現(xiàn)代工業(yè)，模具領(lǐng)先。模具工業(yè)水平的高低已成為衡量國家制造業(yè)水平的重要標志之一。近年來，隨著汽車和IT工業(yè)的發(fā)展，我國模具工業(yè)得到快速的發(fā)展，2005年模具銷售額達610億元，列世界第三, 模具出口達7.38億美元，相應(yīng)同比增長達25％和50.31％。但是，我國高端模具的進口達13.3億美元，為凈進口模具量較大的國家。為此，我國還僅處于模具生產(chǎn)大國的地位。我國要由模具生產(chǎn)大國向模具生產(chǎn)強國提升，需要不斷提高模具工業(yè)水平，主要應(yīng)體現(xiàn)在模具加工機械的現(xiàn)代化，模具設(shè)計的先進性和設(shè)計軟件的研發(fā)，模具材料的國產(chǎn)化和模具鋼性能的優(yōu)化，模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的發(fā)展，其中的高技術(shù)含量、大型、精密、長壽命模具的生產(chǎn)和出口應(yīng)不斷增長。模具材料作為模具工業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，世界各國予以充分重視。我國模具工業(yè)的發(fā)展提供了一個很好的模具鋼市場，世界制造模具鋼的許多廠商都十分看中中國的市場。除了大家已熟悉的ASSAB、大同和日立等企業(yè)外，法國的Arcelor Group，Aubert & Dural，德國的Kind & Co，Edelstahl 和韓國的昌原（Chang Won Specialty Steel）都在采取果斷措施進入中國。本文將對世界上生產(chǎn)模具鋼工廠的現(xiàn)狀和進展情況加以闡述。
1、Arcelor Group（阿賽洛集團）：
法國阿賽洛集團是世界上最大的鋼材生產(chǎn)集團之一，該集團2006年6月16日已與俄羅斯的 Severstal 集團合并成為世界上最大的鋼鐵企業(yè)。Industeel 鋼廠是Arcelor集團的主要成員?，F(xiàn)在有三個生產(chǎn)基地，分別設(shè)于法國和比利時。Creusot 的Schneider 工廠成立于1836年。該廠具有先進齊全的生產(chǎn)設(shè)備，擁有200T 100MVA的電爐，經(jīng)VAD和VOD真空精煉，澆鑄成鋼錠或壓鑄和連鑄。能生產(chǎn)厚度達950mm的板材，并確保均勻材質(zhì)和性能穩(wěn)定，生產(chǎn)鋼材的70％用于出口。在全球市場中模具鋼和工具鋼板材的市場占有率2003年占22％，生產(chǎn)量為65000 T 。該廠生產(chǎn)的熱作模具鋼有1.2343，1.2344，1.2767和AH－61，供給的尺寸寬度≤2000mm，厚度≤300mm；冷作模具鋼有1.2842，1.2510，1.2363，1.2379和 Tenasteel ，其寬度與上相同，厚度≤150mm；塑料模具鋼有預(yù)硬300HB的P20 （1.2311，1.2312），1.2738和 Superplast 300；預(yù)硬400HB的有1.2714和Superplast 400。供應(yīng)的尺寸厚度都為≤800mm，寬度分別為≤2500mm和≤2000mm。
該廠新發(fā)展的熱作模具鋼，冷作模具鋼和塑料模具鋼有AH－61；Tenasteel和Superplast系列鋼，主要分別介紹如下。
1．1AH-61優(yōu)質(zhì)熱作鋼：它是專為鋁壓鑄模所設(shè)計，可以避免使用時的熱磨損和熱疲勞發(fā)生龜裂從而提高模具使用壽命。材料的化學(xué)成分列于表1，其硫磷含量為0.001％和0.008％，相應(yīng)非金屬夾雜物控制在極低水平，當然很好的改善了韌度和高溫強度。鋼材以退火態(tài)供貨，均勻和細小的晶粒的顯微組織使熱處理后晶粒保持細小，碳化物的均勻分布和相對低的偏析。
該鋼的奧氏體化溫度為1020~1050℃，加熱應(yīng)緩慢，保溫時間為1min/mm。該鋼的Ac1為855℃,Ac3為935℃,Ms點為290℃。
淬火時要有足夠的冷速，防止鐵素體F和貝氏體B的生成，對薄小工件實行高壓氣淬，對大厚工件需采用油淬達到要求的硬度，并同時避免變形和開裂，注意在50~70℃區(qū)間應(yīng)停止冷卻。
淬火后的回火分兩次進行：第一次回火在500~550℃范圍，應(yīng)在淬火后立即進行，到溫后保持2小時；第二次根據(jù)需要硬度選定，維持2小時。
表1 AH－61和Tenasteel鋼的化學(xué)成分
|
鋼號
|
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Mo
|
V
|
S
|
P
|
其它
|
|
AH － 61
|
0.40 ％
|
1.00 ％
|
0.35 ％
|
5.00 ％
|
1.30 ％
|
0.90 ％
|
0.001 ％
|
0.008 ％
|
|
|
Tenasteel
|
1.00 ％
|
|
0.35 ％
|
7.50 ％
|
2.60 ％
|
0.30 ％
|
|
|
Ti
|
1.2 Tenasteel冷作模具鋼：是一種新型更通用的工具鋼，具有高的強度、韌度和耐磨性，并具較好的機加工和抗熱氧化性。采用電爐和真空精煉技術(shù)?；瘜W(xué)成分見表1，相應(yīng)降低了C和Cr含量，另外加入Ti和Nb使碳化物細小均勻，加入MO以保持耐磨性能。鋼材具有相當?shù)偷碾s質(zhì)含量，潔凈度有所提高。
