拋光性是塑料注射模、透明和鏡面模具產(chǎn)品的重要性能指標之一。鏡面不允

許有針孔和起伏存在。所謂針孔是在拋光過程中出現(xiàn)的一種微小坑洼。雖然顯微組織、

硬度、純凈度等冶金因素對針孔敏感性的影響進行過相關研究，但實際拋光過程中針孔的

形成機理尚未有過明確闡述。為了弄清這一機理，通過對實際拋光表面的觀察，對目前塑

料模具鋼的拋光機理進行了研究。

關鍵詞：鏡面拋光性；注射模；顯微組織；碳化物

中圖分類號：TG162；TG142 文獻標識碼：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.07.019

Influence of Non-Metallic Inclusions and Carbides on Pinhole

Susceptibility in Mirror Polishing

Yu Hong

（Technology Center of Dongbei Special Steel Group Co., Ltd., Dalian，Liaoning 116105,CHN）

【Abstract】Mirror polishability is one of the most important properties of the plastic injection

mold for making transparent or mirror surface products. Mirror surfaces are to be free from

pinholes and undulation. Pinhole is a kind of small pit which appears during polishing process.

Although the effects of metallurgical factors such as microstructure, hardness, cleanliness on

pinhole susceptibility have been studied, the actual forming mechanism of pinholes has not been

fully clarified. To make it clear this mechanism current injection mold steels have been studied

by observing actually polished surfaces with gradually refining polishing media.

Key words：mirror polishing；injection mold；microstructure；carbides

1 引言

大部分塑件依靠模具射出成型，塑件從日用透明

塑件到各種產(chǎn)業(yè)機械成型零部件，遍及各個領域，塑

料成型塑件的需求量也日益增長。為了獲得優(yōu)良透

明的塑件，成型模具需要進行研磨和鏡面加工，特別

是對于射出成型光學透鏡、DVD等塑件，優(yōu)良的鏡面

加工性能是塑料模具的重要性能之一。

鏡面研磨時大多采用機械拋光，所謂機械拋光加

工，就是依靠切削或使材料表面發(fā)生塑性變形而去掉

工件表面凸起部分得到光滑面的加工方法。使用氧

化鋁砂紙、油石等，壓在工件被加工表面，作旋轉(zhuǎn)循環(huán)

運動的拋光方法。

鏡面拋光中出現(xiàn)的典型缺陷是針孔、橘皮紋、起

伏、暗紋等問題，其中局部出現(xiàn)的微小孔洞狀缺陷稱

之為針孔，占較大比例。主要表現(xiàn)為模具拋光表面呈

現(xiàn)一個或多個微小凹坑，最嚴重的時候會造成整個模

具報廢。

鏡面加工性最便捷的檢驗方法常常采用目測等

人工感知的方法進行檢驗，定量評價采用粗糙度儀[1]

，

近期試行采用反射率評價鏡面加工性[2～4]

。

研磨方法、碳化物及非金屬夾雜物等因素造成的

拋光過程出現(xiàn)的針孔問題有過相關文獻介紹[5]

。主要

的非金屬夾雜物，如硫化物、氧化物、氮化物及其復合

夾雜物。清水崇行等進行了非金屬夾雜物與反射率

·鏡面拋光中非金屬夾雜物和碳化物對針孔敏感性的影響·

·75·

2022中國工模具材料及配件大全

間關系研究[2]

，明確隨著非金屬夾雜物的增加針孔數(shù)

量隨之增加。然而，針孔缺陷的產(chǎn)生與非金屬夾雜物

種類的關系及具體實例未曾有過具體實例說明，同時

研磨過程中針孔動態(tài)產(chǎn)生過程尚未有系統(tǒng)相關論述。

以抑制和減少拋光過程中針孔的產(chǎn)生為宗旨，采

用不同非金屬夾雜物類型、不同組成、含量、尺寸的碳

化物的試料進行試驗研究，經(jīng)粗磨至拋光的過程中，

對各個研磨階段的表面進行觀察，闡述了非金屬夾雜

物及碳化物對針孔產(chǎn)生的影響。

2 試驗方法

2.1 試驗材料的選取

在廣泛應用的塑料成型模具中，按照成分和冶煉

方法選取具有代表性的6個鋼種，各鋼種的具體情況

如表1所示。

（1）PX5。PX5 鋼，作為淬回火硬度 30HRC 級的

廣泛應用的 P20 系列塑料模具鋼，添加 S 元素形成

MnS改善切削加工性能，采用真空脫氣冶煉，易形成

氧化物夾雜。

（2）NAK55。 NAK55 鋼 ，作 為 析 出 硬 化 硬 度

40HRC 級的廣泛應用易切削的 P21 系列預硬化塑料

模具鋼，含有MnS改善切削加工性。采用電渣重熔冶

煉可以有效減少非金屬夾雜，Al元素添加鋼，易形成

以AlN為形核的MnS夾雜。

（3）NAK80。 NAK80 鋼 ，作 為 析 出 硬 化 硬 度

40HRC 級的廣泛應用的高級鏡面析出硬化鋼，和

NAK55一樣采用電渣重熔冶煉，具有良好的切削加工

性能，要求具有優(yōu)良的鏡面加工性，純凈度要求非常

高。然而，由于添加Al元素，也易形成AlN夾雜。

（4）PD613。PD613 鋼，作為淬回火硬度 60HRC

的冷作模具鋼，適用于各種射出成型塑料模具、工程

樹脂模具，要求具有良好的耐磨性，其組織中不可避

免的含有細微碳化物。

（5）D-STAR。 D-STAR 鋼 ，作 為 淬 回 火 硬 度

50HRC級的不銹鋼系列超高級鏡面塑料模具鋼，適用

于光學儀器的透明塑件等，特別是高級鏡面模具。沿

用SUS420J2系列成分，采用電渣重熔冶煉，最大限度

降低非金屬夾雜物，具有非常高的純凈度。

（6）SUS630。SUS630鋼，作為40HRC硬度級的不

銹鋼系列高級耐蝕模具鋼。較SUS420J2鋼具有很高

的耐蝕性、熱處理變形小的特點。經(jīng)真空精煉冶煉存

在微量氧化物夾雜。

2.2 試驗材料的取樣方法

選用的試料，全部采用厚、寬度方向的中心位置切取

試樣，試料尺寸：長度、寬度各50mm，厚度約10～15mm，

對應其長及寬度方向的面（50×50mm）進行研磨、觀察。

2.3 研磨及觀察方法

試料經(jīng)機械加工后進行研磨。研磨方法：磨石

600#，砂紙400#～1500#，鉆石研磨膏9μm（1800#），6

μm（3000#），3μm（8000#）依次進行，從砂紙1500#開始

到研磨膏的3個階段合計共4個階段進行觀察。在光

學顯微鏡下觀察非金屬夾雜物及碳化物的分布情況。

非金屬夾雜物的類型及組成采用掃描電鏡分析，

研 磨 表 面 采 用 キ - エ ン ス 制 造 的 微 分 干 涉 儀

VHX-500進行觀察。此外，進一步測定采用原子間力

顯微鏡和激光顯微鏡，詳細觀察非金屬夾雜物的脫落

和表面缺陷的形成過程以及缺陷的形貌。

3 6種鋼的試驗結果

（1）PX5。

PX5的顯微組織如圖 1所示，MnS為主體非金屬

夾雜，與部分氧化物并存，經(jīng)不同階段研磨后微分干

涉圖像如圖2所示。經(jīng)1500#砂紙研磨后可以清晰的

觀察到非金屬夾雜物的形貌。而針孔的形貌要經(jīng)

1800#以上砂紙研磨后方可觀察到。

圖1 PX5的顯微組織

100μm

表1 試料特性

鋼種

PX5

NAK55

NAK80

PD613

D-STAR

SUS630

系列

P20

P21

P21

SDK11

SUS420J2

SUS630

化學成分

0.17C-1.6Mn-2.3Cr-0.4Mo-S

0.12C-1.7Mn-3Ni-1Al-1Cu-S

0.12C-1.7Mn-3Ni-1Al-1Cu

0.9C-8Cr-1Mo-0.4V

0.38C-0.9Si-13.5Cr-0.1Mo-0.3V

0.37C-16Cr-1Mo-S

硬化型*

HT

PH

PH

HT

HT

PH

硬度

/HRC

32

40

40

60

52

35

* HT：淬回火 PH：沉淀硬化

·鏡面拋光中非金屬夾雜物和碳化物對針孔敏感性的影響·

·76·

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圖2 PX5逐步精細拋光的微分干涉儀研究

1.砂紙（1500#） 2.鉆石研磨膏9μm（1800#）

3.鉆石研磨膏6μm（3000#） 4.鉆石研磨膏3μm（8000#）

如圖3所示，以MnS為主體的非金屬夾雜物內(nèi)部

硬質(zhì)夾雜物脫落后針孔形貌。軟質(zhì)的硫化物與硬質(zhì)

