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模具工业 2013年第39卷第10期1050891105089110508911050891105089110508911050891105089110508911050891105089110510191050891
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10508911051019
名 家 讲 坛
1 引 言
ldquo现代工业模具领先rdquo已成为制造行业的共
识模具工业水平的高低己成为衡量国家制造业水
平的重要标志之一 [1-3]随着全球经济产业结构调
整制造业等传统工业由于欧美市场的日趋饱和
劳动力成本逐年提升利润逐渐减少制造业重心
向发展中国家转移我国劳动力资源丰富廉价
所以中国的模具潜在市场很大决定了中国将发展
成为模具制造大国在世界模具产值中中国模具
制造比例显著提高模具钢的用量也在显著增加
热作模具钢作为模具钢的重要组成部分主要
用于制造从加热到再结晶温度以上的固态金属或
高温液态金属压制成型的模具热作模具的工作
特点是在一定的负荷下使炽热的固态金属产生塑
性变形或使高温液态金属压铸成形 [4]相比较而
言热作模具钢的工作条件比较恶劣合金元素含
量较高内部影响机制较复杂
自从20世纪90年代我国模具行业快速发展以
来我国热作模具钢研究方面取得了较大的进展
但近年来我国模具行业结构调整步伐加快主要
向大型复杂精密高寿命高效率方向发展现
代制造业的发展对热作模具钢性能提出了更高的
要求世界各国主要采用以下2种途径提高模具钢
的性能一是优化模具钢的成分和开发新钢种二
是改进模具钢生产流程和工艺控制技术我国在
ldquo十二五rdquo规划中明确提出在热作模具钢方面要
开发具有自主知识产权的新型低成本高寿命热作
模具钢开发超纯净组织均匀的热作模具钢获得
极低的 SP含量及超细化组织加入具有红硬性作
用的合金元素以提高模具在高温下的硬度提高热
压铸模和热挤压模的使用寿命[5-7]
国 内 外 热 作 模 具 钢 发 展 现 状 与 趋 势吴晓春左鹏鹏
（上海大学 材料科学与工程学院上海 200072）
摘要简要介绍了国内外热作模具钢市场及产品现状分析了目前热作模具钢研究中面临的技术难
题通过对近年来国内外新型热作模具钢研究现状和发展动态的阐述预测了未来热作模具钢的研究
方向和发展趋势对了解国内外热作模具钢的发展现状与趋势有较大参考价值
关键词热作模具钢研究现状发展趋势模具工业
中图分类号TG76 文献标识码A 文章编号1001-2168(2013)10-0001-09
Development status and trend of hot working die steelsat home and abroad
WU Xiao-chun ZUO Peng-peng(School of Materials Science and Engineering Shanghai University Shanghai 200072 China)Abstract A brief introduction to the market and product status of die steels at home andabroad was made and several technical problems encountered in the fabrication of diesteels were discussed The research and development state of new hot working die steelsin recent years were reviewed Finally the future research and development trends of products were predictedKey words hot working die steels development status development trends die amp mould industry
mdashmdashmdashmdashmdashmdashmdashmdashmdashmdashmdashmdashmdash
收稿日期2013-07-10作者简介吴晓春（1961-）男（汉族）湖北武汉人教授主要从
事先进工模具材料开发及表面处理研究工作
1
模具工业 2013年第39卷第10期2 国内热作模具钢发展动态
我国热作模具钢两极分化并存一方面是以追
求更低成本为目标的轧材这种轧材性能不高适
用于一些要求不高的模具或者通过改锻成各种规
格的模块使其性能得到大幅提升但总成本与锻
材相比仍然要低因此它在今后相当长的一段时
间内将占据热作模具钢市场重要份额另一方面
是以追求质量为主的锻材主要体现在高品质热作
模具钢多应用于压铸模锻模和挤压模等热作模
具这是我国模具行业走向模具强国的必经之路
虽然我国在研制开发新型模具钢方面做了大
量工作并对部分国外优良热作模具钢进行了国产
化研究为市场提供了质优价廉的模具钢但能实
际推向市场且广泛应用的相对较少目前占市场主
导地位的依然是从国外引进的H13系列通用型热
作模具钢而针对不同使用要求和工况的专用压铸
模热锻模及热挤压模依然很少下面就国内近年
来开发的具有应用前景的热作模具钢发展动态进
行阐述
21 压铸模具钢
由于压力铸造可以铸出外形复杂精度高表
面粗糙度值小且具有良好力学性能的零件用压铸
法生产的铝锌铜镁铅及其他合金件日益增长
压铸行业发展迅速但较长时间以来我国压铸行
业尚未寻得最佳的模具材料均以国产的通用型热
作模具钢如H13（4Cr5MoSiV1）H11（4Cr5MoSiV）等替代效果不理想一方面是在板材锻造加工过程
中容易出现表面微裂纹另一方面是压铸模的使用
寿命较短压铸出的产品表面质量不高
为解决此问题在 20世纪七八十年代上海材
料研究所针对压铸模特点并结合我国矿产资源研
制出了Y系列模具钢如铜合金压铸模专用钢Y4（4Cr3Mo2MnVNbB）和铝合金压铸模专用钢 Y10（4Cr5Mo2MnVSi）具有较高的抗冷热疲劳性能良
好的耐热熔损性能热处理变形小等特点采用这2种专用钢制造的压铸模使用寿命比采用3Cr2W8V钢
制造的压铸模使用寿命提高4~6倍[8-10]
北京机电研究所研制的 HM-3（2Cr3Mo3VNb）已纳入航空行业标准（HB 5137-1980）是一种超高
强韧性热作模具钢在航空工业中广泛应用于压铸
模 [1112]青岛市机械研究所青岛汽车散热器有限
公司研制的 5Cr5MoV1TiSiNb[13]和南京理工大学研
制的HD13（4Cr5MoVSiNb）均适用于铝合金压铸专
用模具 [14]且性能均比 3Cr2W8V钢提高几倍钢铁
研究总院北京首钢特殊钢有限公司等研制的
5Cr4Mo2W2SiV适用于铜合金压铸模且制造的压
铸模使用温度可达700以上[15]
2000年左右上海大学吴晓春教授领导的先进
模具材料及表面处理课题组与宝钢特钢有限公司
合作采用先进的技术和工艺方法在有效提高钢材
纯净度和等向性能后成功研制出具有国际先进水
平的压铸模具钢SWPH13（SDPH13）其综合性能已
达到瑞典品牌ASSAB 8407的水平不但能取代进
口模具钢还可以替代出口模具钢成为国产高品
质压铸模具钢的先锋[16-20]
2005年左右吉林大学姜启川等人研制出了长
寿命高Cr热作模具钢HHD（一种主要用于压铸模
的通用型热作模具钢）提出了高含量Cr和微量NY-CeTiCa-Si 复合合金化的新合金成分设计思
路实现在马氏体基体上弥散分布纳米尺寸碳化物
和抗高温氧化的致密氧化膜组织HHD钢的使用
寿命超过国际先进热作模具钢（H13系列）在提高
黑色金属热挤压模具使用寿命方面取得了重大突
破[21]
2009年前后上海大学模具钢课题组通过合金
成分优化等研究开发出高性能热作模具钢专利产
品不断满足模具行业的需求部分产品已成功推
向市场得到专家及同行的认可在压铸模具钢
上主要推出了 SDH3和 SDDVA+Nb通用型热作模
具钢可用于替代进口ASSAB 8407AISI H13DIEVAR等优质热作模具钢与H13钢相比SDH3钢在 600 以上仍具备优良的高温热强性和热稳定
性在620保温22 h硬度仍在35 HRC以上该钢
在使用硬度范围内在室温到 700 之间热循环
3 000次后的表面裂纹和裂纹深度情况如图1所示
表现出优良的抗冷热疲劳性能[22-27]而SDDVA+Nb钢在620 保温20 h后硬度高于SDDVA钢1 HRC高于 H13 钢 6 HRC表现出极为优良的热稳定性
该钢在使用硬度范围内在室温到 700 之间热循
环 2 000 次后的表面损伤程度比 SDDVA 钢小而
H13钢的表面损伤程度最大如图 2所示SDDVA+Nb钢表现出优良的抗冷热疲劳性能[25-30]
22 热锻模具钢
为顺应热锻模具钢向大截面发展的趋势我国
2
模具工业 2013年第39卷第10期
（a）SDH3
（b）H13图1 SDH3和H13钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[22-24]
在 20世纪 80年代对此做过大量的分析和研究并
推荐使用 5CrNiMoV钢用于大型复杂重载荷锤锻
模[31]对一些中大型模具采用北满特殊钢有限公
司研制的4Cr2MoVNi热作模具钢以期达到提高模
具使用寿命产品质量和劳动生产率降低生产成
本创造最大经济效益的目的并在商品经济市场
条件下提高企业的竞争力在热锻模具钢方面近
几年来国内新研制钢种甚少市场上依然流通的热
锻专用模具钢介绍如下
上 海 材 料 研 究 所 研 制 的 GR 钢
（4Cr3M03w4vTiNb）含有较高的W和少量的TiNb具有极高的高温强度热稳定性以及良好的抗热疲
劳性适于制造使用温度较高与工件接触时间长
容易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具GR钢
成功应用于齿轮高速锻模精密锻模轴承套圈热
挤压模自行车零件及螺母热镦锻模小型机锻模
辊锻模等领域与 3Cr2W8V钢相比各类模具使用
寿命均有大幅提高（从数倍至数十倍）[32]
（a）SDDVA+Nb
（b）SDDVA
（c）H13图2 SDDVASDDVA+Nb和H13钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[28-30]
ER8钢是上海材料研究所在 20世纪 80年代畅
3
模具工业 2013年第39卷第10期销欧洲的热作模具钢H10A的基础上研究发展的一
种新钢种属空冷硬化热作模具钢具有良好的热
强性红硬性和耐磨性高温冲击韧性可达 102Jcm2有较高的抗冷热疲劳性能和极高的抗热震
性广泛用于热锻模热挤压模压铸模等热作模
具
JDH3是一种最新研制的模具材料其性能特点
是强度高于HM3韧性高于HM1抗冷热疲劳性能高
于H13钢主要适用于热锻模精锻模辊锻模[3233]
CH75钢是华中科技大学和大冶特殊钢股份有
限公司共同研制的一种以碳化钒（VC）为强化相的
新型热作模具钢由于采用降低Cr含量限制Mo含量提高VC含量以VC为主要强化相的合金化
方案从而提高了钢的热强性抗回火稳定性和热
稳定性[33]
锤锻模具钢 45Cr2NiMoVSi 和 5Cr2NiMoVSi 具有较高的淬透性热稳定性比5CrNiMo高出150
回火时有二次硬化效应并有较高的强韧性因此
适宜于锤锻模具GIH-11高温热锻模具钢主要用
于加工高温金属的热锻模其模具使用寿命比H21钢制造的模具有较大的提高[32]
2006年吴晓春教授领导的先进模具材料及表
面处理课题组开发了一种新型高热强性热作模具
钢SDH2该钢主要用于热锻模已在上海伊顿发动
机零部件有限公司生产的气门热挤压模和上海齿
轮总厂第 4分厂的双盘摩擦压力锻造机上使用采
用 SDH2 钢制造的热挤压模实际使用寿命是采用
H13钢生产同类产品实际寿命的 25~3倍而采用
SDH2 钢制造的热锻模的实际使用寿命是采用
3Cr2W8V钢生产的同类产品实际寿命的 5倍甚至
更高[3435]
随后吴晓春等人开发了一种新型高热强韧
性高热稳定性高热疲劳性的热锻模专用钢
SDDM[3637]可用于替代传统的3Cr2W8V钢和改善现
有H13钢在 600 以上热稳定不理想的情况SDDM钢在较高的硬度下（如50 HRC）仍具有较高的横
向冲击韧性（ge300 J）以及极佳的强韧性配合和等
向性能
图 3为 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对
比图由图3可见SDDM钢在620 下保温20 h后
硬度高出 3Cr2W8V约 3 HRC热稳定性能最好图
4为 3种钢在室温到 700 之间冷热疲劳循环 3 000次后的热疲劳裂纹形貌由图4可见SDDM钢的表
面裂纹十分细小均匀截面裂纹深度较浅[38 39]
图3 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对比图[39]
(a)SDDM
(b)3Cr2W8V
(c)H13图4 热疲劳试样表面照片[39]
23 热挤压模具钢
5Cr4W5Mo2V钢是本钢集团有限公司生产的一
种高热强性热作模具钢使用寿命比3Cr2W8V钢高
2~3倍[33]
HD（4Cr3Mo2NiVNb）系列钢是由华中科技大学
和大冶特殊钢股份有限公司合作为了适应 700
4
模具工业 2013年第39卷第10期左右工作温度而研制的新型高耐热性钢HD钢是
在 4Cr3Mo3V钢的基础上适当降低MoV的含量
加入ωNi=1ωNb=015提高了钢的高温韧性及热
稳定性在700 仍可以保持40 HRC的硬度在硬
度相同的情况下HD钢比 3Cr2W8V钢的断裂韧度
高 50700 时抗拉强度高 70冷热疲劳抗力和
热磨损性能分别高出1倍和5用其制作的热挤压
模使用寿命也高于3Cr2W8V钢[33]
广州冶金研究所研制的R521R522R523热作
模具钢是一种Cr5系铬钼钒硅系高合金模具钢其
合金元素的合理配比增强了钢的淬透性耐磨性和
热强性改善了钢的韧性为进一步提高R521钢的
红硬性配比中加入了W元素形成了R522钢为
进一步提高钢的耐热疲劳和耐热裂性又研制了含
稀土元素的热作模具钢R5233种钢的钢质洁净
元素分布均匀组织致密切削性能优于Cr12系钢
和 3Cr2W8V钢主要用于制造铝合金型材和铜合
金的挤压模压铸模热锻模以及厚金属片冲剪模
螺栓锻头模等各种热作模具[33]
