世界模具钢品种的发展方向

当前,世界模具制造技术的飞速发展,对模具钢的质量性能要求越来越高.模具钢品种将围绕着高耐蚀性、高成形性、高强度、高硬度、高氮、耐热、抗氧化方向发展。

高耐蚀性模具钢

可分为两类：一类称为超级模具钢，以新日铁的 YUS270(20Cr-18Ni-6Mo-N) 为代表，其耐蚀性与钛相当。 YUS270 的铬含量和钼含量较高，可有效地利用氮来改善耐蚀性， YUS270 的热膨胀系数介于奥氏体模具钢和铁素体模具钢之间。它可以应用于海水净化装置、化工厂、沿海氯化钠腐蚀严重的建筑等。铁素体模具钢 SUS447J1(30Cr-2Mo) 也是一种超级模具钢。 另一类是高洁净度的铁素体模具钢。通过增加铬和钼的含量，降低碳和氮含量，可改善耐蚀性和成形性。典型的高洁净度铁素体模具钢有新日铁的 YUS220M(22Cr-1.5Mo-Ti-Nb) 、 YUS190 和 YUS190L(19Cr-2Mo) ，其它模具钢的铬和钼含量略有变化。 YUS260(20Cr-15Ni-3Mo-Cu-N)、YUS110M(18Cr-12Ni-2Si-Mo-Cu)和 YUS27A-M(17Cr-7Ni-2Cu-2Si) 是最新开发的高耐蚀性模具钢。 复合添加钛和铌可以阻止作为腐蚀源的非金属夹杂物析出，促使钛形成氧化物钝化膜，从而改善耐蚀性。新日铁已经在 YUS190 和 YUS220M 中采用此技术。  

复合添加 Ti——Nb 和 A1 可以提高耐蚀性。而且发现传统上认为有害的元素 S 可以提高低铬模具钢的抗晶间腐蚀能力，其作用与氮改善奥氏体模具钢的耐蚀性的作用相同。未来改善耐蚀性的研究将主要集中在夹杂物的控制和表面防护涂镀层上。

高成形性模具钢 

铁素体模具钢的塑性较差。而奥氏体模具钢的强度虽高，但是具有高的热膨胀系数，不利于包括焊接在内的成形加工。 降低碳含量和氮含量可以明显改善成形性，在一定条件下可以改善深冲性能。例如， SUS430 的 r=1.0 ，而低碳的 SUS430D 的 r=1.6 ，同时可以将延伸率稳定在 30% 以上。连轧 YUS436S 的 r 值明显改善，特别是经大直径辊的轧制后，与 SUS304 不同，在适当的冲压条件下，上述这些新型铁素体模具钢可以超深冲加工。超高洁净度 Fe-Cr 合金具有较好的成形性，在铬含量达 18% 的模具钢中可以得到大于 36% 的延伸率。 伴随着模具钢盘圆产量的增长，加工方法由切削变为锻造，开发具有优良冷锻性能的新型模具钢 SUSMX7 。还开发了添加 S 、 Pb 、 Se 的易切削模具钢和临界压缩比改进钢。   近来正在研究可润滑模具钢薄钢板。在表面涂上有机涂层的钢板可以在没有润滑油或保护层的情况下成形，在改善工作环境和降低生产成本的要求下可望有许多用途。新日铁与 Tokai 钢厂合作开发了名为“ Guardooat ”的有机涂层，应用于模具钢。

高强度和高硬度模具钢

为铁路车厢开发的 SUS301L 改型模具钢可以作为高强度和高硬度的结构材料，如汽车的垫片和压力板。对于公共工程和建筑构件，开发了具有良好耐蚀性的马氏体模具钢 YUS550(13Cr-2Ni-2Mo) ，它可应用于水泥冲孔而无需钻孔。在 SUS316 基础上添加氮的 SUS316FR(16Cr-12Ni-2Mo-0.09N) 可用于快速增殖反应堆，并有望应用于需要高温强度和蠕变强度的场合。添加铌的铁素体模具钢 YUS180H(19Cr-0.8Nb) 和 YUS340-MS(14Cr-0.5Mo-0.3Nb-Ti) 具有高的高温强度，可用于汽车排气系统。

高氮模具钢

添加氮可以提高模具钢的强度和韧性，改善耐蚀性。从 1988 年到 1998 年的 10 年间已经召开了五次相关议题的国际会议。采用 AOD 冶炼的高锰奥氏体模具钢中的氮含量最高达 0.5% ，如 Carpenter 的 18-18plus ；采用加压 ESR 法可以将氮含量提高到 1% 左右，如 JSW 的 18-18N 。在 Ni-Cr 模具钢中氮的溶解度相对小一些，采用加压 ESR 法冶炼的奥氏体模具钢的氮含量在 0.5% 左右，如 RS561 。氮在马氏体模具钢中的溶解度最小。目前，不仅需要研究模具钢中氮的溶解度对性能的影响，更需要研究向模具钢中添加氮的既经济又有效的方法。

耐热和抗氧化模具钢 

高铬模具钢具有耐热和抗氧化性。添加 Al 和 Si 可以进一步改善高铬模具钢的耐热性和抗氧化性。 YUS710(25Cr-13Ni-2Si-Mo-N) 和 YUS731(19Cr-13Ni-3Si-0.7Cu) 是耐热和抗氧化的奥氏体模具钢，缺点是高温下出现膨胀。对此，新日铁开发了低膨胀的 HOM125(15Cr-4Al) 和 YUS415S(12Cr-2Si-Al) 铁素体模具钢。添加了 Cr 、 Al 和稀土元素的 YUS205-M1(20Cr-5Al-REM) 模具钢用于汽车排气净化装置，在温度高达 950 摄氏度下具有耐热性和抗氧化性。  涂有耐热树脂的模具钢已经商业化并用于耐热温度约为 260 摄氏度的灶具等。微波炉的内衬要求采用耐热温度为 550 至 600 摄氏度的耐热预涂层材料。针对此类用途，未来需要开发既耐热又有良好成形性的模具钢。