氧化物共存，氧化物夾雜逐漸顯現(xiàn)的形態(tài)。

圖3 PX5上的針孔顯微鏡觀察

（2）NAK55。

NAK55 的顯微組織如圖 4 所示。非金屬夾雜物

以 MnS 為主體，圖 5 所示為與硬質(zhì)夾雜物共存的狀

態(tài)。經(jīng)過不同階段研磨后試片的微分干涉計下形貌

如圖 6 所示。與 PX55 一樣經(jīng) 1500#研磨后可見明顯

的非金屬夾雜，更清晰的形態(tài)要在經(jīng)3000#以上的研

磨后才能觀察到。圖7所示為在8000#研磨后激光顯

微鏡觀察到的MnS形態(tài)，MnS寬約5μm，長約50μm，

對應深約1μm左右，夾雜物斷面形狀寬深比為5。

圖4 NAK55的顯微組織

圖5 含硬質(zhì)夾雜物的MnS

圖6 NAK55逐步精細拋光的微分干涉儀研究

1.砂紙（1500#） 2.鉆石研磨膏9μm（1800#）

3.鉆石研磨膏6μm（3000#） 4.鉆石研磨膏3μm（8000#）

圖7 NAK55上針孔的激光顯微鏡觀察

圖8所示為MnS內(nèi)部針孔EDX分析結果，經(jīng)確認

為AlN，推斷由于MnS優(yōu)先被研磨掉、消失，AlN殘留。

圖8 NAK55上針孔的激光顯微鏡觀察

1 2

3 4

50μm

1 2

3 4

100μm

·鏡面拋光中非金屬夾雜物和碳化物對針孔敏感性的影響·

·77·

2022中國工模具材料及配件大全

（3）NAK80。

NAK80顯微組織如圖9所示，有少量非金屬夾雜

物存在，不同階段研磨后數(shù)字顯微鏡觀察如圖 10 所

示。經(jīng)過1800#研磨表面未見針孔存在，經(jīng)3000#以上

研磨后可見明顯針孔。針孔及周圍SEM-EDX分析如

圖 11 所示。與 NAK55 一樣，有 AlN 夾雜存在。圖 12

所示為針孔斷面激光顯微鏡觀察，外觀寬度約5～10

μm，對應深度約 1.5～2μm，斷面形態(tài)比大約不大于

2～7。

圖9 NAK80的顯微組織

圖10 NAK80逐步精細拋光的微分干涉儀研究

1.砂紙（1500#） 2.鉆石研磨膏9μm（1800#）

3.鉆石研磨膏6μm（3000#） 4.鉆石研磨膏3μm（8000#）

圖11 NAK80上針孔的激光顯微鏡觀察

圖12 NAK80上針孔的激光顯微鏡觀察

（4）PD613。

PD613顯微組織如圖13所示，存在共晶碳化物，

不同階段研磨后顯微鏡下觀察如圖14所示。

圖13 PD613的顯微組織

圖14 PD613逐步精細拋光的微分干涉儀研究

1.砂紙（1500#） 2.鉆石研磨膏9μm（1800#）

3.鉆石研磨膏6μm（3000#） 4.鉆石研磨膏3μm（8000#）

經(jīng)1500#砂紙研磨后可見針孔，1800#以后呈現(xiàn)多

發(fā)針孔，顯微組織可以觀察到碳化物彌散分布，碳化

物作為模具材料中硬質(zhì)點相，硬度高，研磨難度較

大。然而，隨著拋光研磨磨料粒度變小，凹狀的針孔

50μm

1 2

3 4

100μm

Carbide 50μm

2

3 4

100μm

1

·鏡面拋光中非金屬夾雜物和碳化物對針孔敏感性的影響·

·78·

2022中國工模具材料及配件大全

數(shù)量隨之增加。碳化物的尺寸大部分在10μm左右，

對應出現(xiàn)針孔的磨料粒度尺寸約9μm。圖15所示為

原子間力顯微鏡觀察的針孔形貌，可見明顯角狀邊界

存在。

圖15 PD613上針孔原子力顯微觀察

（5）D-SRAR。

D-STAR的顯微組織如圖16所示，未觀察到明顯

的非金屬夾雜物。不同階段研磨后微分干涉儀觀察

形貌如圖 17 所示。經(jīng) 8000#研磨拋光后也未觀察到

針孔。此鋼具有良好的鏡面加工性性，經(jīng)確認可以具

備經(jīng)14000#以上打磨的鏡面要求。

圖16 D-STAR的顯微組織

圖17 D-STAR逐步精細拋光的微分干涉儀研究

1.砂紙（1500#） 2.鉆石研磨膏9μm（1800#）

3.鉆石研磨膏6μm（3000#） 4.鉆石研磨膏3μm（8000#）

（6）SUS630。

如圖18所示，SUS630 的顯微組織。各階段研磨

時數(shù)字顯微鏡組織如圖19所示，針孔缺陷非常少，可

以觀察到直徑?1μm左右的凸狀微粒。拋光后經(jīng)細致

觀察存在尺寸接近的凹坑，凹坑部分原子間力顯微鏡

觀察如圖20所示，此針孔外形尺寸，經(jīng)精確觀察針孔

直徑約2μm，深約50nm（0.05μm）。

圖18 SUS630的顯微組織

圖19 SUS630逐步精細拋光的微分干涉儀研究

1.砂紙（1500#） 2.鉆石研磨膏9μm（1800#）

3.鉆石研磨膏6μm（3000#） 4.鉆石研磨膏3μm（8000#）

圖20 SUS630上針孔原子力顯微觀察

4 結果分析

模具材料中碳化物、硫化物、氮化物、氧化物等各

0 10.0 20.0 30.0 40.0

μm

μm 2.00

0

-2.00

0 10.0 20.0 30.0 40.0

μm

μm 2.00

0

-2.00

100μm

2

3 4

1

25μm

2

3 4

1

100μm

0 10.0 20.0 30.0 40.0

μm

μm 50

0

-50

·鏡面拋光中非金屬夾雜物和碳化物對針孔敏感性的影響·

·79·

2022中國工模具材料及配件大全

種夾雜物經(jīng)不同階段研磨后，碳化物及各種非金屬夾

雜物對針孔的影響有明顯的差異。

（1）軟質(zhì)粒子（硫化物）。

對于PX5和NAK55含有硫化物的模具材料，硫化

物尺寸比氮化物、氧化物類非金屬夾雜物外形尺寸

大，大約10～100倍。模具材料中的軟質(zhì)塑性夾雜物

被優(yōu)先磨平，來自研磨初期對拋光表面的不同色差，

影響程度可以肉眼識別。一般情況下，從色差和反射

率方面影響鏡面加工效果。

例如，采用1500#研磨，對應材料中寬只有10μm

的非金屬夾雜物，研磨劑粒度大時非金屬夾雜物內(nèi)

部無法被優(yōu)先研磨。因此，使用不同粒度的磨料，

對于不同尺寸的非金屬夾雜物進行研磨拋光時，鏡

面加工性就會表現(xiàn)不同的級別。普遍認為，硫化物

尺寸細小可以使鏡面加工性明顯提高。

（2）硬質(zhì)粒子（碳化物、氧化物、氮化物）。

碳化物、氧化物、氮化物在模具鋼材料中硬度高，

屬于相對難研磨的相。所以粗磨時呈凸狀微粒子，當

拋光磨料粒度大小接近硬質(zhì)粒子尺寸時更容易脫落

而形成針孔。

觀察PD613的碳化物尺寸10μm，則在1800#磨料

粒度9μm研磨下開始脫落。觀察NAK80中AlN夾雜

約5μm，磨料粒度6μm時脫落。觀察SUS630氧化物

約1～3μm左右，經(jīng)磨料粒度3μm開始脫落僅少數(shù)保

留下來。以上事例說明，拋光過程中針孔的形成，與

磨料粒度尺寸、硬質(zhì)非金屬夾雜物粒子的大小近似程

度相關。

（3）軟質(zhì)粒子+硬質(zhì)粒子。

以硫化物為主體的軟質(zhì)非金屬夾雜物，部分是和

硬質(zhì)夾雜粒子共存的，打磨過程中硬質(zhì)粒子表現(xiàn)為更

加容易脫落。也就是，硬質(zhì)粒子周圍的軟質(zhì)夾雜優(yōu)先

被研磨時，硬質(zhì)粒子保持力在研磨過程中變?nèi)酢?/p>

5 結論

關于模具材料鏡面加工性針孔缺陷的產(chǎn)生：碳化

物、硫化物、氮化物、氧化物的影響分析如下：

（1）軟質(zhì)塑性非金屬夾雜物（硫化物）通過優(yōu)先被

研磨后形成針孔，而硬質(zhì)脆性的非金屬夾雜物（氮化

物、氧化物）和其他碳化物，通過剝落形成針孔。

（2）針孔的形態(tài)取決于非金屬夾雜物的類型。對

于軟質(zhì)的塑性非金屬夾雜物來說具有淺而寬的形貌，

而對于脆性硬質(zhì)的非金屬夾雜物呈深而窄的形貌。

（3）拋光時磨料粒度大的情況下，無論是被優(yōu)先

研磨還是剝落，出現(xiàn)針孔的情況較少。然而，粒度小

會增加針孔的數(shù)量。

（4）當磨料粒度與硬質(zhì)夾雜顆粒粒度尺寸接近

時，硬質(zhì)夾雜物和碳化物更容易脫落。

（5）當硬質(zhì)脆性夾雜物與軟質(zhì)塑性夾雜物混合分

布時，打磨過程中比其單獨分布更容易脫落。

綜上，鏡面加工過程中抑制針孔的產(chǎn)生，在拋光

方面應該注意：①磨料粒度細小，非金屬夾雜物容易

引起針孔發(fā)生，接近拋光完成時有必要保留最一定的

研磨余量；②硬質(zhì)夾雜物脫落時產(chǎn)生針孔較深，同樣

粒度下繼續(xù)研磨，針孔難以去除，宜采用從較粗的研

磨開始重新研磨拋光去除。

參 考 文 獻

[1] 例えば，福尾憲二：特殊鋼，1993，42（12）20

[2] 清水崇行，藤井利光：電気製鋼，2003，（74）125

[3] 金澤重久，加藤正倫，山畑利行：千葉県機械金屬試験場研

究報告，1997，27（19）

[4] 幸田忠彰：日本機械學會ロボティクス·メカトロニクス

講演會92講演論文集，Vol.A,537.