近年来吴晓春等人研制出一种新一代奥氏体
型高热强性热作模具钢 SDHASDHA+N该钢在
700 以上表现出优良的高温强度和热稳定性如
图 5所示SDHA钢在冷热循环过程中仍能保持较
高的强度抑制裂纹产生图 6 为 3Cr2W8V 钢和
SDHA钢在室温到700 之间冷热循环3 000次后的
表面裂纹和裂纹深度情况SDHA钢表面裂纹布满
整个试样表面且裂纹深度分布均匀[40-42]
图5 SDHA钢在780 条件下硬度随保温时间的变化[42]
随后吴晓春周青春等人从经济角度出发打
破传统的高钼研究方向采用经济的 SiMn作为主
要的合金化元素自主开发了 SiMn比为 1∶1的高
Si高Mn热作模具钢 SDH3-MOD该钢最大的特色
是具有高的热稳定性同时还具备高的韧性以及良
好的抗冷热疲劳性能 [43 44]
（a）3Cr2W8V
（b）SDHA图6 3Cr2W8V和SDHA钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[41]
3 国外热作模具钢发展动态
模具材料作为模具工业发展的重要基础世界
各国均予以充分重视我国模具工业的发展提供
了一个很好的模具钢市场国外制造模具钢的许多
厂商也都十分看好中国的市场除了业内熟悉的
ASSAB Group（瑞典一胜百集团）日本大同工业株
式会社和日立金属株式会社等企业外法国的Arcelor Group（阿赛洛集团）Aubert amp Dural（奥伯杜瓦
公司）德国的 K ind amp Co 公司的 Edelstahl werk（特殊钢工厂）Schmiede werke Groumlditz GmbH（葛
利兹钢厂）和日本的高周波钢业株式会社山阳特
殊钢株式会社等企业都在采取相关措施进入中国
市场
国外热作模具钢的研究方向主要体现在成分
5
模具工业 2013年第39卷第10期基本上向低C低合金化方向发展通过降低常用合
金元素而加入NiAlNb等微量元素来改变热作模
具钢的使用性能下面以近3年来在模具行业展会
上收集的世界各模具材料制造厂的资料和样本以
及各制造商官网上公布的资料为依据[45]简述以上
提及的国外模具钢生产厂家近两年来新钢种研发
情况（介绍的钢种一般为这些公司常推荐或在杂志
上刊出的）以期较好地反映当前世界模具材料生
产的现状及进展
31 压铸模具钢
近两年来国外主要研发了一些高性能通用型
热作模具钢同时大部分为高性能压铸模具钢其
发展方向主要体现在高热导率大截面高等向性
长寿命因此为满足当前下游模具制造商的需
求国外研究者主要通过提高Mo含量及加入Ni的方法做大截面压铸模同时通过降低SiMnCr等主
合金元素加入微合金元素以提高热导率研制出
了较多新型压铸模具钢这些国家主要以日本为
主该国近两年研发的高性能压铸模具钢品种最
多其次是法国和德国
日本大同工业株式会社通过对已有钢种
DH31-S的改进结合DHA系列的优点开发出新型
高性能热作模具钢H31-EXH31-EX为该公司重
点推荐使用的热作模具钢它通过加入少量稀有金
属来降低成本具有优良的淬透性同时采用该钢
制造的大型模具既能保证硬度又能获得高韧性还
可以通过预防裂纹的产生来提高模具使用寿命
日本日立金属株式会社研发的DAC系列模具钢是
A1Zn合金压铸模具广泛使用的材料具有优良的
强度韧度和耐热性其中DAC55属高性能压铸模
具钢具有很高的使用寿命和适用于大型模具的高
淬透性极佳的强韧性和优良的抗冷热疲劳性最
近日本日立在DAC55的基础上开发出以显著抗冷
热疲劳性能著称的高性能低成本压铸模专用钢
DAC-MAGIC其为该公司重点推荐钢种
德国Kind amp Co公司的Edelstahl werk（特殊钢
工厂）开发了用于压铸奥迪A8车身结构件的压铸模
用钢TQ-1HP1HTR主要是在H13钢基础上降低
CSiCrV含量加入一些微合金元素WNb按最
新的熔炼和锻造制作技术经过合理的热处理工
艺获得高的韧性和优良的高温强度并具有高的
抗冷热疲劳性抗热冲击开裂和高温耐磨性[46]
法国奥伯杜瓦公司开发的高合金精密压铸模
用钢VOLVIC 10具有高耐磨性高韧性和优良的高
温综合性能同时开发的超级压铸模用钢SDC(Super Die Cast)X35CrMoNiV5-2-2相对于传统的Cr5系热作模具钢在韧性导热率抗回火软化和抗热
冲击性能等方面表现出极佳的平衡性是一种综合
性能极佳的新型热作模具钢
法国阿赛洛集团开发了一种优质热作钢
AH-61可以避免使用时产生的热磨损和因热疲劳
发生的龟裂从而提高模具使用寿命其 SP含量
分别为0001和0008相应的非金属夹杂物控制
在极低水平使 AH-61 热作钢获得了较高的纯净
度具有优良的韧性和极佳的高温强度
32 热锻模具钢
国外热锻模研发方向主要为高热强性高温耐
磨性能长寿命近两年来已成为热作模具钢研究
的重点其市场需求也不断增加较低的CSi含量
可以限制钢的偏析从而使钢获得高的韧性以及优
良的焊接性和高热导率通过加入碳化物形成元素
如CrMoV以获得不同二次硬化使得高温下钢的
强度增加加入Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透
性加入微量Nb细化晶粒同时提高奥氏体化温度
获得高淬透性因此国外研究者近年来也通过降
低原有主合金元素加入微合金元素提高其淬透
性高温强韧性热导率及抗冷热疲劳性能研发了
一些热锻模具专用钢种
KDAMAX是日本高周波钢业株式会社近年来
在 SKD61基础上开发的一种高性能大型热作模具
钢KDAMAX的强韧性是该公司所研发的热作模具
钢中推荐的强韧性配比最佳的钢种制造的大型
热作模具具有优良的热裂纹抗力尤其在容易产生
应力集中的模具圆角处可阻止裂纹产生延长其
使用寿命
2012年 7月日本山阳特殊钢公司对外公布已
成 功 开 发 出 热 轧 金 属 模 具 用 钢 的 新 钢 种
QT41-HARMOTEX原有的QT41（SKT4改良钢）是
过去热轧金属模具用钢中韧性最佳的钢种但新钢
种 QT41-HARMOTEX 的韧性是 QT41 的 2 倍左右
抗软化性是 QT41 的 15 倍左右且降低了合金元
素成本也有所降低
德国葛利兹在考虑到 CrMoV 系和 NiCrMoV 系
模具钢的优缺点后通过降低SiCrV含量加入一
6
模具工业 2013年第39卷第10期定 量 Ni 和 Nb 的 方 法 设 计 出 了 新 型 钢 种
035C-035Si-05Mn-270Cr-100Mo-020V-065Ni +Nb其主要特色为高淬透性与CrMoV系钢种相比
其热导率更高具有优良的韧性耐磨性机加工性
和焊接性[47]
33 热挤压模具钢
国外热挤压模研发方向主要为强韧性高耐磨
性长寿命因此国外研究者通过合金成分优化及
合理的热处理工艺控制热挤压模具钢的组织以提
高热挤压模的使用性能主要体现在高韧性和高耐
磨性上但近年来热挤压模具钢的研发相对较少
目前国外市场大多是将通用型热作模具钢用于热
挤压模
法国奥伯杜瓦公司开发了一种热挤压模具钢
SMR7其成分为 040C-500Cr-300Mo-270Co-05V主要性能特点为高耐磨性高韧性和低的热冲击敏
感性
巴西 J B BACALHAU等人开发了一种新型铝
合金挤压用热作模具钢VEX（051C-03Si-03Mn-37Cr-06Mo-04V-056Al）其成分特点为提高 C 含
量降低SiCrMo含量合金含量比H13少24同
时通过CrMo的平衡来获得高回火抗力加入Al以提高钢的耐磨性因此作为热挤压模具用钢其
最大的特点是具有超高的耐磨性和回火抗力[48]
4 总结及发展预测
制造业的快速发展对热作模具钢的要求越来
越高通过分析国内外热作模具钢的发展现状认
为我国热作模具钢水平相对国外较落后国内开发
的新型热作模具钢相对日本欧洲诸国较少然
而在ldquo十一五rdquo和ldquo十二五rdquo期间国内热作模具钢
在国家的支持下取得了较大的进展一方面对国
内外关键工艺技术能够在生产线上进行较好的控
制比如高温均质化工艺超细化处理工艺等在国
内宝钢集团有限公司东北特殊钢集团有限公司
中信泰富特钢集团及宏晟重工集团有限公司等大
中型企业得到很好的运用与控制使生产出的热作
模具钢具有与国外进口钢材同等甚至更好的综合
使用性能另一方面国内主流模具钢生产企业已
能掌握热作模具关键性能的评价体系包括等向性
能球化退火组织成分偏析使用性能（如热熔损
热疲劳热稳定性）物理性能等
在取得较大进展的同时国内主流模具钢生产
企业也存在一些不足首先不能准确掌握模具失
效规律与性能组织间的匹配关系导致模具制造
商在选材时有所偏差使得模具钢整体使用水平下
降其次产品稳定性较差虽然企业都能掌握关键
技术但各企业掌握的情况参差不齐导致产品质
量相差很大针对此情况关键是要在管理上下功
夫抓好生产管理另外热作模具钢的生产工艺流
程如锻前加热锻后冷却及后续热处理过程在每
个模具钢生产企业都有所不同没有一个标准化的
工艺流程控制也导致市场上流通的热作模具钢产
品质量参差不齐甚至相差很大
综上所述为满足模具制造业向大型复杂精
密长寿命高效率方向发展这一趋势开发更多具
有高热导率高热强性高韧性良好热稳定性及优
异抗热疲劳性能的大截面热作模具钢已成为企业
急需解决的课题对于今后热作模具钢的研究思
路和发展方向认为可从以下 3种不同用途的热作
模具钢加以考虑
（1）压铸模具钢综合国内外压铸模具钢研究
现状预测其发展趋势主要有 2个方向一是大型
化主要通过提高Mo含量同时加入Ni元素以提高
压铸模具钢的淬透性从而将压铸模具钢截面做得
更大二是高导热率主要通过降低 SiMnCr等主
合金元素含量来提高压铸模具钢的导热率这将是
未来研究的重点及热点同时需要提高压铸模具
钢的使用性能如强韧性热熔损性能抗冷热疲劳
性能及热稳定性能国内外已开发出较多高性能
压铸模具钢钢种其重点是体现在产品的质量水平
上尤其是产品的质量稳定性这将是未来模具钢
企业在压铸模领域是否具备竞争力的关键因素
（2）热锻模具钢综合国内外热锻模具钢研究
现状预测其发展趋势为具有高热强性高温耐磨
性高抗热疲劳性及高热稳定性的热锻模专用钢
其性能优于H13和3Cr2W8V钢因此国内外热锻
模具钢合金成分设计思路主要为通过降低CSi含量来限制钢的偏析获得高韧性和优良的焊接性和
高热导率通过加入碳化物形成元素CrMoV获得
不同的二次硬化效果使得高温下强度增加加入
Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透性加入微量的
Nb元素以细化晶粒同时提高奥氏体化温度获得高
淬透性结合对当前热作模具钢的市场调研情况
认为热锻模具钢的市场需求将不断增长或将成为
7
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
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10509351051063 声 明
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《模具工业》编辑部
9
模具工业 2013年第39卷第10期2 国内热作模具钢发展动态
我国热作模具钢两极分化并存一方面是以追
求更低成本为目标的轧材这种轧材性能不高适
用于一些要求不高的模具或者通过改锻成各种规
格的模块使其性能得到大幅提升但总成本与锻
材相比仍然要低因此它在今后相当长的一段时
间内将占据热作模具钢市场重要份额另一方面
是以追求质量为主的锻材主要体现在高品质热作
模具钢多应用于压铸模锻模和挤压模等热作模
具这是我国模具行业走向模具强国的必经之路
虽然我国在研制开发新型模具钢方面做了大
量工作并对部分国外优良热作模具钢进行了国产
化研究为市场提供了质优价廉的模具钢但能实
际推向市场且广泛应用的相对较少目前占市场主
导地位的依然是从国外引进的H13系列通用型热
作模具钢而针对不同使用要求和工况的专用压铸
模热锻模及热挤压模依然很少下面就国内近年
来开发的具有应用前景的热作模具钢发展动态进
行阐述
21 压铸模具钢
由于压力铸造可以铸出外形复杂精度高表
面粗糙度值小且具有良好力学性能的零件用压铸
法生产的铝锌铜镁铅及其他合金件日益增长
压铸行业发展迅速但较长时间以来我国压铸行
业尚未寻得最佳的模具材料均以国产的通用型热
作模具钢如H13（4Cr5MoSiV1）H11（4Cr5MoSiV）等替代效果不理想一方面是在板材锻造加工过程
中容易出现表面微裂纹另一方面是压铸模的使用
寿命较短压铸出的产品表面质量不高
为解决此问题在 20世纪七八十年代上海材
料研究所针对压铸模特点并结合我国矿产资源研
制出了Y系列模具钢如铜合金压铸模专用钢Y4（4Cr3Mo2MnVNbB）和铝合金压铸模专用钢 Y10（4Cr5Mo2MnVSi）具有较高的抗冷热疲劳性能良
好的耐热熔损性能热处理变形小等特点采用这2种专用钢制造的压铸模使用寿命比采用3Cr2W8V钢
制造的压铸模使用寿命提高4~6倍[8-10]
北京机电研究所研制的 HM-3（2Cr3Mo3VNb）已纳入航空行业标准（HB 5137-1980）是一种超高
强韧性热作模具钢在航空工业中广泛应用于压铸
模 [1112]青岛市机械研究所青岛汽车散热器有限
公司研制的 5Cr5MoV1TiSiNb[13]和南京理工大学研
制的HD13（4Cr5MoVSiNb）均适用于铝合金压铸专
用模具 [14]且性能均比 3Cr2W8V钢提高几倍钢铁
研究总院北京首钢特殊钢有限公司等研制的
5Cr4Mo2W2SiV适用于铜合金压铸模且制造的压
铸模使用温度可达700以上[15]
2000年左右上海大学吴晓春教授领导的先进
模具材料及表面处理课题组与宝钢特钢有限公司
合作采用先进的技术和工艺方法在有效提高钢材
纯净度和等向性能后成功研制出具有国际先进水
平的压铸模具钢SWPH13（SDPH13）其综合性能已
达到瑞典品牌ASSAB 8407的水平不但能取代进
口模具钢还可以替代出口模具钢成为国产高品
质压铸模具钢的先锋[16-20]
2005年左右吉林大学姜启川等人研制出了长
寿命高Cr热作模具钢HHD（一种主要用于压铸模
的通用型热作模具钢）提出了高含量Cr和微量NY-CeTiCa-Si 复合合金化的新合金成分设计思
路实现在马氏体基体上弥散分布纳米尺寸碳化物
和抗高温氧化的致密氧化膜组织HHD钢的使用
寿命超过国际先进热作模具钢（H13系列）在提高
黑色金属热挤压模具使用寿命方面取得了重大突
破[21]
2009年前后上海大学模具钢课题组通过合金
成分优化等研究开发出高性能热作模具钢专利产
品不断满足模具行业的需求部分产品已成功推
