模具钢产业发展概况及十二五展望

　　模具材料是模具制造业的物质和技术基础，其中模具钢是传统的模具材料，其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用。模具钢的发展也推动了工业产品向高级化、个体化、高附加值化的方向发展。

　　一、模具钢分类及选择

　　模具的用途很广，各种模具的工作条件差别很大，所以，制造模具用材料范围很广，在模具材料中应用最广的当属模具钢。模具钢按用途一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料成型用模具钢三大类。从—般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢直到适应特殊模具需要的马氏体时效钢以及粉末高速钢、粉末高合金模具钢等。

　　冷作模具钢主要用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具。如：冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、压印模具、冷挤压模具、螺纹压制模具和粉末压制模具等。冷作模具钢的范围很广，从各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢。

　　热作模具钢主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具。如：热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。常用的热作模具钢有：中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具钢；对特殊要求的热作模具钢，有时采用高合金奥氏体耐热模具钢制造。

　　塑料模具用钢包括碳素结构钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢、易切塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、马氏体时效钢以及镜面抛光用塑料模具钢等。由于塑料的品种很多，对塑料制品的要求差别也很大，对制造塑料模具的材料也提出了各种不同的性能要求。所以，不少工业发达的国家已经形成了范围很广的塑料模具用钢系列。

　　对于模具钢材料的选择，国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉认为应该根据模具的生产条件和模具的工作条件的需要，结合模具钢材料的基本性能和相关的因素，来选择适合模具需要的经济上合理，技术上先进的模具钢。对于一种模具，如果单纯以材料的基本性能考虑，几种模具材料都能符合要求，然而必须综合考虑模具的使用寿命，模具制造工艺过程的难易程度，模具制造的费用以及分摊到制造的每一个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合实际的正确结论。罗百辉表示，模具钢选择的主要指标，包括以下四个方面：模具钢的基本性能、模具钢的工艺性能、模具钢的冶金质量、模具钢的通用性。

　　1、模具钢的基本性能

　　一般指模具钢的耐磨性、韧性、硬度和红硬性。这三种性能可以比较全面地反映模具钢的综合性能。

　　(1)耐磨性模具工作时，表面往往要与工件产生多次强烈的摩擦，这样便要求制作模具的材料能承受机械磨损，即使在承受重载和高速摩擦时，也不至于和被加工工件的表面之间产生粘附、焊接招致工件表面擦伤，使模具仍能保持其尺寸精度和表面粗糙度。

　　(2)模具钢的韧性对于受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲头、锤用热锻模具、冷镦模具、热锻模具等，模具钢的韧性是十分重要的考虑因素，对于在高温下工作的模具，还必须考虑其在高温下的高温韧性。对于多向受冲击载荷的模具，还必须考虑其向性。

　　(3)硬度和红硬性硬度是模具钢的主要技术性能指标，模具在工作时必须具有高的硬度和强度，才能保持其原来的形状和尺寸，一般冷作模具钢，要求其淬回火硬度为HRC60左右，而热作模具钢则为HRC45-50左右。

　　红硬性是指材料在一定温度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力，对于热作模具钢和部分重载荷冷作模具钢，是重要的性能指标。

　　2、模具钢的工艺性能

　　一般指可加工性、淬火温度范围和淬火变形程度、淬透性和淬硬性、氧化脱碳敏感性。

　　(1)可加工性包括冷加工性能，如：切削、磨削、抛光、冷挤压、冷拉工艺性，热加工性能包括热塑性和热加工范围温度等。

　　(2)淬火温度范围和淬火变形要求模具钢有较宽的淬火温度范围和程度较小的淬火变形。

　　(3)淬透性和淬硬性淬硬性取决于钢的含碳量，淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。对于大部分要求高硬度的冷作模具，对淬硬性要求较高；对于大部分热作模具和塑料模具，对于硬度的要求不太高，往往更多考虑其淬透性；特别是对于一些大截面深型腔模具，为了使模具的心部也得到良好的组织和均匀的硬度，就要求选用淬透性好的模具钢。

　　(4)氧化脱碳敏感性模具在加热过程中，如果产生氧化脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，影响模具的硬度、耐磨性和使用寿命，招致模具早期失效。通过真空热处理等特殊热处理工艺，可避免氧化脱碳。

　　3、模具钢的冶金质量

　　冶金质量也对模具钢的性能有很大的影响，只有具有优秀的冶金质量，才能充分发挥模具钢的各种性能。冶金质量一般包括以下几方面：冶炼质量，锻造轧制工艺性能，热处理和精加工性能，导热性及精料和制品化程度。

　　4、模具钢的通用性

　　模具钢一般用量不大，品种规格很多，为了便于在市场卜采购和备料，应该考虑材料的通用性，除了特殊要求以外，尽可能采用大量的通用型模具钢，由于通用型模具钢技术比较成熟，性能数据完整，便于在设计和制造过程中参考。另外选用通用型模具钢，便于采购备料和材料管理。总之，选用高质量，高性能、高精度的模具钢的精料和制品，高效率、高速度、低成本的生产高质量的模具，已经成为当前工业发达国家模具制造业的主要发展趋势，我国也正在向这一方面努力。

　　目前我国模具选材用钢较为广泛，除了工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有二十余种，而用量最多的只有八种：Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、SCrNIMo、45、40Cr。据估计，这八个钢号年用量占我国模具钢年总用量的80%。

