钜研特殊钢_冷作模具钢开发简介

近年来，由于塑料模具的快速发展， 在许多发达**，冷模具的产值降至第二位， 但仍占模具总产值的1/3左右。 汽车工业是模具的更大用户。 虽然2018年汽车销量有所下降，但未来需求仍将保持在较高水平。冷模具在汽车工业中的应用非常大。 由于新车型的增加， 速度越来越快。 对冷模具的性能、质量和品种提出了更高的更新要求。 因此，冷模具钢的发展尤为重要。

冷模钢的发展现状

虽然我国冷模具钢生产总量不断增加， 但钢种相对单一。虽然国内冷模具钢在低端模具钢市场具有价格优势， 但高端冷模具钢仍需从日本、德国、瑞典等**进口， 使企业模具生产成本高， 在很大程度上限制了国内冷模具钢的发展。因此， 迫切需要开发国内新型高性能冷模具钢。

冷模具钢一般可分为：低合金冷模具钢、中合金冷模具钢、高合金冷模具钢和近年来快速发展的新型冷模具钢。

低合金冷作模具钢， Cr WMn 性价比高，因此被广泛使用。但主要缺陷是碳化物偏析严重， 热加工容易形成网状碳化物， 韧性差， 严重影响模具寿命。中合金冷模钢， Cr5Mo1V (A2) 为代表， A2钢与D2与钢相比， 降低了碳铬的含量， 提高了碳化物的均匀性， 耐磨性略低，韧性高， 淬火性高， 可空冷淬火， 热处理变形小， 用于制造耐磨性高、必须承受一定冲击载荷的冷模具。高合金冷模具钢， Cr12Mo1V1 (D2) 代表传统Cr12冷作模具钢如Cr12MoV、Cr12Mo1V1它是20世纪末中国更常用的冷模具钢。 热处理后变形小，耐磨性高，承载能力大。 长期以来广泛应用于中国大中型冷模具中。然而，作为莱氏体钢， 其凝固组织中有大量过量的共晶碳化物， 偏析严重。 虽然耐磨性好， 但韧性差， 热处理后经常因碳化物偏析而断裂。

新型冷作模具钢

高碳高铬冷模具钢耐磨性好， 但韧性不足， 中低合金冷模具钢韧性高，耐磨性不足， 为了满足冷轧模具和厚板剪切模具的工作要求， 美国、瑞典、日本等**开发了一系列高韧性、高耐磨的新型冷模具钢， 特别是Cr8型为代表。Cr8由于降低了系冷模具钢材料C和Cr含量, 比D2 解决了钢共晶碳化物分布更好的问题Cr12冷模具钢韧性不足。钢种包括Cr8、5Cr8Mo VSi、Cr8Mo2SiV、7Cr7Mo2V2Si等等。国外典型Cr8冷作模具钢如下表所示

值得一提的是，上海大学谢殷子等Cr12MoV在适当降低成分的基础上C、Cr提高共晶碳化物偏析的含量Mo、V 开发了细化晶粒、增强钢二次硬化能力的含量SDC90、SDC99等Cr8冷作模具钢具有高韧性、高耐磨性， 其机械性能已达到甚至优于进口Cr8冷作模具钢。

对上海大学李晨辉、谢尘等进行了比较研究SDC99、日本某品牌冷模具钢2种，瑞典某品牌冷模具钢1种。研究表明：四种Cr8通过冷模具钢的硬度、冲击韧性、抗弯强度和耐磨性， JMat Pro分别计算Cr8和Cr12 分析模具钢碳化物的类型和数量Cr8型模钢合金化原理。SDC99 实物质量与同类进口模具钢相当，具有良好的综合力学性能。Cr8型模具钢通过降低C和Cr含量， 降低M7C3型莱氏体碳化物含量大大提高冲击韧性；同时提高Mo、V等强碳化物形成元素含量， 增加二次碳化物， 保证碳化物总量， 提高耐磨性；添加Ni、Si等非碳化物形成元素细化晶粒， 强化基体， 增强韧性。

冷模钢的发展方向

**十三五计划中的高性能工模钢及应用项目 (2016年7月)~20212006年6月) 已进入中期， 项目代表了国内模具钢发展的前沿， 也展示了国内模具钢的发展方向。冷模具钢的主要发展趋势是通过改进成分、 冶炼和热处理工艺的不断优化， 提高其综合力学性能。 耐磨性高、强度和韧性足是冷模具钢长寿命的重要条件。

1.新型冶炼技术

模具钢冶炼的新工艺主要有两种：粉末冶金 (PM) 和喷射成型 (SF)。 在制粉过程中，由于钢水雾化后钢粉迅速凝固， 形成非常小、均匀的合金碳化物， 显著提高了钢的韧性、可磨性和塑性。SF钢液在工艺中的凝固速度介于粉末冶金 (PM) 和电渣重熔 (ESR) 之间， 的组织结构与粉末冶金材料相同， 但碳化物略厚。其生产成本低于粉末冶金， 目前广泛应用于高合金材料中。

2.新的热处理工艺

冷作模具钢应用更广泛的新的热处理工艺是深冷处理。深冷处理 (Deep cryogenic treatment, DCT) 是指在-130℃ 是传统热处理工艺的延伸。相关研究表明， 与未经深冷处理的模具钢相比， 虽然硬度有限， 磨损耐力显著提高， 耐磨性比原来提高2~6.6 大大提高了其机械性能和使用寿命， 因此在欧洲、美国、日本等**得到了广泛的应用。目前，冷模钢深冷处理的研究重点是D2钢等Cr12系材料。

3.发展Cr8冷作模具钢

目前，冷作模具钢应用更广泛Cr8、Cr12 目前，低合金工具钢仍被广泛应用于中国CrWMn高碳高铬工具钢Cr12MoV及Cr12这些老钢号 配合强韧性优越Cr8冷作模具钢的使用量不大, 而成本极高的粉末冶金冷作模具钢短期内不具备广阔的应用前景。因此, 要加大Cr8冷作模具钢的使用和研发力度, 重视冲击韧性和耐磨性的提高。“十三五”项目中, 一个重要课题就是厚度或直径150~300mm的高强 (≥800MPa) 大型钢板冷冲压Cr8类冷作模具钢。下图为冷作模具钢的研发趋势, 通过合理的合金化手段进一步提高新型冷作模具钢的综合性能是冷作模具钢的重要发展方向。

结 语

目前，我国模具产能超过2000亿元， 已发展成为世界模具生产大国， 但与美国、德国、日本等工业发达**相比， 中国模具行业整体水平相对落后10年。十三五是我国模具行业从大到强发展的关键时期。 挑战与机遇并存， 任务艰巨。行业要制定统一的行业标准来评价衡量材料性能, 规范生产过程中的各道工艺, 打造具有影响力的国产品牌, 这样才能提升国产冷作模具钢的整体形象。而且还要及时了解发达**的更新动向和研究成果, 研发新的产品, 实现高端冷作模具钢的国产化。只要全行业坚持改革创新, 加快转型升级步伐, 经过努力奋斗, 2020年开始进入世界模具强国之列的战略目标定能实现。

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