介绍了我国压铸模具钢材料研究新进展。通过研究合金元素对压铸模具材料性能影响，开发出低Si、V及含Ni、Co、W等新型压铸模具钢；通过降低钢中S含量、采用Re改变夹杂形态和优化锻造工艺，材料等向性能达到90%以上；比较常规电渣重熔、气保电渣重熔和真空自耗三种工艺生产压铸材料，钢中N含量由150×10 ^-6、90×10 ^-6和40×10 ^-6，O含量由24×10 ^-6、15×10 ^-6和6×10 ^-6；利用ASPEX Explorer型金属质量分析仪对三种工艺夹杂物指数统计分析，采用真空自耗冶炼的非金属夹杂物数量呈指数减少，并且没有＞5 um的非金属夹杂物，材料冲击性能大幅提升，7mm × 10mm无缺口冲击功可达到450 J；制定高端压铸模具材料显微组织、无缺口冲击评价指标和规范；随着新能源汽车一体化压铸技术发展，未来压铸模具材料应用范围和需求量会越来越大，模具材料向着大型化、超纯净、高精度和长寿命方向发展。

大冶特钢采用20 t电弧炉+LF精炼+VD脱气、20 t氩气保护电渣炉重熔、1 250～1 280℃高温均质化处理、60MN油压快锻机多向锻造及1 000～1 050℃高温固溶组合技术,生产的640 mm×1 100 mm 4Cr5Mo2V大型模具钢的非金属夹杂物(≤0.5级)、显微组织、横向冲击功(KV2 25～31 J),均高于北美压铸协会NADCA#207-2018标准高级钢质量水平,等向性达到0.95。

采用扫描电镜(SEM)、硬度测试、V型冲击实验和单向拉伸实验结合有限元建模仿真,研究了55NiCrMoV7模具钢在不同淬火温度(790～910℃)、回火温度(100～650 ℃)下的微观组织演化和力学性能的变化规律。结果表明,随着淬火温度升高,球状碳化物逐渐溶解到马氏体基体中,马氏体组织不断长大、粗化,残余奥氏体逐渐增多;淬火后HRC硬度值基本稳定在42～46,屈服强度和抗拉强度先增大后减小,870 ℃淬火后均达到最大值1 380 MPa和1485 MPa,冲击韧性在850 ℃淬火后最大,为26 J。在不同温度回火过程中,马氏体组织含量基本稳定,随着回火温度继续升高,残余奥氏体逐渐溶解,碳化物从马氏体边界处析出,细小而弥散。870 ℃ 4 h淬火+560 ℃ 6 h回火可以使55NiCrMoV7钢具有良好的综合力学性能。

实验研究了沉淀硬化模具钢0Cr3Ni3MoCuAl在860~1010 ℃ 35 min固溶处理和450~560 ℃ 3 h时效处理的组织和硬度。结果表明，固溶处理温度为950 ℃，保温时间35 min，空冷至室温，其HRC硬度值可达39.5；组织为粒状贝氏体和低碳板条马氏体的混合组织，并有少量残余奥氏体。时效处理温度为500 ℃，保温时间为3 h，空冷至室温，其HRC硬度值可达到44.1；组织为回火贝氏体。

研究了850～950℃3～6 h渗硼处理的汽车发动机曲轴锻造用模具钢的显微硬度、冲击韧性、耐磨性能以及物相组成和微观结构。研究结果表明,925℃渗硼4 h后的样品性能较优,模具钢渗硼层最大HV显微硬度值1712,渗层厚度58.6μm,400℃和24℃冲击韧性值分别为39 J·cm ^-2和27 J·cm ^-2,90 min摩擦试验后的磨损量6.7 mg。物相组成显示渗硼层主相为Fe ₂B,显微结构中可以明显看见渗硼后的渗硼层、过渡层以及基体。

试验了830~910℃固溶处理和480~540℃时效对Φ20mm NAK80塑料模具钢（/%:0.15C,0.30Si,1.50Mn,3.00Ni,1.00Cu,1.00Al,0.30Mo,0.30Cr）组织和硬度的影响,并对其时效动力学行为进行了研究。结果表明,890℃固溶处理后,NAK80钢组织由板条马氏体和粒状贝氏体组成,HRC硬度值达到42.4,经过500℃保温4 h的时效处理后,该钢的组织为回火屈氏体和析出相,其HRC硬度值可达45.5。利用JMA方程得到480℃和500℃时效时的Avrami指数n分别为2.20和1.63,表观激活能为96.787J/mol。