　　随着工业生产发展和少、无切削工艺广泛应用，对模具钢性能提出了更多、更高的要求，常用钢种已经不能完全满足需要，迫切需要研制和应用新型模具钢。

　　近年来，国内研制了近二百种新型模具钢种，如超硬高速钢W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb等；强韧耐磨钢7Cr7Mo2V2Si、Cr8MoV2Ti等；高速钢基体钢65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl等；中碳超高强度钢4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB等；时效钢25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl等；火焰淬火钢7CrSiMnMoV、7Cr2 SiMnMoV TiRe等；易切削模具钢8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa等。也引进了国际通用的几种美国钢号，如D2(Cr12MolV1)、H13(4Cr5MoV1Si)、P20(3Cr2Mo)等。新钢种满足了模具较高力学性能、特殊工艺性能和特殊使用性能的需求，解决了模具设计、加工、使用中的一些难题，大幅度提高了模具使用寿命，带来十分显著的经济效益和社会效益，对工业发展和少、无切削工艺广泛应用起了极大促进作用。但因多种不利因素的影响，新型模具钢的应用量仍然较少，年用量仅相当于模具钢年总用量的1／40～l／50。当然其用量仍呈逐年上升态势。

　　“十二五”，我国模具工业进人了高速发展时期，这极大地促进了模具钢生产、应用技术的进步。通过引进先进的设备和技术，已能生产高质量的模具钢，有些钢种的冶金质量已达到国际先进水平，并有少量出口，在国际上享有一定的声誉。但应看到，我国模具钢生产、应用的总体水平仍然较低，存在许多长期没有解决的问题。国产模具钢绝大多数是电炉钢，钢的成分偏析大，纯净度低，碳化物级别偏高，疏松级别超标，模块的纵横向性能相差悬殊。罗百辉分析认为，模具钢材料利用率低，原因是钢材中圆棒料占85%以上，锯料、改锻中消耗量大；模块、扁钢、板材等品种很少，精品、制品更少。模具钢改锻效果差，绝大多数改锻仅以模坯达到形状、尺寸为目的，忽视组织改善，以致模坯中仍保留超级别的碳化物和不利的流线分布。模具选材和热处理不当也是模具钢应用中一个突出问题。模具设计、制造者不熟悉材料和热处理，热处理技术人员不熟悉模具工况条件，常常造成选材或热处理工艺不与模具相匹配。此外，热处理工艺执行不严，热处理设备和工艺落后，操作不当造成模具变形、开裂，是普遍存在的。调查表明，模具因选材和热处理不当造成早期失效者占70%左右。表面处理在模具上的应用，除渗碳、渗氮外，其它扩渗处理(渗非金属，渗金属)应用很少，镀膜和喷涂处理应用更少。一些应用又常因种类和工艺选择不当，达不到预期效果，甚至不但无益，反而有害，成为模具钢应用技术中一个薄弱环节。

　　二、我国模具钢技术发展概况

　　模具是工业发展的基石，世界各国的制造业为了降低产品成本，提高产品质量和生产效率，改善材料利用率，节约能源，广泛地采用各种模具成形：工艺代替传统的切削加工工艺。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉介绍，目前机械制造、电子工业、轻工业等工业部门的产品约有60%~80%的工件采用模具成型。很多产品的质量、尺寸精度、表面粗糙度、更新换代的速度和产品的成本，很大程度上取决于模具的质量、使用寿命和制造周期。作为主要模具材料的模具钢则是模具制造的基础，随着模具工业的迅速发展，对模具钢的数量、质量、品种、规格、性能等各个方面、不断地提出更高、更新的要求。近年来，国内外模具钢的产量、生产技术、工艺装备、质量、品种等方面都取得了比较迅速的发展。

　　1、模具钢钢种的发展

　　我国模具钢的产量早已位居世界的前列。近20年来模具钢的产量增长很快，领先于其他钢类，模具钢的产量占合金工具钢的80%左右。随着模具工作条件的日益苛刻，各国在原有的冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类的基础上，又相继发展了不少适应新的要求的新钢种。

　　在冷作模具钢中，所发展的材料有：

　　(1)高韧性、高耐磨性模具钢这些钢C、C含量低于传统的Crl2型模具钢，增加了Mo、V合金数量，其耐磨性优于Crl2MolVl钢，韧性和抗回火软化能力则高于Crl2，如美国钒合金钢公司早期发表的VascoDie(8Cr8M02V2Si)、日本大同特殊钢公司的DC53(CrSM02VSi)，我国自行开发的则有7CrTM02V2Si(LD钢)、9CrW3M02V2(GM钢)等，分别用于冷挤压模具，冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具。

　　(2)低合金空淬微变形钢这类钢的特点是合金含量低(≤5%)，淬透性、淬硬性好，Φ100mm的工件可以空冷淬透、淬火变形小、工艺性好，主要用于制造精密复杂模具。如美国ASTM标准钢号A4(Mn2CrM-o)、A6(7Mn2CrMo)、日本大同特殊钢公司的G04。我国自行研制的Gr2Mn2SiWMoV和8Cr2MnMoWVS等钢种也属于低合金空淬微变形钢，后一种钢号还兼备优良的切削性。

　　(3)火焰淬火模具钢这类钢的特点是淬火温度范围宽，淬透性好。由于火焰局部淬火的工艺简便、以缩短模具制造周期，降低制造费用等特点，已经广泛地用于制造剪切、下料、冲压、冷镦等冷作模具，特别是大型镶块模具，如东风汽车公司采用我国研制的7CrSiMiMoV火焰淬火钢制造汽车大型覆盖件镶块冲模刃口材料，取得了很好的使用效果。这类钢代表性的钢号有日本爱知公司的SX5(Cr8MoV)，大同特殊钢公司的G05，日本日立金属公司的HMDl。

　　(4)粉末冶金冷作模具钢采用粉末冶金工艺生产的高碳高合金钢，由于钢液雾化形成的微细钢粉凝固很快，可以完全避免一般工艺生产的高碳高合金冷作模具钢在浇注后缓慢凝固产生的粗大碳化物和偏析等缺陷。特点：磨削性好、韧性好、等向性好、热处理工艺性好。已发表的粉末冷冶金钢号有美国坩埚钢公司的CPM9V，CPMl0V，日本日立金属的HAP40等。