[5] 田部博輔：型技術，2005，20（12），93

于紅譯自電気製鋼 第 78 卷 4 號 2007 年 11 月

P361～P368。

譯者簡介：于紅，女，1967年生，碩士研究生，高級

工程師，主要從事工模具材料研發(fā)工作。

·鏡面拋光中非金屬夾雜物和碳化物對針孔敏感性的影響·

·80·

2022中國工模具材料及配件大全

Cr12 鍛材大塊碳化物尺寸控制研究

吳 鵬，焦其慧，王 利，付 博，王中強

（東北特殊鋼集團股份有限公司技術中心，遼寧大連 116105）

【摘要】對比試驗了Cr12鍛造圓鋼采用添加稀土、不同的錠型、不同的鍛比對大塊碳化物尺

寸的影響，試驗結果表明：①添加稀土改善塑性后，通過增加鍛造單道次變形量，可減小碳

化物尺寸；②在變形條件及鍛比一定時，扁錠的大塊碳化物尺寸小于八角錠；③若通過增

加鋼錠截面積提高鍛比，大塊碳化物尺寸先隨之減小后隨之增加，最佳鍛比約5.0。

關鍵詞：Cr12；大塊碳化物；稀土；鍛比；錠型

中圖分類號：TG162；TG142 文獻標識碼：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.08.018

Study on Size Control of Large Carbide in Cr12 Forging

Wu Peng，Jiao Qihui，Wang Li，F(xiàn)u Bo，Wang Zhongqiang

（Technology Center of Dongbei Special Steel Group Co., Ltd., Dalian，Liaoning 116105,CHN）

【Abstract】The effects of rare earth addition, different ingot shapes and different forging ratios

on the size of large carbide in Cr12 forged round steel are compared. The test results show that:①

after adding rare earth to improve plasticity, the size of carbide can be reduced by increasing the

deformation of single forging pass. ② When the denaturation condition and forging ratio are

fixed, the size of large carbide in flat ingot is smaller than that in octagonal ingot. ③If the forging

ratio is increased by increasing the cross-sectional area of ingot, the size of large carbide first

decreases and then increases, and the best forging ratio is about 5.0.

Key words：Cr12；bulk carbide；rare earth；forging ratio；ingot type

1 引言

Cr12屬于高耐磨、微變形、高碳高鉻萊氏體冷作

模具鋼，具有較好的淬透性和很高的耐磨性，多用于

冷剪切刀、搓板、拉絲模、冷軋輥使用，但由于大塊碳

化物的存在，尤其是用做冷軋輥使用時，易造成大塊

碳化物脫落，常被稱為“掉肉”缺陷影響使用，因此，研

究控制Cr12大塊碳化物是非常重要的。為此，東特股

份公司為了改善Cr12鍛材的碳化物大小，針對冶煉工

藝、錠型選擇、鍛比對碳化物大小影響的研究，提出了

改進工藝。

2 試驗鋼成分及工藝流程

試驗鋼Cr12成分如表1所示。

表1 Cr12化學成分 %

工藝流程如下所示：

電爐→LF→VD→模鑄→紅送→加熱、鍛造→退

火→超聲波探傷→檢驗、入庫。

3 試驗方法

Cr12屬于萊氏體鋼，鋼液冷凝過程中發(fā)生共晶反

應形成大量的網(wǎng)狀結晶碳化物，需通過后續(xù)鍛造加工

變形將共晶碳化物破碎成細小分布的碳化物。因此

研究改善碳化物大小主要從縮小原始共晶碳化物大

小以及加工工藝優(yōu)化兩方面入手。

C

2.05～2.20

Si

0.15～0.40

Mn

0.20～0.40

P

≤0.030

S

≤0.005

Cr

12.00～12.80

·Cr12鍛材大塊碳化物尺寸控制研究·

·81·

2022中國工模具材料及配件大全

采用添加稀土、不同的單道次變形量、不同的鍛

比、不同的錠型進行了對比試驗，試驗后在鍛材橫截

面直徑的四分之一處切取橫向試樣，經(jīng)研磨、拋光后

制成金相試樣，用 4%硝酸酒精溶液深腐蝕，按照

JB-T 7713-2007標準測量最大的大塊碳化物尺寸。

4 試驗結果及分析

4.1 稀土及單道次變形量對碳化物尺寸影響

研究表明，通過添加稀土元素可以改善高合工鋼

的塑性[1]

，增加鍛造單道次變形量，為了研究稀土元素

對大塊碳化物影響，采用 1.7t 八角錠，不同的鍛造單

道次變形量生產(chǎn)相同規(guī)格?180mm進行對比試驗，試

驗結果如表2及圖1所示。

表2 是否添加稀土及不同單道次變形量試驗結果

圖1 是否添加稀土及不同單道次變形量的大塊碳化物尺寸

a——添加稀土、單道次變形量40mm b——添加稀土、單道次

變形量70mm c——未添加稀土、單道次變形量40m

由表2可見，若單道次變形量相同，添加稀土對大

塊碳化物尺寸無明顯改善，當添加稀土改善塑性后，

單道次變形量由40mm增加至70mm后未發(fā)生表面開

裂，且大塊碳化物尺寸明顯減小，主要體現(xiàn)在碳化物

長度明顯縮短，這是由于增加單道次變形量，鋼錠內(nèi)

部易鍛透，有利于鋼材內(nèi)部的碳化物破碎，尤其是長

條形的碳化物更容易被破碎成多個碳化物，從而縮小

大塊碳化物尺寸。

4.2 不同錠型對大塊碳化物影響

為了驗證不同錠型（扁錠與八角錠）對大塊碳化

物尺寸的影響，采用添加稀土方式冶煉1.4t扁錠、1.7t

八角錠，相同的單道次壓下量，相同的鍛比，生產(chǎn)

?180mm規(guī)格鍛圓，試驗結果如表3及圖2所示。

表3 不同錠型試驗結果

大塊碳化物尺寸25μm 大塊碳化物尺寸56μm

圖2 不同錠型試驗的大塊碳化物尺寸

a——1.4t扁錠 b——1.7t八角錠

由表3可見，經(jīng)過相同的變形條件、相同的鍛比，

1.4t扁錠大塊碳化物明顯小于1.7t八角錠，這是由于

根據(jù)凝固理論，以及共晶碳化物沿晶界析出特點，共

晶碳化物分為3個區(qū)，分別為表層細小網(wǎng)狀區(qū)、中部柱

狀網(wǎng)狀區(qū)、心部粗大等軸網(wǎng)狀區(qū)，鋼錠初始共晶碳化

物與冷凝條件有關，凝固時間短易于獲得細小的共晶

碳化物[2]

，而1.4t扁錠厚度較小，相對于1.7t八角錠冷

凝速度更快，形成更細小的原始共晶碳化物，經(jīng)過相同

的變形條件、相同的鍛比得到更細小的大塊碳化物。

4.3 不同鍛比對碳化物尺寸影響

一般來說，提高鍛比有兩種方式，一是通過鐓粗

方式提高鍛比，該方法有利于碳化物破碎，減小碳化

物尺寸，但對于高合工鋼，變形抗力較大且易開裂，若

通過鐓粗增加鍛比，操作難度較高，且易造成廢品[3]

，

增加生產(chǎn)成本，大生產(chǎn)中很少采用；二是通過增加鋼

是否

添加稀土

是

否

單道次變形量

mm

40

70

40

70

表面

是否開裂

否

否

否

是

大塊碳化物尺寸

μm

72

56

76

因開裂嚴重無法鍛造

錠型

1.4t扁錠

1.7t八角錠

是否添

加稀土

是

是

鋼錠尺

寸/mm

520×280

?430

成品規(guī)

格/mm

?180

?180

單道次變

形量/mm

70

70

鍛

比

5.7

5.7

大塊碳化物

尺寸/μm

25

56

（c）

（a） （b）

大塊碳化物尺寸72μm 大塊碳化物尺寸56μm

大塊碳化物尺寸76μm

（a） （b）

·Cr12鍛材大塊碳化物尺寸控制研究·

·82·

2022中國工模具材料及配件大全

錠截面積來提高鍛比，雖然也會有利于碳化物破碎，

但隨著鋼錠截面積增加勢必造成原始共晶碳化物尺

寸也隨之增加，兩者疊加后難以判斷對碳化物尺寸

帶來何種影響。為了研究通過增加鋼錠截面積提高

鍛比對碳化物尺寸的影響，采用同種形狀不同截面

積的鋼錠、不同鍛比進行對比試驗，試驗結果如表 4

及圖3所示。

由表4可見，隨著鍛比增加，大塊碳化物尺寸先隨

之減小，后隨之增加，原因是鋼錠截面積增加導致原

始共晶碳化物尺寸增加，而增加的鍛比雖然會增加破

碎效果，但當鋼錠截面積增加到一定程度后，增加的

鍛比難以抵消原始共晶碳化物尺寸增加帶來的負面

影響，最終造成成品的大塊碳化物尺寸先減小后增

加[4]