鋼材的退火硬度≤255HB。它在1050℃奧氏體化后淬火冷卻，經(jīng)二次回火后得到的性能列于表2，相應(yīng)的韌度指標接近于X160CrMoV12(相當于Cr12MoV)的兩倍，刀具使用壽命可增加25％以上。淬火冷卻最好是真空氣淬，或在250~350℃的鹽浴爐中進行，形狀簡單的工件才采用油淬。淬火后立即緩慢冷至－80℃，待完全均勻后緩慢加熱至室溫，可使殘余奧氏體的量減少，硬度增加，這種冷處理可適用于簡單形狀工件。
表2 Tenasteel的性能改善
|
退火
硬度
|
加熱
溫度
|
兩次回
火溫度
|
熱處理
后硬度
|
韌 度
|
|
TENASTEEL
|
X160CrMoV12
|
|
≤ 255HB
|
1050 ℃
|
525 ℃
|
60/62HRC
|
20J/cm2
|
12 J/cm2
|
|
550 ℃
|
59/61HRC
|
30 J/cm2
|
15 J/cm 2
|
|
575 ℃
|
58/60HRC
|
35 J/cm 2
|
19 J/cm 2
|
1.3 Superplast 400：它是一種高硬度（出廠硬度為380HB）預(yù)硬塑料模具材料，特別適用于承受高擠壓力和沖擊力的模具，鋼材具有好的加工性能和優(yōu)異的焊接性能。板材在20mm至600mm厚范圍內(nèi)，硬度確保于（360~400）HB內(nèi)，鋼材的屈服強度，抗拉強度為1150和1250MPa，延伸率＞10％。鋼材的雜質(zhì)含量非常低，尤其是氧，保證了高的潔凈度，適合于鏡面拋光。適合于制作熱塑性塑料的注塑和擠壓模具等。
2、Aubert & Dural（奧伯杜瓦公司）
它是世界上生產(chǎn)合金、錳、鎳合金領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)的Eramet（埃赫曼）冶金礦業(yè)集團的成員之一。公司能夠設(shè)計、制造、加工和銷售特殊鋼、鋁合金和鈦合金等，同時與集團內(nèi)的愛和高速鋼公司（Erasteel）一起共同開發(fā)和生產(chǎn)范圍廣的鋼種。公司擁有40~70噸電弧爐，中間包精煉爐，真空脫氣設(shè)備，真空感應(yīng)熔煉爐（VIM）12噸，25噸電渣重熔精煉爐（ESR），30噸真空重熔精煉爐（VAR）等熔煉設(shè)備；鍛造設(shè)備主要有1200~4500噸的連續(xù)鍛造機械和4500~65000噸模鍛機；HIP設(shè)備（φ1200mm）；熱處理設(shè)備有長200 mm至21米的淬火回火爐。能生產(chǎn)數(shù)kg至20噸的產(chǎn)品部件。
Aubert & Dural公司生產(chǎn)的熱作模具鋼，塑料模具鋼，冷作模具鋼和玻璃模具鋼有ADC3，SMV3，SMV4，DH13，MEK4，DH13，SMV3，X13T6，XDBD，X15TN，APXV和SRV2，SANCY2，APXV，X25V，這些鋼種中的ADC3和MEK4介紹如下：
2.1 ADC3：是該公司的專利鋼種，也可表示成X36CrMo V5-1，出廠硬度為235HB,常用的硬度為（43~50）HRC，具有高的抗熱龜裂和高韌度、高耐磨性。材料鍛造溫度為1000/1150℃。該鋼的Ac1為840℃,Ac3為900℃。該鋼的 退火溫度為830℃,保持后緩冷。淬火處理工藝如下：首先預(yù)熱700℃，然后升溫至990℃，在2~6 bar N2下快速冷卻，或急速冷至280℃鹽浴爐中然后空冷至室溫，（兩種冷卻方法按工件尺寸確定）。回火操作在550℃先施行第一次回火，然后按工件要求在550~650℃間選定,進行第二次回火，適用于高要求的大型Al合金，Mg合金的壓鑄模具和Al合金擠壓模具。模具適合進行滲氮處理，使表面達1000 HV的硬度。同時模具可以進行預(yù)熱下的焊接和現(xiàn)場的焊接。
2.2 MEK4：相當于德國鋼號1.8523,或表示成40CrMoV13-9，公開的成分為：C 0.40％，Cr 3.00％，Mo 1.00％和V 0.20％。鋼材的相變點為：Ac1 795℃，Ac3 835℃。它通常在預(yù)硬條件下供貨，硬度為400HB（Rm為1400N/mm2），具有良好的加工性能，它具有好的韌度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性?？捎糜谥圃焖芰夏＞?，光蝕刻花性好，模具可進行滲氮處理，表面達800HV的硬度。
對于以退火態(tài)的供貨材料，進行淬火處理工藝為:預(yù)熱700℃，奧氏體化溫度920℃；冷卻條件為：空冷或氣體加壓淬火，根據(jù)零件形狀可采用油冷?？蛇m合于制作輕合金壓鑄模具和大型錘鍛模具等。
該公司正在研究壓鑄用最佳熱作模具鋼SDC，目前未見相關(guān)資料。
3、Kind & Co公司
Kind & Co公司的Edelstahl werk（特殊鋼工廠）成立于1888年，積累了百余年生產(chǎn)精煉工具鋼的經(jīng)驗和不斷改進及發(fā)展的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品日益滿足顧客對高品質(zhì)的要求，公司專門研發(fā)和生產(chǎn)高級熱作模具鋼，塑料模具鋼，不銹鋼和玻璃模具鋼等。工廠擁有兩臺電渣重熔爐（25T）和進行三維鍛打的1000T，2000T鍛壓設(shè)備。2001年購置了歐洲最先進的13 bar真空淬火爐，工作室尺寸為1500×1000×1000 mm，最大加載質(zhì)量為2500kg。2003年購置了滲氮爐，工作室尺寸為1500×1000×1000 mm,最大加載重量為3500 kg。為此，能對高級模具鋼提供特定要求的熱處理來獲得最佳性能。
