国内外模具用钢发展概况
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表 ３ 一些火焰淬火钢的化学成分（ 质皿分数 ， ％） ａｌ Ｔ ｂ ３ Ｃ ｅ ｉ 姗 “ｉ朋 ｆ ｏ ｎ ｃ ｐ Ｕ ｏ ｓ ｅ ａ ｅ ｅ ｈ功 ｃ ｌ ａ ｍ ｍ
命 。 ｓ 经９ ℃ 火 ０ ℃回 后 高 强 困 Ｄ钢 ０ 淬 和２ 火 有 的
韧性， 特别是冲击韧度高， 显著优于常用的高韧性刀片
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牙 综 述 攀崔
年 才才什 才什卡 什
必 、 书
仁
国内外模具用钢发展概况
昆（ 华中科技大学 塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室， 湖北 武汉 ４０７） ３０４
模具净进 口，量为 总 摘要： 我国模具工业近年来以每年 巧％左右的速度快速发展， ５ ２ 年模具销售额 ６０ ０ １ 亿元， ３３ １． 亿美元。目 我国的 前， 模具技术及模具寿命与一些工业发达国家相比， 仍存在较大差距。正确的模具用材 及其热处理在提高模具寿命中有重要作用。本文介绍了国内外冷作模具钢、 热作模具钢和塑料模具钢的发展概 况、 最新进展及我国模具钢发展中存在的问题和对策。 关键词： 模具用钢发展； 冷作模具钢； 热作模具钢； 塑料模具钢 中图分类号：Ｇ ４．５ 文献标识码： Ｔ １２４ Ａ 文章编号： ５石 ５（０７０刁 １ １ ０ ４ ０１２０）１ ０ ・ ２ ） （ １
ａｐｃｉ ｓｎ ｐ ｐｒｅ ｔａ ｅｔｌ ｓｍ ｏａｔ ｌ ｉｉ ｒ ｓｇｈ ｗｒｎ ｌ ｏｄ ｓｎ ｍｕ ｓＴｅｅｅ ｐｌａｏ ａｄ ｒ ｅｈａ ｒ ｔ ｎｐ ｙｉｐｒｎｒｅ ｎｎ ｅ ｉ ｔ ｏ ｉ ｉ ｆ ｉ ａｄ ｏｌ． ｇ ｒ ｉｔｎ ｏ ｔ ｅｍ ａ ｔ ｏ ｓ ｃ ａｎ ｅ ｋ ｇ ｆ ｅ ｅ ｄ ｈ ｎ－ ｌ ｉｔ ｎ ｈ ｅ ｏ ｅｔｎ ｔ ａ ｓ ｒ ｓｆｏ ｗｒ ｉ ｔｌ ｈ ｗｋ ｉ ｔ ｌ ａ ｐ ｓｃ ｏｌ ｔ ｌ ａｓ ａｏ ｏｔ ｄｖｌ ｍ ｎａｄｈ ｌｅ ｐ ｓ ｓｏｃ ｄ ｏ ｄ ｓｅ ， ｔ ｒ ｄ ｓｅ ， ｄ ｌｔ ｍｕ ｓｅ ｔ ｉ ｆ ｅ ｅＰ ｕ ｅ ｔｔｏ ｅ ｒ ｌ ｋ ｅ ｅｓ ｏｏ ｅ ｅ ｓ ｎ ａｉ ｄ ｅｓ
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２０
不少新模具钢， 一些使用性能优异、 工艺性能也比较好 的新钢种受到模具制造和使用单位的欢迎。在此期间 也引进了一些国外通用钢号， 有些钢号通过生产试用，
取 好的 得良 效果「。 ‘ 对一些使用效果较好的 １ 冷作模
具钢和热作模具钢， 有关部门还分别组织了性能对比
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
试 研究， 验 提出了 选择和 应用的 建议仁〕 可以 ２ 。 认为， “
收稿 日期： ６ ８ ０ ２ 刁一 ０
模具的 使用寿命亦有不同 程度的 提高［。 ４ 高速钢有 〕
更高的耐磨性和强度， 常用于制作模具， 但其韧性不能 满足复杂、 大型和受冲击负荷大的模具的需要。为了
《 金属热处理》０７ ２０ 年第犯 卷第 １ 期
改善这类钢的强韧性， 国内外开发了一些新的冷作模
具钢。
一之 一
