近年來，由于塑料模具的快速發展， 在許多發達國家，冷模具的產值降至第二位， 但仍占模具總產值的1/3左右。 汽車工業是模具的最大用戶。 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。冷模具在汽車工業中的應用非常大。 由于新車型的增加， 速度越來越快。 對冷模具的性能、質量和品種提出了更高的更新要求。 因此，冷模具鋼的發展尤為重要。
冷模鋼的發展現狀
雖然我國冷模具鋼生產總量不斷增加， 但鋼種相對單一。雖然國內冷模具鋼在低端模具鋼市場具有價格優勢， 但高端冷模具鋼仍需從日本、德國、瑞典等國家進口， 使企業模具生產成本高， 在很大程度上限制了國內冷模具鋼的發展。因此， 迫切需要開發國內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重， 熱加工容易形成網狀碳化物， 韌性差， 嚴重影響模具壽命。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Cr12系冷作模具鋼如Cr12MoV、Cr12Mo1V1.它是20世紀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， 偏析嚴重。 雖然耐磨性好， 但韌性差， 熱處理后經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，上海大學謝殷子等Cr12MoV在適當降低成分的基礎上C、Cr提高共晶碳化物偏析的含量Mo、V 開發了細化晶粒、增強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， 其機械性能已達到甚至優于進口Cr8系冷作模具鋼。
對上海大學李晨輝、謝塵等進行了比較研究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量Cr8型模具鋼合金化原理。SDC99反映了良好的綜合力學性能， 物理質量相當于同類進口模具鋼。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Mo、V等強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化晶粒, 強化基體, 增強韌性。
冷模鋼的發展方向
國家十三五計劃中的高性能工模鋼及應用項目 (2016年7月)~ 已進入2021年6月中期， 該項目代表了國內模具鋼發展的前沿， 也展示了國內模具鋼的發展方向。冷模具鋼的主要發展趨勢是通過改進成分、 冶煉和熱處理工藝的不斷優化， 提高其綜合力學性能。 耐磨性高、強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
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， 的組織結構與粉末冶金材料相同， 但碳化物略厚。其生產成本低于粉末冶金， 目前廣泛應用于高合金材料中。
2.新的熱處理工藝
冷作模具鋼應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℃ 是傳統熱處理工藝的延伸。相關研究表明， 與未經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.發展Cr8系冷作模具鋼
目前，冷作模具鋼應用最廣泛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， 配合強韌性優越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應用前景不廣闊。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 (≥800MPa) 大型鋼板冷沖壓Cr8類冷模具鋼。下圖為冷模具鋼的研發趨勢。冷模具鋼的重要發展方向是通過合理的合金手段進一步提高新型冷模具鋼的綜合性能。
結 語
目前，我國模具產能超過2000億元， 已發展成為世界模具生產大國， 但與美國、德國、日本等工業發達國家相比， 中國模具行業整體水平相對落后10年。十三五是我國模具行業從大到強發展的關鍵時期。 挑戰與機遇并存， 任務艱巨。行業應制定統一的行業標準，評價和衡量材料性能，規范生產過程中的各種工藝，建立有影響力的國內品牌，以提高國內冷模具鋼的整體形象。此外，我們還應及時了解發達國家的最新趨勢和研究成果， 開發新產品， 實現高端冷模具鋼的定位。只要整個行業堅持改革創新， 加快轉型升級步伐， 將實現2020年進入世界模具強國的戰略目標。