該公司主要生產(chǎn)的熱作模具鋼、塑料模具鋼、和玻璃模具鋼等。前者主要USN（1.2343,X38CrMoV5-1）,USD(1.2344,X40CrMoV5-1),USNS(1.2347,X40CrMoVS5-1),RPU(1.2367,X38CrMoV5-3),MAK(1.2567,X30WCrV5-3),MA(1.2581,X30WCrV9-3),HWD(1.2678,X45CoCrWV5-5-5),RPCo(1.2885,X32CrMoCoV3-3-3),RM10Co(1.2888,X20CoCrWMo10-9), HMoD(1.2889,X45CoCrMoV5-5-3)和TQ1（專利鋼種）；塑料模具鋼除一些熱作模具鋼和相當于P20的鋼外,還有RF（1.2083,X42Cr13）,CRS(1.2085,X33CrS16),CMR(1.2316, X36CrMo17),N400(1.2767,X45NiCrMo4)和專利鋼種Plast 1等；玻璃模具鋼有USN(1.2343,X38CrMoV5-1),ZF2(1.2782,X16CrNiSi25-20)和FAM（1.2787,X23CrNi17）等，本文主要介紹TQ1和 Plast 1。
3.1 TQ-1
TQ-1是Kind & Co公司的專利高級模具鋼。其合金元素的含量設(shè)計按優(yōu)化組合和按最新的熔煉和鍛造制作技術(shù)，經(jīng)合理的熱處理工藝處理后能獲得 高的韌性和很高的高溫強度的結(jié)合并具高的抗熱疲勞、熱沖擊開裂和高溫耐磨性。從而能可靠地增加模具壽命。適合于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜和大型的精密壓鑄模具，并可用來制造擠壓模具，鍛模和熱變形模具。
該鋼的化學(xué)成分列于表3，它是一種Cr-Mo-V合金模具鋼，在測試溫度600℃和水冷條件下的熱沖擊試驗中，經(jīng)6000次后裂紋長度僅為1.2367鋼的1/2左右和1.2343(H11)鋼的1/3左右,由此可見TQ-1鋼的韌性提高是很明顯的.
TQ-1鋼的退火工藝溫度為820~840℃，經(jīng)4~6 hr后爐冷，退火后硬度≤220HB。其去應(yīng)力退火工藝為：650℃經(jīng)2~4 hr后慢冷。淬火工藝為：1010~1020℃奧氏體化，經(jīng)保溫后空冷，或在約540℃的浴槽中冷卻,或在油或聚合物介質(zhì)中冷卻，或在油或聚合物介質(zhì)中冷至230~280℃取出，或采用真空氣淬，淬火后硬度約54HRC；回火工藝為：溫度范圍為540~680℃按使用硬度選定，為提高韌度需回火3次。該鋼可以進行氮化，對壓鑄模具按特定工藝, 不出現(xiàn)化合物層從而不出現(xiàn)對熱交換的影響。
3.2 Plast 1
Plast 1是Kind & Co公司的專利塑料模具鋼，屬具有極高耐蝕性，極好的機加工性和尺寸穩(wěn)定性，還具有好的導(dǎo)熱性能，焊接性,耐磨性和韌度。常以預(yù)硬態(tài)供貨，硬度約320HB。該鋼的化學(xué)成分列于表3中，屬含Mn的鉻不銹鋼，是高性能的預(yù)硬不銹鋼。它適合于制造要求極高耐腐蝕性和鏡面拋光性不太高的注塑模具、擠出模具以及耐腐蝕的機械零部件。
表3 TQ 1和Plast 1鋼的化學(xué)成分
|
鋼 號
|
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Mo
|
V
|
S
|
其 它
|
|
TQ 1
|
0.36
|
0.25
|
0.40
|
5.20
|
1.90
|
0.55
|
|
|
|
Plast 1
|
0.045
|
0.40
|
1.30
|
12.5
|
|
|
0.15
|
+
|
該鋼和1.2085鋼相比,可加工性、耐蝕性、韌度和可焊接性均有不同程度的提高，但其拋光性與1.2085鋼相當。
4. Schmiede werke Gr?ditz GmbH(德國葛利茲鋼廠)
該廠專注于塑膠模具鋼、熱作模具鋼、冷作模具鋼、不銹鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)，下設(shè)7個分廠，工廠擁有高容量的電弧爐，鋼錠重量可達140噸，電渣重熔工廠的最大鋼錠質(zhì)量為84噸，最大直徑達1600mm，并具有最高的純凈度滿足工業(yè)上高技術(shù)的要求。作為全球性的跨國企業(yè)，葛利茲有17個區(qū)域性的辦事機構(gòu)和代理機構(gòu)。
該廠生產(chǎn)的塑料模具鋼除P20，420等常規(guī)的以外，有XPM36， XPM40HH，Tiger Mould和GESTSO等。生產(chǎn)的熱作模具鋼有ED1.2343,1.2344,1.2344Victory ESR,1.2347,1.2767,1.2606和1.2885等。冷作模具鋼有1.1545,1.2080,1.2363,1.2365,1.2379,1.2601,1.2436,1.2510,1.2550,1.2842等。本文僅介紹XPM36和1.2344 Victory ESR兩種。
4.1 XPM36