世纪８ 年代以来， ０ 我国模具工业发展迅速， 近 年以每年 巧％左右的速度快速发展。 ０５ ２ 年我国模 具销售额６０ １ 亿元， ０４ 比２０ 年增长２％。模具净进口 ５ 总量为 １． 亿美元， ３３ 进口模具主要是高档模具， 其中 塑料模具占４％、 ６ 冲压模具占４％。目 我国的模 ４ 前， 具技术及模具寿命与一些工业发达国家相比， 仍存在 较大差距。提高我国模具使用寿命有很大的潜力， 并 将带来巨大的经济效益。 影响模具使用寿命的因素主要有设计结构、 成形 及制造工艺、 模具材料的选用、 热处理工艺及表面强 化、 润滑及使用维护等。据调查统计， 在模具失效的诸 多因素中， 由于模具用材和热处理不当而引起的失效 约占７％。由此可见， ０ 正确的模具用材及其热处理在
０ Ｒ 以上， ６ＨＣ 可得到厚度在１ ｍ ． ｍ以上的淬硬层， ｓ 畸
变量一般只有 ００％ 一 ． ％， ． ２ ００ 硬化层下又有一个高 ５ 韧性的基体做衬垫， 在工作过程中刃口 不易发生开裂、 崩刃等现象， 表层还有一定的压应力， 从而使模具获得 较高的使用寿命。表 ３为一些火焰淬火钢的化学成 分。一些火焰淬火钢也可以采用一般的淬火和回火工 艺， 用作冷作模具。
提高模具寿命中的重要作用。 ２ 世纪６ 年代以来， ０ ０ 在国家有关部委的支持下，
作者简介： 昆（９ ． 一）男， 崔 １ ０ ， 山东济南人， ５ ２７ 教授， 中国工 程院院士， 主要从事高性能新型模具钢的开发与应用、 夹杂物 工程、 高性能Ｔ（ ， 基金属陶瓷、 ｉ ＣＮ ） 激光熔覆基础理论等方面 的研究， 获得省、 部委级以上奖励 巧 项， 其中国家发明奖二、 三、 四等奖各 １ 在国内外学术刊物上发表论文 ２ 余篇。 项， ０ ５ 联系电话： ７ ７４４０ ０ 一 ５２１ ２
Ｈ Ｄ１ Ｍ 一７ 瑞典开发的ＡｓＢ３ 也是一 Ｍ 一和Ｈ ｎ ［。 ５〕 ｓ ６５ Ａ
种可进行火焰淬火的冷作模具钢。我国研制了一种与 日 Ｓ １ Ｖ成分相似的火焰淬火钢７ ｒ ｎ Ｏ （ 本 Ｘ０ ５ Ｃ ｉ ＭＶ 简 ｓ Ｍ
更高的强韧性； 加人钥或钒可细化晶粒。表２ 为高韧
性低合金冷作模具钢和其他冷作模具钢的强韧性结果 对比。Ｇ Ｄ钢 （ＣＭ ＮＭＶｉ 经９ ℃淬火和 ６ｒｎＩｏＳ 钢） ０
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１１ 低合金冷作模具钢 ． 低合金冷作模具钢的主要特点是工艺性好， 淬火 温度低， 热处理畸变小， 强韧性好， 并具有适当的耐磨 性。表 １ 为低合金冷作模具钢的化学成分， 其中 ０ １
为国际通用的低合金冷作模具钢。在钢中加铬或锰可 提高淬透性， 并使钢在淬火和低温回火后保留一定量 的残留奥氏体， 减少畸变； 加人硅或镍可使基体强韧 化， 并提高回火抗力， 在相同硬度下， 比其他同类钢有
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表１ 一些低合金冷作模具钢的化学成分（ 质量分数， ％） Ｔ ｌ１ ｈＩ ａ ｏ ｐｉ ｎ ｆ ｏ ｏ Ｃ ｅ ｃ ｃｍ ｓ ｏ ｏ ｓｍ ｌ ｌｏ ｎ ｂ ａｅ ｌ ｕｌ ｏ ｔ ｉ ｅ ｗａ 扣 ｇ ｃｌ ｏ ｒ ｉ ｓ ｓｗ ％） ０ ｄｗ ｋｄ ｔ （ ｅ ｅ ｔ ｌ
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我国已建立了较完整的模具钢钢种系列， 其中一些钢 的性能优异， 达到国际先进水平。
１ 冷作模具钢