　　在热作模具钢中新发展的材料有：

　　(1)通用型热作模具钢1.5155NiCrMoV6为代表的低合金热作模具钢，以H13(4CrSMoSiVl)为代表的中合金热作模具钢；以HIO(3Cr3M03VSi)钨系钼系热作模具钢。目前在我国4CrSMoSiVl是产量最高的热作模具钢。

　　(2)高淬透性特大型锻压模块用钢淬透性好，尺寸较大的模具心部可以获得均匀的性能。如IS04957标准中的40NiCrMoV；法国NF-35-590标准中的dONCDl6；我国的4Cr2MoVNi、3Cr2MoWVNi等。

　　(3)高热强性模具钢又可分为以下四类。

　　a.中合金高热强性模具钢，一般是在3Cr3M03Si-V(H10)和4CrSMoSiVl(HB)钢的基础上增加W、Mo、Co、Nb等元素，提高其高温性能。如美国ASTM标准钢号H10A、我国开发的3Cr3M03W2V等。

　　b.沉淀硬化型热作模具钢，这类钢的含碳量较低，一般在2%左右。含有一些沉淀硬化的合金元素如V、Nb、Ni、Al、Mo等，模具淬火后，采用较低温度回火(≈400℃)，硬度为40HRC左右，由于含碳量低，中温回火后的组织为板条状低碳马氏体，具有良好的韧性，而且具有良好的切削性，可以进行型腔加工。模具在使用过程中，与高温工件接触的工作表面被工件加热到钢的沉淀硬化温度(500~600℃)，由于合金碳化物和金属间化合物的析出，工作表面的硬度可上升到45~48HRC，提高了型腔表面的耐磨性模具心部仍保留原有的组织和高韧性，从而提高了模具的使用寿命。如日本日立金属公司的YHD3、大同特殊钢公司的DH76等。

　　c.低碳高速钢和基体钢高速工具钢具有良好的抗回火软化性能和高温硬度，但是其韧性和抗冷热疲劳性能较差。低碳高速钢是将高速钢的碳含量由1%左右降至0.3%-0.6%，在牺牲部分红硬性和耐磨性的情况下，提高韧性和抗冷热疲劳性能，如美国ASTM标准钢号H42，我国标准钢号6W6MoSCr4V。基体钢的化学成分相当于淬火后的高速钢基体组织成分，所以淬火后过剩碳化物的数量少，细小均匀，使钢的韧性和抗冷热疲劳性能进一步得到改善。如美国钒合金铁公司的VasooMA(5Gr4W3Mo2V),我国的6Cr4Mo3W2VNb。这种钢由于综合性能较好，即可以用于热作模具钢，也可以用于制造高性能的冷作模具。

　　d.奥氏体型热作模具钢，这类钢经固熔时效处理后，在700-800℃仍保持较好的强度，如日本日立金属公司的5Mnl8CrlOV2，我国的7Mnl0Cr8Nil0M03V2等。

　　塑料模具钢由原国标中的3Crl2Mo(P20)一个钢号发展成由有以下七大类构成的塑料模具用钢系列：

　　(1)非合金塑料模具钢主要用于制造生产通用型热塑性塑料生产工件批量不大，技术要求不太严格制品模具。如20、45等碳素结构钢和T8、T10等碳素工具钢。

　　(2)预硬型塑料模具钢采用中碳合金钢预先经过淬火和高温回火状态下(硬度为30~40HRC)交货：代表性的钢号如美国的P20、瑞典ASSAB公司的718(3Cr2MnNiMo)，日本大同特殊钢公司的PDS5，我国的3Cr2Mo等。

　　(3)时效硬化型塑料模具钢由于时效温度低，变形小，而且有规律，适用于制造形状复杂，尺寸精度要求高的模具，如美国ASTM标准钢号P21，日本大同特殊钢公司的NAK55(2Ni2A1CuMoS)，NAK80，我国的25CrNi3MoAl等。

　　(4)渗碳型塑料模具钢一般为C、Si含量很低的低碳钢或低碳合金钢，以保证钢在常温下具有高塑性和很低的变形抗力，以便进行型腔的冷挤压，挤压成型腔后进行渗碳淬火、回火，使模具表面具有高硬度和抗磨损性能，一般用于制造要求耐磨性较高的热固性塑料模具和增强塑料模具。如美国ASTM标准钢号P2(10CrMo)、P3(10CrNi)；我国的20Cr、12CrNi2等。

　　(5)整体淬硬型模具钢一般都是借用高耐磨性冷作模具钢及热作模具钢。如Cr5M01V(A2)和Crl2MolVl(D2)等冷作模具钢和4Cr5MoSiVl等热作模具钢。

　　(6)耐蚀塑料模具钢有些塑料制品如聚氯乙烯、氟化塑料、阴燃塑料等在压制过程中对模具有腐蚀作用，因此，对此类塑料模具一般采用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢，如瑞典ASSAB公司的STVAX(4Crl3)，我国的研制的PCR(OCrl6Ni4Cu3Nb)等。

　　(7)无磁塑料模具钢为了适应磁性塑料制品的生产，国内外发展了一些无磁塑料模具钢，将奥氏体型模具钢通过时效硬化处理得到要求的硬度强度和低的导磁率，如日本日立金属公司的HPM7，我国的7Mnl5Cr2A13V2WMo等。

　　此外，为了适应塑料模具制造过程中的一些对钢的工艺性能的特殊要求，发展了以下四类专用的特种塑料模具钢种。

　　(1)镜面磨削用塑料模具钢纯净度、致密度高，材质均匀性好，且淬回火硬度较高。适用于制做光学仪器、电子设备的透明制品。如瑞典材料S136，日本大同特殊钢公司的S-STAR等。