生产的4Cr5MoSiV1钢（/%:0.3~80.40C，0.88~0.92Si，0.42~0.44Mn，0.001~0.003S，0.007~0.014P，5.00~5.55Cr，1.37~1.40Mo，0.98~1.00V，0.015~0.025Alt）的工艺流程为65%铁水+35%废钢-100t EAF-LF-VD-Φ500mm坯连铸-Φ120mm圆钢轧制。通过控制EAF终点[C]0.06%~0.10%,终点[P]0.006%,出钢加1kg/t铝块预脱氧,LF精炼渣碱度2.5~3.0,喂钙线后软吹≥10min,VD≤67Pa,100×2L/min氩气搅拌≥15min,中间包钢水过热20~30℃,连铸结晶器电磁搅拌（310A,1.5Hz）,保护浇铸,拉速0.34~0.35 m/min等工艺措施,10炉4Cr5MoSiVl钢中[O],[N]和[H]分别为10×10 ^-6~12×10 ^-6,72×10 ^-6~80×10 ^-6,1.2×10 ^-6~1.4×10 ^-6,各项指标均满足协议要求。

2311模具钢16～80 mm板经KR脱硫-130 t BOF-LF-RH-300 mm连铸板坯-轧制-580～610℃回火流程生产。结果表明:对2311钢(/%:C 0.38～0.42,Si 0.25～0.35,Mn 1.30～1.50,P≤0.020,S≤0.005,Cr 1.80～2.00,Mo 0.17～0.25,Als 0.015～0.045),通过转炉、LF和RH工序合金配加分工可提高中间包钢水成分命中率;采用连铸弱冷低拉速(0.70～0.75 m/min)浇注、热坯坑冷和坯料缓慢加热工艺(10～12 min/cm)可有效避免钢坯开裂的风险;在合理的热机械控制轧制(TMCP)+580～610℃回火工艺下,可实现16～80 mm钢板硬度值28～33HRC,截面硬度值控制偏差≤3HRC,金相组织为回火贝氏体,组织内应力消除,钢板的性能和组织可满足2311预硬模具钢的要求。

采用Gleeble-3800热模拟试验机进行了DIN 1.2738塑料模具钢（/%:0.35～0.46C,0.20-0.40Si,1.30～1.60Mn,1.80～2.20Cr,0.90～1.20Ni,0.15～0.23Mo）的热压缩实验,获得了该钢在850～1250℃、应变速率在0.01～30的应力-应变曲线。基于得到的热变形数据,建立了该钢的峰值应力以及应变补偿的热变形本构方程和热加工图,并结合热加工图的结果分析了该钢合理的热加工参数范围。结果表明,DIN 1.2738钢的热变激活能为354.21 kJ/mol,利用建立的应变补偿的双曲正弦本构方程可对塑料模具钢的热变形曲线进行准确预测,通过加工图的分析可得DIN 1.2738塑料模具钢的最佳的热变形工艺参数范围为:（1）温度950～1 150℃,应变速率0.01～0.7 s ^-1;（2）温度1170～1200℃,应变速率0.01～1 s ^-1。

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、硬度仪、电化学分析仪,研究了塑料模具钢LJ338ESR经不同固溶和时效温度处理后的组织、硬度和腐蚀性能变化。结果表明,固溶温度为1 000～1 090℃时,随固溶温度上升,合金元素及NbC更多地溶入基体中,使得组织的均匀性增加,水冷后马氏体量增加,导致硬度上升,而耐蚀性能增强。时效温度为300～450℃时,随温度上升,细小富Cu相形核并与基体形成共格bcc结构,共格应变能逐渐增大,导致硬度上升,而耐蚀性能减弱;当时效温度为450～600℃时,随温度上升,富Cu相逐渐由共格过渡到非共格态,共格应变能降低,导致硬度下降,而耐蚀性能增强。600℃形成的逆变奥氏体进一步提高了耐蚀性。