，最佳鍛比約5.0左右。

表4 不同鍛比試驗結果

錠型

1.0t八角錠

1.2t八角錠

1.7t八角錠

2.1t八角錠

3.15t八角錠

是否添

加稀土

是

是

是

是

是

鋼錠尺

寸/mm

?360

?400

?430

?500

?580

成品規(guī)

格/mm

?180

?180

?180

?180

?180

單道次變

形量/mm

70

70

70

70

70

鍛

比

4.0

5.0

5.7

7.7

10.4

大塊碳化物

尺寸/μm

52

44

56

58

64

大塊碳化物尺寸52μm 大塊碳化物尺寸44μm 大塊碳化物尺寸56μm

大塊碳化物尺寸58μm 大塊碳化物尺寸64μm

（a） （b） （c）

（d） （e）

圖3 不同鍛比試驗的大塊碳化物尺寸

a——鍛比4.0 b——鍛比5.0 c——鍛比5.7 d——鍛比7.7 e——鍛比10.4

5 結論

（1）Cr12冶煉添加稀土后，若鍛造單道次變形量

不變，大塊碳化物尺寸未見明顯變化，但添加稀土改

善塑性后，可通過增加鍛造單道次變形量，有效減小

大塊碳化物尺寸。

（2）因扁錠較八角錠的冷凝效果更佳，原始共晶

碳化物更細小，在加工條件及鍛比相同時，扁錠的大

塊碳化物尺寸明顯小于八角錠。

（3）若通過增加鋼錠截面積提高鍛比，大塊碳化

物尺寸先隨之減小后隨之增加，最佳鍛比應控制在

5.0左右。

參 考 文 獻

[1] 韓鳳軍，劉曉斌，李濤等. 改善高合金工具鋼碳化物不均勻

度的研究[J]. 大型鑄鍛件，2019，（1）：6~9

[2] 王繼紅,孫秀華,王琳等. 鋼錠截面形狀對Cr12Mo1V1鍛制

扁鋼和圓鋼的共晶碳化物影響[J]. 模具制造，2019，（9）：

86~89

[3] 余多賢. Cr12系列冷作模具鋼的鍛造與熱處理[J]. 特鋼技

術，2019，3（25）：1~3

[4] 王繼紅,孫秀華,王琳等. 改善Cr12MoV模具鋼共晶碳化物

均勻性的工藝研究[J]. 模具制造，2020，（12）：81~84

第一作者簡介：吳鵬，男，1982年生，遼寧大連人，

主要從事金屬材料研發(fā)及工藝研究。

·Cr12鍛材大塊碳化物尺寸控制研究·

·83·

2022中國工模具材料及配件大全

ZW636 高鏡面塑料模具鋼的開發(fā)

王建華1，2

，曹立軍1，2

，崔瑞婷1，2

，張長春1，2

，張海英1，2

（1.唐山志威科技有限公司，河北遵化 064200；

2.河北省工模具鋼技術創(chuàng)新中心，河北遵化 064200）

【摘要】通過優(yōu)化ZW636冶煉工藝，生產(chǎn)出低P、低Ca的電極坯料，電極坯通過保護氣氛電

渣爐冶煉出高純凈度高均勻性電渣錠，電渣錠經(jīng)高溫均質(zhì)化、大鍛比鍛造、正火擴氫、水空

交替冷卻淬火及多次回火工藝，得到了高鏡面塑料模具鋼。對其成分、硬度、純凈度、組

織、晶粒度和拋光性等指標進行檢驗，結果表明，ZW636材料性能優(yōu)異，適用于大燈燈罩、

尾燈雙色和空調(diào)面板等模具。

關鍵詞：ZW636；高鏡面；純凈度；硬度均勻性；拋光性能

中圖分類號：TG162；TG142 文獻標識碼：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.08.019

Development of ZW636 High Polishing Plastic Mold Steel

Wang Jianhua1，2

，Cao Lijun1，2

，Cui Ruiting1，2

，Zhang Changchun1，2

，Zhang Haiying1，2

（1.Tangshan ZWell Technology Co., Ltd., Zunhua, Hebei 064200，CHN；

2.Hebei Tool & Mold Steel Technology Innovation Center, Zunhua, Hebei 064200，CHN）

【Abstract】By optimizing the smelting process of ZW636, Electrode billets with low P and low

Ca are produced. Through the protective atmosphere and controlled melting rate electroslag

furnace, the high purity and high uniformity electroslag ingots are smelted. High polished plastic

mold steel is produced, by high temperature and long time diffusion, high forging ratio,

normalizing, air and water alternate cooling and multiple tempering. The composition, hardness,

purity, structure, grain size and polishing property of the product were examined. The results

show that ZW636 is excellent for headlamp shade mold, taillight dual-color mold and

air-conditioning panels mold.

Key words: ZW636；high polishing；purity；uniformity of hardness；polishing performance

1 引言

隨著生活水平提高，人們對日常生活用品表面美

觀度提出了更高的要求，高端塑料模具消耗量飛速增

長，高端鏡面塑料模具鋼需求量也隨之提高。但高鏡

面塑料模具鋼的生產(chǎn)企業(yè)多分布在日本、德國和瑞典

等國家，其模具鋼質(zhì)量穩(wěn)定性好，而我國生產(chǎn)能力不

足，質(zhì)量波動大，導致高端塑料模具鋼大部分依賴進

口，價格幾倍于國產(chǎn)同質(zhì)量水平的塑料模具鋼[1]

。發(fā)

展高鏡面等高端塑料模具鋼勢在必行。唐山志威科

技有限公司生產(chǎn)的高鏡面塑料模具鋼 ZW636，硬度

38~42HRC，可拋光至8000#，目前最大厚度達800mm。

2 主要技術要求

（1）成分要求。成分按照表1進行控制。

表1 化學成分標準 wt%

（2）硬度要求。預硬化黑皮狀態(tài)交貨，截面硬度

38~42HRC，芯部≥37HRC。

（3）非金屬夾雜物。非金屬夾雜物按GB/T 10561

的A法進行檢驗，檢驗結果應符合表2要求。

鋼種

ZW636

C

0.23-

0.30

Si

≤

0.4

Mn

1.3~

1.6

P

≤

0.015

S

≤

0.003

Cr

1.3~

1.6

Ni

0.9~

1.2

Mo

0.50~

0.70

V

0.08~

0.015

·ZW636高鏡面塑料模具鋼的開發(fā)·

·84·

2022中國工模具材料及配件大全

表2 非金屬夾雜物級別

（4）晶粒度。按照 GB/T 6394 進行晶粒度檢測，

實際晶粒度≥5級。

（5）超聲檢測。鍛件要求逐支100%進行探傷，按

SEP1921 標準第三組進行探傷，合格級別滿足 E/e 級

要求。

（6）拋光等級。在模塊冒口端面靠中心位置取

100×100mm 試塊進行拋光。拋光流程：去除鋸切痕

（砂輪機和砂輪片）→砂紙拋光（100-1000#砂紙）→鉆

石拋光膏拋光（拋光面上無肉眼可見的拋光痕跡）→

表面擦拭→評級。評級標準：1cm范圍內(nèi)0~1個麻點，

拋光為合格，按8000#等級標準進行測試，通過測試為

合格。

3 工藝流程

ZW636ESR生產(chǎn)工藝：電爐→鋼包精煉→真空脫

氣→模鑄→保護氣氛電渣重熔→高溫擴散→換向鍛

造→正火擴氫處理→調(diào)質(zhì)處理→超聲波探傷→表面

質(zhì)量檢驗→噴標→檢斤入庫。

4 生產(chǎn)試制

4.1 冶煉過程

電爐冶煉完畢后，取樣檢測磷含量，控制磷≤

0.010%后出鋼，出鋼過程加入鋁塊進行沉淀脫氧、造

渣料進行渣洗及合金化。鋼水到達 LF 后，采用鋁粒

和高純碳化硅進行擴散脫氧，精煉時間≥60min，白渣

保持時間≥20min。鋼水到達 VD，通氬氣攪拌，在真

空度≤67Pa下，真空度保持時間20min，軟吹＞15min，

氬氣保護澆鑄模鑄電極坯。模鑄電極坯表面磨光，渣

料進行烘烤后進行電渣重熔。

4.2 高溫均質(zhì)化加熱和鍛造過程

高溫均質(zhì)化加熱：坯料盡管已經(jīng)經(jīng)過電渣重熔過

程，但鑄態(tài)合金因凝固時溶質(zhì)原子再分布，易導致凝

固后合金元素的不均勻分布，從而引起枝晶偏析，通

過高溫擴散均質(zhì)化加熱，改善了C、Mn、Cr和Mo等元

素的偏析情況[2]