　　(2)非调质型预硬塑料模具钢锻(轧)后直接得到要求的硬度，一般为30-40HRC。如我国的3Cr2MnMo-VS钢等。

　　(3)高焊接性塑料模具钢此类钢焊接性能很好，可以避免或简化焊前预热或焊后处理工艺，以便模具的堆焊修复工作。如日本大同特殊钢公司开发的PXZ、PX5及NAK55等。

　　(4)易切削塑料模具钢此类钢由于既加人了S等易切元素，又同时加入了Ca等变性剂，所以既改善了钢的切削性能，又抑制了硫对钢的力学性能和热加工性能的不利影响。如日本大同特殊钢公司的NAK55，DHA2F，我国的5NiCaS等。

　　模具的工作条件日益苛刻，对模具材料的质量水平，特别是模具钢的纯净度，等向性的水平，提出了更高的要求，由于模具的加工费用昂贵，要求提高钢材的尺寸精度，减少加工公差，改善其切削性能，以降低模具的生产成本，罗百辉指出，当前我国模具制造业日益向通用化、标准化、系列化、高效率、短制造周期发展，为适应这些发展的需要，作为使用最频繁的模具材料的模具钢也在日益向多品种、精料化、制品化的方向迅速发展。如新型扁钢连轧机的不断投入和宽厚板轧机的技术改造的日益完善，模具钢的品种规格越来越多样化。国内外特殊钢企业针对以上要求，在模具钢的生产工艺装备上相应地做了大量的工作，取得了显著成绩。

　　具体体现在以下几方面：

　　(1).不断改善冶炼工艺和装备；采用电炉+炉外精炼生产纯净度较高的模具钢。

　　(2).选用更合理的热合工工艺；采用先进的轧制、锻造工艺，提高钢材成材率。

　　(3).采用可进一步细化钢材组织的热处理方法；提高钢材的均匀性和等向性。

　　(4).配备可生产高附加值模具钢的深度加工工艺装备；加工出高附加值的模板、模块、模架和模具标准件。

　　(5).将模具钢的生产从分散趋于集中，便于形成规模大、功能全的模具钢生产基地。

　　2、模具钢技术发展现状

　　建国以来，我国模具钢生产技术发展很快，从无到有，从仿制到自己开发，目前我国模具钢的产量已跃居世界前列。绝大部分国外的标准钢号和试制的的钢号，我国也都进行了生产或试制工作，通过几次钢种整顿和标准修订初步形成了我国的模具钢系列，在模具钢的生产技术，品种质量，工艺装备科研开发及材料应用等方面都取得了很多进展。但是，由于我国模具钢发展历史短，与国外相比还存在着不少问题和差距。

　　(1) 钢种系列不够充实完整，有的钢种(如粉末冶金高合金模具钢)尚属空白。

　　(2) 钢种的产品结构和选用不合理，很多模具钢仍沿用传统的几种老牌号，不能满足日益增长的模具产品的需求，导致模具使用寿命不高，产品精度低，粗糙度差。

　　(3) 钢材品种规格少，目前国内市场上的模具钢产品仍以黑皮圆棒材为主。品种比较单一，精料和制品的比例很低。由于原料加工余量大，材料利用率低，拉长了模具的制造周期。

　　(4) 生产工艺和装备方面。

　　特殊钢的质量控制、检测手段落后，缺乏热处理深度加工和在线质量检验设备。缺少生产高性能粉末冶金模具钢的设备。缺乏专业化生产的工模具钢生产线和模具钢开发中心。

　　三、国外模具钢发展比较分析

　　目前随着模具制造业的不断发展，对模具钢从冶金质量、数量、性能上要求不断提高，在国外出现高合金、高质、优化、低级材料强化及扩充材料领域等趋向，模具材料由低级向高级发展，发展的趋向是碳素工具钢→低合金工具钢→高合金工具钢，相继出现一系列新型模具材料，模具标准钢号的合金化程度也日趋提高，例如美国，15种热作模具钢合金元素全部大于5%，而合金元素大于10%的有10种，用量占80% 。

　　国外相继开发的新型热作模具钢包括：（1）高淬透性特大型锻压模具钢，如国际标准ISO中的40NiCrMoV7，法国NF标准中的40NCD16等；（2）高热强性模具钢，如美国H10A，日本日立金属公司的YHD3，以及特殊钢公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V2钢等；（3）高温热作模具钢，如美国T2M、T2C，日本的Nimowal等。

　　为了满足冷作模具的特殊要求，各国发展的新型冷作模具钢有：（1）高韧性、高耐磨性模具钢，如美国钒合金钢公司的VascoDie(8Cr8Mo2Vsi)钢，日本大同特殊钢公司的DC53钢等；（2）低合金空淬微变形钢，如美国ASTM标准钢号A14、A16，日本的G04和ACD37等；（3）火焰淬火模具钢，如日本爱知SX5、SX105V，日本日立HMD1、HMD5等钢；（4）粉末冶金冷作模具钢，如美国CPM10V，德国320CrVMo13.5等。

　　国外新型塑料模具钢的发展趋势主要有以下几个方面：（1）易切削、抛光性好的塑料模具钢，如美国的412、M-300，日本的YAG，英国的EAB，瑞典的STAVAX-13等；（2）预硬化型塑料模具钢，如美国P20、445，日本的PDS，德国MOVTREX-A(2312)等；（3）整体淬硬型塑料模具钢，如美国A2、D3和H13等；（4）耐腐蚀塑料模具钢，如国标ISO中的110CrMo17，瑞典ASSAB公司的4Cr13等；（5）无磁塑料模具钢，如日本大同特殊钢公司的NAK301等。