該鋼的化學(xué)成分列于表4。其特性如下：①模具橫截面上硬度均勻；②很好的拋光性能和機加工性能；③大大增加導(dǎo)熱率；④具有高的韌度；⑤可以適用于氮化，鍍鉻和刻花；⑥改進了的可焊性。供貨條件為經(jīng)淬火和二次回火處理，硬度值為（32~36）HRC或（36~40）HRC（與使用條件相關(guān)）。該廠供給的棒料尺寸可至1300mm，板塊厚度可達1000mm。其熱成形溫度為1100~850℃；退火溫度為710～740℃；淬火溫度為870～890℃；回火溫度在600～680℃內(nèi)按硬度選定。材料的顯微組織為細的貝氏體。
適用于厚度大于400 mm的塑料模具，電視機殼和后壁的模具，儀器儀表外殼、控制板和大型殼體部件的模具。
表4 葛利茲1.2344和XPM36鋼的化學(xué)成分
|
鋼號
|
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Cr
|
Mo
|
V
|
Ni
|
其它
|
|
1.2344
|
0.38/
0.42
|
0.80/
1.20
|
0.30/
0.50
|
≤ 0.025
|
≤ 0.005
|
4.80/
5.50
|
1.20/
1.50
|
0.90/
1.10
|
|
|
|
XPM36
|
0.23/
0.29
|
≤ 0.40
|
1.40/
1.70
|
≤ 0.025
|
≤ 0.005
|
1.20/
1.80
|
0.30/
0.70
|
|
0.90/
1.20
|
特加元素
|
4.2 W 1.2344 Victory ESR
該鋼化學(xué)成分見表4。其特性如下：①好而均勻的加工性和拋光性；②高的塑性和韌度，并且所有方向都具有極好的塑性和韌度；③在低和高的溫度下都具好的抗磨粒磨損能力；④優(yōu)良的整體淬硬性；⑤好的高溫強度和抗疲勞能力；⑥淬火變形小。材質(zhì)潔凈度（按ASTM E45方法A）硫化物≤0.5，氧化物、硫酸鹽和球狀氧化物均≤1。
該鋼出廠硬度為229HB，也可按要求以調(diào)質(zhì)態(tài)供應(yīng)。使用硬度為（30~55）HRC。其熱成形溫度為1100~900℃，退火溫度為820~840℃，淬火溫度1020~1050℃，回火溫度為520~700℃按需要硬度確定，退火組織按“退火熱作模具鋼顯微組織圖”評級鑒定。
材料適用于制造A1,Mg,Cu合金的壓鑄模具和擠壓模具，也適用于要求高硬度、耐磨和拋光性的塑料模具。
5、大同特殊鋼株式會社
大同特殊鋼公司的英文名稱為Daido Steel Co.,Ltd.。1916年設(shè)立電氣制鋼所（株）開始生產(chǎn)合金鋼和工具鋼，1921年成立大同制鋼株式會社。1916年工廠生產(chǎn)采用的1.5T Heroult型電弧爐，是日本最古老的一種煉鋼爐，已于1988年由美國金屬學(xué)會（ASM）命名為世界上第59個ASM歷史性標志（列日本第二）。大同特殊鋼經(jīng)過90年的發(fā)展，現(xiàn)在在特殊鋼鋼材，電子材料，汽車零部件，產(chǎn)業(yè)機器零部件，工程設(shè)備和新材料等六個領(lǐng)域日益顯示出其強大的實力。它在日本擁有17個設(shè)備完善的工廠和一個技術(shù)研究開發(fā)中心。
在熔煉上，大同特殊鋼與新日本制鐵（株）和法國Usinor-Sacilor一起共同開發(fā)了DC電弧爐（DC arc furnace）,它能減少閃爍50％,能提供大功率和實現(xiàn)高速熔化，減小能量消耗和降低生產(chǎn)成本。大同特殊鋼已建立了潔凈鋼制造系統(tǒng)ELVAC，據(jù)稱列世界第一綜合鋼鐵制造過程。它包括電弧爐熔煉，鋼包精煉，真空脫氣和連續(xù)鑄造，其核心是鋼包精煉LF（Ladle Furnace Refining）,采用大同自行開發(fā)的第二代精煉過程。大同已開始用新發(fā)展的結(jié)合了RH真空脫氣系統(tǒng)的AOD爐（Argon-Oxygen Decarburizing）精煉生產(chǎn)潔凈不銹鋼。大同還采用TEKISON多過程（multi-cycle）軋制系統(tǒng)生產(chǎn)高精度的所有尺寸規(guī)格的棒材（中小規(guī)格），使工具鋼產(chǎn)品實現(xiàn)尺寸連續(xù)可調(diào)軋制。
大同在日本除擁有可靠控制的VAR（Vacuum Arc Remelting）、ESR設(shè)備外，還擁有能重熔鈦及其合金的PPC爐(Plasma Progressive Casting Furnace)。大同提供的特殊鋼產(chǎn)品有軸承鋼、不銹鋼、工具鋼，此外還有高合金和鈦合金等。其高端產(chǎn)品還有獲得世界三大航空發(fā)動機制造廠產(chǎn)品材料認定的飛機發(fā)動機主軸,具有制作卓越耐熱性、耐磨性的飛機發(fā)動機主軸高速軸承產(chǎn)品，為下一代磁懸列車提供螺釘和內(nèi)部零件開發(fā)的兼具非磁性、高強度和耐腐蝕材料和具有廣闊應(yīng)用前景的具有高強度和耐蝕抗力的Ni-Ti形狀記憶合金。
大同特殊鋼生產(chǎn)的冷作模具鋼、有YK30、YK4、GOA、GO4、GO5、GO40F、GM2、DC53和 DC11；熱作模具鋼有DHA、DHA1、DHA2、DH2F、DH62、DH21、DH31-S、DH4、DH41、DH71、DH32、GFA和GF78；塑料模具鋼有PXZ、PDS3、PX4、PX5、NAK55、NAK80、S-Star、G-Star、E-Star、和MASIC等。本文主要介紹DHA-1和一些塑料模具鋼。
5.1 DHA-1