。

鍛造和成形：保證足夠鍛比，保證芯部組織的鍛

透、壓實和晶粒充分破碎，同時保證最后一火鍛比>1.5。

4.3 正火擴氫和淬回火過程

電渣錠鍛造成形后，進行正火擴氫和淬回火。此

鋼種為白點敏感鋼，尤其在雨季，擴氫時間應適當延長。

5 產(chǎn)品檢驗結果

模塊回火后進行探傷，根據(jù)探傷結果平頭，檢測

硬度，并在兩端取片進行高倍檢驗。經(jīng)檢驗，探傷、硬

度、高倍均符合技術要求。

以下檢驗結果為規(guī)格610×1,510mm模塊實測結果。

5.1 成分檢驗結果

化學成分如表3所示。

表3 化學成分 wt%

[O]=6ppm，[N]=51ppm，[H]=0.5ppm，成分滿足技

術要求，且成分均勻。

5.2 硬度檢驗結果（兩個端面5點L型硬度）

使用便攜式里氏硬度計在模塊兩端鋸切面檢測

硬度，圖1所示為端面硬度點位置，結果如表4所示，

滿足技術要求，硬度均勻性為2.7HRC。

圖1 硬度檢測位置

表4 硬度結果

鋼種

ZW636ESR

A

細

≤1.0

粗

≤0.5

B

細

≤1.0

粗

≤0.5

C

細

≤0.5

粗

≤0.5

D

細

≤1.0

粗

≤0.5

項

目

要

求

檢

驗

結

果

位置

——

補縮端

1/4寬度

補縮端

中心

底墊端

1/4寬度

底墊端

中心

C

0.23-

0.30

0.275

0.293

0.274

0.276

Si

≤0.4

0.254

0.233

0.225

0.218

Mn

1.3~

1.6

1.469

1.472

1.455

1.465

P

≤

0.015

0.0098

0.0098

0.0099

0.0106

S

≤

0.003

0

0

0

0

Cr

1.3~

1.6

1.46

1.46

1.44

1.44

Ni

0.9~

1.2

0.971

0.983

0.963

0.973

Mo

0.50~

0.70

0.586

0.596

0.587

0.591

V

0.08~

0.015

0.115

0.115

0.114

0.115

項目

要求

檢驗

結果

位置

——

錠尾端

補縮端

硬度/HRC

38~42

39.7

40.7

40.3

40

39.5

40

38.8

40

41.5

41.3

P1、P5點距表面20mm

P1

P2（1/2R） P4（1/2R）

P5 P3

（中心點）

·ZW636高鏡面塑料模具鋼的開發(fā)·

·85·

2022中國工模具材料及配件大全

5.3 非金屬夾雜物檢驗結果

非金屬夾雜物檢驗結果如表5所示。1/4寬度非金

屬夾雜物如圖2所示，中心非金屬夾雜物如圖3所示。

表5 非金屬夾雜物檢驗結果

圖2 1/4寬度非金屬夾雜物100× 圖3 中心非金屬夾雜物 100×

5.4 晶粒度檢驗結果

檢驗位置：補縮端1/4寬度和中心

檢驗結果：如圖4、圖5所示，6級。

圖4 1/4寬度晶粒度 200× 圖5 中心晶粒度 200×

5.5 金相組織

在補縮端取片檢驗1/4寬度和中心位置觀察金相

組織，組織為回火索氏體。組織均勻，無明顯偏析。

如圖6、圖7所示。

圖6 1/4寬度金相組織（50×和500×）

圖7 中心金相組織（50×和500×）

5.6 超聲檢測

按 SEP1921 標準第三組進行模塊大面和側面探

傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋、疏松和縮孔等缺陷，未發(fā)現(xiàn)任何超聲

波缺陷，完全滿足E/e級要求。

5.7 拋光檢測

在材料端面靠中心位置取100×100mm試塊進行

拋光。拋光亮度為8000#，拋光效果評分為90%（1cm

范圍麻點數(shù)為0~1個），適用于大燈燈罩、尾燈雙色和

空調(diào)面板等模具。

6 結論

（1）ZW636ESR高鏡面塑料模具鋼生產(chǎn)工藝已成

熟穩(wěn)定，并已固化。

（2）ZW636ESR模塊硬度38~42HRC，同截面硬度

均勻性≤3HRC，滿足要求。

（3）各類非金屬夾雜物級別均≤1.0 級。組織均

勻，無明顯偏析。晶粒度6級，滿足技術要求。

（4）ZW636ESR 具有優(yōu)異的拋光性能，可拋光至

8000#，適用于大燈燈罩、尾燈雙色和空調(diào)面板等模具。

參 考 文 獻

[1] 潘金芝，任銳銘，戚正風. 國內(nèi)外模具鋼發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 金屬

熱處理，2008，33（8）：10~15

[2] 康愛軍，郭強，顧容，王琳，楊天亮. 高溫擴散對3Cr2MnNiMo

鋼大型模塊組織和硬度均勻性的影響[J]. 機械工程材料，

2010，34（12）：40~44

第一作者簡介：王建華，女，1981年5月生，碩士，

畢業(yè)于山東大學，工程師，主要從事塑料模具鋼產(chǎn)品

研究與開發(fā)工作。

項目

要求

檢驗結果補縮端1/4寬度

檢驗結果補縮端中心

A

細

≤1.0

0

0

粗

≤0.5

0

0

B

細

≤1.0

0.5

0.5

粗

≤0.5

0

0

C

細

≤0.5

0

0

粗

≤0.5

0

0

D

細

≤1.0

1

0.5

粗

≤0.5

0.5

0.5

Ds

≤1.0

0.5

1.0

·ZW636高鏡面塑料模具鋼的開發(fā)·

·86·

2022中國工模具材料及配件大全

ZW863ESR超鏡面車燈模具鋼開發(fā)及研究

曹立軍1，2，3

，姚宏康1，2，3

，張長春1，2，3

，陳海桐1，2

，潘成明1，2

，張海英1，2

（1.唐山志威科技有限公司，河北唐山 064200；

2.河北省工模具鋼技術創(chuàng)新中心，河北唐山 064200；

3.唐山市工模具鋼研究與開發(fā)技術創(chuàng)新團隊，河北唐山 064200）

【摘要】ZW863ESR 超鏡面車燈模具鋼，在 GB/T 1299-2014 4Cr5MoSiV、ASTM A681-2008

H11、DIN EN ISO 4957-2001 1.2343（X37CrMoV5-1）基礎上進行成分優(yōu)化設計，材料性能

及穩(wěn)定性得到進一步提升。采用建龍集團高純凈度高爐+轉(zhuǎn)爐+精煉+真空脫氣+連鑄流程

精煉鋼作為電極母材，經(jīng)保護氣氛電渣重熔+高溫均質(zhì)化+多向鍛造成型+超細化處理，獲

得高純凈度、高均勻性、高韌性車燈模具鋼材料。在模塊冒口中心位置取樣，進行調(diào)質(zhì)熱

處理，根據(jù)NADCA#207-2016標準，沖擊試樣硬度達到44~46HRC，進行無缺口沖擊性能檢

測，橫向無缺口沖擊功達到320J以上，等向性達到0.9以上，拋光試樣硬度達到46~48HRC，

進行拋光性能檢測，拋光亮度達到12000#，可滿足高端車燈模具使用要求。

關鍵詞：超鏡面；車燈模具鋼；高溫均質(zhì)化；超細化處理；拋光性能

中圖分類號：TG162；TG142 文獻標識碼：B

DOI：10.12147/j.cnki.1671-3508.2022.09.019

Development and Research of ZW863ESR

Ultra-Mirror Lamp Mold Steel

Cao Lijun1，2，3

，Yao Hongkang1，2，3

，Zhang Changchun1，2，3

，Chen Haitong1，2

，

Pan Chengming1，2

，Zhang Haiying1，2

（1.Tangshan ZWell Technology Co., Ltd., Tangshan, Hebei 064200，CHN；

2.Hebei Tool & Mold Steel Technology Innovation Center, Tangshan, Hebei 064200，CHN；

3.Tangshan Tool & Mold Steel R&D Technology Innovation Team,Tangshan,Hebei 064200，CHN）

【Abstract】By improving the chemaical composition, ZW863ESR ultra-mirror auto lamp mould

steel offers better material properties and stability than 4Cr5MoSiV (GB/T 1299-2014), H11

(ASTM A681-2008) and 1.2343 (DIN EN ISO 4 957-2001) . Through high purity BF+BOF+LF+

VD+CC melting process, protective atmosphere electroslag remelting process, high temperature

homogenization，multi-directional forging process and then ultrafine treatment, the high purity,

high uniformity and high toughness lamp mold steel material was finally made. Sampling and

testing according to NADCA#207-2016, its impact sample hardness is 44~46HRC, transverse

non-notch impact above 320J, isotropism above 0.9, polished sample hardness is 46~48HRC,

polishing brightness up to 12000#, which can meet the requirements of high-end auto lamp

mould.

