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高速鋼是一種含多量碳(C)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等元素的高合金鋼，熱處理後具有高熱硬性。當切削溫度高達600℃以上時，硬度 仍無明顯下降，用其製造的刀具切削速度可達每分鐘60米以上，而得其名。高速鋼按化學成分可分為普通高速鋼及高性能高速鋼，按製造工藝可分為熔煉高速鋼及 粉末冶金高速鋼。
普通高速鋼
高速鋼是製造形狀複雜、磨削困難的刀具的主要材料。
普通高速鋼可滿足一般需求。常見的普通高速鋼有兩種，鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。
鎢系高速鋼
典型牌號為w18Cr4V，熱處理硬度可達63-66HRC，抗彎強度可達3500MPa，可磨性好。
‧ 鎢鉬系高速鋼
典型牌號為W6Mo5Cr4V2，目前正在取代鎢系高速鋼，具有碳化物細小分佈均勻，耐磨性高，成本低等一系列優點。熱處理硬度同上，抗彎強度達 4700MPa，韌性及熱塑性比w18Cr4V提高50％。常用於製造各種工具，例如鑽頭、絲錐、銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等，可以滿足加工一般工程材 料的要求。只是它的脫碳敏感性稍強。
另一牌號的普通高速鋼為W9Mo3Cr4V，這是中國近幾年發展起來的新品種。強度及熱塑性略高於 W6Mo5Cr4V2，硬度為HRC63-64，與韌性相配合，容易軋制、鍛造，熱處理工藝範圍寬，脫碳敏感性小，成本更低。這三個牌號的普通高速鋼在中 國市場的比例分別為:W18Cr4V，16.5％； W6Mo5Cr4V2, 69％;W9Mo3Cr4V,11％。
高性能高速鋼
高性能高速鋼具有更好的 硬度和熱硬性，這是通過改變高速鋼的化學成分，提高性能而發展起來的新品種。它具有更高的硬度、熱硬性，切削溫度達攝氏650度時，硬度仍可保持在 60HRC以上。耐用性為普通高速鋼的1.5-3倍，適用於製造加工高溫合金、不銹鋼、鈦合金、高強度鋼等難加工材料的刀具。
主要品種有4種，分別為高碳系高速鋼、高釩系高速鋼、含鈷系高速鋼和鋁高速鋼。
‧ 高碳系高速鋼
牌號為9w18Cr4V，因含碳量高(0.9％)，故硬度、耐磨性及熱硬性都比較好。用其製造的刀具在切削不銹鋼、耐熱合金等難加工材料時，壽命顯著提高，但其抗彎強度為3000MPa，衝擊韌性較低，熱處理工藝要求嚴格。
‧ 高釩系高速鋼
牌號有W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(美國牌號M3)，含釩量達3-4％，使耐磨性大大提高，但隨之帶來的是可磨性變差。高釩系高速鋼的使用及發展還需要依賴於磨削工藝及砂輪技術的發展。
‧ 鈷高速鋼
牌號有W2Mo9Cr4VCo8(美國牌號M42)。其特點為：含釩量不高(1％)，含鈷量高(8％)，鈷能促使碳化物在淬火加熱時更多地溶解在基體內， 利用高的基體硬度來提高耐磨性。這種高速鋼硬度、熱硬性、耐磨性及可磨性都很好。熱處理硬度可達67-70HRC，但也有採取特殊熱處理方法，得到67- 68HRC硬度，使其切削性能(特別是間斷切削)得到改善，提高衝擊韌性。鈷高速鋼可製成各種刀具，用於切削難加工材料效果很好，又因其磨削性能好，可制 成複雜刀具，國際上用得很普遍。但中國鈷資源缺乏，鈷高速鋼價格昂貴，約為普通高速鋼的5-8倍。
‧ 鋁高速鋼
牌號為 W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入鋁(Al)和硅(Si)、鈮(Nb)元素，來提高熱硬性、耐磨性。適合中國資源 情況，價格較低。熱處理硬度可達到68HRC，熱硬性也不錯。但是這種鋼易氧化及脫碳，可塑性、可磨性稍差，仍需改進。國際市場上高性能高速鋼使用量已經 超過普通高速鋼25-30％。
粉末冶金高速鋼
粉末冶金高速鋼及其製品。
近幾年來高速鋼的最大變革就是發展了粉末冶金高速鋼，它的能優於熔煉高速鋼。用高壓氬氣或氮氣霧化熔融高速鋼水，得到細小高速鋼粉末，篩選後為0.4mm 以下的顆粒；在真空(0.04Hg)狀態下，密閉燒結達到密度65％；再在1100℃高溫、300MPa高壓下製成密度100％的鋼坯，然後鍛軋成鋼材， 這樣有效地解決了熔煉高速鋼在鑄錠時要產生粗大碳化物偏析的問題，而它無論截面多大，其碳化物級別均為一級。碳化物晶粒極細，小於0.002mm，而熔煉 高速鋼碳化物晶粒為0.008-0.02mm。
牌號為APM T15的粉末冶金高速鋼，它的強度、韌性分別是同化學成分的熔煉高速鋼的2倍及2.5倍。儘管含釩量達5％，但由於碳化物晶粒細，可磨性依然很好。高溫熱硬度也比熔煉高速鋼提高0.5-1HRC。
又由於其物理機械性能高度各向同性，淬火變形小。碳化物顆粒均勻分佈的表面較大，不易從刀具的切削刃上剝落，小尺寸刀具耐磨性提高1.5-2倍，大尺寸刀具提高20-30％。
粉末冶金高速鋼具有良好的力學性能，適合製造：間斷切削條件下易崩刃的刀具、強度高而切削刃又必須鋒利的刀具，如插齒刀、滾刀、銑刀，高壓動載荷下使用的刀具。
它的碳化物偏析小，晶粒細，可磨性好，適合製造：大尺寸刀具、精密刀具、複雜刀具。這類材料的高溫熱硬度高，又適合製造難加工材料所用的刀具，確實是面面俱到。