大同特殊鋼稱DHA-1為耐磨性、抗疲勞性優(yōu)質(zhì)的熱作模具鋼；稱專利鋼種DH31-S（super）為高壽命熱作模具鋼；DHA為美國Ford公司推薦標準AMTD-DC2010上介紹的鋼種，它們相應(yīng)的化學(xué)成分列表5中。
表5 大同一些熱作模具鋼的化學(xué)成分 ％
|
鋼號
|
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Mo
|
V
|
P
|
S
|
|
DHA1
|
0.32/0.42
|
0.80/1.20
|
≤ 0.50
|
4.50/5.50
|
1.00/1.50
|
0.80/1.20
|
≤ 0.030
|
≤ 0.030
|
|
DHA
|
0.39
|
1.10
|
0.40
|
5.00
|
1.20
|
0.60
|
|
|
|
DH31-S
|
專利鋼種（ 0.4C - 5.5Cr – Mo – V ）
|
DHA-1鋼的特點有①細小球狀碳化物均勻分布；②優(yōu)良的淬透性；③抗高溫回火軟化性強；④優(yōu)質(zhì)的耐高溫沖擊和熱疲勞性和⑤好的抗高溫熔損性。該鋼的鍛造溫度為1100~900℃,退火溫度為820~870℃,緩冷，退火硬度≤229HB；淬火溫度為1000~1050℃,空冷；回火溫度為550~650℃，空冷。淬火回火后硬度≤53HRC。相應(yīng)的相變點為：Ac為847~918℃；Ar為769~725℃；1030℃奧氏體化后的Ms為320℃。
該鋼1050℃奧氏體化油冷的淬火硬度可達55HRC，此時的夏氏沖擊值保持在較高水平（經(jīng)600℃ 1 hr回火）；淬火后在560℃回火1hr硬度能達到峰值，接近55HRC，經(jīng)600℃回火1 hr硬度為50HRC左右。（以上數(shù)據(jù)僅對一定尺寸試樣而言，供參考）。
該鋼可施行570℃×3 hr的鹽浴滲氮處理，可使表面硬度高達1100HV（載荷300g）。
DH31-S鋼的淬透性，耐熱疲勞開裂性和耐熱熔損性均高于DHA-1。按介紹資料估算，DHA-1鋼1030℃奧氏體化，φ150mm圓棒空冷可淬得馬氏體組織；對DJ31~S鋼同樣條件可達φ200mm左右。該鋼退火后硬度≤235HB，切削加工性相對SKD61稍有降低。
5.2大同的塑料模具鋼
塑料模具鋼可分為預(yù)硬系和淬火回火系兩類。預(yù)硬系材料是生產(chǎn)廠將材料經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理至30HRC和40HRC的硬度，模具制造商對之進行加工成塑料模具后直接予以使用。人們最熟悉的預(yù)硬態(tài)模具材料是P20和718兩種。對大同特殊鋼生產(chǎn)的預(yù)硬系材料按合金系分為S-C系，SCM系，SUS系，3％Ni的析出硬化系，熱作模具鋼（SKD）系幾種。分別對應(yīng)于1055碳素鋼的PXZ鋼；對應(yīng)于4145的PDS3和常用P20改良品種PX4、PX5；對應(yīng)于X36CrMo17的 G-Star和對應(yīng)于SUS630改良的析出硬化鋼E-Star；3％Ni的析出硬化系鋼有NAK55、NAK80；SKD系的鋼號為DH2F。大同特殊鋼生產(chǎn)的淬火回火系塑料模具鋼有熱作模具鋼DHA1（使用硬度45~50HRC）和AISI D2改良品種DC53和PD613（使用硬度分別為60~62HRC和56~61HRC）；另外有對應(yīng)于SUS 420改良的S-Star（使用硬度為50~53HRC）。
PX4是硬度為30~33HRC的預(yù)硬化鋼，適用于一般樹脂和大批量生產(chǎn)的模具材料。它通過真空脫氣處理，組織的均勻程度好，材料表面中心的硬度分布均勻性比P20等提高。其切削加工性和鏡面精加工性在30HRC級的材料中最為良好。它以焊接開裂敏感性低的成分平衡進行設(shè)計、改善了焊接性，有介紹即使省略預(yù)熱和焊后加熱或不過只在200℃進行，也不易出現(xiàn)焊接開裂。PX5與之相當。
NAK55和NAK80是0.1C-3Ni-1Cu-1Al析出硬化型鋼，前者加S，具有良好切削加工性,后者未加S,具有良好的鏡面加工性和放電加工性.同屬37~43HRC的預(yù)硬化鋼，經(jīng)特殊熔煉生產(chǎn)，潔凈度高，性能穩(wěn)定。兩者具有良好的焊接性,在焊接部位硬度起先出現(xiàn)下降，焊接后經(jīng)500℃×5hr的時效處理和風(fēng)冷后，其硬度值和熱影響區(qū)的硬度值均與基材的硬度相同。該鋼經(jīng)520℃ 5 hr的氣體軟氮化后，其表層硬度可達750HV，從而能提高服役壽命。
S-Star是具超鏡面性、高硬度和耐腐蝕的馬氏體型不銹塑料模具鋼，經(jīng)特殊熔煉而成，其化學(xué)成分為0.38C-0.9Si-13.5Cr-0.1Mo-0.3V，其交貨硬度可在≤229HB下或在（30~34）HRC預(yù)硬狀態(tài)下。經(jīng)機加工后的最終熱處理為：經(jīng)500℃和800℃兩次預(yù)熱后加熱至1020~1070℃奧氏體化，然后油冷、空冷或氣淬，淬火硬度可達56HRC，回火視耐蝕性或硬度要求在200~400℃或490~510℃范圍進行，一般要求2次，回火后空冷，達53HRC左右，也可進行冷處理。適合于制造照相機機身、唱片、透鏡和表殼的塑料模具。
6、日立金屬株式會社
