近年來，由于塑料模具的快速發(fā)展， 在許多發(fā)達(dá)國家，冷模具的產(chǎn)值降至第二位， 但仍占模具總產(chǎn)值的1/3左右。 汽車工業(yè)是模具的最大用戶。 雖然2018年汽車銷量有所下降，但未來需求仍將保持在較高水平。冷模具在汽車工業(yè)中的應(yīng)用非常大。 由于新車型的增加， 速度越來越快。 對冷模具的性能、質(zhì)量和品種提出了更高的更新要求。 因此，冷模具鋼的發(fā)展尤為重要。

冷模鋼的發(fā)展現(xiàn)狀

雖然我國冷模具鋼生產(chǎn)總量不斷增加， 但鋼種相對單一。雖然國內(nèi)冷模具鋼在低端模具鋼市場具有價格優(yōu)勢， 但高端冷模具鋼仍需從日本、德國、瑞典等國家進(jìn)口， 使企業(yè)模具生產(chǎn)成本高， 在很大程度上限制了國內(nèi)冷模具鋼的發(fā)展。因此， 迫切需要開發(fā)國內(nèi)新型高性能冷模具鋼。

冷模具鋼一般可分為：低合金冷模具鋼、中合金冷模具鋼、高合金冷模具鋼和近年來快速發(fā)展的新型冷模具鋼。

低合金冷作模具鋼， Cr WMn 性價比高，因此被廣泛使用。但主要缺陷是碳化物偏析嚴(yán)重， 熱加工容易形成網(wǎng)狀碳化物， 韌性差， 嚴(yán)重影響模具壽命。中合金冷模鋼， Cr5Mo1V (A以 為代表， A2鋼與D與2鋼相比， 降低了碳鉻含量， 提高了碳化物的均勻性， 耐磨性略低，韌性高， 淬火性高， 空冷淬火， 熱處理變形小， 用于制造耐磨性高須承受一定沖擊載荷的冷模具。高合金冷模具鋼， Cr12Mo1V1 (D2) 代表傳統(tǒng)Cr12系冷作模具鋼如Cr12MoV、Cr12Mo1V1.它是20世紀(jì)末中國最常用的冷模具鋼。 熱處理后變形小，耐磨性高，承載力大。 長期以來廣泛應(yīng)用于中國大中型冷模具中。然而，作為萊氏體鋼， 其凝固組織中有大量過量的共晶碳化物， 偏析嚴(yán)重。 雖然耐磨性好， 但韌性差， 熱處理后經(jīng)常因碳化物偏析而斷裂。

新型冷作模具鋼

高碳高鉻冷模具鋼耐磨性好， 但韌性不足， 中低合金冷模具鋼韌性高，耐磨性不足， 為了滿足冷軋模具和厚板剪切模具的工作要求， 美國、瑞典、日本等國家開發(fā)了一系列高韌性、高耐磨的新型冷模具鋼， 特別是Cr8型為代表。Cr由于降低了8系冷作模具鋼材料C和Cr含量, 比D2鋼共晶碳化物分布更好， 解決了問題Cr12型冷作模具鋼韌性不足。鋼種包括Cr8、5Cr8Mo VSi、Cr8Mo2SiV、7Cr7Mo2V2Si等等。國外典型Cr如下表所示，8系冷作模具鋼

值得一提的是，上海大學(xué)謝殷子等Cr12MoV在適當(dāng)降低成分的基礎(chǔ)上C、Cr提高共晶碳化物偏析的含量Mo、V 開發(fā)了細(xì)化晶粒、增強(qiáng)鋼二次硬化能力的含量SDC90、SDC99等Cr8系列高韌性、高耐磨性模鋼， 其機(jī)械性能已達(dá)到甚至優(yōu)于進(jìn)口Cr8系冷作模具鋼。

對上海大學(xué)李晨輝、謝塵等進(jìn)行了比較研究SDC99、日本某品牌冷作模具鋼2種、瑞典某品牌冷作模具鋼1種。研究表明：4種Cr8型冷作模具鋼的硬度、沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度和耐磨性JMat Pro分別計算Cr8和Cr 分析了12型模具鋼化物的類型和數(shù)量Cr8型模具鋼合金化原理。SDC99反映了良好的綜合力學(xué)性能， 物理質(zhì)量相當(dāng)于同類進(jìn)口模具鋼。Cr通過降低8型模具鋼C和Cr含量， 降低M7C3型萊氏體碳化物含量大大提高沖擊韌性；同時提高M(jìn)o、V等強(qiáng)碳化物形成元素含量， 增加二次碳化物， 保證碳化物總量， 提高耐磨性；添加Ni、Si等非碳化物形成元素細(xì)化晶粒, 強(qiáng)化基體, 增強(qiáng)韌性。