粉末冶金高速鋼生產過程較複雜，造價較高。中國鋼廠提供的品種較少，市場用量也很少。國際上著名鋼廠如美國Crucible公司已可提供近二十種粉末冶金 高速鋼，日本神戶制鋼所、日立金屬公司均可提供近十種粉末冶金高速鋼，供應量也在迅速增長。日本著名的OSG公司用粉末冶金高速鋼製造了鑽頭、銑刀、絲 錐，NACHI公司製造了滾刀、插齒刀、剃齒刀。有理由相信技術性能高的粉末冶金高速鋼將會得到更廣泛的應用，為金屬加工業帶來新的發展。
高速鋼的市場定位及發展趨勢
高速鋼材料按製造工藝可分為熔煉高速鋼及粉末冶金高速鋼。
自二十世紀初發現高速鋼以來，對現代工業發展起到了重要作用。可以說沒有高速鋼，就沒有現代的金屬加工業。儘管六十年代起，硬質合金等材料崛起，但是對於 製造形狀複雜、磨削困難的刀具，如拉刀、剃齒刀、插齒刀等，高速鋼始終處於主導地位。特別是要求刀具具備高韌性時，就非高速鋼莫屬了。
高速鋼的主要應用領域是機械和工具製造業，必然要適應這個行業的發展，近幾年來機械加工採用了高速度的數控機床，例如加工中心、車削中心等，金屬切削速度 越來越快，要求刀具必須具有高速使用性能，即熱硬性、耐磨性、衝擊韌性要好，因此，廠家紛紛研發符合上述要求的高速鋼材料。
在機加工費用中，材料約占15-20％，刀具約占25-35％。用戶對刀具的選用也越來越趨向合理，即選用性能與價格比好的刀具。
高速鋼刀具占主導地位的領域，如精密零件、複雜零件、成形加工零件的市場也越來越大，對可磨性的要求也越來越高。
高速鋼-走過一個世紀的鋼種，應瞄準特定市場空間，提高自身技術含量，去抗衡其它材料的挑戰。
中國常用高速鋼材料性能表(本站整理)
中國牌號
習慣名稱
相似ISO牌號
淬、回火硬度HRC
抗彎強度MPa
衝擊韌性
MJ/m2
600℃下的硬度HRC
W18Cr4V
T1
HS18-0-1
62-65
3430
0.29
50.5
W6Mo5Cr4V2
M2
HS6-5-2
63-66
3500-4000
0.30-0.40
47-48
W6Mo5Cr4V3
M3
HS6-5-3
65-67
3200
0.25
51.7
W9Mo3Cr4V
64-66
4000-4500
0.35-0.40
W6Mo5Cr4V2Co5
HS6-5-2-5
65-66
3000
0.30
54
W10Mo4Cr4V3Co10
HS10-4-3-10
67-69
2350
55.5
W2Mo9Cr4V2Co8
HS2-9-2-8
66-68
2700-3800
0.23-0.35
55
W7Mo4Cr4V2Co5
M41
HS7-4-2-5
66-68
2500-3000
0.23-0.35
54
W12Cr4VCo5
HS12-0-1-5
66-68
3000
0.25
54
W6Mo5Cr4V2Al
501鋼
66-69
3000-4100
0.25-0.30
55-56
110W1.5Mo9.5Cr4VCo8
M42
67-69
2650-3730
0.23-0.29
55.2
W10Mo4Cr4VAl
5F6鋼
68-69
3010
0.20
54.2
隨著少無切削和精密成形技術在我國的快速發展，對模具材料的性能要求越來越高，一些五十年代以來長期沿用的老鋼種已不能完全滿足要求。為此，國內一些大 學、研究所、鋼廠和模具使用單位相繼開發了許多具有優良性能的模具鋼，使國內模具的使用壽命得到了很大提高，並使我國模具鋼的鋼種系列逐漸得到了補充和完 善。
1． 冷作模具鋼的開發情況
對冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性，足夠的強度和韌性，高的疲勞壽命，良好的抗擦傷和咬合性能以及良好的工藝性能。九十年代以前，國內常用的 冷作模具鋼有：碳素工具鋼T1OA，合金工具鋼9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si；高速工具鋼 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2；軸承鋼GCr15；彈簧鋼60Si2Mn，滲碳鋼20Cr、12CrNi3A；不銹鋼3Crl3等。其中用量最大 的是 C r12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和 W18Cr4V。為滿足生產要求，國內先後研究開發了一系列新型冷作模具鋼。
1．1高強韌耐磨鋼
Cr12系列冷作模具鋼是較廣泛採用的鋼種系列，具有良好的淬透性和耐磨性，但共晶碳化物偏析較嚴重，韌性較差，淬火後異常變形較大。為彌補此類鋼的性能 缺陷，國內先後開發了一些高強韌耐磨鋼，如7 Cr7Mo2V2Si(代號 L D)、Cr8WmoV3Si(代號 ER5)、9 Cr6W3Mo2V2 (代號 GM)、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V等。與 Cr12、Cr12MoV相比，此類鋼的碳和鉻的含量較低，改善了碳化物不均性，提高了韌性；適當增加了 W、Mo、V等合金元素的含量，從而增強了二次硬化能力，提高了耐磨性。所以，此類鋼在具有良好的強韌性的同時，還有優良的耐磨性和較好的綜合性能，主要 用於製造承受應力較大、要求高強韌性和耐磨損的各類冷作模具。