日立金屬株式會社的英文名為Hitachi Metals,Ltd.,1956年（昭和31年）設(shè)立，接受加工的五個工廠有戶田（Tobata）、深川(Fukagawa)、桑名(Kuwana)、若松(Wakamatsu)和安來(Yasugi)。其中安來工廠前身的安來制鋼所起始于1899年成立的雲(yún)伯鐵鋼合資會社，1915年擴大發(fā)展成為制造高速鋼和高級特殊鋼的專業(yè)工場。
發(fā)展至今的日立金屬株式會社的產(chǎn)品涵蓋電子、汽車、機械、建筑和環(huán)境等領(lǐng)域，如IT部品和材料，磁性應(yīng)用部件，平板顯示屏，計算機和半導(dǎo)體集成電路器件，汽車零部件和材料，環(huán)保系統(tǒng)產(chǎn)品，航空航天和核電工業(yè)材料等。
日立金屬生產(chǎn)的冷作模具鋼除去高速鋼、 Co高速鋼、粉末高速鋼和基體高速鋼外,有SLD（相當于Cr12MoV），SLD-Magic，SLD-8，APK-1，CRD，YCS3，SGT，ACD37和火焰淬火鋼HMD1，HMD5。熱作模具鋼有DAC（SKD61），DBC（SKD62），YEM（SKD7，為3Cr3Mo系），專利鋼種YEM-K（3 Cr系），含W熱作模具鋼HDC，YDC，MDC（對應(yīng)SKD5，SKD4，SKD8），此外DAC系列鋼還有DAC10，DAC55和DAC3以及FDAC等。塑料模具鋼有HPM1（P21改進型，快削型）HPM50（P21改進型）；HPM7（P20改進型）HPM2（P20改進型，快削型）；HPM38（SUS 420J2改進型），HPM77（SUS420J2改進型，快削型）；PSL（SOS630改進型）和FDAC（SKD61快削型），還有含CrNiAl元素的析出硬化鋼CENA1，以上屬預(yù)硬型塑模鋼，硬度為30HRC的和40HRC的兩種。淬火回火型塑模鋼除時效處理鋼，粉末高速鋼和基體高速鋼外，主要有HPM38和HPM38S（SUS420J2改進型，硬度為50~55HRC），HPM31（SKD11改進型，硬度為56~60HRC），ZCD-M（SKD11改進型，硬度為60~63HRC）和ZDP4（高合金粉末模具鋼，硬度為60~65HRC）。鋼種中HPM為high quatity plastil Mold steels縮寫。
本文介紹冷作鋼SLD-Magic，熱作鋼DAC55和塑模鋼HPM38。
6.1冷作模具鋼SLD—Magic
它是具有高服役壽命和易于加工的新一代模具鋼,具有以下特性：①與SLD8鋼（為SKD11改進型的8％Cr鋼）比，其耐磨性在62HRC時可提高35％；②加工切削性比上述鋼提高35％；③韌度與上述鋼相當，比SKD11有提高；④熱處理變形比上述鋼可降低約40％，形狀誤差改善；⑤表面處理性能改善，進行TD，CVD等處理后,處理層的結(jié)合性提高30％；⑥上述8％Cr和10％Cr鋼由于碳化物量減少，雖然改善切削加工性，但耐磨性和耐咬合性比SKD11差。本材料與SKD11相當，同時韌度有提高，這樣模具壽命會較大幅度增加；⑦使用后尺寸改變小，與SKD11相當，經(jīng)熱處理后進行低溫回火或冷處理、穩(wěn)定化處理后尺寸改變更小；⑧由于對碳化物形態(tài)進行控制,與SKD11相比，疲勞強度提高。
該鋼的退火硬度≤255HBW。淬火加熱溫度1010~1040℃，施行空冷淬火，淬火硬度可達64HRC?；鼗饻囟龋旱蜏鼗鼗鹪?50~250℃進行，然后空冷，或在480~530℃進行,然后空冷,獲得≥58HRC硬度, 注意，這時會在500℃回火時出現(xiàn)硬度峰值，一般會達60~62 HRC。
6.2熱作模具鋼DAC55
DAC是A1，Zn壓鑄用最廣泛應(yīng)用的材料，具有優(yōu)良的強度、韌度和耐熱性的熱作模具材料。近年來向高韌度和等方向性（Isotropy）發(fā)展。DAC55屬高性能壓鑄模具鋼，具有更長的使用壽命和中大型模具適用的高淬透性，耐熱疲勞性和韌度高的5％Cr系列材料。
材料的特點：①耐熱疲勞裂紋性優(yōu)良；②可在50~53HRC的高硬度下使用；③耐裂紋擴展性優(yōu)良；④高的高溫強度；⑤高的淬透性。應(yīng)用場合：中大型壓鑄模具，精密壓鑄模具和擠壓型壓鑄模具。
熱處理條件：淬火加熱溫度1010~1030℃,急冷；回火溫度550~640℃；使用硬度：43~53HRC。當1020℃淬火時在550℃~500℃范圍出現(xiàn)二次硬化峰值，硬度可達53HRC。注意淬冷速度與 夏 氏沖擊值密切有關(guān)，可查相關(guān)曲線圖。
模具推薦使用硬度：當耐熱裂為主時（如小件，擠壓型模具）采用50~53HRC；一般條件下為46~50HRC；當以韌度為主時，則選43~46HRC較合適。
6.3 HPM38
HPM38 是13Cr系含Mo不銹鋼，經(jīng)過特殊熔煉制成，最適合于要求高硬度，耐腐蝕和鏡面加工性高的塑料模具。
HPM38的特點主要有：①鏡面加工性優(yōu)良；②比SUS 420 J2具有更好的耐蝕性，可以不鍍鉻條件下使用；③熱處理變形極小，適用于精密模具；④在預(yù)硬狀態(tài)下（29~33HRC）下供貨，可以直接使用。使用場合為：1）一般透明制品用模具，如透鏡、化妝品外殼；2）添加阻燃劑的樹脂模具，如家電用品，辦公用品，通訊器件的模具；3）不能進行鍍鉻的模具，如食品容器和醫(yī)療器械的模具。
對鏡面加工性要求更高的模具可應(yīng)用HPM38S鋼，其潔凈度比HPM38更高，可適合于表面粗糙度0.01µm以下的模具，如用于制造光碟和非球面透鏡的模具，其使用硬度為50~55HRC。HPM38也可在該硬度下使用，適合制作CD外殼、醫(yī)療器械，食品容器模具等。