　　国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉指出，国外模具制造业正在向通用化、标准化、系列化、高效率、 短制造周期发展，CAD和CAM的应用日益普及。为了适应模具制造业发展的需要，模具材料日益向多品种、精细化、制品化的方向迅速发展。随着模具工作条件的日益苛刻，对模具的质量，特别是钢的纯净度、等向性的水平提出了更高的要求。为达此目的，国外普遍采用电炉+炉外精炼工艺生产纯净度高的模具钢，对于大截面锻压模块和大型的钢材规定采用真空处理。对于纯净度要求更高的模具钢，大部分采用电渣重熔，以进一步提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析。 因此，模具钢的质量有了较大提高。为了加强竞争力量，适应经济全球化的发展趋势，国外模具钢的生产从分散趋向于集中，并多家公司进行跨国合并。为了更好地进行竞争，这些公司都建成了完善的技术先进的模具钢生产线和模具钢科学研究基地，形成几个世界著名的工模具生产和科研中心，以满足迅速发展的模具工业。

　　总体而言，我国模具钢还比较落后，尤其是用于制造高档次模具的钢材，仍然在使用进口钢，与国际先进水平相比，主要有以下差距：

　　(1) 模具钢品种、规格不全，低档次较多，高档次较少。高质量、高性能模具钢的品种少。从品种方面，尚未形成塑料、玻璃、建材、陶瓷等专用的模具钢系列。钢材中扁钢、模块、精料制品比例比较低，钢材的利用率较国外低10 %左右。为满足制造大型、精密、复杂、高寿命模具的需要，国外发展预硬化钢，而国产钢基本上停留在退火阶段，或热轧状态供货，并且供货周期较长，这是我国家电行业大量进口模具钢的主要原因。

　　(2) 模具钢的专业化生产程度较低。钢材的质量、性能稳定性较差，外观质量较差。中国模具钢分散在几十个企业生产，大部分生产厂家的生产工艺装备不配套，特别是后部工序，深加工设备落后，从而制约国产模具钢质量的提高和性能的提高。

　　(3) 模具钢供销渠道有待畅通。模具制造多为单件或小批量生产，并所需钢材的品种多、规格多、数量少、需求供货及时的行业特点，与冶金厂的批量生产有矛盾。国外通过钢材商店可随时解决零售问题。国内近几年来也出现了部分代理商、钢材商店等中间销售环节，但在模具钢销售的服务意识和水平与国外先进水平还有一定差距，影响了国产模具钢的推广和应用。例如Bohler - Uddehum的全球10 万用户中，大多是工程师指导用户使用。

　　值得注意的事，我国模具的质量和服务，离用户需求的差距相当大，因而出现了不少“宁可出高价买国外的，不愿以低价买国内的”的不正常现象。部分的国内外模具钢价格比较见表1。由表可知，进口钢材价格要比国内价高出3~6倍，从同一钢种的价格差距上反映出我国模具钢的落后面貌。

　　根据对国内外模具钢的对比研究发现，国外模具钢的品质主要体现在：纯净、均匀、组织细小、尺寸精确。这些方面的差距造成我国冷作模具钢在与进口钢同样强度下韧性不足，耐磨性低下；而热作模具钢的高温强度和热疲劳性能都低，使国产模具钢的模具寿命较进口钢的模具寿命明显的低。

　　以H13为例，与进口H13相比，国产H13夹杂物、一次碳化物较多；退火组织中碳化物有明显沿晶界分布现象；心部横向冲击韧性只有纵向的0.2~0.3等等。但是，尽管这些国产H13钢存在上述诸多质量问题，却均是按国家标准生产合格的正规产品。这就暴露我国国家标准GB1299-2000与北美压铸协会标准NADCA#207-90的差距。表2是不同国家H13钢的化学成分标准。以北美压铸协会标准考核检测时可发现的退火组织、带状组织、和冲击韧性等问题，均不是我们国家所考核的指标。这正是国产H13钢生产质量差的关键问题。

　　我们要清楚地认识到，在国外先进国家的企业，只是把国际标准作为最低标准，他们真正贯彻或执行的是比国际标准更高的“企业标准”或“内控标准”，如瑞典UDDEHOLM公司和奥地利Bohler公司均有非常严格的企业标准。这一现实正好与我国目前的情况相反，是不利于我国模具钢发展的。为此，我国模具钢的国家标准应尽可能地向国际先进标准靠拢，这样才会促进我国模具钢水平的提高，改变我国模具钢质量普遍较低的现象。

　　四、十二五期间模具钢产业发展展望

　　模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。“十二五”期间，我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。我国合金模具钢与美、日、法及瑞士等国际先进水平相比还存在一定的差距，在品种、质量、尺寸规格及性能等方面都难以满足市场需求，导致我国每年大批的中高档模具必须从国外进口。进口模具钢的规格主要是大尺寸的锻制模块(厚250~800mm) × (宽600~1200mm)及大尺寸的模具扁钢(厚30~300mm) × (宽400~1500mm)，这在国内目前只有少数钢厂能生产。进口材料中：热作模具钢约占20% (2万t/年左右)，主要是H13 (日本牌号SKD61)；冷作模具钢约占20% (2万t/年左右)，主要是D2 (日本牌号SKD11)；塑料模具钢约占60%(6万t/年左右)，主要是P20及其改进型738。进口模具钢的价格很贵，一般为国产钢的3~5倍，罗百辉表示，对于进口模具钢材，大部分产品我国有能力进行研究开发，关键问题在于加强模具钢的基础研究和生产工艺的攻关，提高国产模具钢的质量和性能水平。另外，塑料模具钢必须以预硬化状态交货，并有良好的抛光性能。模块最好能六面光并且有良好的内在质量。

　　模具钢发展方向

　　－模具日趋大型化:模具成型零件日趋大型化，另一方面，为提高生产效率，一模多腔，因此大型模块钢需求量将逐年增加。

　　－模具的精度越来越高，要求钢材的质量好，尺寸稳定性好。

　　－塑料模具钢、压铸模具钢的需求量不断增加。

　　－中高档模具钢的需求量不断增加，低挡模具钢过剩。

　　另外，随着模具标准件应用日益广泛，模具标准化、商品化程度的提高，对于模具钢产品质量、品种规格、以及交货周期将提出更高的要求。

　　因此，钢铁企业要根据国内模具制造业发展的趋势和模具市场的需求，抓紧研制开发高精度、高韧性、耐腐蚀、高质量的模具钢新品种，使国产的热作和冷作模具钢达到世界先进水平。