7Cr7Mo2V2Si，代號LD，最初是針對冷鐓模具而研製的。其碳含量低於 G．Steven推薦的’平衡碳’規律，使鋼在具有高硬度的同時，又具有較好的韌性；加入Cr、Mo、V元素，有利於二次硬化，保證鋼具有較高的硬度、強 度和良好的耐磨性；加入一定量的 Si，以強化基體，提高回火穩定性。LD鋼常用的熱處理工藝是1100～1150℃ 淬火，530～570℃ 回火，回火後硬度 HRC57～63。1100℃淬火後的組織為細針馬氏體十殘留奧氏體十剩餘碳化物，晶粒度10.5級。 l100℃ 淬火、570℃回火後的組織為回火馬氏體十殘餘碳化物。 LD鋼已被廣泛應用於製造冷鍛、冷沖、冷壓、冷彎等承受衝擊、彎曲應力較大，又要求耐磨損的各類冷作模具。
Cr8MoWV3Si，代號 ER5，在具有較高強韌性的同時，又具有突出好的耐磨性。該鋼在回火過程中瀰散析出的特殊碳化物，是 ER5比 Crl2系鋼具有更高強韌性和耐磨性的重要原因。ER5鋼適用於製造承受衝擊力較大，衝擊速度較高的精密冷沖，重載冷沖以及要求高耐磨的其他冷作模具。
9Cr6W3Mo2V2，代號GM，也是以提高耐磨性為主要目的而研製的高耐磨冷作模具鋼。該鋼通過 Cr、 W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比，並根據’平衡碳’規律配碳，使鋼具有最佳的二次硬化能力及抗磨損能力，同時又保持了較高的強韌性和良好的冷熱加 工性能，適用於製造沖裁、冷擠、冷鍛、冷剪、高強度螺栓滾絲輪等精密、高耐磨冷作模具。
1．2高速鋼基體鋼
高速鋼基體鋼具有相當於正常淬火高速工具鋼的基本成份．並允許鋼中保留5％左右的過剩碳化物，另外再適當增加或減少某些元素的含量。此類鋼有效地解決了高 速鋼碳化物不均勻分佈和韌性較差的問題，鋼的抗彎強度、韌性、塑性和疲勞抗力高於高速鋼，但耐磨性低於高速鋼，用於製造要求高強度和足夠韌性的冷擠壓、冷 沖、冷鐓等模具。由於高速鋼基體鋼的紅硬性好，所以也用於製造熱作模具。國內研製的高速鋼基體鋼有：65Cr4W3Mo2VNb（簡稱65Nb）、 60Cr4Mo3Ni2WV（代號CG-2）、5Cr4Mo3SiMnVA1（代號O12A1）、65W8Cr4VTi（代號LMI）、 65Cr5Mo3W2VSiTi（代號LMZ）等。
65Cr4W3Mo2VNb，其基體成份相當於淬火後的W6Mo5Cr4V2 鋼，但碳含量較一 般基體鋼高，以增加碳化物量和提高耐磨性。加入 0.2～0.35％ Nb，以提高鋼的強韌性和改善工藝性。65Nb用於製造冷擠壓、厚板冷沖、冷鐓等承受較大載荷的冷作模具，也可用於溫熱擠壓模具。
1．3低合金冷作模具鋼
國內開發的低合金冷作模具鋼中，有7CrSiMnMoV（代號CH）、
6CrMnNiMoVSi（代號GD）、 6CrMnNiMoVWSi（DS）、CrNiWMoV等。這些鋼的淬透性好，淬火溫度較低，熱處理變形小，價格低，具有較好的強度和韌性的配合，適用於製造精度複雜模具。
7CrSiMnMoV，代號CH，在820～1000℃淬火，可獲得HRC60以上的硬度，是一種空淬微變形鋼，可以火焰加熱空冷淬硬。該鋼的耐磨性儘管 比Cr12MoV差，但比9Mn2V和T10A好；抗彎強度、抗壓強度和衝擊韌性都優於Cr12MoV和9Mn2V；熱處理後的變形量和常用的 Cr12MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr4W2MoV等鋼相當。 CH鋼具有良好的強韌性和良好的工藝性，可用於代替T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12MoV等製造對強韌性要求較高的冷作模具，如 沖孔凸模、中薄鋼板（2～5mm厚）的修邊落料模等。由於該鋼可以採用火焰加熱空冷淬硬，所以也用於製造要求表面火焰淬火的部分汽車模具。 6CrMnNiMoVSi，代號GD，較CH鋼增加了0.85％左右的Ni，進一步強韌化了基體。該鋼的淬火溫度範圍較寬，淬透性好，也可火焰加熱空冷淬 火，具有良好的強韌性。當用於製造易崩及斷裂的冷沖模具時，模具壽命較高。
． 4無磁高強度模具鋼
電子工業中的部分磁性元件需用無磁性的模具生產，7Mnl5Cr2A13V2WMo鋼的導磁係數很低，強度、耐磨性也良好，但切削加工比較困難。國內開發 的無磁模具鋼有18Mn12Crl8NiN（代號A18）、8Mnl5Cr18（代號WCG）、50Mnl8Cr4WN（簡稱 50Mn）等。其中50Mn具有低磁導率（μ＜1.1H／m），較高強度和良好的加工性能，經1020～1070℃（水冷）固溶處理後，硬度HRC30左 右。再經過590℃士10℃時效，硬度上升至HRC35左右。
2．熱作模具鋼的開發情況熱作模具大體分為熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模和沖裁模。 5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V是熱作模具鋼中應用量仍然較大的鋼種。5CrNiMo主要用於厚度300～400mm的大中型鍛模， 5CrMnMo適用於厚度在250mm以下的小型鍛模。但當用於更大截面或更高溫度時，這兩種鋼存在淬透性、熱穩定性、熱疲勞性及耐磨性不夠的問題。 3Cr2W8V的高溫強度較高，但鋼的熱疲勞性較差，韌性也不高，用於壓鑄模具和鋁、銅合金熱擠壓模具時，模具的使用壽命都較低。國內在熱作模具方面先後 開發了幾十種鋼。