目 我国常用的冷作模具钢仍是 Ｃ Ｍ 低合 前， Ｗ ｒ ｎ 金工具钢和 ＣｌＭ Ｖ Ｃ１ 高碳高铬工具钢等钢材。 ｒＺ ｏ 、 ２ ｒ Ｃ Ｍ 钢具有适当的淬透性和耐磨性， Ｗ ｒ ｎ 热处理畸变 小， 但锻后需较严格地控制冷速， 否则易形成网状碳化 物， 导致模具在使用中崩刃和开裂。高碳高铬工具钢 具有高的耐磨性， 但其碳化物偏析较严重， 特别在规格 尺寸较大时， 反复墩拔收效不大， 导致变形的方向性和 强韧性的降低。１８ 年， ９ １ 我国引人 国际通用的 Ｄ Ｚ （ｒ Ｍ １ Ｉ高碳高铬工具钢， ＣｌＭ 钢相比， Ｃ１ ｏＶ ） ２ 与 ｒ ｏ ＺＶ Ｄ 钢的碳化物偏析略有改善， Ｚ 强度与韧性稍有提高，
用６ ｒ Ｚｉ ＣＷ Ｓ工具钢。Ｇ 和Ａ Ｄ 为空冷微变形钢， ４ Ｏ Ｃ３ ７ 具有高的淬透性， 热处理工艺简便， 只需低温加热、 空 冷淬火和低温回火， 可获得 ６ 一 Ｈ Ｃ 有较好的耐 ０ ６ Ｒ， ２ 磨性和韧性。 １２ 火焰淬火钢 ． 目 前国外主要是日 本在汽车等生产线上用的模具 零件， 部分采用火焰表面淬火工艺， 并研制出一些主要 供火焰表面淬火用的冷作模具钢， 如爱知制钢的 Ｓ １５ 、４ 、Ｘ ， 同特钢 的 Ｇ Ｓ 日立金属 的 Ｘ０Ｖ Ｓ Ｓ 大 Ｘ Ｓ Ｏ，
体， 未溶碳化物均匀细小， 有利于减少畸变和提高钢的 强韧性， Ｇ 而且 Ｄ钢热处理后畸变小于 Ｃ Ｍ 钢的， Ｗ ｒ ｎ
０ 可用火焰加热回火。淬火后硬度一般在 用于 作易 制 崩刃断 冷冲 裂的 模具有高的 使用寿 ’ 命［。 １ ℃， 〕 ０
Ｄ 钢是一种高韧性耐冲击冷作模具钢， Ｓ 主要用于制作 耐冲击 的剪切、 冲压、 冲孔等模具， 有高的使用寿
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称ｃ ）川 火 Ｈ ’ 。 焰淬火 应 有较宽的 火温度范围 ［ 钢 具 淬
（０ 一５ １ ２０℃）良 、 好的淬透性及强韧性和耐磨性。火 焰淬火时应加热模具刃口切料面， 淬火前模具一般经
１０ ２０℃预热 １一１ｓ ， ８ ￣０ ．ｈ 再用喷枪加热至 ９ － ０
２ ℃回 ０ 火后仍保持适量（ ４％） 稳定的残留奥氏 二１ 的
表 ３ 一些火焰淬火钢的化学成分（ 质皿分数 ， ％） ａｌ Ｔ ｂ ３ Ｃ ｅ ｉ 姗 “ｉ朋 ｆ ｏ ｎ ｃ ｐ Ｕ ｏ ｓ ｅ ａ ｅ ｅ ｈ功 ｃ ｌ ａ ｍ ｍ
命 。 ｓ 经９ ℃ 火 ０ ℃回 后 高 强 困 Ｄ钢 ０ 淬 和２ 火 有 的
韧性， 特别是冲击韧度高， 显著优于常用的高韧性刀片
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仁
国内外模具用钢发展概况
昆（ 华中科技大学 塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室， 湖北 武汉 ４０７） ３０４
模具净进 口，量为 总 摘要： 我国模具工业近年来以每年 巧％左右的速度快速发展， ５ ２ 年模具销售额 ６０ ０ １ 亿元， ３３ １． 亿美元。目 我国的 前， 模具技术及模具寿命与一些工业发达国家相比， 仍存在较大差距。正确的模具用材 及其热处理在提高模具寿命中有重要作用。本文介绍了国内外冷作模具钢、 热作模具钢和塑料模具钢的发展概 况、 最新进展及我国模具钢发展中存在的问题和对策。 关键词： 模具用钢发展； 冷作模具钢； 热作模具钢； 塑料模具钢 中图分类号：Ｇ ４．５ 文献标识码： Ｔ １２４ Ａ 文章编号： ５石 ５（０７０刁 １ １ ０ ４ ０１２０）１ ０ ・ ２ ） （ １
