國內(nèi)熱作模具鋼發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

摘要：近年來，我國金屬冶煉領(lǐng)域生產(chǎn)工藝要求的提升，帶動(dòng)了熱作模具鋼出現(xiàn)加強(qiáng)的發(fā)展態(tài)勢。不過，從業(yè)者對于模具鋼的認(rèn)識，并沒有基于技術(shù)層面的提升，而發(fā)生適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變。導(dǎo)致在選擇模具鋼的過程中發(fā)生問題。因此，本文從理論層面出發(fā)，深入探討熱作模具鋼的發(fā)展趨勢，由此加強(qiáng)相關(guān)從業(yè)者對該領(lǐng)域的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：熱作模具鋼；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TG76 文獻(xiàn)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(xiàn)出較強(qiáng)的發(fā)展態(tài)勢。然而，隨著市場需求增大，大量模具鋼生產(chǎn)企業(yè)涌入，造成該領(lǐng)域的兩極分化趨勢：一方面，企業(yè)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(chǎn)的模具鋼，仍然可以用于要求較低的領(lǐng)域。但是，其質(zhì)量問題將導(dǎo)致模具鋼無法承擔(dān)更多的任務(wù)；另一方面，一些企業(yè)以質(zhì)量為前提，可用于壓鑄模等形式的鋼材等。從鋼材的應(yīng)用范圍和特性來看，其質(zhì)量上的保證，將是此類鋼得到更多應(yīng)用的基礎(chǔ)。由此也可以發(fā)現(xiàn)，即使高質(zhì)量鋼材的成本偏高，卻能夠以銷量彌補(bǔ)生產(chǎn)企業(yè)的損失。

以下將結(jié)合高質(zhì)量鋼的生產(chǎn)特性，以及對高質(zhì)量模具鋼產(chǎn)生生產(chǎn)需求的領(lǐng)域，對熱作模具鋼進(jìn)行具體分析。

一、壓鑄模具鋼

熱作模具鋼雖然可以適應(yīng)較多的環(huán)境，但以質(zhì)量為前提來看，卻一直難以滿足壓鑄的需求。該工藝生產(chǎn)的金屬部件時(shí)，需要應(yīng)對各類使用環(huán)境。例如對形狀有著特殊要求等。同時(shí)，采取壓力進(jìn)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(lǐng)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(chǎn)，也開始借助壓鑄法。然而，壓鑄法制造模具的優(yōu)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(dá)到水準(zhǔn)?？梢赃@樣來理解，我國在壓鑄模具鋼方面，無論技術(shù)需求，還是工藝水準(zhǔn)，都難以全面應(yīng)對壓鑄技術(shù)的需求。該問題的存在，將導(dǎo)致壓鑄法所生產(chǎn)的產(chǎn)品，無法達(dá)到較高質(zhì)量。

對此，國內(nèi)企業(yè)開始嘗試對模具進(jìn)行升級。最早開始于上世紀(jì)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(fā)出Y系列模具，由此擴(kuò)大了壓鑄法的使用范圍；北京機(jī)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(yàn)和嘗試后，終于研發(fā)出HM-3型模具，有效加強(qiáng)了航空、航天事業(yè)的安全性；進(jìn)入21世紀(jì)后，我國在模具鋼的冶煉和生產(chǎn)工藝上，終于達(dá)到了國際水平。于2000年發(fā)布的SWPH13型號模具鋼，無論在技術(shù)水平上，還是質(zhì)量表現(xiàn)上，都達(dá)到了ASSAB8407（瑞典）型號的水準(zhǔn)；2009年，上海大學(xué)發(fā)布研究成果，以鋼材為基礎(chǔ)所出產(chǎn)的合成金屬，將替代壓鑄領(lǐng)域的熱作模具鋼，并于當(dāng)年獲取了相關(guān)專利，擬于近年正式投入生產(chǎn)。

二、熱鍛模具鋼

熱鍛雖然是金屬冶煉廣泛使用的技術(shù)。但是，熱作模具鋼近年來卻沒有良好的發(fā)展。故而，筆者僅將市場上所流通的模具鋼類型進(jìn)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(qiáng)的耐高溫能力，更適用作溫度較高的環(huán)境。

第二，ER8鋼。屬于冷硬化模具鋼，紅硬性能力較強(qiáng)，相關(guān)測試表明，在102J/㎝2的強(qiáng)度下，ER8仍舊能夠保持穩(wěn)定性。所以自該模具鋼出現(xiàn)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(dāng)。該材料的優(yōu)勢并不明顯，不過具有良好的綜合實(shí)力，無論是強(qiáng)度、韌性，還是抗熱能力方面，都具有較高水準(zhǔn)。

第四，5Cr2NiMoVSi鋼。作為適應(yīng)于多鍛領(lǐng)域的模具鋼，5Cr2NiMoVSi型號在熱鍛上，具備更加廣泛的適應(yīng)范圍。同時(shí)，該型號模具鋼，具備二次硬化效應(yīng)，即在溫度二次提升時(shí)，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(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究，確立了正確的發(fā)展方向。吳曉春教授及學(xué)生和其他研究者，通過對SDH2的分析，創(chuàng)造出SDDM，作為熱鍛領(lǐng)域的專用模具鋼，不僅代替了傳統(tǒng)模具鋼，更讓熱鍛的溫度區(qū)間得以擴(kuò)大。

三、熱擠壓模具鋼

熱擠壓是新興的冶煉技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)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(chǎn)品，在耐熱、強(qiáng)度上，能夠滿足市場上大部分生產(chǎn)需求。對比其原始產(chǎn)品，即本鋼集團(tuán)的3Cr2W8V型號。后者在綜合能力上增強(qiáng)的同時(shí)，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(tuán)出資組織下，華中科技大學(xué)歷經(jīng)數(shù)年的努力，終于研發(fā)出HD系列模具鋼。該模具鋼的主要特性，是在傳統(tǒng)釩和鉬基礎(chǔ)上，添加了鎳元素和鈮元素，進(jìn)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(jié)合當(dāng)前熱擠壓生產(chǎn)需求，研發(fā)出R523型號模具鋼。其主要特性在于淬透性較強(qiáng)，并具備良好的耐磨和熱強(qiáng)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(jié)構(gòu)上，都具備較高的水準(zhǔn)。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(jié)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(jù)各類生產(chǎn)特性，創(chuàng)造適合的模具鋼類型。本文對熱擠壓、熱鍛和壓鑄三個(gè)層面進(jìn)行分析，并指出其中較為優(yōu)秀的模具鋼類型，希望能夠?yàn)檠芯空?，提供一些信息基礎(chǔ)。同時(shí)，也希望基于本文的闡述，為模具鋼使用企業(yè)提供一定的模具選擇參考，以促進(jìn)我國金屬冶煉事業(yè)的整體發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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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）。