2． l大截面熱鍛模具鋼為彌補5CrMnMo和5CrNiMo在較大截面和較高溫度時熱穩定性、熱疲勞性及淬透性不夠的缺陷，內開發了 45Cr2NiMoVSi（簡稱45Cr2）、5Cr2NiMoVSi（簡稱5Cr2）、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代號B2）等大截面 熱鍛模具鋼。與5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2中既含有較高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使 CCT曲線上的高溫轉變區上移，低溫轉變區顯著右移，提高了鋼的淬透性。截面尺寸在500*500mm以下的模具經970-990℃淬火， 650～680℃回火後，硬度可達HRC36-44。45Cr2和5Cr2還具有二次硬化能力，它們的高溫強度較5CrNiMo鋼高50％，熱穩定性高出 100～150℃，衝擊韌性則相當。另外，鋼的熱磨損性、熱疲勞性及抗熱裂紋擴展的能力也強於5CrNiMo。這二種鋼用於12000t以下機械壓力機模 具及16t以下模鍛模具，模具的使用壽命是5CrNiMo鋼製造的同種模具壽命的數倍。
2．2中小熱鍛模具鋼
中小熱鍛模具的表面溫度可達600℃以上，5CrMnMo和5CrNiMo的高溫性能顯然不能滿足要求。3Cr2WSV鋼的高溫強度較高，但韌性及熱疲勞 性能較差。為此，國內較早開發了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB（代號ER8）等3％Cr-3％Mo和3％Cr-2％Mo型的中碳鉻系高強 度熱作模具鋼，其中3Cr3Mo3VNb是根據形成合金碳化物所需的碳量對2Cr3Mo3VNb做進一步成份調整而來的。這二種鋼中加人了3％左右的 Mo，既能提高鋼的淬透性和防止出現回火脆性，又能提高鋼的熱穩定性。加人V和Nb則可起到細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性作用。因此，鋼的淬透性高，淬火 加熱溫度範圍寬，過熱敏感性低，具有高溫強度高、熱穩定性好、塑性韌性好、冷熱疲勞性能好、熱磨損性能好等優點，用於製造不銹鋼（2Crl3）等熱鍛模， 軸承凹模和輥鍛模，都取得了良好的使用效果。
4Cr3Mo3W4VNb，代號GR，除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4％W，所以鋼的高溫強度和熱穩定性得到了進一步提高，是中碳鉻系熱作模具鋼中 高溫強度較高，熱穩定性較好的鋼種。該鋼還具有良好的冷熱疲勞性能，該鋼適用於製造工作溫度600-700C℃的淺型腔中小鍛模，也可用於銅合金熱擠壓模 具。
除以上 30Cr-30Mo型熱作模具鋼外，國內先後開發的5％Cr系中碳中合金熱作模具鋼已較大量用於熱鍛模具，如4Cr5MoVSi、 4Cr5MoV1Si等，其中4Cr5MoV1Si具有優異的韌性和良好的冷熱疲勞性能，適用於製造工作溫度在600℃以下，對韌性和塑性要求較高的模 具。如用4Cr5MoV1Si代替5CrNiMo、 5CrMnMo製造汽車連桿、曲軸鍛模，模具的使用壽命得到了明顯提高；用於製造鋁合金壓鑄模具和鋁型材擠壓模具，模具的使用壽命較高。另外，該鋼還可作 塑料模具鋼使用。目前，4Cr5MoV1Si鋼的優良性能已在國內得到了廣泛認可，應用量已較大。許多大學、研究院所和鋼廠不惜花重金對該鋼做研究和生產 質量改進工作，並就此打出了自己的優質品牌。
2．3壓鑄模具鋼
在有色金屬壓鑄中，3Cr2W8V曾是應用廣泛的模具鋼， 5CrNiMo、 5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金鋼也作為鋁鋅合金壓鑄模具鋼使用。 3Cr2W8V的冷熱疲勞性能較差，模具的使用壽命不高。國內為此先後開發了幾個新型模具鋼，如4Cr3Mo2MnVNbB（代號Y4）和 4Cr5Mo2MnVSi（代號Y10）等。
4Cr3Mo2MnVNbB（代號Y4），最初就是針對銅合金壓鑄模具而研製的。該鋼通過合理的成份 配比，使其在達到高的熱強性及熱穩定性的同時，又保持了良好的韌性和塑性，抗冷熱疲勞性能明顯優於3Cr2W8V，模具的使用壽命較3Cr2W8V製造的 模具的使用壽命有明顯提高。該鋼也可用於製造熱擠壓和中小熱鍛模具。
4Cr5Mo2MnVSi（代號Y10），是針對鋁合金壓鑄模具而研製的，與3Cr2W8V鋼相比，該鋼具有抗冷熱疲勞性能好、熱 處理變形小、抗鋁溶損性能好等優點，模具的使用壽命普遍比3Cr2W8V鋼製造的模具的使用壽命提高一倍以上。該鋼還可用於製造工作溫度在600℃以下的 中小熱鍛等模具。
2．4銅、鋁型材熱擠壓模具鋼
銅合金熱擠壓模的穿孔針、底模等長時與高溫銅坯接觸，模具的使用工況較苛刻。用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si鋼製作此類模具，模具的使用壽命一直 較低。國內曾試圖採用奧氏體熱作模具鋼來解決此類模具壽命低的問題，但因鋼的冷熱疲勞性能較差而仍未得到圓滿解決。在此背景下，國內有關大學、研究院所和 鋼廠先後推出了可以提高此類模具使用壽命的鋼種，如4Cr3Mo2NiVNbB（代號 HD）、4Cr3Mo2MnVNbB（代號Y4）等。HD鋼較一般中碳3％Cr～2％Mo或3％Cr～3％Mo型熱作模具鋼又增加了1％左右的 Ni，進一步提高了鋼的韌性和塑性。在相同硬度（HRC43）下，其斷裂韌性比3Cr2W8V鋼高30％。用HD鋼製造的銅合金管材擠壓底模和穿孔針的使 用壽命較3Cr2W8V鋼提高一倍左右，並在軸承環熱擠沖頭和凹模、汽門擠壓底模上也有成功應用的例子。用Y4鋼製造銅合金擠壓模底模和穿孔針頂頭，模具 的使用壽命也比3Cr2W8V鋼製造的模具穩定地提高一倍以上。