Key words:ultra-mirror；lamp mold steel；high temperature homogenization；ultrafine treatment；

polishing performance

·ZW863ESR超鏡面車燈模具鋼開發(fā)及研究·

·87·

2022中國工模具材料及配件大全

1 引言

ZW863ESR 為我司自主開發(fā)的一種 Cr-Mo-V 系

熱 作 模 具 鋼 ，是 在 GB/T 1299-2014 4Cr5MoSiV、

ASTM A681-2008 H11、DIN EN ISO 4957-2001

1.2343（X37CrMoV5-1）、NADCA#207-2016 GRADE

D（Type H11/2343）基礎上進行成分優(yōu)化設計，材料性

能及穩(wěn)定性得到進一步提升。該鋼種具有良好的淬

透性、組織均勻性、沖擊韌性、熱疲勞性、耐磨性及優(yōu)

異的鏡面拋光性能。由于其優(yōu)異的綜合性能，廣泛應

用于熱鍛模、鋁型材擠壓模、鋁鎂合金壓鑄模、車燈模

具[1~2]

，其中，車燈模具要求最高。

本文根據(jù)車燈模具使用要求，并結合 NADCA#

207-2016[3]

、SEP 1614-1996 等國際通用標準[4]

，對

ZW863ESR模具材料的實物指標進行分析，最終對拋

光性能進行綜合評價，確定滿足車燈模具拋光要求與

材料關鍵技術指標的對應性。為超鏡面車燈模具量

產(chǎn)奠定理論基礎。

2 車燈模具使用要求

汽車車燈作為汽車的核心部件，在汽車工業(yè)中占

據(jù)著舉足輕重的地位[5]

。汽車車燈外觀要求高，其重

要零件都是透明件、電鍍件等，可以說汽車外觀要求

最高的零件就是車燈，因而對模具材料及制造要求極

高[6]

。車燈模具作為汽車燈具成型的主要工具，對模

具拋光性能、耐磨性能及沖擊韌性有著極高的要求，

尤其是鏡面拋光性能。

車燈根據(jù)位置可分為前大燈、尾燈、霧燈、轉(zhuǎn)向燈

等，其中，前大燈要求最高。前大燈又分為燈罩及反

光鏡。燈罩為透明塑料件（外觀件），不允許有斑點、

收縮凹陷、熔接痕、飛邊等缺陷。反光鏡為表面鍍鉻

件（電鍍件），對斑點的要求比燈罩更為苛刻，也是車

燈模具中要求最嚴苛的部件。

3 模具材料關鍵技術要求

3.1 化學成分

化學成分要求如表 1 所示。主要化學成分在

NADCA#207-2016 GRADE D（Type H11/2343）等標

準基礎上進一步縮窄范圍，并增加殘余元素要求及添

加特殊元素。

3.2 非金屬夾雜物

非金屬夾雜物要求如表2所示。非金屬夾雜物在

NADCA#207-2016 S級基礎上增加Ds要求。

表1 化學成分要求 %

表2 非金屬夾雜物要求（級）

3.3 顯微組織

（1）火組織按NADCA #207-2016標準進行評級，

合格級別滿足AS1-AS6。

（2）狀偏析按 SEP 1614-1996 標準進行評級，合

格級別滿足SA1-SA4，SB1-SB4。

3.4 口沖擊性能

無缺口沖擊性能，采用7×10×55mm試樣，沖擊平

均值≥320J，單個最小值≥280J。

4 模具材料開發(fā)工藝流程

采用建龍集團高爐+轉(zhuǎn)爐+精煉+真空脫氣+連鑄

流程精煉鋼作為電極母材，經(jīng)保護氣氛電渣+高溫均

質(zhì)化處理+多向鍛造成型+超細化處理，獲得高純凈

度、組織均勻、高韌性車燈模具鋼材料。

4.1 坯料純凈度及電渣重熔質(zhì)量控制

從拋光性能的主要影響因素—麻點出發(fā)，控制

原始坯料的純凈度，尤其是大顆粒球狀氧化物夾

雜。坯料采用高爐鐵水≥70%的裝爐方式進行轉(zhuǎn)爐

冶煉，保證 P、S 及殘余元素含量，鋼水經(jīng)精煉及真空

脫氣，保證氣體含量，進行無鈣化處理工藝[7]

，在保證

鋼水可澆性的條件下，并連鑄成型，獲得高純凈度電

極坯料。

連鑄電極坯經(jīng)進口恒熔速保護氣氛電渣重熔，冶

煉錠型為?1,100mm，原始枝晶偏析及宏觀成分偏析

得到明顯改善，獲得致密度、結晶組織、枝晶偏析及截

面成分均勻性良好的電渣錠。

4.2 高溫均質(zhì)化及熱變形質(zhì)量控制

ZW863ESR為Cr-Mo-V系熱作模具鋼，鋼種主要

合金元素Cr、Mo、V為強碳化物形成元素，在凝固過程

牌號

ZW863ESR

C

0.35

~

0.40

Si

0.90

~

1.10

Mn

0.20

~

0.50

P

≤

0.015

S

≤

0.003

Cr

5.00

~

5.50

Mo

1.20

~

1.40

V

0.30

~

0.50

Ni

≤

0.20

Cu

≤

0.10

特殊

元素

添加

牌號

ZW863ESR

A

細

≤0.5

粗

≤0.5

B

細

≤1.5

粗

≤1.0

C

細

≤0.5

粗

≤0.5

D

細

≤1.5

粗

≤1.0

Ds

≤1.0

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·88·

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易與碳結合形成M23C6、M6C及MC型碳化物，造成原始

枝晶偏析，嚴重時將在枝晶間形成液析碳化物。根據(jù)

鋼種合金含量及碳化物類型特點，采用鍛前 1,260℃

長時間高溫均質(zhì)化處理，有效溶解原始MC型碳化物，

并使得枝晶干與枝晶間碳及合金元素得到短程擴散，

對改善電渣錠原始枝晶偏析效果良好。

高溫均質(zhì)化的電渣錠再進行多向鍛造成型，充分

破碎未溶解、擴散的枝晶偏析，進一步改善偏析程度，

均勻組織。

4.3 預備熱處理質(zhì)量控制

鍛后采用 1,060℃高溫固溶處理，進一步溶解高

熔點碳化物，得到均勻的固溶體，并采用水空交替

的冷卻方式，控制模塊中心冷速，避免碳化物沿晶

界析出。在固溶處理后進行等溫球化退火，改善組

織均勻性的同時細化晶粒，從而達到超細化處理的

目的。經(jīng)預備熱處理，獲得組織均勻、晶粒細小

的球化組織，為模具最終熱處理創(chuàng)造良好的組織

條件。

5 模具材料實物指標及性能

對試制的300×1,100mm及560×1,100mm模塊，分

別進行化學成分、氣體、低倍組織、非金屬夾雜、顯微組

織、晶粒度、無缺口沖擊、超聲波探傷及拋光性能檢測。

5.1 化學成分及氣體

化學成分實物指標如表3所示。

表3 化學成分實物指標 %

氣體實物指標如表4所示。

表4 氣體實物指標 ppm

氣體O、N、H控制良好，符合技術要求。

5.2 低倍組織

在模塊冒口端取片，經(jīng)酸浸腐蝕后，檢驗橫截面

低倍組織，無肉眼可見的白點、夾雜、裂紋、皮下氣泡、

翻皮和分層等缺陷。中心疏松和錠型偏析按 GB/T

1299 第三級別圖評定，一般疏松按 GB/T 1979 評定，

均符合≤1.0級要求。低倍組織實物指標如表5所示。

表5 低倍組織實物指標（級）

5.3 非金屬夾雜物

在冒口端低倍片上取樣，檢驗非金屬夾雜物，按

GB/T 10561-2005 標準評級，試驗模塊純凈度良好，

無0.5級以上非金屬夾雜。

非金屬夾雜物實物指標如表6所示。

表6 非金屬夾雜物實物指標（級）

5.4 顯微組織

試樣分別取自300×1,100mm、560×1,100mm模塊

截面中心位置，試樣經(jīng)拋光及4%硝酸酒精腐蝕后觀

察縱截面顯微組織。

在 50×下觀察，無明顯帶狀及液析碳化物，按

SEP 1614-1996 標準評定，帶狀偏析達到 SA1。在

500×下觀察，退火組織由鐵素體基體上均勻分布的球

狀碳化物組成，無鏈狀碳化物及大塊鐵素體，按

NADCA#207-2016標準評定，退火組織達到AS3。具

體帶狀及球化組織如圖1所示。

5.5 晶粒度

試樣經(jīng)1,000±10℃奧氏體化、保溫30min，分級淬

火至 700℃保溫 30min，然后空冷至室溫。按 GB/T

6394進行評級，晶粒度均達到8.0級以上。

5.6 無缺口沖擊性能

試樣分別取自300×1,100mm、560×1,100mm模塊

截面中心位置，取短橫方向（ST）及縱向（L）無缺口沖

擊試樣，試樣尺寸7×10×55mm，試樣經(jīng)1,000±10℃奧

氏體化，保溫30min，油淬，至少回火2次，確保最終硬

度44~46HRC。橫縱向無缺口沖擊及等向性如表7及

圖2所示。

規(guī)格/mm

300×1,100

560×1,100

C

0.37

0.38

Si

1.02

0.98

Mn

0.39

0.42

P

0.008

0.009

S

0.001

0.001

Cr

5.07

5.02

Mo

1.30

1.29

V

0.39

0.40

Ni

0.06

0.07

Cu

0.03

0.05

規(guī)格/mm

300×1,100

560×1,100

O

8.7

9.2

N

61

58

H

0.6

0.8

規(guī)格/mm

300×1,100

560×1,100

中心疏松

1.0

1.0

一般疏松

0.5

0.5

錠型偏析

1.0

1.0

規(guī)格/mm

300×1,100

560×1,100

A

細

0

0

粗

0

0

B

細

0.5

0.5

粗

0

0.5

C

細

0

0

粗

0

0

D

細

0.5

0.5

粗

0.5

0.5

Ds

0.5

0.5

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表7 橫縱無缺口沖擊及等向性實物指標

5.7 拋光性能

試樣分別取自300×1,100mm、560×1,100mm模塊

冒口端截面中心位置，試樣熱處理至硬度46~48HRC，

進行拋光性能檢驗，拋光亮度均達到12000#，無明顯

麻點及料紋?？蓾M足高端車燈模具拋光性能要求。

拋光檢測結果如表8所示。

表8 拋光檢測結果

6 結束語

經(jīng)以上流程開發(fā)的ZW863ESR獲得高純凈度、高

均勻性、高韌性車燈模具鋼材料，關鍵技術指標可滿

足 NADCA#207-2016 標 準 GRADE D（Type H11/

2343）相關技術要求，沖擊試樣在44~46HRC硬度下，

橫向無缺口沖擊功達到320J以上，等向性達到0.9以

上，拋光試樣在 46~48HRC 硬度下，拋光亮度達到

12000#，可滿足高端車燈模具使用要求。

參 考 文 獻

[1] 陳再枝，藍德年. 模具鋼手冊[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，

2002.