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２０
不少新模具钢， 一些使用性能优异、 工艺性能也比较好 的新钢种受到模具制造和使用单位的欢迎。在此期间 也引进了一些国外通用钢号， 有些钢号通过生产试用，
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具钢和热作模具钢， 有关部门还分别组织了性能对比
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试 研究， 验 提出了 选择和 应用的 建议仁〕 可以 ２ 。 认为， “
收稿 日期： ６ ８ ０ ２ 刁一 ０
模具的 使用寿命亦有不同 程度的 提高［。 ４ 高速钢有 〕
更高的耐磨性和强度， 常用于制作模具， 但其韧性不能 满足复杂、 大型和受冲击负荷大的模具的需要。为了
《 金属热处理》０７ ２０ 年第犯 卷第 １ 期
改善这类钢的强韧性， 国内外开发了一些新的冷作模
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一之 一
世纪８ 年代以来， ０ 我国模具工业发展迅速， 近 年以每年 巧％左右的速度快速发展。 ０５ ２ 年我国模 具销售额６０ １ 亿元， ０４ 比２０ 年增长２％。模具净进口 ５ 总量为 １． 亿美元， ３３ 进口模具主要是高档模具， 其中 塑料模具占４％、 ６ 冲压模具占４％。目 我国的模 ４ 前， 具技术及模具寿命与一些工业发达国家相比， 仍存在 较大差距。提高我国模具使用寿命有很大的潜力， 并 将带来巨大的经济效益。 影响模具使用寿命的因素主要有设计结构、 成形 及制造工艺、 模具材料的选用、 热处理工艺及表面强 化、 润滑及使用维护等。据调查统计， 在模具失效的诸 多因素中， 由于模具用材和热处理不当而引起的失效 约占７％。由此可见， ０ 正确的模具用材及其热处理在
０ Ｒ 以上， ６ＨＣ 可得到厚度在１ ｍ ． ｍ以上的淬硬层， ｓ 畸
变量一般只有 ００％ 一 ． ％， ． ２ ００ 硬化层下又有一个高 ５ 韧性的基体做衬垫， 在工作过程中刃口 不易发生开裂、 崩刃等现象， 表层还有一定的压应力， 从而使模具获得 较高的使用寿命。表 ３为一些火焰淬火钢的化学成 分。一些火焰淬火钢也可以采用一般的淬火和回火工 艺， 用作冷作模具。
提高模具寿命中的重要作用。 ２ 世纪６ 年代以来， ０ ０ 在国家有关部委的支持下，
作者简介： 昆（９ ． 一）男， 崔 １ ０ ， 山东济南人， ５ ２７ 教授， 中国工 程院院士， 主要从事高性能新型模具钢的开发与应用、 夹杂物 工程、 高性能Ｔ（ ， 基金属陶瓷、 ｉ ＣＮ ） 激光熔覆基础理论等方面 的研究， 获得省、 部委级以上奖励 巧 项， 其中国家发明奖二、 三、 四等奖各 １ 在国内外学术刊物上发表论文 ２ 余篇。 项， ０ ５ 联系电话： ７ ７４４０ ０ 一 ５２１ ２
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种可进行火焰淬火的冷作模具钢。我国研制了一种与 日 Ｓ １ Ｖ成分相似的火焰淬火钢７ ｒ ｎ Ｏ （ 本 Ｘ０ ５ Ｃ ｉ ＭＶ 简 ｓ Ｍ
更高的强韧性； 加人钥或钒可细化晶粒。表２ 为高韧
性低合金冷作模具钢和其他冷作模具钢的强韧性结果 对比。Ｇ Ｄ钢 （ＣＭ ＮＭＶｉ 经９ ℃淬火和 ６ｒｎＩｏＳ 钢） ０