鋁型材熱擠壓模平模和組合模對韌性的要求較高，4Cr5MoV1Si是首選的模具材料，已被大量推廣應用。
2． 5高溫玻璃模具鋼玻璃製品模具要求模具材料具有優良的抗高溫氧化性能和冷熱疲勞性能，良好的耐芒硝腐蝕性能，足夠高的強度，良好的拋光性能，並要易於脫 模。此類模具常用鑄鐵、合金鑄鐵或3Crl3不銹鋼製造，鋼的性能遠滿足不了實際需要。為此，國內開發了代號為GY的高溫玻璃模具鋼。該鋼是Si-Cr -Mo系預硬鋼，具有良好的冷熱疲勞性能，優異的抗氧化性能，優良的抗熱觸性能和較高的玻璃粘附溫度。該鋼在預硬後（HRC35左右）加工，加工性能良 好，尤其適用於製造玻璃熔化或成型溫度較高、表面質量要求高的玻璃製品模具。
3．塑料模具鋼的開發情況
塑料模具鋼是國內發展得較滯後，到 目前為止仍未成完整系列的鋼種。在九十年代之前，國內常用的塑料模具鋼仍然是0.4～0.6％碳的碳素結構鋼，如45# 和40Cr，另外再以T10A、Gcrl5、CrWMn、5CrNiMO、 5CrMnMo、Cr12、Crl2MoV等作補充。國內先後開發了十餘種新型塑料模具鋼。
3．l預硬化型塑料模具鋼
為避免大、中型精密塑料模具熱處理後變形，保證模具的精度和使用性能，相繼研製開發了預硬化型塑料模具鋼。此類鋼一般是中碳低合金鋼，在調質（HRC3O-40）後切削加工成型，然後直接投入使用，主要用於製造複雜、精密和長壽命的大、中型塑料模具。
3Cr2Mo 是國內較早開發的塑料模具鋼，與AISIP20相當，目前已在許多鋼廠生產。在使用時，一般先進行預硬處理，即先850～880℃淬火， 580～640℃回火，預硬至HRC28～35的硬度，然後再進行切削加工。該鋼適用於製造大、中型精密塑料模具，如電視機、洗衣機殼體等塑料模具，並已 獲得較大量應用。另外，也可用於製造鋅合金壓鑄模具。除3Cr2Mo外，國內先後開發的5CrNiMnMoVSCa（簡稱5 NiSCa）、8Cr2MnWMoVS（簡稱8Cr2）、40CrMnVBSCa（簡稱P20BSCa）、Y55CrNiMnMoV（代號SM1）等是易 切削型預硬塑料模具鋼，在這些鋼中加人了S、Ca、 Pb、Se等元素以改善預硬鋼的加工性能。如 5NiSCa鋼預硬硬度為HRC39時，磨削力比HRC25的40Cr的磨削力還小。此類鋼不僅適用於製造大、中型精密注塑模具，還可用於製造精密冷作模 具。
3．2時效硬化型塑料模具鋼
根據製造高精度、複雜塑料模具的需要，國內先後開發的幾種時效硬化型塑料模具鋼，如 10Ni3MnCuAl（代號PMS）、25CrNi3MoAl、 Y20CrNi3AlMnMo（代號SM2）、 06Ni6CrMoVTiAl（簡稱06）等。此類鋼一般含較低的碳，含Ni、Al、Ti、Cu、MO等合金元素，在固溶後硬度較低（一般HRC 仝 32），可以被較容易地切削加工，加工後再時效處理，以獲得所需要的使用性能。由於時效溫度低，時效後模具變形很小，所以適用於製造高精度、複雜的熱塑性 模具。
10Ni3MnCuAl，代號PMS，經850士 20℃固溶後，硬度為 HRC30～33。經 500℃左右時效後，瀰散析出硬化相Al3Ni，基體硬度隨之上升至HRC38～43。該鋼具有優良鏡面加工性能，模具表面粗糙度可達Ra0.05μm， 適用於製造要求高鏡面、高精度的各種熱塑性塑料製品模具，如光學儀器：鏡片模具，磁帶內外殼和電話機、石英鐘、車輛燈具等塑料殼體模具。
Y20CrNi3AlMnMo，代號M2，含0.1％左右的S，切削加工性能得到了改善，是一種易切削型號時效硬化塑料模具鋼。
3．3耐蝕塑料模具鋼
當較大批量地生產聚氯乙稀、氟化塑料、阻燃塑料等塑料製品時，模具需耐氟、氯等鹵族元素氣體的腐蝕，為此需在模具表面鍍鉻或直接採用耐腐蝕鋼。
國內開發的耐腐蝕塑料模具鋼OCrl6Ni4Cu3Nb（代號PCR）屬於馬氏體沉澱硬化不銹鋼，在1050℃固溶（空冷）後得到單一的板條馬氏體組織， 硬度為HRC32～35，經480℃左右時效後，析出瀰散強化相CuNi，硬度上升到HRC39～44。該鋼在含有氟、氯等離子的腐蝕性介質中的耐蝕性明 顯優於17一4PH（OCrl7Ni4Cu4），適用於製造含氯、氟或混入阻燃劑的熱塑性塑料的注射模具。
3．4非調質塑料模具鋼
非調質 鋼在鍛、軋後即可達到預硬，不需再進行調質處理。為改善切削加工性能，有些鋼中還添加了適量的 P、S和 Ca。國內對非調質塑料模具鋼的開發較晚，25CrMnVTiSCaRE（代號FT）、2Cr2MnMoVS和2Mn2CrVCaS即是近幾年開發的新鋼 種。鍛、軋空冷後，FT鋼Φ100mm圓鋼的硬度可以達到HRC30～35。
4．國內模具鋼開發與應用中存在或需要解決的主要問題
目前，我國模具新鋼種的推廣應用工作還存一些需要解決的問題：
（l）缺乏有關指導性強、實用的技術資料，給用戶合理選擇和使用新鋼種帶來了困難。