[2] 姚迪，李晶，何新波，張濤，陳雪梅. 國內(nèi)熱作模具材料發(fā)展

現(xiàn)狀[J]. 冶金叢刊，2014，（04）

[3] NADCA#207 - 2016 Special Quality Die Steel & Heat

Treatment Acceptance Criteria for Die Casting Dies[S].

[4] SEP 1614-1996 Microscopic inspection of hot-work tool

steels[S].

[5] 王艷光. 淺談材料的正確應用對車燈反射鏡的設計生產(chǎn)以

及成本的影響[J]. 時代汽車，2019（, 13）

[6] 許建榮. 汽車燈具反射鏡材料的性能要求和熱塑性反射鏡

材料[J]. 上海塑料，2005，（01）

[7] 任立坤，童立芬，曹立軍，馬小亮，李軍龍. 無鈣處理工藝對

合金鋼潔凈度的影響[J]. 特殊鋼，2020，（02）

第一作者簡介：曹立軍，男，1977年生，博士，高級

工程師，主要從事工模具鋼開發(fā)及管理。

規(guī)格/mm

300×1,100

560×1,100

試樣尺寸/mm

80×80×20

80×80×20

試樣硬度/HRC

46~48

46~48

拋光亮度

12000#

12000#

規(guī)格/mm

短橫（ST）/J

縱向（L）/J

等向性（ST/L）

300×1,100

362

375

0.965

560×1,100

353

368

0.959

400

300

200

100

0

300×1,100 560×1,100

橫縱向無缺口沖擊/J

362 375 353 368

短橫（ST） 縱向（L）

等向性（ST/L）

0.965 0.959

300×1,100 560×1,100

1.000

0.900

0.800

0.700

0.600

0.500

圖2 橫縱無缺口沖擊及等向性

圖1 顯微組織（左-50×帶狀偏析，右-500×退火組織）

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深圳市兆恒撫順特鋼有限公司

主營業(yè)務：模具鋼材

聯(lián)系人：曾燦基

電話：0755-26548707 13352989703

傳真：0755-26548722

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深圳市德瑞特模具鋼材有限公司

主營業(yè)務：進口模具鋼材-德國薩爾鍛鋼廠代理商

聯(lián)系人：崔先生

電話：0755-23464455 13823315819

傳真：0755-23464460

E-mail：sales@drtsteel.cn

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號廠房4棟101A區(qū)

廣東天佳譽模具科技有限公司

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防銹系列、鏡面系列產(chǎn)品以及精密冷沖模具鋼系列產(chǎn)

品，并可以按用戶特殊要求提供個性化開發(fā)定制服務

聯(lián)系人：鄧志斌

電話：0755-89567199 89567399

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深圳市隆際五金模具鋼材有限公司

主營業(yè)務：模具鋼材、銅材、鋁材，五金配件

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中拓金屬五金材料（深圳）有限公司

主營業(yè)務：模具鋼材，國內(nèi)外鋼材、塑膠鋼、壓鑄鋼、熱

作鋼、五金沖壓鋼材等

聯(lián)系人：鄭志雄

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E-mail：xlgg-x@163.com

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傳真：0755-27286667

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模具材料類

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深圳市卓爾順石墨制品有限公司

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EDM放電加工

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備噴砂、矯直、壓光、滾光、熱處理和渦流探傷等輔助

設備，碳結鋼、合結鋼和工模具鋼的冷拔材、削皮材、

磨光材的圓鋼和方扁鋼

電話：0755-61691888

傳真：0755-83410181

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深圳市宏晟達金屬材料科技有限公司

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大橋銅材（深圳）有限公司

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銅材等系列產(chǎn)品

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地址：深圳市寶安區(qū)觀瀾環(huán)觀中路金祥工業(yè)園

深圳市新亮金屬制品有限公司

主營業(yè)務：模具、模架、模具零配件、精密機械板

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傳真：0755-23779515

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深圳市和鑠金屬有限公司

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電紫銅

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深圳市國富特模具材料有限公司

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含管制刀具），磨具的銷售，國內(nèi)商業(yè)，物資及技術進

出口

聯(lián)系人:吳闖創(chuàng)

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廣東萬潤利模具技術有限公司

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發(fā)、生產(chǎn)和銷售；導熱材料專家，功能性碳基納米材料

領域的研究與解決方案供應商

聯(lián)系人：柯瑞林

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攀鋼集團國際經(jīng)濟貿(mào)易有限公司華南分公司

主營業(yè)務：優(yōu)質(zhì)碳合結鋼、模具鋼、不銹鋼、精密無縫

鋼管、核電管材、鈦材

聯(lián)系人：付子倫 13208279561

電話：0755-27718636

傳真：0755-88305607

E-mail：fuzilun@sina.com

Http：//www.cssc.com.cn

地址：深圳市福田區(qū)金田路2022號華軒大廈316室

深圳市恒發(fā)鋼材有限公司

主營業(yè)務：國產(chǎn)及奧地利、瑞典、德國、美國、日本等國

的進口模具鋼材

聯(lián)系人：肖至明

電話：0755-29501781

傳真：0755-29502396

Http：//hengfagangcai.cn.china.cn

E-mail：yinchunhua9@163.com

地址：深圳市寶安區(qū)沙井街道南洞村上高坡工業(yè)園第

四棟

深圳市景泓特模具鋼有限公司

主營業(yè)務：冷作模具鋼，熱作模具鋼，高端熱鍛模具

鋼、高光塑膠模具鋼，高速工具鋼等產(chǎn)品經(jīng)銷批發(fā)

聯(lián)系人：周寧

電話：0755-29724402 傳真：0755-29724403

E-mail：lrz@jhtsteel.com

地址：深圳寶安松崗街道羅田社區(qū)廣發(fā)工業(yè)園

美兆貿(mào)易（深圳）有限公司

主營業(yè)務：代理NGK優(yōu)質(zhì)鈹銅；代理NTK日本特殊陶

業(yè)切削工具

聯(lián)系人：曾先生

電話：0755-89620039

傳真：0755-89620045

地址：深圳龍崗區(qū)中心城龍城廣場 110 號盛龍花園 2

期1棟1107房

深圳市萬聯(lián)銳模具鋼材有限公司

主營業(yè)務：模具鋼材

聯(lián)系人：黃小姐

電話：0755-27043237

E-mail：2960652813@qq.com

地址：深圳龍華新區(qū)大浪街道順城基工業(yè)園4棟一樓

震堅模具機械（深圳）有限公司

主營業(yè)務：模胚，進口模具鋼，日立模具鋼材、代理法

國阿賽洛模具鋼

聯(lián)系人：謝紅霞

電話：0755-84138290 84138280

E-mail：sales@chenchine.com

地址：深圳市坪山區(qū)龍?zhí)锝值例執(zhí)锷鐓^(qū)烏石路53號

深圳市惠吉實業(yè)有限公司

主營業(yè)務：進口、國產(chǎn)模具鋼材，塑膠模具鋼，五金模

具鋼，熱作鋼等

聯(lián)系人：余楚新

電話：0755-28855859 13760388369

傳真：0755-28856081

E-mail：huijisz@sina.cn

地址：深圳市龍崗區(qū)平湖街道眾和街3號B棟

·93·

· 模具材料類 ·

2022中國工模具材料及配件大全

深圳市德舜堯國際貿(mào)易有限公司

主營業(yè)務：德國史密斯美特銅合金有限公司中國總經(jīng)

銷-塑料注塑模

聯(lián)系人：韓蓄

電話：0755-27478111 18310166263

E-mail：hovadur@qq.com

Http：//www.schmelzmetall.com

地址：深圳市福田區(qū)梅林街道梅林一村17棟020F

山立欣業(yè)新材料（廣東）有限公司

主營業(yè)務：清洗劑、脫模劑、防銹劑、頂針油、潤滑脂等

聯(lián)系人：曹建國/鄭先生

電話：0755-27307085 15899862492/15899863502

傳真：0755-27308219

E-mail：3003838653@qq.com

地址：深圳寶安福永街道白石廈社區(qū)東區(qū)華南路8號301

深圳市和永豐金屬科技有限公司

主營業(yè)務：銷售塑膠模具，五金沖壓模具鋼材，設有工

廠鋼料庫存，開料及精料加工

聯(lián)系人：陳宇田

電話：0755-27099682

傳真：0755-27098382

地址：深圳松崗鎮(zhèn)東方松裕路松裕商鋪32-4

益鑫實業(yè)有限公司/強力精密五金有限公司

主營業(yè)務：鎢鋼、銅鈦合金、LOCTITE h+s、G.Dufour等

聯(lián)系人：張照平

電話：0755-27069065 27062391 13823303496

傳真：0755-27060026

E-mail：szyixing@126.com

地址：深圳市寶安松崗潭頭三村

深圳市億盛佰模具鋼材有限公司

主營業(yè)務：專業(yè)銷售各種國內(nèi)外品牌模具鋼材，五金

模具鋼材，塑膠模具鋼材，壓鑄模具鋼材，機械鋼材等

聯(lián)系人：劉先生

電話：0755-27323001

傳真：0755-27323186

地址：深圳市福永107國道福豐達工業(yè)區(qū)1棟1樓

東莞市中瑞金屬材料有限公司

主營業(yè)務：專營各種高級進口圓板材料，常規(guī)熱處理、

真空淬、回火熱處理、真空離子氮化、超深冷處理，鋼

材成分分析、金相檢測及失效分析

聯(lián)系人：張小姐

電話：0769-83137751-3/89006618

傳真：0769-83136003

E-mail：316766468@qq.com

Http：//www.zhongrui-7.cn

地址：東莞市大朗鎮(zhèn)黃草朗第二工業(yè)區(qū)東勝路68號

東莞市精閩科技股份有限公司

主營業(yè)務：模架生產(chǎn)及銷售

聯(lián)系人：白玉明

電話：0769-88086600

傳真：0769-88086601

E-mail：jm-sales@jingfangmould.com

Http：//www.jingfangmould.com

地址：廣東省東莞市橫瀝鎮(zhèn)六甲工業(yè)區(qū)六興路6號

東莞市正一金屬制品有限公司

主營業(yè)務：德國BGH鋼廠中國代理商，撫順模具鋼代

理商

聯(lián)系人：林國忠

電話：0769-87500819 13929232929

傳真：0769-87500619

E-mail：lingguozhong@163.com

Http：//www.dgzyjs.com

地址：東莞市鳳崗鎮(zhèn)金鳳凰樓廈新村工業(yè)區(qū)