　　十二五模具钢发展重点应在下列几个方面：

　　(1)提高冶金质量，增加精品规格

　　采用先进的设备和技术，采用先进的冶金方法和工艺，如炉外精炼，电渣重熔，真空处理，多向锻轧，精锻、精轧，生产纯净度的优质钢材；增加生产高均匀性、高等向性的模块、扁钢、方钢、板材等。通过机加工、调质处理等方法提供制品化、精品化的模具钢产品。把我国丰富的合金资源及劳动力资源转化为模具钢产品优势，提高国际市场竞争力，扩大出口，这是我国模具钢发展的战略目标。

　　(2)研制推广应用新型模具钢

　　国内新型模具钢种类繁多，但研制新型模具钢的空间仍然很大、况且有些新钢种性能有待改进。如铝合金大型铸件日渐增多，研制大型铝合金压铸模具钢仍是当务之急。又如建筑业近年发展很快，研制价格低、耐磨性高、有足够强韧性的陶瓷、耐火砖模具钢也是一个急需解决的课题。

　　鉴于新型模具钢能大幅度提高模具使用寿命，能解决模具设计、制造、使用、修复中的生产和技术难题，能获得巨大综合效益，应大力推广应用新型模具钢，可望新型模具钢应用量逐年增加。同时也要重视老钢种的使用，通过合理选材，采用新工艺，扬长避短，发挥其更大效用。罗百辉指出，要充分发挥现有设备，特别是新引进设备的能力，大力发展高精度高质量模具扁钢和中厚模具钢板的生产。至少应达到模具钢产量的3%左右。扩大精料生产，根据需要提供剥皮、冷拔、银亮钢材的生产，逐步开发经过机械加工和淬回火处理的模块和制品，提高产品的附加值。

　　(3)建立模具选材用材专家系统

　　随着产品品种多样化，模具工况条件复杂化，合理选材用材更显重要和迫切。已有的研究工作积累了大量数据资料，在此基础上补充完善钢种性能数据，总结国内外在模具材料技术领域的最新成果和经验，借助日益广泛普及应用的现代计算机技术，建立具有指导性强、先进、可靠、实用的模具钢选材用材专家系统势在必行。

　　结合模具工业的发展，形成我国新的模具钢系列，当前尤其应注意开展粉末冶金高性能模具钢的研究开发工作，以满足高性能长寿命模具生产的需要，相应地开展模具钢强韧化机理及模具失效机理的研究工作，指导材料研究，并相应地开展测试手段和测试技术的开发工作。

　　(4) 建成技术先进的模具材料生产线

　　有计划地建立完善的科研试制基地和技术情报中心，在全国建成各具特色的几条技术先进的模具钢生产线，采用先进的工艺装备先进的技术，生产高纯净度、高等向性，品种规格齐全的高精度高质量模具钢钢材和制品，使我国模具钢的生产技术、产品质量迅速全面地达到国际先进水平。

　　(5)建立塑料模具钢系列

　　我国塑料工业发展很快，塑料制品广泛用于农业、机械、化工、建筑、玩具、日用品、汽车、灯具，家用电器等，需求量大，质量要求高，与之相应，塑料模具钢需求量急速增加，对钢的使用性能、工艺性能也提出了更高要求。但目前塑料模具选材比较混乱，无章可循，随意性大，影响了模具使用寿命，也影响了塑料制品质量和市场竞争力，急需通过研制、引进、补充完善钢种，建立适合我国的塑料模具钢系列，使塑料模具钢冶炼、质量控制、供货、选材、加工和使用水平上一个新的台阶。

　　(6)加强表面处理技术的应用

　　表面处理能在保持模具心部原有成分和性能的基础上，赋予模具表面特殊使用性能(主要是耐磨性、耐蚀性等)，大幅度提高模具使用寿命，拓宽了模具钢应用范围，还可以价格低的模具钢取代价格高的模具钢，因此有广阔应用前景，受到世界各国的重视。我国应大力加强表面处理基础理论和应用研究，采用先进设备和技术，以期多种类、高质量的表面处理在模具上广泛应用。

　　(7) 大力开拓模具钢的国外市场

　　充分发挥我国的资源优势，尽快研究出国外市场需求的高质量模具钢精品，以产顶进，变资源和原料出口为模具制品出口，创更高的经济效益和社会效益。

　　发展我国模具钢的几点建议

　　－合金工模具钢品种规格多样化、精料化和制品化

　　模具厂可以根据需要采购标准模块，对模具的型腔和刃部进行精加工、组装。

　　－加强基础理论研究，提高合金工模具钢品种、质量和性能

　　工具尤其是模具的关键部位或部件大部分是多向受力，因此提高钢材的等向性，改善横向的韧性和塑性，可以大幅度地提高工模具的使用寿命，这是近年来合金工具钢主要的发展方向之一。

　　另外，提高合金工模具钢的纯洁度，即降低合工钢中有害杂质的含量是改善钢的性能的有效措施，采用各种精炼工艺、生产高纯洁度的钢材，是当前各冶金钢厂的主要努力的方向。

　　最后，在品种方面，我国对国外先进的模具钢品种只停留在简单仿制阶段，缺乏深入的研究，也影响了我国模具钢的制造和使用水平。

　　－实现冶金厂模具钢的生产专业化

　　模具钢有不少特殊要求，所以国外模具钢的生产过程也是从分散到集中为了进行竞争，各主要模具钢生产厂都配备了技术先进的生产线，并加强科研力量和研究基地的建设工作。

　　－发展非金属制品的模具钢

　　随着塑料工业的发展，对模具钢质量性能提出了更高的要求，数量增多。当前，应重点大力开发以预硬化状态交货的大型塑料模具扁钢和模块。

　　－疏通模具钢的流通渠道

　　冶金厂需大力推行代理制或建立销售仓库，通过代理制，起到化零为整，化整为零的作用，以疏通模具钢的流通渠道。另外，还要做好售前和售后服务工作，提高模具行业用钢水平，开发和推广高效模具钢，提高模具钢的国产化率。

