長祥鍛造模具有限公司
自20世紀80年代以來，中國引進了國外通用銘系熱作模具鋼，但很少報道國內熱作模具鋼與國外先進水平的比較。
本文選用國產H13、瑞典8407鋼從組織、沖擊韌性等方面進行對比分析，為明確國內外模具材料性能差異和模具材料選擇提供一定參考。
01
化學成分分析
國產H13、8407化學成分見表1便于比較，表1也包括在內GB/T 1299-2000相當于H13的4Cr5MoSiV化學成分及1鋼NADCA*優質鋼和優質鋼的化學成分為207-2003。
與8407鋼相比，國產鋼H13的P、S偏高，查閱過的文獻指出，降低鋼中P、S顯著提高沖擊韌性和斷裂韌性。
與國產H13比，8407降低了Si含量增加了Cr、Mo及V符合第二代的含量H13 “低Si高Mo研發思路。
一些研究表明，減少Si研究表明，含量可降低回火脆性，削弱脫碳敏感性Mo提高，可顯著增加H13淬透性，回火時能沉淀更多細桿M2C碳化物，強化基體。而V是強碳(氮)化物形成元素，V含量增加可以形成更小、更分散的內容MC碳化物顯著提高了回火穩定性。
總體而言，8407合金成分設計優于國內H13。
02
顯微組織退火
NADCA#207-2003標準規定,H13鍛后顯微組織退火為鐵素體基體上均勻分布有球狀合金碳化物。
國產H13、8407退火組織如圖1所示。
按NADCA標準，H13評為不合格。
8407鋼退火后碳化物顆粒分布均勻，但部分晶界仍有少量碳化物呈鏈狀沉淀。NADCA規定8407退火組織合格，符合高級優質鋼材標準。
03
夾雜物等級
國產H13、8407夾雜物類型及等級見表2，由表2知道。
兩者微清潔度一致，均不含B類和C其中類夾雜物A類和D類夾雜物的等級符合高級鋼的要求，但兩種產品都含有DS大顆粒球狀夾雜物均為1.0級DS類夾雜物，出現幾率較低，標準中未作要求，但若降低其等級其至消除，將利于產品質量提升。
04
晶粒度
NADCA#207-2003規定，經調質后，H13鋼的晶粒度不低于7級。國內分析H13鋼的晶粒度為9.5級，8407鋼晶粒度為10級，均符合國內標準要求H晶粒尺寸過大。
05
退火態硬度
NADCA#207-2003規定，H13退火硬度不高于235HB，最優值不高于205HB。國產H13和8407退火硬度見表3，均符合要求NADCA8407硬度更接近最佳值。
06
沖擊性能及斷口形狀
NADCA*根據207-2003標準，樣品經調質后的硬度要求為42-50HRC，最優為44-46HRC。
取樣沖擊試驗要求優質鋼的沖擊韌性不低于10.85J/cm2.高級優質鋼的沖擊韌性不低于13.56J/cm2。
國產H13和8407的調質硬度分別為48.1HRC和44.0HRC，滿足兩種產品NADCA但國產標準H13硬度稍高，8407調質硬度符合最優值.
對國產H13和8407鋼分別進行沖擊試驗H13沖擊韌性值為13.58J/cm2.8407的沖擊韌性為14.60J/cm2，滿足兩種產品高級優質鋼的要求，但8407的沖擊性能優于國產H13鋼。
圖2為不同H13鋼橫向沖擊試樣斷口形狀:分析圖2顯示，國產H13、8407斷口均為準解理和韌窩混合。
與兩者相比，8407宏觀斷口平面更加平整，表明整個斷口平面應力分布更加均勻。在應力作用下，這些孔沿空間三個方向均勻生長，形成一定數量的等軸韌窩，深度較大。
國產H13和8407鋼的斷口中有大量不規則方向分布的晶狀小刻面。這些小刻面通過撕裂連接，可以看到明顯的撕裂邊緣，前者有更多的撕裂邊緣。與兩者相比，國內H13鋼的準解理斷裂特性更為明顯。
韌性斷裂的大小、深度和數量是表示材料韌性水平的重要指標。8407韌窩尺寸和深度大，沖擊性能好。
橫向沖擊性能主要與鋼的成分、清潔度、帶狀偏析、沉淀碳化物的尺寸和分布有關。8407鋼P較低，而P降低鋼的冷脆傾向。
國產H13和8407夾雜物水平相等，但前者晶粒較大，韌性較差。
07
結論
(1)就成分而言:
國產H13-8407成分低P、低Si、高Mo、高V，但兩者都被評為高品質鋼。
(2)退火組織:
國產H球狀碳化物均勻分布在8407鋼鐵素體基體上，滿足高級鋼的要求。
(3)顯微清潔度:
夾雜物等級一致，均符合高檔優質鋼的要求，但均含DS類大顆粒夾雜物。
(4)晶粒度：
兩種產品的晶粒等級均合格，但8407鋼的晶粒等級較大，晶粒尺寸較小。
(5)退火硬度:
退火態度的硬度符合標準要求，但8407鋼的硬度較低。
(6)沖擊性能:
兩種產品都符合高級鋼的要求，但8407鋼比國產鋼好H沖擊韌性高，沖擊性能更好。