冷模鋼的發(fā)展方向

國家十三五計劃中的高性能工模鋼及應(yīng)用項目 (2016年7月)~ 已進(jìn)入2021年6月中期， 該項目代表了國內(nèi)模具鋼發(fā)展的前沿， 也展示了國內(nèi)模具鋼的發(fā)展方向。冷模具鋼的主要發(fā)展趨勢是通過改進(jìn)成分、 冶煉和熱處理工藝的不斷優(yōu)化， 提高其綜合力學(xué)性能。 耐磨性高、強(qiáng)度和韌性足是冷模具鋼長壽命的重要條件。

1.新型冶煉技術(shù)

模具鋼冶煉的新工藝主要有兩種：粉末冶金 (PM) 和噴射成型 (SF)。 在制粉過程中，由于鋼水霧化后鋼粉迅速凝固， 形成非常小、均勻的合金碳化物， 顯著提高了鋼的韌性、可磨性和塑性。SF鋼液在工藝中的凝固速度介于粉末冶金 (PM) 和電渣重熔 (ESR) 之間， 的組織結(jié)構(gòu)與粉末冶金材料相同， 但碳化物略厚。其生產(chǎn)成本低于粉末冶金， 目前廣泛應(yīng)用于高合金材料中。

2.新的熱處理工藝

冷作模具鋼應(yīng)用最廣泛的新的熱處理工藝是深冷處理。深冷處理 (Deep cryogenic treatment, DCT) 是指在-130℃ 是傳統(tǒng)熱處理工藝的延伸。相關(guān)研究表明， 與未經(jīng)深冷處理的模具鋼相比， 雖然硬度增加有限， 磨損顯著提高， 耐磨性比原來提高2~6.6倍， 大大提高了其機(jī)械性能和使用壽命， 因此在歐洲、美國、日本等國家得到了廣泛的應(yīng)用。目前，冷模鋼深冷處理的研究集中在D2鋼等Cr12系材料。

3.發(fā)展Cr8系冷作模具鋼

目前，冷作模具鋼應(yīng)用最廣泛Cr8、Cr 目前，我國廣泛使用的12個系列仍然是低合金工具鋼CrWMn高碳高鉻工具鋼Cr12MoV及Cr12這些老鋼號， 配合強(qiáng)韌性優(yōu)越Cr8系列冷作模具鋼使用量小，而成本高的粉末冶金冷作模具鋼短期內(nèi)應(yīng)用前景不廣闊。因此， 需要增加Cr8系列冷模具鋼的使用和研發(fā)注重提高沖擊韌性和耐磨性。在十三五項目中， 厚度或直徑為150~300mm的高強(qiáng) (≥800MPa) 大型鋼板冷沖壓Cr8類冷模具鋼。下圖為冷模具鋼的研發(fā)趨勢。冷模具鋼的重要發(fā)展方向是通過合理的合金手段進(jìn)一步提高新型冷模具鋼的綜合性能。

結(jié) 語

目前，我國模具產(chǎn)能超過2000億元， 已發(fā)展成為世界模具生產(chǎn)大國， 但與美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比， 中國模具行業(yè)整體水平相對落后10年。十三五是我國模具行業(yè)從大到強(qiáng)發(fā)展的關(guān)鍵時期。 挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存， 任務(wù)艱巨。行業(yè)應(yīng)制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，評價和衡量材料性能，規(guī)范生產(chǎn)過程中的各種工藝，建立有影響力的國內(nèi)品牌，以提高國內(nèi)冷模具鋼的整體形象。此外，我們還應(yīng)及時了解發(fā)達(dá)國家的最新趨勢和研究成果， 開發(fā)新產(chǎn)品， 實現(xiàn)高端冷模具鋼的定位。只要整個行業(yè)堅持改革創(chuàng)新， 加快轉(zhuǎn)型升級步伐， 將實現(xiàn)2020年進(jìn)入世界模具強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。