（2）除4Cr5MoV1Si、3Cr2Mo等個別鋼種已獲較大量應用外，一些性能優良的鋼種的生產和應用量仍太少。
（3）鋼的質量不夠穩定。直接影響了鋼的性能的發揮和新鋼種的推廣應用。不斷提高鋼的純淨度、緻密度、均勻性和質量穩定性，仍是今後長期努力的方向。
（4）規格單一，絕大部分是黑皮圓鋼，用戶不得不另行改鍛。品種規格多樣化、產品精品化是今後需要盡快解決的問題之一。
（5）尚待開發具有特殊性能的鋼種，進一步完善鋼種系列，如開發粉末冶金模具鋼，補充完善塑料模具鋼系列，建立陶瓷、耐火磚、地磚等成形模具用鋼等。
（6）產銷渠道不暢通，用戶甚至不知道從何處購買所需的新鋼種。
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和衝擊性降低，當碳量0.23％超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用於焊接的低合金結構鋼，含 碳量一般不超過0.20％。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15－0.30％的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60％,硅就算合 金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用於作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0－1.2％的硅，強度可提高15－20％。硅和鉬、 鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可製造耐熱鋼。含硅1－4％的低碳鋼，具有極高的導磁率，用於電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接 性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50％。在碳素鋼中加入0.70％以上時就算「錳鋼」，較一般 鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40％。含錳11－14％的鋼有極高的 耐磨性，用於挖土機鏟鬥，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小於0.045％，優質鋼要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所 以通常要求硫含量小於0.055％，優質鋼要求小於0.040％。在鋼中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由於鎳是較稀缺的資源，故應盡量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由於火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織緻密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5％的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用於特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0.5％塑性顯著降低。當銅含量小於0.50％對焊接性無影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高衝擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能， 鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
17、氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素週期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很像「土」，所以習慣上稱稀 土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分佈和性質，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨 性。
一、冷作模具鋼
冷作模具鋼包括製造沖截用的模具（落料沖孔模、修邊模、沖頭、剪刀）、冷鐓模和冷擠壓模、壓彎模及拉絲模等
1.冷作模具鋼的工作條件及性能要求
冷作模具鋼在工作時．由於被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、衝擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報廢原因一般是磨損．也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。