向市场得到专家及同行的认可在压铸模具钢
上主要推出了 SDH3和 SDDVA+Nb通用型热作模
具钢可用于替代进口ASSAB 8407AISI H13DIEVAR等优质热作模具钢与H13钢相比SDH3钢在 600 以上仍具备优良的高温热强性和热稳定
性在620保温22 h硬度仍在35 HRC以上该钢
在使用硬度范围内在室温到 700 之间热循环
3 000次后的表面裂纹和裂纹深度情况如图1所示
表现出优良的抗冷热疲劳性能[22-27]而SDDVA+Nb钢在620 保温20 h后硬度高于SDDVA钢1 HRC高于 H13 钢 6 HRC表现出极为优良的热稳定性
该钢在使用硬度范围内在室温到 700 之间热循
环 2 000 次后的表面损伤程度比 SDDVA 钢小而
H13钢的表面损伤程度最大如图 2所示SDDVA+Nb钢表现出优良的抗冷热疲劳性能[25-30]
22 热锻模具钢
为顺应热锻模具钢向大截面发展的趋势我国
2
模具工业 2013年第39卷第10期
（a）SDH3
（b）H13图1 SDH3和H13钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[22-24]
在 20世纪 80年代对此做过大量的分析和研究并
推荐使用 5CrNiMoV钢用于大型复杂重载荷锤锻
模[31]对一些中大型模具采用北满特殊钢有限公
司研制的4Cr2MoVNi热作模具钢以期达到提高模
具使用寿命产品质量和劳动生产率降低生产成
本创造最大经济效益的目的并在商品经济市场
条件下提高企业的竞争力在热锻模具钢方面近
几年来国内新研制钢种甚少市场上依然流通的热
锻专用模具钢介绍如下
上 海 材 料 研 究 所 研 制 的 GR 钢
（4Cr3M03w4vTiNb）含有较高的W和少量的TiNb具有极高的高温强度热稳定性以及良好的抗热疲
劳性适于制造使用温度较高与工件接触时间长
容易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具GR钢
成功应用于齿轮高速锻模精密锻模轴承套圈热
挤压模自行车零件及螺母热镦锻模小型机锻模
辊锻模等领域与 3Cr2W8V钢相比各类模具使用
寿命均有大幅提高（从数倍至数十倍）[32]
（a）SDDVA+Nb
（b）SDDVA
（c）H13图2 SDDVASDDVA+Nb和H13钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[28-30]
ER8钢是上海材料研究所在 20世纪 80年代畅
3
模具工业 2013年第39卷第10期销欧洲的热作模具钢H10A的基础上研究发展的一
种新钢种属空冷硬化热作模具钢具有良好的热
强性红硬性和耐磨性高温冲击韧性可达 102Jcm2有较高的抗冷热疲劳性能和极高的抗热震
性广泛用于热锻模热挤压模压铸模等热作模
具
JDH3是一种最新研制的模具材料其性能特点
是强度高于HM3韧性高于HM1抗冷热疲劳性能高
于H13钢主要适用于热锻模精锻模辊锻模[3233]
CH75钢是华中科技大学和大冶特殊钢股份有
限公司共同研制的一种以碳化钒（VC）为强化相的
新型热作模具钢由于采用降低Cr含量限制Mo含量提高VC含量以VC为主要强化相的合金化
方案从而提高了钢的热强性抗回火稳定性和热
稳定性[33]
锤锻模具钢 45Cr2NiMoVSi 和 5Cr2NiMoVSi 具有较高的淬透性热稳定性比5CrNiMo高出150
回火时有二次硬化效应并有较高的强韧性因此
适宜于锤锻模具GIH-11高温热锻模具钢主要用
于加工高温金属的热锻模其模具使用寿命比H21钢制造的模具有较大的提高[32]
2006年吴晓春教授领导的先进模具材料及表
面处理课题组开发了一种新型高热强性热作模具
钢SDH2该钢主要用于热锻模已在上海伊顿发动
机零部件有限公司生产的气门热挤压模和上海齿
轮总厂第 4分厂的双盘摩擦压力锻造机上使用采
用 SDH2 钢制造的热挤压模实际使用寿命是采用
H13钢生产同类产品实际寿命的 25~3倍而采用
SDH2 钢制造的热锻模的实际使用寿命是采用
3Cr2W8V钢生产的同类产品实际寿命的 5倍甚至
更高[3435]
随后吴晓春等人开发了一种新型高热强韧
性高热稳定性高热疲劳性的热锻模专用钢
SDDM[3637]可用于替代传统的3Cr2W8V钢和改善现
有H13钢在 600 以上热稳定不理想的情况SDDM钢在较高的硬度下（如50 HRC）仍具有较高的横
向冲击韧性（ge300 J）以及极佳的强韧性配合和等
向性能
图 3为 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对
比图由图3可见SDDM钢在620 下保温20 h后
硬度高出 3Cr2W8V约 3 HRC热稳定性能最好图
4为 3种钢在室温到 700 之间冷热疲劳循环 3 000次后的热疲劳裂纹形貌由图4可见SDDM钢的表
面裂纹十分细小均匀截面裂纹深度较浅[38 39]
图3 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对比图[39]
(a)SDDM
(b)3Cr2W8V
(c)H13图4 热疲劳试样表面照片[39]
23 热挤压模具钢
5Cr4W5Mo2V钢是本钢集团有限公司生产的一
种高热强性热作模具钢使用寿命比3Cr2W8V钢高
2~3倍[33]
HD（4Cr3Mo2NiVNb）系列钢是由华中科技大学
和大冶特殊钢股份有限公司合作为了适应 700
4
模具工业 2013年第39卷第10期左右工作温度而研制的新型高耐热性钢HD钢是
在 4Cr3Mo3V钢的基础上适当降低MoV的含量
加入ωNi=1ωNb=015提高了钢的高温韧性及热
稳定性在700 仍可以保持40 HRC的硬度在硬
度相同的情况下HD钢比 3Cr2W8V钢的断裂韧度
高 50700 时抗拉强度高 70冷热疲劳抗力和
热磨损性能分别高出1倍和5用其制作的热挤压
模使用寿命也高于3Cr2W8V钢[33]
广州冶金研究所研制的R521R522R523热作
模具钢是一种Cr5系铬钼钒硅系高合金模具钢其
合金元素的合理配比增强了钢的淬透性耐磨性和
热强性改善了钢的韧性为进一步提高R521钢的
红硬性配比中加入了W元素形成了R522钢为
进一步提高钢的耐热疲劳和耐热裂性又研制了含
稀土元素的热作模具钢R5233种钢的钢质洁净
元素分布均匀组织致密切削性能优于Cr12系钢
和 3Cr2W8V钢主要用于制造铝合金型材和铜合
金的挤压模压铸模热锻模以及厚金属片冲剪模
螺栓锻头模等各种热作模具[33]
近年来吴晓春等人研制出一种新一代奥氏体
型高热强性热作模具钢 SDHASDHA+N该钢在
700 以上表现出优良的高温强度和热稳定性如
图 5所示SDHA钢在冷热循环过程中仍能保持较
高的强度抑制裂纹产生图 6 为 3Cr2W8V 钢和
SDHA钢在室温到700 之间冷热循环3 000次后的
表面裂纹和裂纹深度情况SDHA钢表面裂纹布满
整个试样表面且裂纹深度分布均匀[40-42]
图5 SDHA钢在780 条件下硬度随保温时间的变化[42]
随后吴晓春周青春等人从经济角度出发打
破传统的高钼研究方向采用经济的 SiMn作为主
要的合金化元素自主开发了 SiMn比为 1∶1的高
Si高Mn热作模具钢 SDH3-MOD该钢最大的特色
是具有高的热稳定性同时还具备高的韧性以及良
好的抗冷热疲劳性能 [43 44]
（a）3Cr2W8V
（b）SDHA图6 3Cr2W8V和SDHA钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[41]
3 国外热作模具钢发展动态
模具材料作为模具工业发展的重要基础世界
各国均予以充分重视我国模具工业的发展提供
了一个很好的模具钢市场国外制造模具钢的许多
厂商也都十分看好中国的市场除了业内熟悉的
ASSAB Group（瑞典一胜百集团）日本大同工业株
式会社和日立金属株式会社等企业外法国的Arcelor Group（阿赛洛集团）Aubert amp Dural（奥伯杜瓦
公司）德国的 K ind amp Co 公司的 Edelstahl werk（特殊钢工厂）Schmiede werke Groumlditz GmbH（葛
利兹钢厂）和日本的高周波钢业株式会社山阳特
殊钢株式会社等企业都在采取相关措施进入中国
市场
国外热作模具钢的研究方向主要体现在成分
5
模具工业 2013年第39卷第10期基本上向低C低合金化方向发展通过降低常用合
金元素而加入NiAlNb等微量元素来改变热作模
具钢的使用性能下面以近3年来在模具行业展会
上收集的世界各模具材料制造厂的资料和样本以
及各制造商官网上公布的资料为依据[45]简述以上
提及的国外模具钢生产厂家近两年来新钢种研发
情况（介绍的钢种一般为这些公司常推荐或在杂志
上刊出的）以期较好地反映当前世界模具材料生
产的现状及进展
31 压铸模具钢
近两年来国外主要研发了一些高性能通用型
热作模具钢同时大部分为高性能压铸模具钢其
发展方向主要体现在高热导率大截面高等向性
长寿命因此为满足当前下游模具制造商的需
求国外研究者主要通过提高Mo含量及加入Ni的方法做大截面压铸模同时通过降低SiMnCr等主
合金元素加入微合金元素以提高热导率研制出
了较多新型压铸模具钢这些国家主要以日本为
主该国近两年研发的高性能压铸模具钢品种最
多其次是法国和德国
日本大同工业株式会社通过对已有钢种
DH31-S的改进结合DHA系列的优点开发出新型
高性能热作模具钢H31-EXH31-EX为该公司重
点推荐使用的热作模具钢它通过加入少量稀有金
属来降低成本具有优良的淬透性同时采用该钢
制造的大型模具既能保证硬度又能获得高韧性还
可以通过预防裂纹的产生来提高模具使用寿命
日本日立金属株式会社研发的DAC系列模具钢是
A1Zn合金压铸模具广泛使用的材料具有优良的
强度韧度和耐热性其中DAC55属高性能压铸模
具钢具有很高的使用寿命和适用于大型模具的高
淬透性极佳的强韧性和优良的抗冷热疲劳性最
近日本日立在DAC55的基础上开发出以显著抗冷
热疲劳性能著称的高性能低成本压铸模专用钢
DAC-MAGIC其为该公司重点推荐钢种
德国Kind amp Co公司的Edelstahl werk（特殊钢
工厂）开发了用于压铸奥迪A8车身结构件的压铸模
用钢TQ-1HP1HTR主要是在H13钢基础上降低
CSiCrV含量加入一些微合金元素WNb按最
新的熔炼和锻造制作技术经过合理的热处理工
艺获得高的韧性和优良的高温强度并具有高的
抗冷热疲劳性抗热冲击开裂和高温耐磨性[46]
法国奥伯杜瓦公司开发的高合金精密压铸模
用钢VOLVIC 10具有高耐磨性高韧性和优良的高
温综合性能同时开发的超级压铸模用钢SDC(Super Die Cast)X35CrMoNiV5-2-2相对于传统的Cr5系热作模具钢在韧性导热率抗回火软化和抗热
冲击性能等方面表现出极佳的平衡性是一种综合
性能极佳的新型热作模具钢
法国阿赛洛集团开发了一种优质热作钢
AH-61可以避免使用时产生的热磨损和因热疲劳
发生的龟裂从而提高模具使用寿命其 SP含量
分别为0001和0008相应的非金属夹杂物控制
在极低水平使 AH-61 热作钢获得了较高的纯净
度具有优良的韧性和极佳的高温强度
32 热锻模具钢
国外热锻模研发方向主要为高热强性高温耐
磨性能长寿命近两年来已成为热作模具钢研究
的重点其市场需求也不断增加较低的CSi含量
可以限制钢的偏析从而使钢获得高的韧性以及优
良的焊接性和高热导率通过加入碳化物形成元素
如CrMoV以获得不同二次硬化使得高温下钢的
强度增加加入Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透
性加入微量Nb细化晶粒同时提高奥氏体化温度
获得高淬透性因此国外研究者近年来也通过降
低原有主合金元素加入微合金元素提高其淬透
性高温强韧性热导率及抗冷热疲劳性能研发了
一些热锻模具专用钢种
KDAMAX是日本高周波钢业株式会社近年来
在 SKD61基础上开发的一种高性能大型热作模具
钢KDAMAX的强韧性是该公司所研发的热作模具
钢中推荐的强韧性配比最佳的钢种制造的大型
热作模具具有优良的热裂纹抗力尤其在容易产生
应力集中的模具圆角处可阻止裂纹产生延长其
使用寿命
2012年 7月日本山阳特殊钢公司对外公布已
成 功 开 发 出 热 轧 金 属 模 具 用 钢 的 新 钢 种
QT41-HARMOTEX原有的QT41（SKT4改良钢）是
过去热轧金属模具用钢中韧性最佳的钢种但新钢
种 QT41-HARMOTEX 的韧性是 QT41 的 2 倍左右
抗软化性是 QT41 的 15 倍左右且降低了合金元
素成本也有所降低
德国葛利兹在考虑到 CrMoV 系和 NiCrMoV 系
模具钢的优缺点后通过降低SiCrV含量加入一
6
模具工业 2013年第39卷第10期定 量 Ni 和 Nb 的 方 法 设 计 出 了 新 型 钢 种
035C-035Si-05Mn-270Cr-100Mo-020V-065Ni +Nb其主要特色为高淬透性与CrMoV系钢种相比
其热导率更高具有优良的韧性耐磨性机加工性
和焊接性[47]
33 热挤压模具钢
国外热挤压模研发方向主要为强韧性高耐磨
性长寿命因此国外研究者通过合金成分优化及
合理的热处理工艺控制热挤压模具钢的组织以提
高热挤压模的使用性能主要体现在高韧性和高耐
磨性上但近年来热挤压模具钢的研发相对较少
目前国外市场大多是将通用型热作模具钢用于热
挤压模
法国奥伯杜瓦公司开发了一种热挤压模具钢
SMR7其成分为 040C-500Cr-300Mo-270Co-05V主要性能特点为高耐磨性高韧性和低的热冲击敏
感性
巴西 J B BACALHAU等人开发了一种新型铝
合金挤压用热作模具钢VEX（051C-03Si-03Mn-37Cr-06Mo-04V-056Al）其成分特点为提高 C 含
量降低SiCrMo含量合金含量比H13少24同
时通过CrMo的平衡来获得高回火抗力加入Al以提高钢的耐磨性因此作为热挤压模具用钢其
最大的特点是具有超高的耐磨性和回火抗力[48]
4 总结及发展预测
制造业的快速发展对热作模具钢的要求越来
越高通过分析国内外热作模具钢的发展现状认
为我国热作模具钢水平相对国外较落后国内开发
的新型热作模具钢相对日本欧洲诸国较少然
而在ldquo十一五rdquo和ldquo十二五rdquo期间国内热作模具钢
在国家的支持下取得了较大的进展一方面对国
内外关键工艺技术能够在生产线上进行较好的控
制比如高温均质化工艺超细化处理工艺等在国