　　－扩大模具钢的出口量

　　近几年来，我国的模具钢的出口量减少很多。每年仅5000~6000t左右，占模具钢总产量的2%左右，并且比例逐年下降，应利用我国的劳动力便宜和钨、钼、锰、钒合金资源丰富的优势，提高模具钢的质量水平，扩大模具钢的出口量。

　　五、我国模具钢产业发展战略品牌路线

　　随着我国模具工业的持续发展，对于高档模具用钢进口量不断攀升，预计模具用钢进口还将大幅度增长，特别是模具型腔部分模具钢在短时间内进口的格局很难改变，我国模具用钢进口主要来自日本、德国、瑞典、奥地利、韩国等国家。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉介绍，中国每年约有20%份额，10万吨左右，合约60亿元人民币的精品模具钢需要进口，它几乎占据了整个模具钢的高端市场。而且进口的模具钢价格要比国内同类产品高出几倍或者十几倍。主要原因是国外模具钢采用了品质纯净、退火组织和冲击韧性单项指标，钢材品质均匀、组织细小、尺寸精确，如国外H13钢标准控制指标最多达8项，而我国标准只有3项。目前国产的合金模具钢与瑞典、德国、美国、日本、法国等国际先进水平相比，在品种、质量、尺寸规格及性能等方面存在一定的差距，难以满足高端市场需求。

　　模具钢基本以热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢三大系列为主。我国普通模具钢现在已经过剩，但高端、精密和长寿命的精品模具钢与国外还有不小的差距，主要差在纯净度指标上。中国工程院院士、机械科学研究总院副总工程师陈蕴博表示，一般国产H13钢制的压铸模具寿命为3万~5万模次，而进口的优质H13钢制的压铸模具寿命可达20万次。生产实践证明，规模不断壮大的中国模具钢产业仍然没有走出“大而不强”的怪圈。

　　中国模具工业协会副秘书长秦珂表示，虽然我国也有模具材料系列，但重复钢种比较多，分类粗，批量小，钢材质量稳定性差，没有了钢材的可靠性，模具企业选用存在顾虑。我国的模具钢在品种、规格、质量及性能等方面和国际先进模具钢生产水平还有一定差距，导致我国每年有相当数量的中、高档模具特殊钢必须从国外进口，某种角度来说，制约了模具企业的发展。

　　近年来，国外许多钢厂都推出了性能优异的新钢种。如热模钢方面做了大量的工作，新钢种具有较强的高温性能，同时还具有较高的韧性，已作为热作模具的首选。抚顺特钢的销售经理表示，国内企业的冶炼、加工主机设备与国外专业生产厂家相比相差不大，差别较大的环节是热处理设备和机加工设备，这就决定了国内模具钢产品在质量、品牌上的不足，决定了国内模具钢产品的价格及附加值远远落后于国外模具钢产品，这也是国内冶金企业急需调整的环节。

　　我国制造业已进入一个高速发展期。罗百辉认为，未来的5~10年，汽车、化工、电子等行业的迅速发展，将带动机械制造业的发展，而模具工业作为机械制造业零件产品的成型工艺装备更是要先行发展，这将给模具材料生产从冶炼质量、生产工艺及热处理技术带来发展的空间。但由于自主知识产权的模具新材料较少，模具寿命低，模具企业很难找到一种可靠的国产模具新钢种来代替进口模具钢。国内优质、高寿命热作模具钢新钢种的开发和推广工作处于一种相对停滞的状态。

　　一般来讲，模具用材料占模具产值的20%左右，但其质量的优劣将最直接影响模具的使用和性能。模具材料的发展是一项长期的系统工程，要求研制、生产、销售及技术服务一条龙。我国模具钢市场上80%以上是黑皮圆钢棒料，扁钢及预硬化处理后的模具钢较少，大部分模具钢仍需经改锻后使用，锻造工艺控制不严格，内在质量较差，钢材利用率较低；虽然国内大多数模具钢生产厂都已采用先进的冶炼设备和工艺生产，如炉外精练、真空脱气、电渣重熔、精锻精轧等方法，但与国外先进模具钢生产厂相比尚有差距。因此模具钢企业要扩大采用先进工艺生产模具钢的比重，加强新工艺、新设备的引进，改进生产工艺，改善管理，生产纯净度高、均匀性好、大规格的模具钢。十二五期间，一方面是模具行业必然会对模具材料提出更高的技术要求，另一方面面对长期依赖进口大量模具材料来支撑我国的模具工业发展的情况，大力发展我国模具材料新技术、新工艺、新品种。

　　交通轨道模具钢打破国外垄断

　　据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉介绍，高速铁路对轨道的平整度要求非常高，1000米轨道纵向、横向误差不大于5毫米。长期以来，无碴轨道Ⅰ型板钢模具技术一直被日本和德国企业所垄断，在我国高速铁路建设中，每年都要花费大量外汇从国外进口，发展受到很大制约。

　　2月18日，南车集团洛阳机车公司无碴轨道Ⅰ型板钢模具技术顺利通过专家组评审，此技术成功打破了国外垄断，将对我国高速铁路建设产生积极影响。专家们在评审中一致认为，南车洛阳机车公司无碴轨道Ⅰ型板钢模具技术，具有世界先进水平，它具有三个明显特点：结构合理，刚度大；拆装方便，重复定位精度高，接连件使用寿命长；加工及成型精度高，不漏浆。

