模具钢材H13的微合金化研究

目前，国内外改进型模具钢材H13的合金化思路包括：①提高Mn含量；②降低Si含量提高Mo含量，如ASSAB公司的Dievar；③ 高碳高硅、低Cr、高Mo，如Uddeholm公司的HOTVAR专利钢；④加入微合金元素Nb、Ti等。其中低Si高Mo的合金化途径与加Nb合金化的方法是当前H13钢成分设计上的两种趋势。

㈠模具钢材H13的低Si高Mo合金化

⒈对于Si含量降低的作用有：(1)“∨”形或“∧”形偏析减轻；(2)宏观组织均匀化；(3)微观凝固组织的树枝晶细化；(4)减少凝固时凝固界面上的成分过冷；(5)共晶碳化物的减少；(6)奥氏体晶粒细化；(7)塑性和韧度提高；(8)高温疲劳裂纹扩展速度减小；(9)蠕变裂纹扩展速度降低；(10)淬火冷却抑制贝氏体转变；(11)抗热裂性提高。但Si含量降低带来的不足是切削性能降低。

⒉对于高Mo的优点有：(1)提高淬透性，抑制晶界碳化物的析出和贝氏体转变；(2)提高回火抗力；(3)提高高温强度和高温蠕变强度；(4)提高抗热裂能力；(5)提高韧度；(6)共晶碳化物细化和碳化物分布均匀。关于抑制贝氏体转变有资料报道：对610mm×203mmX 500mm的H13模块经3bar氮气气淬后心部和表面的贝氏体量分别达70%和40%，而对低Si高Mo的SKD61钢相应仅有2％和1%，这对模具使用寿命的提高十分有利。

⒊闵永安，吴晓春等学者在热作模具钢H13的基础上降低Si、V含量，提高Mo含量，研制了新钢种SDH8。通过对比试验对SDH8和H13进行了研究。结果表明，经同样的熔炼及常规热处理，室温时SDH8钢的硬度和冲击韧性都高于H13钢，而在中低温淬火后差值更大，且此时SDH8钢的热稳定性也明显高于H13钢，在相同热处理条件下SDH8钢的硬度明显比H13钢高，并显示出比H13钢优越的热稳定性。

㈡模具钢材H13的添加Nb合金化

在模具钢材H13中加入Nb的作用：铌的碳化物(和碳氮化合物)具有很高的高温稳定性，Nb相对于V更易形成稳定、细小的MC型碳化物，要达到相同的强化效果，用Nb量仅需V的1／2 。此外，由于Nb形成的MC型碳化物更为稳定细小，因而有助于提高奥氏体化温度，并阻止奥氏体晶粒长大。较高的奥氏体化温度可将部分粗大的碳化物充分溶解，使马氏体中碳和合金元素含量增加，提高淬火硬度；同时，淬火温度的提高有助于回火时弥散碳化物的析出，增加二次硬化效果，进一步提高强韧性、回火稳定性和热疲劳抗力。李麟、吴晓春等学者在H13钢合金成分设计中添加了0.01的铌，研究表明，其力学性能没有明显改善，但其热稳定性、回火稳定性及抗高温氧化性能有一定提高。同时发现，在H13钢中添加微量的铌可阻碍热疲劳裂纹的扩展，提高热疲劳抗力，显著改善模具钢材H13的热疲劳性能。