内宝钢集团有限公司东北特殊钢集团有限公司
中信泰富特钢集团及宏晟重工集团有限公司等大
中型企业得到很好的运用与控制使生产出的热作
模具钢具有与国外进口钢材同等甚至更好的综合
使用性能另一方面国内主流模具钢生产企业已
能掌握热作模具关键性能的评价体系包括等向性
能球化退火组织成分偏析使用性能（如热熔损
热疲劳热稳定性）物理性能等
在取得较大进展的同时国内主流模具钢生产
企业也存在一些不足首先不能准确掌握模具失
效规律与性能组织间的匹配关系导致模具制造
商在选材时有所偏差使得模具钢整体使用水平下
降其次产品稳定性较差虽然企业都能掌握关键
技术但各企业掌握的情况参差不齐导致产品质
量相差很大针对此情况关键是要在管理上下功
夫抓好生产管理另外热作模具钢的生产工艺流
程如锻前加热锻后冷却及后续热处理过程在每
个模具钢生产企业都有所不同没有一个标准化的
工艺流程控制也导致市场上流通的热作模具钢产
品质量参差不齐甚至相差很大
综上所述为满足模具制造业向大型复杂精
密长寿命高效率方向发展这一趋势开发更多具
有高热导率高热强性高韧性良好热稳定性及优
异抗热疲劳性能的大截面热作模具钢已成为企业
急需解决的课题对于今后热作模具钢的研究思
路和发展方向认为可从以下 3种不同用途的热作
模具钢加以考虑
（1）压铸模具钢综合国内外压铸模具钢研究
现状预测其发展趋势主要有 2个方向一是大型
化主要通过提高Mo含量同时加入Ni元素以提高
压铸模具钢的淬透性从而将压铸模具钢截面做得
更大二是高导热率主要通过降低 SiMnCr等主
合金元素含量来提高压铸模具钢的导热率这将是
未来研究的重点及热点同时需要提高压铸模具
钢的使用性能如强韧性热熔损性能抗冷热疲劳
性能及热稳定性能国内外已开发出较多高性能
压铸模具钢钢种其重点是体现在产品的质量水平
上尤其是产品的质量稳定性这将是未来模具钢
企业在压铸模领域是否具备竞争力的关键因素
（2）热锻模具钢综合国内外热锻模具钢研究
现状预测其发展趋势为具有高热强性高温耐磨
性高抗热疲劳性及高热稳定性的热锻模专用钢
其性能优于H13和3Cr2W8V钢因此国内外热锻
模具钢合金成分设计思路主要为通过降低CSi含量来限制钢的偏析获得高韧性和优良的焊接性和
高热导率通过加入碳化物形成元素CrMoV获得
不同的二次硬化效果使得高温下强度增加加入
Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透性加入微量的
Nb元素以细化晶粒同时提高奥氏体化温度获得高
淬透性结合对当前热作模具钢的市场调研情况
认为热锻模具钢的市场需求将不断增长或将成为
7
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
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10509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935 105106310509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935
1050935105093510509351050935
1050935105093510509351050935
10509351051063 声 明
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《模具工业》编辑部
9
模具工业 2013年第39卷第10期
（a）SDH3
（b）H13图1 SDH3和H13钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[22-24]
在 20世纪 80年代对此做过大量的分析和研究并
推荐使用 5CrNiMoV钢用于大型复杂重载荷锤锻
模[31]对一些中大型模具采用北满特殊钢有限公
司研制的4Cr2MoVNi热作模具钢以期达到提高模
具使用寿命产品质量和劳动生产率降低生产成
本创造最大经济效益的目的并在商品经济市场
条件下提高企业的竞争力在热锻模具钢方面近
几年来国内新研制钢种甚少市场上依然流通的热
锻专用模具钢介绍如下
上 海 材 料 研 究 所 研 制 的 GR 钢
（4Cr3M03w4vTiNb）含有较高的W和少量的TiNb具有极高的高温强度热稳定性以及良好的抗热疲
劳性适于制造使用温度较高与工件接触时间长
容易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具GR钢
成功应用于齿轮高速锻模精密锻模轴承套圈热
挤压模自行车零件及螺母热镦锻模小型机锻模
辊锻模等领域与 3Cr2W8V钢相比各类模具使用
寿命均有大幅提高（从数倍至数十倍）[32]
（a）SDDVA+Nb
（b）SDDVA
（c）H13图2 SDDVASDDVA+Nb和H13钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[28-30]
ER8钢是上海材料研究所在 20世纪 80年代畅
3
模具工业 2013年第39卷第10期销欧洲的热作模具钢H10A的基础上研究发展的一
种新钢种属空冷硬化热作模具钢具有良好的热
强性红硬性和耐磨性高温冲击韧性可达 102Jcm2有较高的抗冷热疲劳性能和极高的抗热震
性广泛用于热锻模热挤压模压铸模等热作模
具
JDH3是一种最新研制的模具材料其性能特点
是强度高于HM3韧性高于HM1抗冷热疲劳性能高
于H13钢主要适用于热锻模精锻模辊锻模[3233]
CH75钢是华中科技大学和大冶特殊钢股份有
限公司共同研制的一种以碳化钒（VC）为强化相的
新型热作模具钢由于采用降低Cr含量限制Mo含量提高VC含量以VC为主要强化相的合金化
方案从而提高了钢的热强性抗回火稳定性和热
稳定性[33]
锤锻模具钢 45Cr2NiMoVSi 和 5Cr2NiMoVSi 具有较高的淬透性热稳定性比5CrNiMo高出150
回火时有二次硬化效应并有较高的强韧性因此
适宜于锤锻模具GIH-11高温热锻模具钢主要用
于加工高温金属的热锻模其模具使用寿命比H21钢制造的模具有较大的提高[32]
2006年吴晓春教授领导的先进模具材料及表
面处理课题组开发了一种新型高热强性热作模具
钢SDH2该钢主要用于热锻模已在上海伊顿发动
机零部件有限公司生产的气门热挤压模和上海齿
轮总厂第 4分厂的双盘摩擦压力锻造机上使用采
用 SDH2 钢制造的热挤压模实际使用寿命是采用
H13钢生产同类产品实际寿命的 25~3倍而采用
SDH2 钢制造的热锻模的实际使用寿命是采用
3Cr2W8V钢生产的同类产品实际寿命的 5倍甚至
更高[3435]
随后吴晓春等人开发了一种新型高热强韧
性高热稳定性高热疲劳性的热锻模专用钢
SDDM[3637]可用于替代传统的3Cr2W8V钢和改善现
有H13钢在 600 以上热稳定不理想的情况SDDM钢在较高的硬度下（如50 HRC）仍具有较高的横
向冲击韧性（ge300 J）以及极佳的强韧性配合和等
向性能
图 3为 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对
比图由图3可见SDDM钢在620 下保温20 h后
硬度高出 3Cr2W8V约 3 HRC热稳定性能最好图
4为 3种钢在室温到 700 之间冷热疲劳循环 3 000次后的热疲劳裂纹形貌由图4可见SDDM钢的表
面裂纹十分细小均匀截面裂纹深度较浅[38 39]
图3 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对比图[39]
(a)SDDM
(b)3Cr2W8V
(c)H13图4 热疲劳试样表面照片[39]
23 热挤压模具钢
5Cr4W5Mo2V钢是本钢集团有限公司生产的一
种高热强性热作模具钢使用寿命比3Cr2W8V钢高
2~3倍[33]
HD（4Cr3Mo2NiVNb）系列钢是由华中科技大学
和大冶特殊钢股份有限公司合作为了适应 700
4
模具工业 2013年第39卷第10期左右工作温度而研制的新型高耐热性钢HD钢是
在 4Cr3Mo3V钢的基础上适当降低MoV的含量
加入ωNi=1ωNb=015提高了钢的高温韧性及热
稳定性在700 仍可以保持40 HRC的硬度在硬
度相同的情况下HD钢比 3Cr2W8V钢的断裂韧度
高 50700 时抗拉强度高 70冷热疲劳抗力和
热磨损性能分别高出1倍和5用其制作的热挤压
模使用寿命也高于3Cr2W8V钢[33]
广州冶金研究所研制的R521R522R523热作
模具钢是一种Cr5系铬钼钒硅系高合金模具钢其
合金元素的合理配比增强了钢的淬透性耐磨性和
热强性改善了钢的韧性为进一步提高R521钢的
红硬性配比中加入了W元素形成了R522钢为
进一步提高钢的耐热疲劳和耐热裂性又研制了含
稀土元素的热作模具钢R5233种钢的钢质洁净
元素分布均匀组织致密切削性能优于Cr12系钢
和 3Cr2W8V钢主要用于制造铝合金型材和铜合
金的挤压模压铸模热锻模以及厚金属片冲剪模
螺栓锻头模等各种热作模具[33]
近年来吴晓春等人研制出一种新一代奥氏体
型高热强性热作模具钢 SDHASDHA+N该钢在
700 以上表现出优良的高温强度和热稳定性如
图 5所示SDHA钢在冷热循环过程中仍能保持较
高的强度抑制裂纹产生图 6 为 3Cr2W8V 钢和
SDHA钢在室温到700 之间冷热循环3 000次后的
表面裂纹和裂纹深度情况SDHA钢表面裂纹布满
整个试样表面且裂纹深度分布均匀[40-42]
图5 SDHA钢在780 条件下硬度随保温时间的变化[42]
随后吴晓春周青春等人从经济角度出发打
破传统的高钼研究方向采用经济的 SiMn作为主
要的合金化元素自主开发了 SiMn比为 1∶1的高
Si高Mn热作模具钢 SDH3-MOD该钢最大的特色
是具有高的热稳定性同时还具备高的韧性以及良
好的抗冷热疲劳性能 [43 44]
（a）3Cr2W8V
（b）SDHA图6 3Cr2W8V和SDHA钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[41]
3 国外热作模具钢发展动态
模具材料作为模具工业发展的重要基础世界
各国均予以充分重视我国模具工业的发展提供
了一个很好的模具钢市场国外制造模具钢的许多
厂商也都十分看好中国的市场除了业内熟悉的
ASSAB Group（瑞典一胜百集团）日本大同工业株
式会社和日立金属株式会社等企业外法国的Arcelor Group（阿赛洛集团）Aubert amp Dural（奥伯杜瓦
公司）德国的 K ind amp Co 公司的 Edelstahl werk（特殊钢工厂）Schmiede werke Groumlditz GmbH（葛
利兹钢厂）和日本的高周波钢业株式会社山阳特
殊钢株式会社等企业都在采取相关措施进入中国
市场
国外热作模具钢的研究方向主要体现在成分
5
模具工业 2013年第39卷第10期基本上向低C低合金化方向发展通过降低常用合
金元素而加入NiAlNb等微量元素来改变热作模
具钢的使用性能下面以近3年来在模具行业展会
上收集的世界各模具材料制造厂的资料和样本以
及各制造商官网上公布的资料为依据[45]简述以上
提及的国外模具钢生产厂家近两年来新钢种研发
情况（介绍的钢种一般为这些公司常推荐或在杂志
上刊出的）以期较好地反映当前世界模具材料生
产的现状及进展
31 压铸模具钢
近两年来国外主要研发了一些高性能通用型
热作模具钢同时大部分为高性能压铸模具钢其
发展方向主要体现在高热导率大截面高等向性
长寿命因此为满足当前下游模具制造商的需
求国外研究者主要通过提高Mo含量及加入Ni的方法做大截面压铸模同时通过降低SiMnCr等主
合金元素加入微合金元素以提高热导率研制出
了较多新型压铸模具钢这些国家主要以日本为
主该国近两年研发的高性能压铸模具钢品种最
多其次是法国和德国
日本大同工业株式会社通过对已有钢种
DH31-S的改进结合DHA系列的优点开发出新型
高性能热作模具钢H31-EXH31-EX为该公司重
点推荐使用的热作模具钢它通过加入少量稀有金
属来降低成本具有优良的淬透性同时采用该钢
制造的大型模具既能保证硬度又能获得高韧性还
可以通过预防裂纹的产生来提高模具使用寿命
日本日立金属株式会社研发的DAC系列模具钢是
A1Zn合金压铸模具广泛使用的材料具有优良的
强度韧度和耐热性其中DAC55属高性能压铸模
具钢具有很高的使用寿命和适用于大型模具的高
淬透性极佳的强韧性和优良的抗冷热疲劳性最
近日本日立在DAC55的基础上开发出以显著抗冷
热疲劳性能著称的高性能低成本压铸模专用钢
DAC-MAGIC其为该公司重点推荐钢种
德国Kind amp Co公司的Edelstahl werk（特殊钢
工厂）开发了用于压铸奥迪A8车身结构件的压铸模
用钢TQ-1HP1HTR主要是在H13钢基础上降低
CSiCrV含量加入一些微合金元素WNb按最
新的熔炼和锻造制作技术经过合理的热处理工
艺获得高的韧性和优良的高温强度并具有高的
抗冷热疲劳性抗热冲击开裂和高温耐磨性[46]
法国奥伯杜瓦公司开发的高合金精密压铸模
用钢VOLVIC 10具有高耐磨性高韧性和优良的高
温综合性能同时开发的超级压铸模用钢SDC(Super Die Cast)X35CrMoNiV5-2-2相对于传统的Cr5系热作模具钢在韧性导热率抗回火软化和抗热
冲击性能等方面表现出极佳的平衡性是一种综合
性能极佳的新型热作模具钢
法国阿赛洛集团开发了一种优质热作钢
AH-61可以避免使用时产生的热磨损和因热疲劳
发生的龟裂从而提高模具使用寿命其 SP含量
分别为0001和0008相应的非金属夹杂物控制
在极低水平使 AH-61 热作钢获得了较高的纯净
度具有优良的韧性和极佳的高温强度
32 热锻模具钢
国外热锻模研发方向主要为高热强性高温耐
磨性能长寿命近两年来已成为热作模具钢研究
的重点其市场需求也不断增加较低的CSi含量
可以限制钢的偏析从而使钢获得高的韧性以及优
良的焊接性和高热导率通过加入碳化物形成元素
如CrMoV以获得不同二次硬化使得高温下钢的
强度增加加入Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透
性加入微量Nb细化晶粒同时提高奥氏体化温度
获得高淬透性因此国外研究者近年来也通过降
低原有主合金元素加入微合金元素提高其淬透
性高温强韧性热导率及抗冷热疲劳性能研发了
一些热锻模具专用钢种
KDAMAX是日本高周波钢业株式会社近年来
在 SKD61基础上开发的一种高性能大型热作模具