HPM38的熱處理條件：淬火加熱溫度1000~1050℃，空冷；回火溫度200~500℃，空冷；硬度可達50~55HRC。它在52HRC條件下，屈服強度1618MPa，抗拉強度1912Mpa，延伸率為13％，斷面收縮為35％。
7、高周波鋼業(yè)株式會社
高周波鋼業(yè)株式會社的英文名稱為Nippon Koshuha Steel Co.,Ltd.,原來為日本高周波重工業(yè)（株）于1936年1月設(shè)立，1950年5月成立日本高周波鋼業(yè)（株）。它作為神戶制鋼所集團的一個成員，主要從事高級特殊鋼和超合金的制造和銷售，鑄鐵制品的制造和銷售，模具工具的制造和銷售。生產(chǎn)的鋼種有軸承鋼、高速鋼、合金工具鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、馬氏體時效鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼和高級特殊鋼。
超合金材料有鐵基、鈷基和鎳基的材料，此外還有恒彈性材料和電磁材料等。
特殊鋼生產(chǎn)主要在富山制造所（Toyama Plant）,擁有先進的生產(chǎn)設(shè)備和進行先進的工程管理,滿足多樣化和高性能化需求。熔煉設(shè)備有40T 和10T的弧光電爐，爐外精煉爐，真空脫氣，真空感應(yīng)爐、高頻感應(yīng)爐和ESR爐等。鍛造設(shè)備有600T，1500T和3000T高速油壓設(shè)施。熱處理設(shè)備有線材、棒材的連續(xù)的正火爐和真空爐等。
高周波鋼業(yè)的冷作模具鋼有K3M，KS3，KRCX，F(xiàn)H5，KD11，KD11S，KD12，KD31T和KPS6。熱作模具鋼有KTV，TD3，KDA，KDB，KDA1，KDA1S，KDAMAX，KDF，KDF4和UH660。塑料模具鋼有KPM1，KPMAX，KPM30，KAP65，KAP88，420M，KAP90和SM3。
本文介紹KD11S，KDAMAX和KPM30。
7.1 KD11S冷作工具鋼
KD11S是具有優(yōu)良切削加工性的常用新型冷作工具鋼，保持了SKD11鋼的基本特性的專利鋼。切削性能的提高主要因為控制了碳化物形態(tài)，從而能延長切削工具的壽命和提高機加工效率，如對銑床加工，在一定切削長度下切削速度比SKD11可相應(yīng)提高50％。當進行車床加工時，切削加工的表面粗糙度改善。而且在熱處理后仍可進行切削加工，如在熱處理后得到60HRC下,仍可進行攻牙加工。刀具斷損時的攻牙數(shù)相對于SKD11有明顯提高。
該鋼的熱處理條件與SKD11相同，熱處理后的變形情況也與SKD11相同，推薦的熱處理工藝條件為: ①淬火：500/600℃第一次預(yù)熱→800/850℃第二次預(yù)熱→1020/1040℃奧氏體化加熱→油冷至200℃提出空冷；也可進行空冷淬硬或氣淬。②回火：低溫回火溫度為170~200℃；高溫回火溫度為500~530℃。注意，熱處理后的切削加工是針對高溫回火件而言。
該鋼熱處理后相對于SKD11具有高的疲勞強度和耐磨性。
7.2 KDA MAX熱作工具鋼
KDA MAX是一種高強度熱作工具鋼，具有優(yōu)質(zhì)的抗模具R形轉(zhuǎn)角處開裂和抗水冷孔開裂性能，為此它適用于制造復(fù)雜形狀的模具或壁薄，應(yīng)力易集中的R形轉(zhuǎn)角的模具。它能抑止水冷孔處因生銹引起水中脆化的開裂，測試表明，在30℃水中浸漬50hr也難以銹蝕。相應(yīng)與SKD61相比，模具的水冷孔開裂可改進1.3~10倍。對抗激冷激熱的龜裂測試，采用高頻加熱方法，從100℃加熱至600℃然后再冷至100℃，使加熱和冷卻時的溫差為500℃，對SKD61和KDAMAX鋼出現(xiàn)開裂的次數(shù)約提高2.5倍，同時KDA MAX的開裂長度比SKD61的短40％，裂紋的擴展速度減慢。對1R缺口測試片在100和600℃之間往復(fù)1500次的開裂長度對KDA MAX和SKD61鋼分別為1.73和4.21mm,前者只為后者的0.41。
該鋼的淬火處理工藝如下：≤500℃第一次預(yù)熱→800~830℃第二次預(yù)熱→1020/1040℃奧氏體化加熱→油冷至100/150℃取出空冷或加壓氣淬冷卻?；鼗鸸に嚍椋海?00 ℃裝爐回火，回火溫度為570~650℃,空冷到室溫后,再在570~650℃進行第二次回火，回火后空冷。
該鋼的另一個特點是具有高的淬透性，在1030℃奧氏體化的CCT曲線上，出現(xiàn)貝氏體的臨界冷速約為3.5℃/min,比KDA1S鋼的小相當多,為此, 該鋼適用于中大型模具。
該鋼還具有優(yōu)良的抗熔損性,在50HRC條件下,在700℃ADC12熔鋁中保持1hr,其熔損失重僅為SKD61鋼的2/3，即可減小約30％。
7.3 KPM30塑料模具鋼
KPM30鋼是改進SCM440系塑料模具鋼的某些特性的預(yù)硬（30HRC）型模具鋼，并具有優(yōu)良的切削加工性，它與27HRC的P20鋼相比，在相同切削長度條件下立銑刀的磨耗量約可減少50％，可以預(yù)期會顯著延長加工刀具的壽命和提高加工效率。此外，它還具下列特點：①具有優(yōu)良的焊接性能，與P20鋼相比焊接開裂的敏感覺性明顯下降；②具有好的鏡面加工性，焊接部位的鏡面加工性也好；③具有高的淬透性，與P20鋼相比，對500mm厚150mm試件，表面至心部的硬度均勻性明顯改善。有數(shù)據(jù)表明，硬度均勻落于30~31HRC范圍，而P20鋼則落于23~27HRC范圍。這些特點使HPM30適合于制作中大型模具。