冷作模具鋼與刃具鋼相比．有許多共同點。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性，以保證沖壓過程的順利進行、其不同之處在於模具形狀及加 I 工藝複雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時承受沖壓力大．又由於形狀複雜易於產生應力集中，所以要 求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀複雜．所以要求較高的淬透性、較小的變形及開裂傾向性。總之，冷作模具鋼在淬透性、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具 鋼高一些．而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒要求（因為是冷態成形），所以也相應形成了一些適於做冷作模具用的鋼種，例如，發展了高耐磨、微變形冷作模 具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結合有關鋼種選用進一步說明。
2.鋼種選擇
通常接冷作模具的使用條件，可以將鋼種選擇分為以下四種情況：
（1）尺寸小、形狀簡單、輕負荷的冷作模具。例如．小沖頭，剪落鋼板的剪刀等可選用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼製造。這類鋼的優點是；可加工性好、價格便宜、來源容易。但其缺點是：淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，只 適於製造一些尺寸小、形狀簡單、輕負荷的工具以及要求硬化層不深並保持高韌性的冷像模等。
（2）尺寸大、形狀複雜、輕負荷的冷作模具。常用的鋼種有9SiCr、CrWMn、GCr15及 9Mn2V等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達40mm以上。其中9Mn2V鋼是我國近年來發展的一種不含Cr的冷作模具用鋼．可代替或部分代替含Cr的鋼。
9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開裂傾向性比CrWMn鋼小、脫碳傾向性比9SiCr鋼小，而淬透性比碳素工具鋼大．其價格只比後者高約30％因此是一個值得推廣使用的鋼種。
但9Mn2V鋼也存在一些缺點如衝擊韌性不高，在生產使用中發現有碎裂現象．另外回火穩定性較差，回火溫度一般不超過180℃在200℃回火時抗彎強度及韌性開始出現低值。
9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質中淬火。對於一些變形要求嚴格而硬度要求又不很高的模具，可採用奧氏體等溫淬火。
（3）尺寸大、形狀複雜重負荷的冷作模具。須採用中合金或高合金鋼．如Cr12Mo、 Crl2MoV、 Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有選用高速鋼的。
近年來用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應指出，此時已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長處．而用它的高淬透性和高耐磨性。為此．在熱處理工藝上也應有所區別。
選用高速鋼做冷模具時．應採用低溫淬火．以提高韌性。例如 W18Cr4V鋼做刃具時常用的淬火溫度為1280-1290℃。而做冷作模具時，則應採用1190℃的低溫淬火。又如 W6Mo5Cr4V2鋼．採用低溫淬火後可使壽命大大提高、特別是顯著減少了折損率。
〔4) 受衝擊負荷且刀間單薄的冷作模具。如上所述．前三類冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均採用高碳過共析鋼乃至榮氏體鋼。而對有的冷作模具加 切邊樓、沖裁模等．其對口單薄．使用時又受衝擊負荷作用則應以要求高的衝擊韌性為主。為了解決這一矛盾．可採取以下措施．①降低合碳量．採用亞共折鋼．以 避免由於一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高鋼的回火穩定性和回火溫度（240一270℃回火）這樣有利於充分消 除淬火應力使嘰提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成難熔碳化物的元素以細化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有6SiCr、 4CrW2Si；、5CrW2Si等。
3.充分發揮冷作模具鋼性能潛力的途徑
在用Cr12 型鋼或高速鋼做冷作模具時，一個很突出的問題是鋼的脆性大．使用中易開裂。為此，必須用充分鍛打的方法細化碳化物．除此之外應發展新鋼種。發展新鋼種的著 眼點，應是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數量。近年來國內研製並推廣以下幾種新鋼種、如表4.11所示。