钢KDAMAX的强韧性是该公司所研发的热作模具
钢中推荐的强韧性配比最佳的钢种制造的大型
热作模具具有优良的热裂纹抗力尤其在容易产生
应力集中的模具圆角处可阻止裂纹产生延长其
使用寿命
2012年 7月日本山阳特殊钢公司对外公布已
成 功 开 发 出 热 轧 金 属 模 具 用 钢 的 新 钢 种
QT41-HARMOTEX原有的QT41（SKT4改良钢）是
过去热轧金属模具用钢中韧性最佳的钢种但新钢
种 QT41-HARMOTEX 的韧性是 QT41 的 2 倍左右
抗软化性是 QT41 的 15 倍左右且降低了合金元
素成本也有所降低
德国葛利兹在考虑到 CrMoV 系和 NiCrMoV 系
模具钢的优缺点后通过降低SiCrV含量加入一
6
模具工业 2013年第39卷第10期定 量 Ni 和 Nb 的 方 法 设 计 出 了 新 型 钢 种
035C-035Si-05Mn-270Cr-100Mo-020V-065Ni +Nb其主要特色为高淬透性与CrMoV系钢种相比
其热导率更高具有优良的韧性耐磨性机加工性
和焊接性[47]
33 热挤压模具钢
国外热挤压模研发方向主要为强韧性高耐磨
性长寿命因此国外研究者通过合金成分优化及
合理的热处理工艺控制热挤压模具钢的组织以提
高热挤压模的使用性能主要体现在高韧性和高耐
磨性上但近年来热挤压模具钢的研发相对较少
目前国外市场大多是将通用型热作模具钢用于热
挤压模
法国奥伯杜瓦公司开发了一种热挤压模具钢
SMR7其成分为 040C-500Cr-300Mo-270Co-05V主要性能特点为高耐磨性高韧性和低的热冲击敏
感性
巴西 J B BACALHAU等人开发了一种新型铝
合金挤压用热作模具钢VEX（051C-03Si-03Mn-37Cr-06Mo-04V-056Al）其成分特点为提高 C 含
量降低SiCrMo含量合金含量比H13少24同
时通过CrMo的平衡来获得高回火抗力加入Al以提高钢的耐磨性因此作为热挤压模具用钢其
最大的特点是具有超高的耐磨性和回火抗力[48]
4 总结及发展预测
制造业的快速发展对热作模具钢的要求越来
越高通过分析国内外热作模具钢的发展现状认
为我国热作模具钢水平相对国外较落后国内开发
的新型热作模具钢相对日本欧洲诸国较少然
而在ldquo十一五rdquo和ldquo十二五rdquo期间国内热作模具钢
在国家的支持下取得了较大的进展一方面对国
内外关键工艺技术能够在生产线上进行较好的控
制比如高温均质化工艺超细化处理工艺等在国
内宝钢集团有限公司东北特殊钢集团有限公司
中信泰富特钢集团及宏晟重工集团有限公司等大
中型企业得到很好的运用与控制使生产出的热作
模具钢具有与国外进口钢材同等甚至更好的综合
使用性能另一方面国内主流模具钢生产企业已
能掌握热作模具关键性能的评价体系包括等向性
能球化退火组织成分偏析使用性能（如热熔损
热疲劳热稳定性）物理性能等
在取得较大进展的同时国内主流模具钢生产
企业也存在一些不足首先不能准确掌握模具失
效规律与性能组织间的匹配关系导致模具制造
商在选材时有所偏差使得模具钢整体使用水平下
降其次产品稳定性较差虽然企业都能掌握关键
技术但各企业掌握的情况参差不齐导致产品质
量相差很大针对此情况关键是要在管理上下功
夫抓好生产管理另外热作模具钢的生产工艺流
程如锻前加热锻后冷却及后续热处理过程在每
个模具钢生产企业都有所不同没有一个标准化的
工艺流程控制也导致市场上流通的热作模具钢产
品质量参差不齐甚至相差很大
综上所述为满足模具制造业向大型复杂精
密长寿命高效率方向发展这一趋势开发更多具
有高热导率高热强性高韧性良好热稳定性及优
异抗热疲劳性能的大截面热作模具钢已成为企业
急需解决的课题对于今后热作模具钢的研究思
路和发展方向认为可从以下 3种不同用途的热作
模具钢加以考虑
（1）压铸模具钢综合国内外压铸模具钢研究
现状预测其发展趋势主要有 2个方向一是大型
化主要通过提高Mo含量同时加入Ni元素以提高
压铸模具钢的淬透性从而将压铸模具钢截面做得
更大二是高导热率主要通过降低 SiMnCr等主
合金元素含量来提高压铸模具钢的导热率这将是
未来研究的重点及热点同时需要提高压铸模具
钢的使用性能如强韧性热熔损性能抗冷热疲劳
性能及热稳定性能国内外已开发出较多高性能
压铸模具钢钢种其重点是体现在产品的质量水平
上尤其是产品的质量稳定性这将是未来模具钢
企业在压铸模领域是否具备竞争力的关键因素
（2）热锻模具钢综合国内外热锻模具钢研究
现状预测其发展趋势为具有高热强性高温耐磨
性高抗热疲劳性及高热稳定性的热锻模专用钢
其性能优于H13和3Cr2W8V钢因此国内外热锻
模具钢合金成分设计思路主要为通过降低CSi含量来限制钢的偏析获得高韧性和优良的焊接性和
高热导率通过加入碳化物形成元素CrMoV获得
不同的二次硬化效果使得高温下强度增加加入
Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透性加入微量的
Nb元素以细化晶粒同时提高奥氏体化温度获得高
淬透性结合对当前热作模具钢的市场调研情况
认为热锻模具钢的市场需求将不断增长或将成为
7
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
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10509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935 105106310509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935
1050935105093510509351050935
1050935105093510509351050935
10509351051063 声 明
为适应我国信息化建设需要实现科技期刊编辑出版发行工作的数字化推进科技信息交流的
网络化进程扩大作者学术交流渠道向本刊投稿并录用的稿件其作者著作权（含复制权发行权汇
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《模具工业》编辑部
9
模具工业 2013年第39卷第10期销欧洲的热作模具钢H10A的基础上研究发展的一
种新钢种属空冷硬化热作模具钢具有良好的热
强性红硬性和耐磨性高温冲击韧性可达 102Jcm2有较高的抗冷热疲劳性能和极高的抗热震
性广泛用于热锻模热挤压模压铸模等热作模
具
JDH3是一种最新研制的模具材料其性能特点
是强度高于HM3韧性高于HM1抗冷热疲劳性能高
于H13钢主要适用于热锻模精锻模辊锻模[3233]
CH75钢是华中科技大学和大冶特殊钢股份有
限公司共同研制的一种以碳化钒（VC）为强化相的
新型热作模具钢由于采用降低Cr含量限制Mo含量提高VC含量以VC为主要强化相的合金化
方案从而提高了钢的热强性抗回火稳定性和热
稳定性[33]
锤锻模具钢 45Cr2NiMoVSi 和 5Cr2NiMoVSi 具有较高的淬透性热稳定性比5CrNiMo高出150
回火时有二次硬化效应并有较高的强韧性因此
适宜于锤锻模具GIH-11高温热锻模具钢主要用
于加工高温金属的热锻模其模具使用寿命比H21钢制造的模具有较大的提高[32]
2006年吴晓春教授领导的先进模具材料及表
面处理课题组开发了一种新型高热强性热作模具
钢SDH2该钢主要用于热锻模已在上海伊顿发动
机零部件有限公司生产的气门热挤压模和上海齿
轮总厂第 4分厂的双盘摩擦压力锻造机上使用采
用 SDH2 钢制造的热挤压模实际使用寿命是采用
H13钢生产同类产品实际寿命的 25~3倍而采用
SDH2 钢制造的热锻模的实际使用寿命是采用
3Cr2W8V钢生产的同类产品实际寿命的 5倍甚至
更高[3435]
随后吴晓春等人开发了一种新型高热强韧
性高热稳定性高热疲劳性的热锻模专用钢
SDDM[3637]可用于替代传统的3Cr2W8V钢和改善现
有H13钢在 600 以上热稳定不理想的情况SDDM钢在较高的硬度下（如50 HRC）仍具有较高的横
向冲击韧性（ge300 J）以及极佳的强韧性配合和等
向性能
图 3为 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对
比图由图3可见SDDM钢在620 下保温20 h后
硬度高出 3Cr2W8V约 3 HRC热稳定性能最好图
4为 3种钢在室温到 700 之间冷热疲劳循环 3 000次后的热疲劳裂纹形貌由图4可见SDDM钢的表
面裂纹十分细小均匀截面裂纹深度较浅[38 39]
图3 SDDM3Cr2W8VH13钢的热稳定性对比图[39]
(a)SDDM
(b)3Cr2W8V
(c)H13图4 热疲劳试样表面照片[39]
23 热挤压模具钢
5Cr4W5Mo2V钢是本钢集团有限公司生产的一
种高热强性热作模具钢使用寿命比3Cr2W8V钢高
2~3倍[33]
HD（4Cr3Mo2NiVNb）系列钢是由华中科技大学
和大冶特殊钢股份有限公司合作为了适应 700
4
模具工业 2013年第39卷第10期左右工作温度而研制的新型高耐热性钢HD钢是
在 4Cr3Mo3V钢的基础上适当降低MoV的含量
加入ωNi=1ωNb=015提高了钢的高温韧性及热
稳定性在700 仍可以保持40 HRC的硬度在硬
度相同的情况下HD钢比 3Cr2W8V钢的断裂韧度
高 50700 时抗拉强度高 70冷热疲劳抗力和
热磨损性能分别高出1倍和5用其制作的热挤压
模使用寿命也高于3Cr2W8V钢[33]
广州冶金研究所研制的R521R522R523热作
模具钢是一种Cr5系铬钼钒硅系高合金模具钢其
合金元素的合理配比增强了钢的淬透性耐磨性和
热强性改善了钢的韧性为进一步提高R521钢的
红硬性配比中加入了W元素形成了R522钢为
进一步提高钢的耐热疲劳和耐热裂性又研制了含
稀土元素的热作模具钢R5233种钢的钢质洁净
元素分布均匀组织致密切削性能优于Cr12系钢
和 3Cr2W8V钢主要用于制造铝合金型材和铜合
金的挤压模压铸模热锻模以及厚金属片冲剪模
螺栓锻头模等各种热作模具[33]
近年来吴晓春等人研制出一种新一代奥氏体
型高热强性热作模具钢 SDHASDHA+N该钢在
700 以上表现出优良的高温强度和热稳定性如
图 5所示SDHA钢在冷热循环过程中仍能保持较
高的强度抑制裂纹产生图 6 为 3Cr2W8V 钢和
SDHA钢在室温到700 之间冷热循环3 000次后的
表面裂纹和裂纹深度情况SDHA钢表面裂纹布满
整个试样表面且裂纹深度分布均匀[40-42]
图5 SDHA钢在780 条件下硬度随保温时间的变化[42]
随后吴晓春周青春等人从经济角度出发打
破传统的高钼研究方向采用经济的 SiMn作为主
要的合金化元素自主开发了 SiMn比为 1∶1的高
Si高Mn热作模具钢 SDH3-MOD该钢最大的特色
是具有高的热稳定性同时还具备高的韧性以及良
好的抗冷热疲劳性能 [43 44]
（a）3Cr2W8V
（b）SDHA图6 3Cr2W8V和SDHA钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[41]
3 国外热作模具钢发展动态
模具材料作为模具工业发展的重要基础世界
各国均予以充分重视我国模具工业的发展提供
了一个很好的模具钢市场国外制造模具钢的许多
厂商也都十分看好中国的市场除了业内熟悉的
ASSAB Group（瑞典一胜百集团）日本大同工业株
式会社和日立金属株式会社等企业外法国的Arcelor Group（阿赛洛集团）Aubert amp Dural（奥伯杜瓦
公司）德国的 K ind amp Co 公司的 Edelstahl werk（特殊钢工厂）Schmiede werke Groumlditz GmbH（葛
利兹钢厂）和日本的高周波钢业株式会社山阳特
殊钢株式会社等企业都在采取相关措施进入中国
市场
国外热作模具钢的研究方向主要体现在成分
5
模具工业 2013年第39卷第10期基本上向低C低合金化方向发展通过降低常用合
金元素而加入NiAlNb等微量元素来改变热作模
具钢的使用性能下面以近3年来在模具行业展会
上收集的世界各模具材料制造厂的资料和样本以
及各制造商官网上公布的资料为依据[45]简述以上
提及的国外模具钢生产厂家近两年来新钢种研发
情况（介绍的钢种一般为这些公司常推荐或在杂志
上刊出的）以期较好地反映当前世界模具材料生
产的现状及进展
31 压铸模具钢
近两年来国外主要研发了一些高性能通用型
热作模具钢同时大部分为高性能压铸模具钢其
发展方向主要体现在高热导率大截面高等向性
长寿命因此为满足当前下游模具制造商的需
求国外研究者主要通过提高Mo含量及加入Ni的方法做大截面压铸模同时通过降低SiMnCr等主
合金元素加入微合金元素以提高热导率研制出
了较多新型压铸模具钢这些国家主要以日本为
主该国近两年研发的高性能压铸模具钢品种最
多其次是法国和德国
日本大同工业株式会社通过对已有钢种
DH31-S的改进结合DHA系列的优点开发出新型
高性能热作模具钢H31-EXH31-EX为该公司重
点推荐使用的热作模具钢它通过加入少量稀有金
属来降低成本具有优良的淬透性同时采用该钢
制造的大型模具既能保证硬度又能获得高韧性还
可以通过预防裂纹的产生来提高模具使用寿命
日本日立金属株式会社研发的DAC系列模具钢是
A1Zn合金压铸模具广泛使用的材料具有优良的
强度韧度和耐热性其中DAC55属高性能压铸模
具钢具有很高的使用寿命和适用于大型模具的高
淬透性极佳的强韧性和优良的抗冷热疲劳性最
近日本日立在DAC55的基础上开发出以显著抗冷
热疲劳性能著称的高性能低成本压铸模专用钢
DAC-MAGIC其为该公司重点推荐钢种
德国Kind amp Co公司的Edelstahl werk（特殊钢
工厂）开发了用于压铸奥迪A8车身结构件的压铸模
用钢TQ-1HP1HTR主要是在H13钢基础上降低
CSiCrV含量加入一些微合金元素WNb按最
新的熔炼和锻造制作技术经过合理的热处理工
艺获得高的韧性和优良的高温强度并具有高的
抗冷热疲劳性抗热冲击开裂和高温耐磨性[46]
法国奥伯杜瓦公司开发的高合金精密压铸模
用钢VOLVIC 10具有高耐磨性高韧性和优良的高
温综合性能同时开发的超级压铸模用钢SDC(Super Die Cast)X35CrMoNiV5-2-2相对于传统的Cr5系热作模具钢在韧性导热率抗回火软化和抗热
冲击性能等方面表现出极佳的平衡性是一种综合
性能极佳的新型热作模具钢
法国阿赛洛集团开发了一种优质热作钢