廣東裕鼎模具鋼有限公司

主營業(yè)務：進口德國葛利茲模具鋼材的批發(fā)、零售和

配送服務業(yè)務

聯(lián)系人：馬鳳龍

電話：0769-22893951

傳真：0769-22893631

E-mail：mouldsteel@yudingms.com.cn

Http：//www.yudingms.com.cn

地址：東莞市松山湖工業(yè)園工業(yè)北二路3號

·94·

· 模具材料類 ·

2022中國工模具材料及配件大全

東莞市鋼寶金屬材料有限公司

主營業(yè)務：中國鋼研塑膠模具鋼，塑膠不銹鋼，熱作模

具鋼，一系列的配套服務真空熱處理、超深冷處理、精

板加工、鏡面加工等

聯(lián)系人：肖榮盛

電話：0769-85395876 / 13532892982

傳真：0769-85395976

E-mail：gangbao@bolot.cn

地址：東莞市長安鎮(zhèn)錦廈銅鑼圍工業(yè)區(qū)睦鄰路3號

東莞市譽輝模具鋼材有限公司

主營業(yè)務：塑膠模具鋼、熱作模具鋼、預硬沖子料、冷

作模具鋼、高速鋼、合金結構鋼

電話：0769-23118585、22656413 13922974367

傳真：0769-22655423

E-mail：yufaisteel@126.com

Http：//www.gdyhsteel.com

地址：東莞市寮步鎮(zhèn)井巷村建新路218號

東莞市柏順金屬實業(yè)有限公司

主營業(yè)務：代理東北特鋼集團長鋼、國內(nèi)特殊模具鋼，

專業(yè)批發(fā)零售冷作、熱作、塑膠模具鋼，自備精光板加

工大型磨床、龍六銑、側邊銑、精銑

聯(lián)系人：柏新波

電話：0769-81316588 89887838 13620013868

傳真：0769-85908435

E-mail：baishunjs0769@163.com

Http：//www.bsjs.dg.com

地址：東莞市萬江簡沙洲商業(yè)北路（居委會旁）

東莞市鋼納金屬材料有限公司

主營業(yè)務：加工銷售：模具鋼材、模胚材料；產(chǎn)銷：模

具、金屬制品

聯(lián)系人：王小姐

電話：0769-82198818 13829269691

傳真：0769-82198868

E-mail：dgcisri@163.com

Http：//www.dgcisri.com

地址：東莞沙頭社區(qū)一壩路大井北街13號

東莞市樂港特殊鋼材有限公司

主營業(yè)務：日本模具鋼、日標模具鋼、奧地模具鋼、瑞

典模具鋼、美國模具鋼、德國模具鋼、國產(chǎn)模具鋼、新

型材料

電話：0769-85358200 13712132567

傳真：0769-85359876

E-mail：2366824324@qq.com

Http：//www.lgmjgc.com

地址：東莞市長安鎮(zhèn)烏沙工業(yè)區(qū)

東莞市新日鐵金屬材料有限公司

主營業(yè)務：進口模具鋼材、硬質(zhì)合金(億隆鎢鋼)、鎢鋼

刀具等

聯(lián)系人：李先生

電話：0769-81760118 18002769001

傳真：0769-85079916

E-mail：81760222@163.com

Http：//www.dgxinritie.com

地址：東莞市長安鎮(zhèn)新安工廠

香港吉祥模具鋼材（東莞）有限公司

主營業(yè)務：冷作工具鋼、高速工具鋼、熱作壓鑄工具鋼

和塑膠模具鋼

聯(lián)系人：王先生

電話：0769-85646216 13794966216

傳真：0769-85646226

E-mail：dgjixiang@163.com

Http：//www.dg-jixiang.com

地址：廣東省東莞市長安鎮(zhèn)烏沙李屋第六工業(yè)區(qū)

東莞市萬達特鋼有限公司

主營業(yè)務：高速工具鋼、合金工具鋼、合金結構鋼、軸

承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、碳素結構鋼和碳素工具鋼等特

殊鋼材生產(chǎn)加工

手機：孫洪霞 18922501476

電話：0769-85357681 85357658

傳真：0769-85357671

E-mail：wandategang@163.com

Http：//www.dgwdtg.com

地址：東莞市長安鎮(zhèn)廈邊社區(qū)振安西路112號

·95·

· 模具材料類 ·

2022中國工模具材料及配件大全

東莞市鳳達特鋼有限公司

主營業(yè)務：高速鋼粉末鋼、光圓棒、銀亮材圓鋼、SUS

不銹鋼系列、國產(chǎn)圓鋼、無縫管、鈦合金、鎂合金、銅合

金、鋁合金

聯(lián)系人：王先生 13415981688

電話：0769-85686566 85358566

傳真：0769-81669797

Http：//www.gdfdtg.com

地址：東莞市長安鎮(zhèn)沙頭社區(qū)貓山北路96號C棟

東莞捷鼎材料科技有限公司

聯(lián)系人：王應森 13559728985

電話：0769-38677095

郵箱：3075293351@qq.com

地址：東莞市長安鎮(zhèn)振安東路96號

東莞市竹菱銅業(yè)有限公司

主營業(yè)務：優(yōu)質(zhì)純銅、鈹銅、鉻銅、鉻鋯銅、鎢銅、銀鎢、

電極銅管及毛細管定制

聯(lián)系人：陳慶水/劉小姐

全國統(tǒng)一服務熱線：400-888-3889

0769-85644832 85382287

0769-85644829 13809610507

傳真：0769-85339107

E-mail：dg@takibishi.cn

Http：//www.takibishi.com

地址：東莞市長安鎮(zhèn)上沙第二工業(yè)區(qū)創(chuàng)立路18號

東莞市伯樂五金模具有限公司

主營業(yè)務：主營一勝百和中國鋼研優(yōu)質(zhì)模具鋼。公司

鋸床、銑床、磨床等加工設備一應俱全，另配備真空熱

處理和超深冷設備，能夠完成從毛料到精煉再到熱處

理的所有流程

聯(lián)系人：肖志平

電話：0769-89236611（20線） 15014811599

傳真：0769-89236600

E-mail：sales@bolot.cn

Http：//www.bolot.cn

地址：東莞市長安鎮(zhèn)錦廈銅鑼圍工業(yè)區(qū)3號

東莞市騰隆模具鋼材有限公司

主營業(yè)務：非標、標準模胚；模具鋼材

聯(lián)系人：陳勇 13008884893

電話：0769-87774158

傳真：0769-87774066

E-mail：tenglongmoju8@163.com

地址：東莞市鳳崗鎮(zhèn)東升工業(yè)二路六號

東莞寶鋼特殊鋼加工配送有限公司

主營業(yè)務：寶鋼特鋼（原上鋼五廠）塑料模具鋼、熱作

模具鋼、冷作模具鋼、工具鋼、特種材料的國際貿(mào)易

聯(lián)系人：林總

電話：0769-88516020

傳真：0769-88556033

E-mail：Baob40@163.com

地址：東莞市望牛墩鎮(zhèn)銀河工業(yè)園

東莞市鴻源模胚鋼材有限公司

主營業(yè)務：模胚、鋼材、模具、五金、塑膠模具

聯(lián)系人：李桂林

電話：0769-83233468 13480018982

傳真：0769-83239048

E-mail：354149277@qq.com

地址：東莞市寮步鎮(zhèn)良邊方中路2號

東莞市鋁信金屬材料有限公司

主營業(yè)務：產(chǎn)銷、加工、銷售：金屬材料及金屬制品、五

金制品、塑膠制品、電子產(chǎn)品

聯(lián)系人：吳小鋒

電話：18825529578

E-mail：steven1981816@126.com

地址：東莞市長安鎮(zhèn)廈崗社區(qū)泮塘街9號鋁信金屬

東莞市錦和特殊鋼有限公司

主營業(yè)務：模具鋼材

聯(lián)系人：甘文利

電話：0769-89323380/89323383

傳真：0769-89323385

E-mail：3574859589@qq.com

地址：東莞市大嶺山鎮(zhèn)大嶺山大道376號2號樓202室

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