國內熱作模具鋼發展現狀與趨勢

摘要：近年來，我國金屬冶煉領域生產工藝要求的提升，帶動了熱作模具鋼出現加強的發展態勢。不過，從業者對于模具鋼的認識，并沒有基于技術層面的提升，而發生適當的轉變。導致在選擇模具鋼的過程中發生問題。因此，本文從理論層面出發，深入探討熱作模具鋼的發展趨勢，由此加強相關從業者對該領域的認識。

關鍵詞：熱作模具鋼；發展趨勢

中圖分類號：TG76 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）010-000-01

作為一種使用范圍逐漸加大的特殊鋼材，熱作模具鋼近年來呈現出較強的發展態勢。然而，隨著市場需求增大，大量模具鋼生產企業涌入，造成該領域的兩極分化趨勢：一方面，企業以低成本追求利潤，降低軋材整體性能，雖然在該條件所生產的模具鋼，仍然可以用于要求較低的領域。但是，其質量問題將導致模具鋼無法承擔更多的任務；另一方面，一些企業以質量為前提，可用于壓鑄模等形式的鋼材等。從鋼材的應用范圍和特性來看，其質量上的保證，將是此類鋼得到更多應用的基礎。由此也可以發現，即使高質量鋼材的成本偏高，卻能夠以銷量彌補生產企業的損失。

以下將結合高質量鋼的生產特性，以及對高質量模具鋼產生生產需求的領域，對熱作模具鋼進行具體分析。

一、壓鑄模具鋼

熱作模具鋼雖然可以適應較多的環境，但以質量為前提來看，卻一直難以滿足壓鑄的需求。該工藝生產的金屬部件時，需要應對各類使用環境。例如對形狀有著特殊要求等。同時，采取壓力進行鑄造，必須保證金屬材料的精度和光滑度，這也對模具鋼提出更高要求。近年來，各領域廣泛使用壓鑄法處理金屬部件，除了鐵、鋼等常見金屬外，鋁、鋅、銅、鉛和其他合金的生產，也開始借助壓鑄法。然而，壓鑄法制造模具的優勢明顯，也必然存在著更高的要求。而早期壓鑄法在金屬材料冶煉所使用的模具鋼，卻一直沒有達到水準。可以這樣來理解，我國在壓鑄模具鋼方面，無論技術需求，還是工藝水準，都難以全面應對壓鑄技術的需求。該問題的存在，將導致壓鑄法所生產的產品，無法達到較高質量。

對此，國內企業開始嘗試對模具進行升級。最早開始于上世紀末，上海市材料研究所，開展了壓鑄模具鋼的研究，并成功開發出Y系列模具，由此擴大了壓鑄法的使用范圍；北京機電研究所，以航天、航空的金屬原材料為需求，研究提升熱作模具鋼的方式。在不斷試驗和嘗試后，終于研發出HM-3型模具，有效加強了航空、航天事業的安全性；進入21世紀后，我國在模具鋼的冶煉和生產工藝上，終于達到了國際水平。于2000年發布的SWPH13型號模具鋼，無論在技術水平上，還是質量表現上，都達到了ASSAB8407（瑞典）型號的水準；2009年，上海大學發布研究成果，以鋼材為基礎所出產的合成金屬，將替代壓鑄領域的熱作模具鋼，并于當年獲取了相關專利，擬于近年正式投入生產。

二、熱鍛模具鋼

熱鍛雖然是金屬冶煉廣泛使用的技術。但是，熱作模具鋼近年來卻沒有良好的發展。故而，筆者僅將市場上所流通的模具鋼類型進行說明，希望讀者能夠由此選擇適合的熱作模具鋼。

第一，GR鋼。這是一種合成鋼材，除了含有較高的鎢元素外，還有一定的鈦元素和鈮元素。多元素的使用，可以幫助GR鋼具備更強的耐高溫能力，更適用作溫度較高的環境。

第二，ER8鋼。屬于冷硬化模具鋼，紅硬性能力較強，相關測試表明，在102J/㎝2的強度下，ER8仍舊能夠保持穩定性。所以自該模具鋼出現后，便得到了廣泛的使用。

第三，JDH3鋼。雖然被稱之為模具鋼，但是從其組合元素來看，JDH3稱作材料將更為恰當。該材料的優勢并不明顯，不過具有良好的綜合實力，無論是強度、韌性，還是抗熱能力方面，都具有較高水準。

第四，5Cr2NiMoVSi鋼。作為適應于多鍛領域的模具鋼，5Cr2NiMoVSi型號在熱鍛上，具備更加廣泛的適應范圍。同時，該型號模具鋼，具備二次硬化效應，即在溫度二次提升時，模具鋼可以借此提升韌性。因此，該型號也可用作鍛錘模具鋼。

第五，SDDM鋼。2006年，SDH2鋼被提出。自此后，為國內相關領域的研究，確立了正確的發展方向。吳曉春教授及學生和其他研究者，通過對SDH2的分析，創造出SDDM，作為熱鍛領域的專用模具鋼，不僅代替了傳統模具鋼，更讓熱鍛的溫度區間得以擴大。

三、熱擠壓模具鋼

熱擠壓是新興的冶煉技術，應用領域十分廣泛。但限于工藝的特殊性，在模具鋼上的需求，一直沒有得到滿足。目前，市場上主要流行5Cr4W5Mo2V、HD系列和R523三種型號，以下具體來看：

第一，5Cr4W5Mo2V模具鋼。作為一款升級產品，在耐熱、強度上，能夠滿足市場上大部分生產需求。對比其原始產品，即本鋼集團的3Cr2W8V型號。后者在綜合能力上增強的同時，壽命方面也獲得了近3倍的提升。

第二，HD系列鋼。在大冶集團出資組織下，華中科技大學歷經數年的努力，終于研發出HD系列模具鋼。該模具鋼的主要特性，是在傳統釩和鉬基礎上，添加了鎳元素和鈮元素，進而幫助模具鋼有效的提升了韌性。

第三，R523型模具鋼。廣州冶金研究所結合當前熱擠壓生產需求，研發出R523型號模具鋼。其主要特性在于淬透性較強，并具備良好的耐磨和熱強性。另外，從一些研究來看，該型號及姊妹型號R522、R521等，無論在元素分布，還是在組織結構上，都具備較高的水準。因此，R523等型號模具鋼，也是目前使用最為廣泛的熱擠壓模具鋼。

四、結束語

模具鋼是一種需要承載金屬冶煉工作的特殊鋼材，因此，需要根據各類生產特性，創造適合的模具鋼類型。本文對熱擠壓、熱鍛和壓鑄三個層面進行分析，并指出其中較為優秀的模具鋼類型，希望能夠為研究者，提供一些信息基礎。同時，也希望基于本文的闡述，為模具鋼使用企業提供一定的模具選擇參考，以促進我國金屬冶煉事業的整體發展。

參考文獻：

[1]吳曉春，左鵬鵬.國內外熱作模具鋼發展現狀與趨勢[J].模具工業，2013（10）.

[2]姚迪，李晶.國內熱作模具材料發展現狀[J].冶金叢刊，2014（08）.

[3]王紅兵，楊兆林.模具鋼產業發展現狀及未來趨勢分析[J].安徽冶金，2012（12）.

作者簡介：胡國富（1994-），男，漢，湖南衡陽人，本科，研究方向：材料成型及控制工程（模具方向）。