AH-61可以避免使用时产生的热磨损和因热疲劳
发生的龟裂从而提高模具使用寿命其 SP含量
分别为0001和0008相应的非金属夹杂物控制
在极低水平使 AH-61 热作钢获得了较高的纯净
度具有优良的韧性和极佳的高温强度
32 热锻模具钢
国外热锻模研发方向主要为高热强性高温耐
磨性能长寿命近两年来已成为热作模具钢研究
的重点其市场需求也不断增加较低的CSi含量
可以限制钢的偏析从而使钢获得高的韧性以及优
良的焊接性和高热导率通过加入碳化物形成元素
如CrMoV以获得不同二次硬化使得高温下钢的
强度增加加入Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透
性加入微量Nb细化晶粒同时提高奥氏体化温度
获得高淬透性因此国外研究者近年来也通过降
低原有主合金元素加入微合金元素提高其淬透
性高温强韧性热导率及抗冷热疲劳性能研发了
一些热锻模具专用钢种
KDAMAX是日本高周波钢业株式会社近年来
在 SKD61基础上开发的一种高性能大型热作模具
钢KDAMAX的强韧性是该公司所研发的热作模具
钢中推荐的强韧性配比最佳的钢种制造的大型
热作模具具有优良的热裂纹抗力尤其在容易产生
应力集中的模具圆角处可阻止裂纹产生延长其
使用寿命
2012年 7月日本山阳特殊钢公司对外公布已
成 功 开 发 出 热 轧 金 属 模 具 用 钢 的 新 钢 种
QT41-HARMOTEX原有的QT41（SKT4改良钢）是
过去热轧金属模具用钢中韧性最佳的钢种但新钢
种 QT41-HARMOTEX 的韧性是 QT41 的 2 倍左右
抗软化性是 QT41 的 15 倍左右且降低了合金元
素成本也有所降低
德国葛利兹在考虑到 CrMoV 系和 NiCrMoV 系
模具钢的优缺点后通过降低SiCrV含量加入一
6
模具工业 2013年第39卷第10期定 量 Ni 和 Nb 的 方 法 设 计 出 了 新 型 钢 种
035C-035Si-05Mn-270Cr-100Mo-020V-065Ni +Nb其主要特色为高淬透性与CrMoV系钢种相比
其热导率更高具有优良的韧性耐磨性机加工性
和焊接性[47]
33 热挤压模具钢
国外热挤压模研发方向主要为强韧性高耐磨
性长寿命因此国外研究者通过合金成分优化及
合理的热处理工艺控制热挤压模具钢的组织以提
高热挤压模的使用性能主要体现在高韧性和高耐
磨性上但近年来热挤压模具钢的研发相对较少
目前国外市场大多是将通用型热作模具钢用于热
挤压模
法国奥伯杜瓦公司开发了一种热挤压模具钢
SMR7其成分为 040C-500Cr-300Mo-270Co-05V主要性能特点为高耐磨性高韧性和低的热冲击敏
感性
巴西 J B BACALHAU等人开发了一种新型铝
合金挤压用热作模具钢VEX（051C-03Si-03Mn-37Cr-06Mo-04V-056Al）其成分特点为提高 C 含
量降低SiCrMo含量合金含量比H13少24同
时通过CrMo的平衡来获得高回火抗力加入Al以提高钢的耐磨性因此作为热挤压模具用钢其
最大的特点是具有超高的耐磨性和回火抗力[48]
4 总结及发展预测
制造业的快速发展对热作模具钢的要求越来
越高通过分析国内外热作模具钢的发展现状认
为我国热作模具钢水平相对国外较落后国内开发
的新型热作模具钢相对日本欧洲诸国较少然
而在ldquo十一五rdquo和ldquo十二五rdquo期间国内热作模具钢
在国家的支持下取得了较大的进展一方面对国
内外关键工艺技术能够在生产线上进行较好的控
制比如高温均质化工艺超细化处理工艺等在国
内宝钢集团有限公司东北特殊钢集团有限公司
中信泰富特钢集团及宏晟重工集团有限公司等大
中型企业得到很好的运用与控制使生产出的热作
模具钢具有与国外进口钢材同等甚至更好的综合
使用性能另一方面国内主流模具钢生产企业已
能掌握热作模具关键性能的评价体系包括等向性
能球化退火组织成分偏析使用性能（如热熔损
热疲劳热稳定性）物理性能等
在取得较大进展的同时国内主流模具钢生产
企业也存在一些不足首先不能准确掌握模具失
效规律与性能组织间的匹配关系导致模具制造
商在选材时有所偏差使得模具钢整体使用水平下
降其次产品稳定性较差虽然企业都能掌握关键
技术但各企业掌握的情况参差不齐导致产品质
量相差很大针对此情况关键是要在管理上下功
夫抓好生产管理另外热作模具钢的生产工艺流
程如锻前加热锻后冷却及后续热处理过程在每
个模具钢生产企业都有所不同没有一个标准化的
工艺流程控制也导致市场上流通的热作模具钢产
品质量参差不齐甚至相差很大
综上所述为满足模具制造业向大型复杂精
密长寿命高效率方向发展这一趋势开发更多具
有高热导率高热强性高韧性良好热稳定性及优
异抗热疲劳性能的大截面热作模具钢已成为企业
急需解决的课题对于今后热作模具钢的研究思
路和发展方向认为可从以下 3种不同用途的热作
模具钢加以考虑
（1）压铸模具钢综合国内外压铸模具钢研究
现状预测其发展趋势主要有 2个方向一是大型
化主要通过提高Mo含量同时加入Ni元素以提高
压铸模具钢的淬透性从而将压铸模具钢截面做得
更大二是高导热率主要通过降低 SiMnCr等主
合金元素含量来提高压铸模具钢的导热率这将是
未来研究的重点及热点同时需要提高压铸模具
钢的使用性能如强韧性热熔损性能抗冷热疲劳
性能及热稳定性能国内外已开发出较多高性能
压铸模具钢钢种其重点是体现在产品的质量水平
上尤其是产品的质量稳定性这将是未来模具钢
企业在压铸模领域是否具备竞争力的关键因素
（2）热锻模具钢综合国内外热锻模具钢研究
现状预测其发展趋势为具有高热强性高温耐磨
性高抗热疲劳性及高热稳定性的热锻模专用钢
其性能优于H13和3Cr2W8V钢因此国内外热锻
模具钢合金成分设计思路主要为通过降低CSi含量来限制钢的偏析获得高韧性和优良的焊接性和
高热导率通过加入碳化物形成元素CrMoV获得
不同的二次硬化效果使得高温下强度增加加入
Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透性加入微量的
Nb元素以细化晶粒同时提高奥氏体化温度获得高
淬透性结合对当前热作模具钢的市场调研情况
认为热锻模具钢的市场需求将不断增长或将成为
7
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
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10509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935 105106310509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935
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《模具工业》编辑部
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模具工业 2013年第39卷第10期左右工作温度而研制的新型高耐热性钢HD钢是
在 4Cr3Mo3V钢的基础上适当降低MoV的含量
加入ωNi=1ωNb=015提高了钢的高温韧性及热
稳定性在700 仍可以保持40 HRC的硬度在硬
度相同的情况下HD钢比 3Cr2W8V钢的断裂韧度
高 50700 时抗拉强度高 70冷热疲劳抗力和
热磨损性能分别高出1倍和5用其制作的热挤压
模使用寿命也高于3Cr2W8V钢[33]
广州冶金研究所研制的R521R522R523热作
模具钢是一种Cr5系铬钼钒硅系高合金模具钢其
合金元素的合理配比增强了钢的淬透性耐磨性和
热强性改善了钢的韧性为进一步提高R521钢的
红硬性配比中加入了W元素形成了R522钢为
进一步提高钢的耐热疲劳和耐热裂性又研制了含
稀土元素的热作模具钢R5233种钢的钢质洁净
元素分布均匀组织致密切削性能优于Cr12系钢
和 3Cr2W8V钢主要用于制造铝合金型材和铜合
金的挤压模压铸模热锻模以及厚金属片冲剪模
螺栓锻头模等各种热作模具[33]
近年来吴晓春等人研制出一种新一代奥氏体
型高热强性热作模具钢 SDHASDHA+N该钢在
700 以上表现出优良的高温强度和热稳定性如
图 5所示SDHA钢在冷热循环过程中仍能保持较
高的强度抑制裂纹产生图 6 为 3Cr2W8V 钢和
SDHA钢在室温到700 之间冷热循环3 000次后的
表面裂纹和裂纹深度情况SDHA钢表面裂纹布满
整个试样表面且裂纹深度分布均匀[40-42]
图5 SDHA钢在780 条件下硬度随保温时间的变化[42]
随后吴晓春周青春等人从经济角度出发打
破传统的高钼研究方向采用经济的 SiMn作为主
要的合金化元素自主开发了 SiMn比为 1∶1的高
Si高Mn热作模具钢 SDH3-MOD该钢最大的特色
是具有高的热稳定性同时还具备高的韧性以及良
好的抗冷热疲劳性能 [43 44]
（a）3Cr2W8V
（b）SDHA图6 3Cr2W8V和SDHA钢热疲劳后表面裂纹
与裂纹深度比较[41]
3 国外热作模具钢发展动态
模具材料作为模具工业发展的重要基础世界
各国均予以充分重视我国模具工业的发展提供
了一个很好的模具钢市场国外制造模具钢的许多
厂商也都十分看好中国的市场除了业内熟悉的
ASSAB Group（瑞典一胜百集团）日本大同工业株
式会社和日立金属株式会社等企业外法国的Arcelor Group（阿赛洛集团）Aubert amp Dural（奥伯杜瓦
公司）德国的 K ind amp Co 公司的 Edelstahl werk（特殊钢工厂）Schmiede werke Groumlditz GmbH（葛
利兹钢厂）和日本的高周波钢业株式会社山阳特
殊钢株式会社等企业都在采取相关措施进入中国
市场
国外热作模具钢的研究方向主要体现在成分
5
模具工业 2013年第39卷第10期基本上向低C低合金化方向发展通过降低常用合
金元素而加入NiAlNb等微量元素来改变热作模
具钢的使用性能下面以近3年来在模具行业展会
上收集的世界各模具材料制造厂的资料和样本以
及各制造商官网上公布的资料为依据[45]简述以上
提及的国外模具钢生产厂家近两年来新钢种研发
情况（介绍的钢种一般为这些公司常推荐或在杂志
上刊出的）以期较好地反映当前世界模具材料生
产的现状及进展
31 压铸模具钢
近两年来国外主要研发了一些高性能通用型
热作模具钢同时大部分为高性能压铸模具钢其
发展方向主要体现在高热导率大截面高等向性
长寿命因此为满足当前下游模具制造商的需
求国外研究者主要通过提高Mo含量及加入Ni的方法做大截面压铸模同时通过降低SiMnCr等主
合金元素加入微合金元素以提高热导率研制出
了较多新型压铸模具钢这些国家主要以日本为
主该国近两年研发的高性能压铸模具钢品种最
多其次是法国和德国
日本大同工业株式会社通过对已有钢种
DH31-S的改进结合DHA系列的优点开发出新型
高性能热作模具钢H31-EXH31-EX为该公司重
点推荐使用的热作模具钢它通过加入少量稀有金
属来降低成本具有优良的淬透性同时采用该钢
制造的大型模具既能保证硬度又能获得高韧性还
可以通过预防裂纹的产生来提高模具使用寿命
日本日立金属株式会社研发的DAC系列模具钢是
A1Zn合金压铸模具广泛使用的材料具有优良的
强度韧度和耐热性其中DAC55属高性能压铸模
具钢具有很高的使用寿命和适用于大型模具的高
淬透性极佳的强韧性和优良的抗冷热疲劳性最
近日本日立在DAC55的基础上开发出以显著抗冷
热疲劳性能著称的高性能低成本压铸模专用钢
DAC-MAGIC其为该公司重点推荐钢种
德国Kind amp Co公司的Edelstahl werk（特殊钢
工厂）开发了用于压铸奥迪A8车身结构件的压铸模
用钢TQ-1HP1HTR主要是在H13钢基础上降低
CSiCrV含量加入一些微合金元素WNb按最
新的熔炼和锻造制作技术经过合理的热处理工
艺获得高的韧性和优良的高温强度并具有高的
抗冷热疲劳性抗热冲击开裂和高温耐磨性[46]
法国奥伯杜瓦公司开发的高合金精密压铸模
用钢VOLVIC 10具有高耐磨性高韧性和优良的高
温综合性能同时开发的超级压铸模用钢SDC(Super Die Cast)X35CrMoNiV5-2-2相对于传统的Cr5系热作模具钢在韧性导热率抗回火软化和抗热
冲击性能等方面表现出极佳的平衡性是一种综合
性能极佳的新型热作模具钢
法国阿赛洛集团开发了一种优质热作钢
AH-61可以避免使用时产生的热磨损和因热疲劳
发生的龟裂从而提高模具使用寿命其 SP含量
分别为0001和0008相应的非金属夹杂物控制
在极低水平使 AH-61 热作钢获得了较高的纯净
度具有优良的韧性和极佳的高温强度
32 热锻模具钢
国外热锻模研发方向主要为高热强性高温耐
磨性能长寿命近两年来已成为热作模具钢研究
的重点其市场需求也不断增加较低的CSi含量
可以限制钢的偏析从而使钢获得高的韧性以及优
良的焊接性和高热导率通过加入碳化物形成元素
如CrMoV以获得不同二次硬化使得高温下钢的
强度增加加入Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透
性加入微量Nb细化晶粒同时提高奥氏体化温度
获得高淬透性因此国外研究者近年来也通过降
低原有主合金元素加入微合金元素提高其淬透
性高温强韧性热导率及抗冷热疲劳性能研发了
一些热锻模具专用钢种
KDAMAX是日本高周波钢业株式会社近年来
在 SKD61基础上开发的一种高性能大型热作模具
钢KDAMAX的强韧性是该公司所研发的热作模具
钢中推荐的强韧性配比最佳的钢种制造的大型
热作模具具有优良的热裂纹抗力尤其在容易产生
应力集中的模具圆角处可阻止裂纹产生延长其
使用寿命
2012年 7月日本山阳特殊钢公司对外公布已
成 功 开 发 出 热 轧 金 属 模 具 用 钢 的 新 钢 种
QT41-HARMOTEX原有的QT41（SKT4改良钢）是
过去热轧金属模具用钢中韧性最佳的钢种但新钢
种 QT41-HARMOTEX 的韧性是 QT41 的 2 倍左右
抗软化性是 QT41 的 15 倍左右且降低了合金元
素成本也有所降低
德国葛利兹在考虑到 CrMoV 系和 NiCrMoV 系
模具钢的优缺点后通过降低SiCrV含量加入一
6
模具工业 2013年第39卷第10期定 量 Ni 和 Nb 的 方 法 设 计 出 了 新 型 钢 种
035C-035Si-05Mn-270Cr-100Mo-020V-065Ni +Nb其主要特色为高淬透性与CrMoV系钢种相比
其热导率更高具有优良的韧性耐磨性机加工性