Cr4W2MoV 鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優點．並具有較好的回火穩定性及綜合力學性能．用干製造硅鋼片沖模等．可使壽命比Cr12MoV鋼提高1~3倍以上但 此鋼鍛造溫區範圍較窄，鍛造河縣開裂．應嚴格控制鍛造溫度和操作規認Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低、淬火變形小、淬透性高．有空淬微變形模具鋼之 稱7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼．其特點是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。
二、熱作模具鋼
1.熱作模具的工作條件
熱作模具包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類。如前所述．熱作模具工作條件的主要特點是與熱態金屬相接觸、這是與冷作模具工作條件的主要區別。因此會帶來以下兩方面的問題：
（l）模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時．其模腔表面溫度可達300~400℃以上熱擠壓模可達500一800℃以上；壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類及 澆注溫度有關。如壓鑄黑色金屬時模腔溫度可達1000℃以上。這樣高的使用溫度會使模腔表面硬度和強度顯著降低，在使用中易發生打垛。為此．對熱模具鋼的 基本使用性能要求是熱塑變抗力高，包括高溫硬度和高溫強度、高的熱塑變抗力，實際上反映了鋼的高回火穩定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的第一種途徑， 即加入 Cr、W、Si．等合金元素可以提高鋼的回火穩定性。
（2）模腔表層金屬產生熱疲勞（龜裂）。熱模的工作特點是具有間歇性．每次使熱態金屬成形後都要用水、油、空氣等介質冷卻模腔的表面。因此．熱模的工作狀 態是反覆受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產生反覆的熱脹冷縮，即反復承受拉壓應力作用．其結果引起模腔表面出現龜裂，稱為熱疲勞現象，由此，對熱模具鋼提 出了第二個基本使用性能要求．即具有高的熱疲勞抗力。一般說來，影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有：
①鋼的導熱性。鋼的導熱性高，可使模具表層金屬受熱程度降低，從而減小鋼的熱疲勞傾向性。一般認為鋼的導熱性與合碳量有關，含碳量高時導熱性低，所以熱作 模具鋼不宜採用高碳鋼。在生產中通常採用中碳鋼（C0.3％5~0.6％）合碳量過低．會導致鋼的硬度和強度下降．也是不利的。
2.常用熱作模具用鋼
（1）錘鍛模用鋼。一般說來，錘鍛模用鋼有兩個問題比較突出一是工作時受衝擊負荷作用．故對鋼的力學性能要求較高，特別是對塑變抗力及韌性要求較高；二是錘鍛模的截面尺寸較大（＜400mm）故對鋼的淬透性要求較高，以保證整個模具組織和性能均勻。
常用錘鍛樓用鋼有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同類型的錘眼模應選用不同的材料。對特大型或大型的錘鍛模以5CrNiMo為好．也可採用5CrNiTi、 5CrNiW或5CrMnMoSi等。對中小型的錘鍛模通常選用5CrMnMO鋼。
（2）熱擠壓模用鋼，熱擠壓模的工作特點是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通常可達500一800℃。對這類鋼的使用性能要求應以高的高溫強度 (即高的回火穩定性）和高的耐熱疲勞性能為主。對ak及淬透性的要求可適當放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小於 70~90 mm。
常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％Cr型等熱作模具鋼．其化學成分如表4.16所示。
其中4CrW2Si．既可做冷作模具鋼，又可做熱作模具鋼．由於用途不同，可採用不同熱處理方法。作冷模時採用較低的淬火溫度（870—900℃）及低溫或中溫回火處理；作熱模時則採用較高的淬火溫度（一般為950一1000℃）及高溫回火處理。
（3）壓鑄模用鋼。從總體上看，壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，即以要求高的回火穩定性與高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上 與熱擠模用鋼相同．如常採用4CrW2Si．和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如對熔點較低Zn合金壓鑄模．可選用40Cr、30CrMnSi及 40CrMo 等；對Al和Mg合金壓鑄模，可選用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等對Cu合金壓鑄模．多採用3Cr2W8V鋼。
近年來．隨著黑色金屬壓鑄工藝的應用，多採用高熔點的鋁合金和鎳合金．或者對3Cr2W8V鋼進行Cr-Al-SI三元共滲，用以製造黑色金屬壓鑄模。最近國內外還正在試驗採用高強度的銅合金作黑色金屬的壓鑄模材料。
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