山钢特钢事业部新区采用铁水+废钢→100 t电弧炉→双工位LF→双工位VD→圆坯连铸(Φ500 mm断面)→步进式加热炉→950轧机轧制的流程生产模具钢4Cr5MoSiV1,个别批次的4Cr5MoSiV1模具钢存在探伤不合格缺陷,通过对该批次探伤不合格缺陷部位运用超声波进行定位,对所取试样进行金相和扫描电镜分析,最终确认了铸坯的心部缺陷及轧制压缩比小,是造成该批次4Cr5MoSiV1钢探伤不合格的主要原因,并提出了相应的改进措施。

为对H13模具钢切削废屑加以回收利用,提高Cr、Mo、V等合金元素的回收率,采用50 t中频感应炉-LF-VD流程对切削废屑进行返回法熔炼H13钢。分析了固化压块和低真空熔化工艺对Cr回收率的影响和CaO-BaO复合渣系BaO含量对脱磷效果的影响。结果表明,对废屑进行固化成块处理、采用≤1 333 Pa低真空熔化,可以将废屑中Cr、Mo、V的回收率提高到96%以上,与用未压制的切削废屑熔炼相比,节约熔化时间25 min/炉,在熔化期采用高碱度的CaO-20%BaO复合渣系进行除磷,可以将产品中P含量控制在0.01%。

试验用Crl2MolV1(D2)冷作模具扁钢(/%:1.50C,0.35Si,0.40Mn,12.00Cr,0.95Mo,0.80V)的生产流程为30 t EAF-LF-VD-3 t铸锭轧制-890℃退火工艺。研究了D2冷作模具钢的断面尺寸(/mm:30×400,70×360,90×605)对该钢组织、共晶碳化物的尺寸、分布以及不均匀度、冲击韧性的影响。结果表明,随着扁钢截面尺寸的减小,共晶碳化物的颗粒尺寸、形态以及分布均匀性得到改善,扁钢的碳化物级别由90 mm×605 mm扁钢的4~6级降至30 mm×400 mm扁钢的1~4级,冲击韧性提高;钢的心部共晶碳化物分布最差(4~6级),边部最好(1~4级),心部的冲击韧性明显低于边部。

试验钢的生产流程为2 t中频感应炉-200 kg电渣重熔(Φ180 mm)-退火-镦粗至Φ325 mm-球化退火-1050℃淬火-590℃回火,炉冷。试验研究了0~0.0010%Mg对热作模具钢H13(/%:0.40~0.41C、0.98~1.01Si、0.29Mn、4.95~5.08Cr、1.21~1.22Mo、0.91-0.93V、0.023~0.027P、0.006~0.007S)组织和力学性能的影响。结果表明,随钢中Mg含量由0提高至0.0010%时,试验模具钢H13的平均抗拉强度和HRC硬度值分别从1 617.6 MPa和45.7提高至1 702.9 MPa和47.8;Mg可以增加钢中回火马氏体的稳定性,高温回火后含Mg模具钢H13的组织中出现大量回火屈氏体,而且部分碳化物在Mg-Al夹杂物周围析出,成球形,尺寸小于10μm,有利于改善钢的性能。

设计的试验钢（0.45C-12.5Cr-0.41Mo-0.22V钢和0.85C-10.5Cr-0.91Mo-0.25V钢）由50 kg真空感应炉熔炼并锻造成试验用钢样。试验研究了淬火温度（950~1150℃）、回火温度（一次回火200400℃,二次回火500~600℃）对钢的组织、强度、延伸率、硬度和冲击功的影响。结果表明,1 050℃淬火+500℃二次回火处理后0.45C-12.5Cr-0.41Mo-0.22V钢的性能最佳:抗拉强度为1 712.3 MPa、屈服强度为1 476.5 MPa、延伸率为7.8%、HRC硬度值为69.3以及冲击功为7.3 J。二次硬化会提升模具钢的硬度值,而回火过程中碳化物的长大以及分布不均匀容易造成冲击韧性的降低。试验的新型不锈钢模具的强度指标高于普通商用模具钢42Cr3Mo2MnV1。