和焊接性[47]
33 热挤压模具钢
国外热挤压模研发方向主要为强韧性高耐磨
性长寿命因此国外研究者通过合金成分优化及
合理的热处理工艺控制热挤压模具钢的组织以提
高热挤压模的使用性能主要体现在高韧性和高耐
磨性上但近年来热挤压模具钢的研发相对较少
目前国外市场大多是将通用型热作模具钢用于热
挤压模
法国奥伯杜瓦公司开发了一种热挤压模具钢
SMR7其成分为 040C-500Cr-300Mo-270Co-05V主要性能特点为高耐磨性高韧性和低的热冲击敏
感性
巴西 J B BACALHAU等人开发了一种新型铝
合金挤压用热作模具钢VEX（051C-03Si-03Mn-37Cr-06Mo-04V-056Al）其成分特点为提高 C 含
量降低SiCrMo含量合金含量比H13少24同
时通过CrMo的平衡来获得高回火抗力加入Al以提高钢的耐磨性因此作为热挤压模具用钢其
最大的特点是具有超高的耐磨性和回火抗力[48]
4 总结及发展预测
制造业的快速发展对热作模具钢的要求越来
越高通过分析国内外热作模具钢的发展现状认
为我国热作模具钢水平相对国外较落后国内开发
的新型热作模具钢相对日本欧洲诸国较少然
而在ldquo十一五rdquo和ldquo十二五rdquo期间国内热作模具钢
在国家的支持下取得了较大的进展一方面对国
内外关键工艺技术能够在生产线上进行较好的控
制比如高温均质化工艺超细化处理工艺等在国
内宝钢集团有限公司东北特殊钢集团有限公司
中信泰富特钢集团及宏晟重工集团有限公司等大
中型企业得到很好的运用与控制使生产出的热作
模具钢具有与国外进口钢材同等甚至更好的综合
使用性能另一方面国内主流模具钢生产企业已
能掌握热作模具关键性能的评价体系包括等向性
能球化退火组织成分偏析使用性能（如热熔损
热疲劳热稳定性）物理性能等
在取得较大进展的同时国内主流模具钢生产
企业也存在一些不足首先不能准确掌握模具失
效规律与性能组织间的匹配关系导致模具制造
商在选材时有所偏差使得模具钢整体使用水平下
降其次产品稳定性较差虽然企业都能掌握关键
技术但各企业掌握的情况参差不齐导致产品质
量相差很大针对此情况关键是要在管理上下功
夫抓好生产管理另外热作模具钢的生产工艺流
程如锻前加热锻后冷却及后续热处理过程在每
个模具钢生产企业都有所不同没有一个标准化的
工艺流程控制也导致市场上流通的热作模具钢产
品质量参差不齐甚至相差很大
综上所述为满足模具制造业向大型复杂精
密长寿命高效率方向发展这一趋势开发更多具
有高热导率高热强性高韧性良好热稳定性及优
异抗热疲劳性能的大截面热作模具钢已成为企业
急需解决的课题对于今后热作模具钢的研究思
路和发展方向认为可从以下 3种不同用途的热作
模具钢加以考虑
（1）压铸模具钢综合国内外压铸模具钢研究
现状预测其发展趋势主要有 2个方向一是大型
化主要通过提高Mo含量同时加入Ni元素以提高
压铸模具钢的淬透性从而将压铸模具钢截面做得
更大二是高导热率主要通过降低 SiMnCr等主
合金元素含量来提高压铸模具钢的导热率这将是
未来研究的重点及热点同时需要提高压铸模具
钢的使用性能如强韧性热熔损性能抗冷热疲劳
性能及热稳定性能国内外已开发出较多高性能
压铸模具钢钢种其重点是体现在产品的质量水平
上尤其是产品的质量稳定性这将是未来模具钢
企业在压铸模领域是否具备竞争力的关键因素
（2）热锻模具钢综合国内外热锻模具钢研究
现状预测其发展趋势为具有高热强性高温耐磨
性高抗热疲劳性及高热稳定性的热锻模专用钢
其性能优于H13和3Cr2W8V钢因此国内外热锻
模具钢合金成分设计思路主要为通过降低CSi含量来限制钢的偏析获得高韧性和优良的焊接性和
高热导率通过加入碳化物形成元素CrMoV获得
不同的二次硬化效果使得高温下强度增加加入
Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透性加入微量的
Nb元素以细化晶粒同时提高奥氏体化温度获得高
淬透性结合对当前热作模具钢的市场调研情况
认为热锻模具钢的市场需求将不断增长或将成为
7
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
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10509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935 105106310509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935
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《模具工业》编辑部
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模具工业 2013年第39卷第10期基本上向低C低合金化方向发展通过降低常用合
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制造的大型模具既能保证硬度又能获得高韧性还
可以通过预防裂纹的产生来提高模具使用寿命
日本日立金属株式会社研发的DAC系列模具钢是
A1Zn合金压铸模具广泛使用的材料具有优良的
强度韧度和耐热性其中DAC55属高性能压铸模
具钢具有很高的使用寿命和适用于大型模具的高
淬透性极佳的强韧性和优良的抗冷热疲劳性最
近日本日立在DAC55的基础上开发出以显著抗冷
热疲劳性能著称的高性能低成本压铸模专用钢
DAC-MAGIC其为该公司重点推荐钢种
德国Kind amp Co公司的Edelstahl werk（特殊钢
工厂）开发了用于压铸奥迪A8车身结构件的压铸模
用钢TQ-1HP1HTR主要是在H13钢基础上降低
CSiCrV含量加入一些微合金元素WNb按最
新的熔炼和锻造制作技术经过合理的热处理工
艺获得高的韧性和优良的高温强度并具有高的
抗冷热疲劳性抗热冲击开裂和高温耐磨性[46]
法国奥伯杜瓦公司开发的高合金精密压铸模
用钢VOLVIC 10具有高耐磨性高韧性和优良的高
温综合性能同时开发的超级压铸模用钢SDC(Super Die Cast)X35CrMoNiV5-2-2相对于传统的Cr5系热作模具钢在韧性导热率抗回火软化和抗热
冲击性能等方面表现出极佳的平衡性是一种综合
性能极佳的新型热作模具钢
法国阿赛洛集团开发了一种优质热作钢
AH-61可以避免使用时产生的热磨损和因热疲劳
发生的龟裂从而提高模具使用寿命其 SP含量
分别为0001和0008相应的非金属夹杂物控制
在极低水平使 AH-61 热作钢获得了较高的纯净
度具有优良的韧性和极佳的高温强度
32 热锻模具钢
国外热锻模研发方向主要为高热强性高温耐
磨性能长寿命近两年来已成为热作模具钢研究
的重点其市场需求也不断增加较低的CSi含量
可以限制钢的偏析从而使钢获得高的韧性以及优
良的焊接性和高热导率通过加入碳化物形成元素
如CrMoV以获得不同二次硬化使得高温下钢的
强度增加加入Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透
性加入微量Nb细化晶粒同时提高奥氏体化温度
获得高淬透性因此国外研究者近年来也通过降
低原有主合金元素加入微合金元素提高其淬透
性高温强韧性热导率及抗冷热疲劳性能研发了
一些热锻模具专用钢种
KDAMAX是日本高周波钢业株式会社近年来
在 SKD61基础上开发的一种高性能大型热作模具
钢KDAMAX的强韧性是该公司所研发的热作模具
钢中推荐的强韧性配比最佳的钢种制造的大型
热作模具具有优良的热裂纹抗力尤其在容易产生
应力集中的模具圆角处可阻止裂纹产生延长其
使用寿命
2012年 7月日本山阳特殊钢公司对外公布已
成 功 开 发 出 热 轧 金 属 模 具 用 钢 的 新 钢 种
QT41-HARMOTEX原有的QT41（SKT4改良钢）是
过去热轧金属模具用钢中韧性最佳的钢种但新钢
种 QT41-HARMOTEX 的韧性是 QT41 的 2 倍左右
抗软化性是 QT41 的 15 倍左右且降低了合金元
素成本也有所降低
德国葛利兹在考虑到 CrMoV 系和 NiCrMoV 系
模具钢的优缺点后通过降低SiCrV含量加入一
6
模具工业 2013年第39卷第10期定 量 Ni 和 Nb 的 方 法 设 计 出 了 新 型 钢 种
035C-035Si-05Mn-270Cr-100Mo-020V-065Ni +Nb其主要特色为高淬透性与CrMoV系钢种相比
其热导率更高具有优良的韧性耐磨性机加工性
和焊接性[47]
33 热挤压模具钢
国外热挤压模研发方向主要为强韧性高耐磨
性长寿命因此国外研究者通过合金成分优化及
合理的热处理工艺控制热挤压模具钢的组织以提
高热挤压模的使用性能主要体现在高韧性和高耐
磨性上但近年来热挤压模具钢的研发相对较少
目前国外市场大多是将通用型热作模具钢用于热
挤压模
法国奥伯杜瓦公司开发了一种热挤压模具钢
SMR7其成分为 040C-500Cr-300Mo-270Co-05V主要性能特点为高耐磨性高韧性和低的热冲击敏
感性
巴西 J B BACALHAU等人开发了一种新型铝
合金挤压用热作模具钢VEX（051C-03Si-03Mn-37Cr-06Mo-04V-056Al）其成分特点为提高 C 含
量降低SiCrMo含量合金含量比H13少24同
时通过CrMo的平衡来获得高回火抗力加入Al以提高钢的耐磨性因此作为热挤压模具用钢其
最大的特点是具有超高的耐磨性和回火抗力[48]
4 总结及发展预测
制造业的快速发展对热作模具钢的要求越来
越高通过分析国内外热作模具钢的发展现状认
为我国热作模具钢水平相对国外较落后国内开发
的新型热作模具钢相对日本欧洲诸国较少然
而在ldquo十一五rdquo和ldquo十二五rdquo期间国内热作模具钢
在国家的支持下取得了较大的进展一方面对国
内外关键工艺技术能够在生产线上进行较好的控
制比如高温均质化工艺超细化处理工艺等在国
内宝钢集团有限公司东北特殊钢集团有限公司
中信泰富特钢集团及宏晟重工集团有限公司等大
中型企业得到很好的运用与控制使生产出的热作
模具钢具有与国外进口钢材同等甚至更好的综合
使用性能另一方面国内主流模具钢生产企业已
能掌握热作模具关键性能的评价体系包括等向性
能球化退火组织成分偏析使用性能（如热熔损
热疲劳热稳定性）物理性能等
在取得较大进展的同时国内主流模具钢生产
企业也存在一些不足首先不能准确掌握模具失
效规律与性能组织间的匹配关系导致模具制造
商在选材时有所偏差使得模具钢整体使用水平下
降其次产品稳定性较差虽然企业都能掌握关键
技术但各企业掌握的情况参差不齐导致产品质
量相差很大针对此情况关键是要在管理上下功
夫抓好生产管理另外热作模具钢的生产工艺流
程如锻前加热锻后冷却及后续热处理过程在每
个模具钢生产企业都有所不同没有一个标准化的
工艺流程控制也导致市场上流通的热作模具钢产
品质量参差不齐甚至相差很大
综上所述为满足模具制造业向大型复杂精
密长寿命高效率方向发展这一趋势开发更多具
有高热导率高热强性高韧性良好热稳定性及优
异抗热疲劳性能的大截面热作模具钢已成为企业
急需解决的课题对于今后热作模具钢的研究思
路和发展方向认为可从以下 3种不同用途的热作
模具钢加以考虑
（1）压铸模具钢综合国内外压铸模具钢研究
现状预测其发展趋势主要有 2个方向一是大型
化主要通过提高Mo含量同时加入Ni元素以提高
压铸模具钢的淬透性从而将压铸模具钢截面做得
更大二是高导热率主要通过降低 SiMnCr等主
合金元素含量来提高压铸模具钢的导热率这将是
未来研究的重点及热点同时需要提高压铸模具
钢的使用性能如强韧性热熔损性能抗冷热疲劳
性能及热稳定性能国内外已开发出较多高性能
压铸模具钢钢种其重点是体现在产品的质量水平
上尤其是产品的质量稳定性这将是未来模具钢
企业在压铸模领域是否具备竞争力的关键因素
（2）热锻模具钢综合国内外热锻模具钢研究
现状预测其发展趋势为具有高热强性高温耐磨
性高抗热疲劳性及高热稳定性的热锻模专用钢
其性能优于H13和3Cr2W8V钢因此国内外热锻
模具钢合金成分设计思路主要为通过降低CSi含量来限制钢的偏析获得高韧性和优良的焊接性和
高热导率通过加入碳化物形成元素CrMoV获得
不同的二次硬化效果使得高温下强度增加加入
Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透性加入微量的
Nb元素以细化晶粒同时提高奥氏体化温度获得高
淬透性结合对当前热作模具钢的市场调研情况
认为热锻模具钢的市场需求将不断增长或将成为
7
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
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工2008(8)71-75[2]徐眀华模具钢的市场和发展 [J]上海金属200325(6)
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10509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935 105106310509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351050935105093510509351051063105093510509351050935
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10509351051063 声 明
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网络化进程扩大作者学术交流渠道向本刊投稿并录用的稿件其作者著作权（含复制权发行权汇
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《模具工业》编辑部
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模具工业 2013年第39卷第10期定 量 Ni 和 Nb 的 方 法 设 计 出 了 新 型 钢 种
035C-035Si-05Mn-270Cr-100Mo-020V-065Ni +Nb其主要特色为高淬透性与CrMoV系钢种相比
其热导率更高具有优良的韧性耐磨性机加工性
和焊接性[47]
33 热挤压模具钢
国外热挤压模研发方向主要为强韧性高耐磨