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１１ 低合金冷作模具钢 ． 低合金冷作模具钢的主要特点是工艺性好， 淬火 温度低， 热处理畸变小， 强韧性好， 并具有适当的耐磨 性。表 １ 为低合金冷作模具钢的化学成分， 其中 ０ １
为国际通用的低合金冷作模具钢。在钢中加铬或锰可 提高淬透性， 并使钢在淬火和低温回火后保留一定量 的残留奥氏体， 减少畸变； 加人硅或镍可使基体强韧 化， 并提高回火抗力， 在相同硬度下， 比其他同类钢有
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表１ 一些低合金冷作模具钢的化学成分（ 质量分数， ％） Ｔ ｌ１ ｈＩ ａ ｏ ｐｉ ｎ ｆ ｏ ｏ Ｃ ｅ ｃ ｃｍ ｓ ｏ ｏ ｓｍ ｌ ｌｏ ｎ ｂ ａｅ ｌ ｕｌ ｏ ｔ ｉ ｅ ｗａ 扣 ｇ ｃｌ ｏ ｒ ｉ ｓ ｓｗ ％） ０ ｄｗ ｋｄ ｔ （ ｅ ｅ ｔ ｌ
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我国已建立了较完整的模具钢钢种系列， 其中一些钢 的性能优异， 达到国际先进水平。
１ 冷作模具钢
目 我国常用的冷作模具钢仍是 Ｃ Ｍ 低合 前， Ｗ ｒ ｎ 金工具钢和 ＣｌＭ Ｖ Ｃ１ 高碳高铬工具钢等钢材。 ｒＺ ｏ 、 ２ ｒ Ｃ Ｍ 钢具有适当的淬透性和耐磨性， Ｗ ｒ ｎ 热处理畸变 小， 但锻后需较严格地控制冷速， 否则易形成网状碳化 物， 导致模具在使用中崩刃和开裂。高碳高铬工具钢 具有高的耐磨性， 但其碳化物偏析较严重， 特别在规格 尺寸较大时， 反复墩拔收效不大， 导致变形的方向性和 强韧性的降低。１８ 年， ９ １ 我国引人 国际通用的 Ｄ Ｚ （ｒ Ｍ １ Ｉ高碳高铬工具钢， ＣｌＭ 钢相比， Ｃ１ ｏＶ ） ２ 与 ｒ ｏ ＺＶ Ｄ 钢的碳化物偏析略有改善， Ｚ 强度与韧性稍有提高，
用６ ｒ Ｚｉ ＣＷ Ｓ工具钢。Ｇ 和Ａ Ｄ 为空冷微变形钢， ４ Ｏ Ｃ３ ７ 具有高的淬透性， 热处理工艺简便， 只需低温加热、 空 冷淬火和低温回火， 可获得 ６ 一 Ｈ Ｃ 有较好的耐 ０ ６ Ｒ， ２ 磨性和韧性。 １２ 火焰淬火钢 ． 目 前国外主要是日 本在汽车等生产线上用的模具 零件， 部分采用火焰表面淬火工艺， 并研制出一些主要 供火焰表面淬火用的冷作模具钢， 如爱知制钢的 Ｓ １５ 、４ 、Ｘ ， 同特钢 的 Ｇ Ｓ 日立金属 的 Ｘ０Ｖ Ｓ Ｓ 大 Ｘ Ｓ Ｏ，
体， 未溶碳化物均匀细小， 有利于减少畸变和提高钢的 强韧性， Ｇ 而且 Ｄ钢热处理后畸变小于 Ｃ Ｍ 钢的， Ｗ ｒ ｎ
０ 可用火焰加热回火。淬火后硬度一般在 用于 作易 制 崩刃断 冷冲 裂的 模具有高的 使用寿 ’ 命［。 １ ℃， 〕 ０
Ｄ 钢是一种高韧性耐冲击冷作模具钢， Ｓ 主要用于制作 耐冲击 的剪切、 冲压、 冲孔等模具， 有高的使用寿
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称ｃ ）川 火 Ｈ ’ 。 焰淬火 应 有较宽的 火温度范围 ［ 钢 具 淬
（０ 一５ １ ２０℃）良 、 好的淬透性及强韧性和耐磨性。火 焰淬火时应加热模具刃口切料面， 淬火前模具一般经
１０ ２０℃预热 １一１ｓ ， ８ ￣０ ．ｈ 再用喷枪加热至 ９ － ０
２ ℃回 ０ 火后仍保持适量（ ４％） 稳定的残留奥氏 二１ 的