世界模具鋼品種的質量發展方向分析

世界模具鋼品種的質量發展方向將圍繞著高耐蝕性模具鋼、高成形性模具鋼、高強度和高硬度模具鋼、耐熱和抗氧化模具鋼、高氮模具鋼等模具鋼品種展開。品種質量發展將圍繞著以下幾個模具鋼品種展開：高耐蝕性模具鋼最新的高耐蝕性模具鋼可分為兩類：一類稱為超級模具鋼，以新日鐵的YUS270(20Cr-18Ni-6Mo-N)為代表，其耐蝕性與鈦相當。 

    世界模具鋼品種的質量發展方向將圍繞著高耐蝕性模具鋼、高成形性模具鋼、高強度和高硬度模具鋼、耐熱和抗氧化模具鋼、高氮模具鋼等模具鋼品種展開。世界模具鋼品種質量發展將圍繞著以下幾個模具鋼品種展開：高耐蝕性模具鋼最新的高耐蝕性模具鋼可分為兩類：一類稱為超級模具鋼，以新日鐵的YUS270(20Cr-18Ni-6Mo-N)為代表，其耐蝕性與鈦相當。 

    YUS270的鉻含量和鉬含量較高，可有效地利用氮來改善耐蝕性，YUS270的熱膨脹系數介于奧氏體模具鋼和鐵素體模具鋼之間。它可以應用于海水凈化裝置、化工廠、沿海氯化鈉腐蝕嚴重的建筑等。鐵素體模具鋼SUS447J1(30Cr-2Mo)也是一種超級模具鋼。另一類是高潔凈度的鐵素體模具鋼。通過增加鉻和鉬的含量，降低碳和氮含量，可改善耐蝕性和成形性。典型的高潔凈度鐵素體模具鋼有新日鐵的YUS220M(22Cr-1.5Mo-Ti-Nb)、YUS190和YUS190L(19Cr-2Mo)，其它模具鋼的鉻和鉬含量略有變化。YUS260(20Cr-15Ni-3Mo-Cu-N)、YUS110M(18Cr-12Ni-2Si-Mo-Cu)和YUS27A-M(17Cr-7Ni-2Cu-2Si)是最新開發的高耐蝕性模具鋼。復合添加鈦和鈮可以阻止作為腐蝕源的非金屬夾雜物析出，促使鈦形成氧化物鈍化膜，從而改善耐蝕性。新日鐵已經在YUS190和YUS220M中采用此技術。 

    據報道，復合添加Ti、Nb和A1可以提高耐蝕性。而且發現傳統上認為有害的元素S可以提高低鉻模具鋼的抗晶間腐蝕能力，其作用與氮改善奧氏體模具鋼的耐蝕性的作用相同。未來改善耐蝕性的研究將主要集中在夾雜物的控制和表面防護涂鍍層上。高成形性模具鋼鐵素體模具鋼的塑性較差。而奧氏體模具鋼的強度雖高，但是具有高的熱膨脹系數，不利于包括焊接在內的成形加工。降低碳含量和氮含量可以明顯改善成形性，在一定條件下可以改善深沖性能。例如，SUS430的r=1.0，而低碳的SUS430D的r=1.6，同時可以將延伸率穩定在30%以上。連軋YUS436S的r值明顯改善，特別是經大直徑輥的軋制后，與SUS304不同，在適當的沖壓條件下，上述這些新型鐵素體模具鋼可以超深沖加工。超高潔凈度Fe-Cr合金具有較好的成形性，在鉻含量達18%的模具鋼中可以得到大于36%的延伸率。伴隨著模具鋼盤圓產量的增長，加工方法由切削變為鍛造，開發具有優良冷鍛性能的新型模具鋼SUSMX7。還開發了添加S、Pb、Se的易切削模具鋼和臨界壓縮比改進鋼。近來正在研究可潤滑模具鋼薄鋼板。在表面涂上有機涂層的鋼板可以在沒有潤滑油或保護層的情況下成形，在改善工作環境和降低生產成本的要求下可望有許多用途。新日鐵與Tokai鋼廠合作開發了名為“Guardooat”的有機涂層，應用于模具鋼。高強度和高硬度模具鋼為鐵路車廂開發的SUS301L改型模具鋼可以作為高強度和高硬度的結構材料，如汽車的墊片和壓力板。對于公共工程和建筑構件，開發了具有良好耐蝕性的馬氏體模具鋼YUS550(13Cr-2Ni-2Mo)，它可應用于水泥沖孔而無需鉆孔
    在SUS316基礎上添加氮的SUS316FR(16Cr-12Ni-2Mo-0.09N)可用于快速增殖反應堆，并有望應用于需要高溫強度和蠕變強度的場合。添加鈮的鐵素體模具鋼YUS180H(19Cr-0.8Nb)和YUS340-MS(14Cr-0.5Mo-0.3Nb-Ti)具有高的高溫強度，可用于汽車排氣系統。耐熱和抗氧化模具鋼高鉻模具鋼具有耐熱和抗氧化性。添加Al和Si可以進一步改善高鉻模具鋼的耐熱性和抗氧化性。YUS710(25Cr-13Ni-2Si-Mo-N)和YUS731(19Cr-13Ni-3Si-0.7Cu)是耐熱和抗氧化的奧氏體模具鋼，缺點是高溫下出現膨脹。對此，新日鐵開發了低膨脹的HOM125(15Cr-4Al)和YUS415S(12Cr-2Si-Al)鐵素體模具鋼。添加了Cr、Al和稀土元素的YUS205-M1(20Cr-5Al-REM)模具鋼用于汽車排氣凈化裝置，在溫度高達950攝氏度下具有耐熱性和抗氧化性。涂有耐熱樹脂的模具鋼已經商業化并用于耐熱溫度約為260攝氏度的灶具等。微波爐的內襯要求采用耐熱溫度為550至600攝氏度的耐熱預涂層材料。針對此類用途，未來需要開發既耐熱又有良好成形性的模具鋼。 
    高氮模具鋼添加氮可以提高模具鋼的強度和韌性，改善耐蝕性。從1988年到1998年的10年間已經召開了五次相關議題的國際會議。采用AOD冶煉的高錳奧氏體模具鋼中的氮含量最高達0.5%，如Carpenter的18-18plus；采用加壓ESR法可以將氮含量提高到1%左右，如JSW的18-18N。在Ni-Cr模具鋼中氮的溶解度相對小一些，采用加壓ESR法冶煉的奧氏體模具鋼的氮含量在0.5%左右，如RS561。氮在馬氏體模具鋼中的溶解度最小。目前，不僅需要研究模具鋼中氮的溶解度對性能的影響，更需要研究向模具鋼中添加氮的既經濟又有效的方法。