性长寿命因此国外研究者通过合金成分优化及
合理的热处理工艺控制热挤压模具钢的组织以提
高热挤压模的使用性能主要体现在高韧性和高耐
磨性上但近年来热挤压模具钢的研发相对较少
目前国外市场大多是将通用型热作模具钢用于热
挤压模
法国奥伯杜瓦公司开发了一种热挤压模具钢
SMR7其成分为 040C-500Cr-300Mo-270Co-05V主要性能特点为高耐磨性高韧性和低的热冲击敏
感性
巴西 J B BACALHAU等人开发了一种新型铝
合金挤压用热作模具钢VEX（051C-03Si-03Mn-37Cr-06Mo-04V-056Al）其成分特点为提高 C 含
量降低SiCrMo含量合金含量比H13少24同
时通过CrMo的平衡来获得高回火抗力加入Al以提高钢的耐磨性因此作为热挤压模具用钢其
最大的特点是具有超高的耐磨性和回火抗力[48]
4 总结及发展预测
制造业的快速发展对热作模具钢的要求越来
越高通过分析国内外热作模具钢的发展现状认
为我国热作模具钢水平相对国外较落后国内开发
的新型热作模具钢相对日本欧洲诸国较少然
而在ldquo十一五rdquo和ldquo十二五rdquo期间国内热作模具钢
在国家的支持下取得了较大的进展一方面对国
内外关键工艺技术能够在生产线上进行较好的控
制比如高温均质化工艺超细化处理工艺等在国
内宝钢集团有限公司东北特殊钢集团有限公司
中信泰富特钢集团及宏晟重工集团有限公司等大
中型企业得到很好的运用与控制使生产出的热作
模具钢具有与国外进口钢材同等甚至更好的综合
使用性能另一方面国内主流模具钢生产企业已
能掌握热作模具关键性能的评价体系包括等向性
能球化退火组织成分偏析使用性能（如热熔损
热疲劳热稳定性）物理性能等
在取得较大进展的同时国内主流模具钢生产
企业也存在一些不足首先不能准确掌握模具失
效规律与性能组织间的匹配关系导致模具制造
商在选材时有所偏差使得模具钢整体使用水平下
降其次产品稳定性较差虽然企业都能掌握关键
技术但各企业掌握的情况参差不齐导致产品质
量相差很大针对此情况关键是要在管理上下功
夫抓好生产管理另外热作模具钢的生产工艺流
程如锻前加热锻后冷却及后续热处理过程在每
个模具钢生产企业都有所不同没有一个标准化的
工艺流程控制也导致市场上流通的热作模具钢产
品质量参差不齐甚至相差很大
综上所述为满足模具制造业向大型复杂精
密长寿命高效率方向发展这一趋势开发更多具
有高热导率高热强性高韧性良好热稳定性及优
异抗热疲劳性能的大截面热作模具钢已成为企业
急需解决的课题对于今后热作模具钢的研究思
路和发展方向认为可从以下 3种不同用途的热作
模具钢加以考虑
（1）压铸模具钢综合国内外压铸模具钢研究
现状预测其发展趋势主要有 2个方向一是大型
化主要通过提高Mo含量同时加入Ni元素以提高
压铸模具钢的淬透性从而将压铸模具钢截面做得
更大二是高导热率主要通过降低 SiMnCr等主
合金元素含量来提高压铸模具钢的导热率这将是
未来研究的重点及热点同时需要提高压铸模具
钢的使用性能如强韧性热熔损性能抗冷热疲劳
性能及热稳定性能国内外已开发出较多高性能
压铸模具钢钢种其重点是体现在产品的质量水平
上尤其是产品的质量稳定性这将是未来模具钢
企业在压铸模领域是否具备竞争力的关键因素
（2）热锻模具钢综合国内外热锻模具钢研究
现状预测其发展趋势为具有高热强性高温耐磨
性高抗热疲劳性及高热稳定性的热锻模专用钢
其性能优于H13和3Cr2W8V钢因此国内外热锻
模具钢合金成分设计思路主要为通过降低CSi含量来限制钢的偏析获得高韧性和优良的焊接性和
高热导率通过加入碳化物形成元素CrMoV获得
不同的二次硬化效果使得高温下强度增加加入
Ni来代替部分Cr以保证足够的淬透性加入微量的
Nb元素以细化晶粒同时提高奥氏体化温度获得高
淬透性结合对当前热作模具钢的市场调研情况
认为热锻模具钢的市场需求将不断增长或将成为
7
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
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1988(3)36[13]李慎诚硼钛稀土变质处理H13改型铝合金压铸模具钢
的研制[C]中国机械工程学会热处理专业学会第五届
热处理年会论文集天津天津大学出版社1991195[14]王聚庆提高 3Cr2W8V钢的压铸模寿命的探讨[J]特种
铸造及有色合金1993(3)17
[15]史美堂常用模具钢热处理性能[J]上海上海科学出版
社1984156-202[16]吴晓春ldquo高品质优质热作模具钢的研制rdquo研究报告[R]
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应用[C]中国模具工业协会第二届国际模具技术会议
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研究[J]钢铁研究学报201022(2)50-54[23]佟 倩吴晓春周青春等热作模具钢 SDH3热疲劳机
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of microstructural characterization of a hot work toolsteel after thermal fatigue treatment[C]Paul BeissTool Steels-deciding Factor in Worldwide ProductionProceedings of the 8th International Tooling ConferenceRWTH Aachen UniversityAachen GermanyJune2-42009GermanyVerlag Mainz Press2009Volume Ⅰ447-454
[25]吴晓春许珞萍模具钢热疲劳裂纹的计算机辅助评定
[J]上海金属200123(6)1-5[26]吴晓春许珞萍Uddeholm热疲劳图谱的分析与定量评
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研究[J]上海金属200325(2)1-5[28]WENWEN SONGYONGrsquoAN MINXIAOCHUN WU
Study on niobium carbides in Nb-microalloyed hotwork steel[C]Paul BeissTool Steels-deciding Factorin Worldwide ProductionProceedings of the 8th Inter
8
模具工业 2013年第39卷第10期national Tooling ConferenceRWTH Aachen UniversityAachenGermanyJune 2-42009GermanyVerlag MainzPress2009VolumeⅡ559-572
[29]宋雯雯闵永安吴晓春H13钢中的碳化物分析及其演
变规律研究[J]材料热处理学报200930(5)122-126[30]宋雯雯闵永安吴晓春热作模具钢SDH8与H13的强
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古石油化工2005(7)20-21[33]郝松涛热作模具钢及压铸模具钢的发展和应用[J]机
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[38]陈英伟吴晓春几种典型热作模具钢力学性能的对比
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[40]江 浩吴晓春石楠楠氮对奥氏体型热作模具钢组织
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SDHA的高温性能研究[J]上海金属200916(6)18-21[42]江 浩氮对SDHA奥氏体热作模具钢组织性能的影响
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模 具 钢 及 其 热 处 理 工 艺 中 国CN102650020A[P]2012-05-14
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[48]J B BACALHAUC A BARBOSACharacteristics ofthe new developed hot work tool steel for aluminumextrusion[C]Harald LeitnerRegina KranzAngelikaTremmelDeveloping the World of Tooling Proceedings of the 9th International Tooling ConferenceMontanuniversitaumlt LeobenAustrian11-14 September 2012AustrianMontanuniversitaumlt Leoben Press2012175-181
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10509351051063 声 明
为适应我国信息化建设需要实现科技期刊编辑出版发行工作的数字化推进科技信息交流的
网络化进程扩大作者学术交流渠道向本刊投稿并录用的稿件其作者著作权（含复制权发行权汇
编权翻译权以及信息网络传播权等）使用费由本刊以稿酬形式一次性给付编辑部有权将上述权利
转授给第三方使用如作者不同意请在来稿时声明
《模具工业》编辑部
9
模具工业 2013年第39卷第10期未来热作模具钢中产量的增长点
（3）热挤压模具钢综合国内外热挤压模具钢
研究现状预测其发展趋势为通过合理的成分优
化降低原材料成本同时提高高温性能达到良好
的韧性耐磨性热疲劳性及热稳定性国内外热
挤压模具钢合金成分设计思路有 2种一种是提高
SiMn含量降低Mo含量另一种是提高C含量降
低SiCrMo含量同时使CrMo平衡以获得高回火
抗力2种思路均可通过加入WNb等微量元素以
提高高温下钢的强韧性并通过加入Al提高钢的耐
磨性另外国内外为满足热挤压模服役过程中的
高温性能将把高温奥氏体热作模具钢作为另一研
究方向
参考文献[1]马党参陈再枝我国模具钢的发展机遇与挑战[J]金属加
工2008(8)71-75[2]徐眀华模具钢的市场和发展 [J]上海金属200325(6)
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200125(1)1-3[9]崔 昆中国模具钢的现状及发展(2)[J]机械工程材料
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8
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[44]计天予吴晓春H13改进型热作模具钢的组织与性能
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[47]D BOCKHOLTD CALISKANOGLUP VETTERA newhigh-performance die steel for the die forging industry[C]Harald LeitnerRegina KranzAngelika TremmelDeveloping the World of ToolingProceedings of the 9thInternational Tooling ConferenceMontanuniversitaumlt LeobenAustrian11-14 September 2012AustrianMontanuniversitaumlt Leoben Press2012183-190
[48]J B BACALHAUC A BARBOSACharacteristics ofthe new developed hot work tool steel for aluminumextrusion[C]Harald LeitnerRegina KranzAngelikaTremmelDeveloping the World of Tooling Proceedings of the 9th International Tooling ConferenceMontanuniversitaumlt LeobenAustrian11-14 September 2012AustrianMontanuniversitaumlt Leoben Press2012175-181
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为适应我国信息化建设需要实现科技期刊编辑出版发行工作的数字化推进科技信息交流的
网络化进程扩大作者学术交流渠道向本刊投稿并录用的稿件其作者著作权（含复制权发行权汇
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《模具工业》编辑部
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模具工业 2013年第39卷第10期national Tooling ConferenceRWTH Aachen UniversityAachenGermanyJune 2-42009GermanyVerlag MainzPress2009VolumeⅡ559-572
[29]宋雯雯闵永安吴晓春H13钢中的碳化物分析及其演
变规律研究[J]材料热处理学报200930(5)122-126[30]宋雯雯闵永安吴晓春热作模具钢SDH8与H13的强
韧性对比研究[J]金属热处理200833(9)59-61[31]许 进姜先畬陈再枝等模具钢[M]北京冶金工业出
版社199822-30[32]朱福顺干鹏程郭胜利模具材料及其发展概况[J]内蒙
古石油化工2005(7)20-21[33]郝松涛热作模具钢及压铸模具钢的发展和应用[J]机
械管理开发2003(2)58-63[34]JIANTING CHENXIAO CHUN WUYONGrsquoAN MIN
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