　　据悉，此项关键技术很快将被应用到沪宁、广深、哈大等高速铁路建设中，可以为国家节约大量外汇。

　　拥有较强实力的中央企业，正在引领“中国制造”向“中国创造”大步迈进。从“神舟”载人航天飞船、J10战机、时速487.3公里的动车组、清洁能源到薄如纸的钢材，中国企业正在走向全球制造业的尖端。

　　高端汽车钢技术领先

　　中国即是全球钢材生产消费大国，也是全球汽车的产销大国。2010年全国生产粗钢62665万吨、消费粗钢59935万吨，汽车产销量都超过了1800万辆。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉介绍，钢材约占汽车重量的70%。汽车钢是高端钢材产品，是一个国家钢铁工业技术水平的重要标志。欧洲、日本、美国等工业化国家一直引领汽车钢的发展潮流。此前，虽然中国汽车钢研发和生产发展迅速，但一直未能摆脱跟踪学习西方的模式。

　　尽管中国是全球钢铁生产大国，但它的利润率却不断受到高价铁矿石的侵蚀。2010年全行业的利润率只有2.91%。全球铁矿石供应巨头——力拓，一家企业的利润就超过了八成中国钢铁企业的利润总和。极低的利润率、庞大的汽车钢市场容量，“逼迫”中国钢厂不断提高产品质量、增加研发投入。

　　2006年到2009年，中央企业的研究开发经费年均增长27.9%；四分之一的中央企业科技投入占销售收入比重超过5%。中央企业拥有有效发明专利21266项，一些企业每年的专利申请增长速度超过50%。2010年，国务院国资委监管的120多家中央企业营业总收入达到16.7万亿元，约占中国同期GDP的42%。赢利水平较高的中央企业，每年都在研发领域投下大笔金钱。巨额的研发经费，正把中央企业推向全球制造业的技术前沿。1月21日，中国钢研科技集团副总经理田志凌介绍说，该集团2010年在全球率先研发出具有世界领先水平的第三代汽车钢工业生产技术。第三代汽车钢应用后，可以大幅降低汽车重量，提高碰撞安全性。它是提高汽车市场竞争力的关键技术，可以全面提升钢铁工业的技术水平。中国长期以来跟踪学习西方汽车钢技术的局面将被改变，中国从钢铁大国转向钢铁强国获得了技术支撑。

　　中国钢研科技集团是中国冶金行业最大的综合性研究开发机构，承担了全国冶金行业85%以上国防军工新材料和50%以上行业共性关键技术研究开发任务；在合金钢等领域，先后研制出近千种高技术关键新材料。

　　参与汽车钢研发的中国钢研集团特聘院士、中国金属学会理事长翁宇庆介绍说，太钢、首钢等中国钢厂对第三代汽车钢技术兴趣浓厚。研发过程中，政府提供支持资金的同时，钢厂投入的研发经费更多。今后，中国大型骨干钢铁企业将掌握第三代汽车钢技术。

　　“中国制造”问鼎国际标准

　　掌握先进制造技术的同时，中国企业还想影响国际标准。大唐电信(17.81,-0.66,-3.57%)集团副总裁、总工程师陈山枝21日介绍说，大唐TD—LTE—A成为4G(第四代移动通讯)国际标准已无悬念。

　　在此之前，大唐电信集团提出的TD—SCDMA已成为3G(第三代移动通信)国际标准。拥有核心技术的大唐，在推动TD—SCDMA过程中，利用大规模低成本的“中国制造”能力，整合中国已有的低成本规模制造资源，把简单的低成本优势提升为核心技术高端引领的总体成本优势。TD之前，中国企业从来没有过国际标准竞争和国际标准产业化、市场化的成功经验。

　　1G时代，中国的通讯设备产品全部依赖进口；2G时代，中国通讯市场80%多的市场份额被西方企业占据；3G时代，在TD—SCDMA市场上，90%的设备由中国企业提供。拥有具有自主知识产权的TD—SCDMA后，中国无需再向国外厂商缴纳高额的专利费。

　　如果诚如陈山枝所说，大唐TD—LTE—A成为4G国际标准，中国通信业将彻底摆脱对国外厂商的技术依赖，西方厂商长期垄断全球通讯业的竞争格局将被改变。

　　届时，中国厂商大量出口电子信息产品的同时，还会输出自己的技术。如今全球铁路市场上正发生这一幕：中国厂商输出技术正在变成现实。

　　亟待创造高档模具钢民族品牌

　　近十几年来，为了适应我国模具钢工业的发展，生产高档的模具钢产品，我国生产模具钢的骨干企业如上钢五厂、抚顺钢厂、长城特钢等均做了大量的技术装备改造工作，上钢五厂、抚顺钢厂还引进了具有国际先进水平的模具钢生产设备和技术。

　　如今，这些企业在冶炼、热加工等主机设备方面与国际一流的模具钢专业生产厂如瑞典的乌德霍姆、日本的日立等已经不相上下，但是生产线还不配套，主要是后步生产工序还不完善。再加上这几年来，我国在模具钢的技术投入不足，这就决定了国产模具钢在质量、品牌等方面仍然不尽人意，使得国产模具钢产品的价格及附加值远远落后于国外模具钢产品，造成每年要进口大量的模具钢材和模具，这也是国内冶金企业急需调整的环节。

　　关于我国模具钢的发展战略，国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉指出，“在模具钢发展观念走在各家特钢企业前面的抚顺特钢，投资建设模具热处理及加工中心是值得其它模具钢生产厂家借鉴的做法”，罗百辉认为，那些拥有生产模具钢先进设备的生产厂，如果再下点本钱，完善模具钢生产的后步工序，并加强模具钢的科技投入力度，创造具有国际先进水平的模具钢民族品牌这个目标，在不久的将来，是可以实现的。