8、日本山陽特殊制鋼株式會社
山陽特殊制鋼的英文名稱為Sanyo Special Steel Co.,Ltd.，創(chuàng)業(yè)于1933年。1935年設(shè)立山陽制鋼株式會社，開始生產(chǎn)軸承鋼。1959年更名為山陽特殊制鋼株式會社。鋼廠主要生產(chǎn)特殊鋼棒材、線材、管材和半成品等。涉及軸承用鋼、工模具用鋼、汽車零部件用鋼、運輸機械、工程建筑機械、石油化工設(shè)備、火力發(fā)電、電器機械等領(lǐng)域用鋼。此外還生產(chǎn)耐蝕、耐熱用超合金，金屬粉末，金屬粉末冶金制品，復(fù)合材料和磁性材料等。
冶煉設(shè)備擁有電弧爐，二次精煉，RH真空脫氣設(shè)備和電渣重熔、真空電弧—自耗電極重熔等裝量，鍛造方面有1500T，3000T壓機，并擁有專用熱擠壓技術(shù)。熱處理方面擁有球化退火，批量處理爐和連續(xù)處理爐等。通過多年積累的技術(shù)精煉提純，使鋼材達到超低含量的非金屬夾雜物的高純凈度鋼，特別將氧、硫和磷的含量控制在低的水平，并控制加入合金元素量的偏差，使生產(chǎn)鋼材的力學(xué)性能穩(wěn)定和熱處理變形的穩(wěn)定，減少熱龜裂，開裂等的發(fā)生。
山陽特殊鋼生產(chǎn)的冷作模具鋼有QK3M、QK5M、QKS3、QC1、QC11、QCD2、QCM8、QCM10、QF1、QF3和QF5。熱作模具鋼有QD4、QD61、QDA61、QDN、QD62、QD62HC、QDH、QD10、QD6F、QDT、QXD7和QT41。塑料模具鋼有預(yù)硬化的PCM40和淬火回火后在55~62HRC使用的QCM8。本文主要介紹QCM8和QDH鋼。
8.1 QCM8冷作模具鋼
QCM8是在SKD11和基體高速鋼相結(jié)合的產(chǎn)物，這種專利鋼種具有以下一些特點：①Q(mào)CM8鋼含有極少共晶碳化物，既使有，其顆粒也細小得多。這樣在淬火回火以后，在60HRC的硬度下也具有高的韌度和優(yōu)良的抗疲勞性能。按該公司資料，V形缺口沖擊韌度可達80J/cm2,比 SKD11約高出四倍。②鋼的淬火工藝條件與SKD11相同，在450~550℃范圍回火后硬度可達60HRC以上，高于SKD11鋼，但這時的沖擊韌度較低些（仍比SKD11鋼高出2倍多）。③具有優(yōu)良的耐磨性能。④具有良好的淬透性和更小的熱處理變形。出現(xiàn)貝氏體的臨界冷速小于SKD11鋼。⑤比SKD11鋼更合適進行TD法和滲氮處理。⑥可進行高精度線切割加工，不易開裂。
該鋼在1030℃奧氏體化，AC1b為825℃， AC1e為885℃ Ms點為200℃，相應(yīng)淬火工藝參數(shù)為：第一次預(yù)熱500~650℃，第二次預(yù)熱800~850℃，淬火加熱溫度為1030~1050℃，氣淬或分級淬在250~500℃鹽浴中（每25mm保持10~20分），也可進行油淬至200℃出油空冷?；鼗饻囟葹?00℃或更高，回火后空冷，一般進行2次。
該鋼可應(yīng)用于精沖模具，冷鍛模具，冷擠模，拉伸模，卷邊模，成形軋輥或磨粒磨損塑料成形模具等。
8.2 QDH熱作模具鋼
QDH是獲專利的鋼種，兼具SKD7(3％Cr3％Mo型)鋼的高溫強度和抗高溫軟化能力，又具SKD61（5％ Cr1％ Mo型）的淬透性。該鋼在冶煉過程中采用了山陽特殊鋼獨特的LF中間包工藝及RH真空脫氣，使其雜質(zhì)含量降至極低，明顯減少模具的龜裂。同時其熱處理變形比SKD61小以及具更佳的表面滲氮性能。
QDH鋼的退火處理溫度為820~870℃，緩慢冷卻，退火硬度≤229HB。經(jīng)深度機械加工后的退火工藝為：緩慢加熱到860~870℃爐冷到500℃下空冷，如厚度＞250mm，則隨爐冷至300℃后空冷。
淬火工藝：650℃第一次預(yù)熱，800~820℃第二次預(yù)熱（大件），淬火加熱溫度1020~1050℃，在鹽浴爐或真空條件下淬火，當工件厚度大于150 mm時應(yīng)選用鹽浴爐分級或油淬方法。淬火后硬度≤55HRC。
回火工藝：溫度按需要硬度選取，回火一般2次，大尺寸模具應(yīng)進行3次。按資料介紹600℃回火后，硬度約52HRC。
該鋼主要用于溫鍛模具，銅鍛模具，銅壓鑄模具，鋁擠出模具等。
結(jié)束語：
本文以近兩年來在模具等展會上收集的世界各模具材料制造廠的資料和樣本為依據(jù)加以匯綜撰寫而成，（介紹的鋼種一般為這些公司常推薦或在雜志上刊出的），以達到較好反映當前模具材料生產(chǎn)的現(xiàn)狀及進展，這次刊登的為Arcelor, Aubert&Dural, Kind&CO, Schmiede Werke Groditz GmbH和日本的大同，日立，高周波及山陽（各以字母排列為序）等八家。對在模具材料活躍的其它廠家，由于時間關(guān)系，以后再作論述，尤對美國一些制造商，尚需化時間去接觸了解。
關(guān)于有些公司的熔煉方面的情況，有的選自公司介紹資料，有些來自各公司的網(wǎng)站資料，可能會有一定出入。本文所以列入是為國內(nèi)鋼廠參考，本文希望國內(nèi)鋼廠迎頭趕上，生產(chǎn)出國產(chǎn)的超級或優(yōu)級模具鋼?？v觀全局，超級或優(yōu)級鋼材的成分設(shè)計，形成我國特有的專利鋼種，去與國外鋼廠相競爭，可能是一條相當重要的出路。對H13鋼的成分研究和設(shè)計，本文作者已作過努力，只是盡了點綿薄之力。今后殷切希望更多學(xué)者、專家一起耕耘。