通过将低碱度（2.6）CaO-Al ₂O ₃-SiO ₂渣系优化成（≥5.0）高碱度CaO-Al ₂O ₃-SiO ₂-CaF ₂渣系,LF前钢中[Als]由0.02%0.03%提高至≥0.06%,将原大气浇铸改进为箱式Ar保护浇铸,3 t锭身浇铸时间由68 min优化成45 min等工艺措施,使Cr12MoV冷作模具钢[O]≤18×10 ^-6,[S]≤0.005%,综合成材率由74.35%提高至80.12%。

通过控制结晶器进水温度40℃,出水68℃;计算机自动补缩模型控制;自动补缩结束时,90 s内完成自耗电极至石墨电极切换,53 V,3 000 A通电熔炼3~5 min,冉切换成自耗电极,50 V,4 000 A,通电6 min等工艺措施,使电渣重熔钢锭顶部缩孔缺陷深度由100 mm降低至30 mm。生产实践表明,补缩工艺操作简单易行,优化工艺生产的工具钢9Cr2Mo,Φ280 mm×1 000 mm,480 kg电渣钢锭210支;热作模具钢H13,420 mm×1 400 mm,1 500 kg电渣钢锭60支,没有再出现因钢锭顶部缺陷而造成锻造坯料报废,钢锭成材率显著提高。

通过实验室50 kg中频感应炉冶炼试验研究了（/%）:0.36~0.45C，0.42~0.46Si，1.41~1.49Mn，0.11~0.15V非调质预硬型塑料模具钢C、V含量对该钢硬度的影响。并根据回归分析开发含钒非调质预硬型模具钢48MnV（/%:0.45~0.50C，0.30~0.60Si，1.20~1.40Mn，≤0.020P，≤0.020S，0.15~0.20V）以取代调质P20塑料模具钢（/%:0.35~0.40C，0.40~0.60Si，0.80~1.00Mn，≤0.015P，≤0.015S，1.50~1.80Cr，0.30~0.50Mo）。经110炉120t转炉-360 mm×450 mm连铸坯-≤85 mm扁钢轧制-控制冷却速度0.6~1.0℃/s的在线预硬化处理的生产结果表明，非调质48MnV扁钢HRC硬度值为29.5~33.5，满足相关技术条件要求。

P80R 钢扁材(/%：0. 15C,0. 25Si, 1. 70Mn,0. 012P.0. 002S.3. 01Ni,0. 34Mo, 1. 07Cu, 1. 10Al)的生产 流程为110 t LD-LF-RH-4. 2 t铸锭-初轧开坯150 mmx615 mm扁材-轧成60 mm x610 mm扁材。经检验和分析得 出，裂纹附近Ni,Cu严重富集，其Ni含量和Cu含量分别达32. 55% ~33. 53%和7. 97% ~8. 86% ,Cu的富集导致 表面晶界氧化，形成裂纹，应控制钢中Cu含量、加热温度和时间。通过将钢中Cu含量从1.07%降至0. 92% ,Al含 量由1. 10%降至0. 88% ,Ni/Cu由2. 7增加至3.3,1 100 ~ 1 140 ℃加热保温时间由30 -50 min降至20-30 min,钢 坯进行剥皮处理等工艺措施，镜面塑料模具钢P80R扁材裂纹出现率由70%降至≤ 0. 5%。

试验用热作模具钢H13(/%:0.36~0.38C、0.36~0.38Mn、0.89~0.91Si、0.007~0.010P、0.006~0.011s、5.10~5.15Cr、1.12~1.18Mo、0.84~0.89V)的冶炼工艺流程为40 t偏心炉底出钢电弧炉-钢包炉精炼-VD处理4.65 t铸锭工艺。通过对各冶炼工序钢水的总氧和氮含量-T[O]和[N]的分析以及钢中夹杂物的形貌和组成的分析,研究了该工艺流程生产的H13钢的洁净度。结果表明,经LF-VD精炼后H13钢中的平均总氧含量-T[O]为22×10 ^-6,平均氮含量-[N]为95×10 ^-6;Φ200 mm锻坯中夹杂主要以脱氧产物氧化铝为主,同时含有硫化锰等硫化物和偏析产生的氮化物;夹杂物尺寸集中在5μm左右,较大尺寸的夹杂物为10μm左右。采用该流程冶炼的H13钢可以满足对该钢种洁净度的要求。