冷作模具鋼主要用于沖壓、下料、成型、彎曲、冷擠壓、冷拉、粉末冶金模具等工序，冷作模具鋼要求具有高硬度、高耐磨性和足夠的韌性。一般分為通用型和特殊型兩大類。
如美國通用型的冷作模具鋼通常包括01、A2、D2、D3這4個鋼種。
日本JIS標準中能用做冷作模具鋼的主要有SK系，包括SK系碳素工具鋼，合金工具鋼SKD系8個，SKH Mo系高速鋼9個，共24個鋼號。我國GB/T1299—2000合金工具鋼標準中共納入11個鋼種，形成了較完善的系列。
隨著加工技術(shù)、被加工材料及對模具需求的變化，原有的基本系列不能滿足需要，日本鋼廠以及歐洲主要的工模具鋼生產(chǎn)廠開發(fā)出特殊用途的冷作模具鋼，并逐漸形成了各自的冷作模具鋼系列，符合冷作模具鋼的發(fā)展方向。
1.3.1 冷作模具鋼分類
按照冷作模具鋼的工藝性能和承載能力特征分組，每組鋼均有自己合理的適用范圍。
（1）低淬透性冷作模具鋼（包括T7A、T8A、T10A、T12A、V、MnSi、Cr2、9Cr2、CrW5）該組由碳素工具鋼和低合金工具鋼組成，其特點是：合金元素含量少，加工性能好，在淬火后的薄殼硬化狀態(tài)具有充分的韌性和疲勞抗力，但鋼的淬透性、回火抗力和耐磨性較低。通用水淬碳素工具鋼T10A和通用水、油淬火冷作模具鋼Cr2為典型代表。其中CrW5鋼的韌性雖然較低，但其耐磨性和抗咬合性能極好。
該組冷作模具鋼適用于各種小批量生產(chǎn)的模具和抗沖擊載荷的模具。
（2）低變形冷作模具鋼（包括9Mn2V、9Mn2、CrWMn、MnCrWV、9CrWMn、SiMnMo）該組鋼中的合金元素含量多于（1）組，具有較好的淬透性、淬硬性，淬火操作過程簡便，易于控制零件的淬火變形程度。但該組鋼的韌性、回火抗力仍較低，殘余奧氏體在250℃左右回火時發(fā)生分解，使鋼的體積膨脹，并增加鋼的低溫回火脆性。本組鋼中的MnCrWV為各國通用的綜合性能優(yōu)良的代表鋼種，9CrWMn鋼在美、英等國最為普及，9Mn2鋼為西歐、捷克等國家和地區(qū)普及的冷沖模鋼種，在美國則廣泛用于小型塑料模具，SiMnMo石墨鋼具有優(yōu)良的抗咬合性能和耐磨性，歐、美已有多家鋼廠生產(chǎn)，但我國使用者較少。
該組鋼為中小批量生產(chǎn)用形狀復(fù)雜的基本鋼種。
（3）微變形冷作模具鋼（包括Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV）該組鋼為高合金鋼，屬低合金過共析鋼，Cr12MoV鋼是本組鋼的典型代表。該組鋼的基本特征是：具有高的淬火淬透性和中等的回火抗力，具有高耐磨性和淬火以后體積變化微小的特點。但其變形抗力和抗沖擊能力有限，除Cr2Mn2SiWMoV鋼以外，該組鋼具有高的熱穩(wěn)定性。
該組鋼是成批或大批量生產(chǎn)用冷沖模的基本鋼材，以及中等載荷的冷擠壓模、冷鐓模的主要材料。
（4）高強度冷作模具鋼（包括W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2）該組鋼為通用高速鋼，其基本特點就是具有高的強度、高的回火抗力和高耐磨性，是制作冷擠壓模具的基本材料。但該組鋼的韌性差，合金元素消耗量大，制造工藝性能不佳，淬火、回火后的變形難以控制，原材料價格和后期的熱加工價格昂貴。
（5）高強韌性冷作模具鋼（包括6W6Mo5Cr4V、CG2、65Nb）該組鋼為中碳高合金鋼，過剩碳化物少，組織均勻，淬火組織以板條狀馬氏體為主，結(jié)合多元合金固溶強化和回火碳化物彌散強化，其基本特性是兼有高強度、高韌性和高抗沖擊疲勞能力，但弱點是抗壓能力低，熱穩(wěn)定性差，淬火變形以后難以控制，是綜合性質(zhì)優(yōu)良的重載冷作模具鋼。
適用于制作大、中型冷鐓模、精壓模。
（6）抗沖擊冷作模具鋼（包括4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、60Si2Mn、5CrNiMo、5CrMnMo、5SiMnMoV、9SiCr）該組鋼為中碳低合金鋼，該類鋼還可以細分為硅錳鋼60Si2Mn，鉻鎢硅系耐沖擊模具鋼4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si，熱作模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo、5SiMnMoV。其基本特性是抗沖擊疲勞的能力極佳，耐磨性和抗壓強度較低，是各種沖剪工具、精壓模、冷鐓模的基本材料。
硅錳鋼60Si2Mn為產(chǎn)普及型彈簧鋼，可用于內(nèi)六角螺釘冷鐓沖頭、硬質(zhì)合金凹模預(yù)應(yīng)力套，其硬度為48～52HRC，以及其他小型沖頭。鉻鎢硅系而沖擊模具鋼是世界上各國廣泛應(yīng)用、性能良好的冷、熱模通用鋼種，具有強韌性高、耐磨性優(yōu)良、對等溫回火適應(yīng)性好等優(yōu)點。鋼中的鉻與硅可保證淬透性、抗疲勞強度和抗壓強度，鎢元素可細化晶粒及保證淬透性。
5CrNiMo、5CrMnMo原本屬于高韌性熱作模具鋼，由于其淬透性好、淬硬性高，在低溫回火或等溫淬火狀態(tài)具有良好的強韌性，特別是低的缺口敏感性，國內(nèi)、外均有應(yīng)用于承載條件苛刻、易于脆斷的重載冷作模具，只是耐磨性較低而已。5SiMnMoV鋼主要用于厚鋼板用沖剪工具及重載沖載模，如包括厚度超過20mm的鋼板用直剪刀，及厚度超過6mm的鋼板用圓盤剪刀，以及大、中規(guī)格圓鋼、型鋼下料剪刀，中厚板沖裁模和精壓模等。
（7）低合金空淬冷作模具鋼 該類鋼要求具有良好的淬透性，熱處理變形小，強韌性好，并且有一定的耐磨性能，是可以減小模具零件淬火變形和開裂的低合金空淬微變形鋼。
而標準的高合金冷作模具鋼（如D2、A2）雖然淬透性好，但合金含量高，成本昂貴。因此，在國內(nèi)外開發(fā)的一些低合金微變形鋼中，一般含有提高淬透性的Cr、Mn合金元素，合金元素的總含量一般小于5%，適用于制造生產(chǎn)批量不大的精密復(fù)雜模具。具有代表性的鋼種如美國的A6鋼、日立金屬公司的ACD37鋼、大同特殊鋼公司的G04鋼、愛知制鋼公司的AKS3鋼等。
我國的GD鋼，經(jīng)900℃淬火和200℃回火后，鋼的組織中能保持一定量的殘余奧氏體，具有較好的強韌性和尺寸穩(wěn)定性，可用于制作易崩刃斷裂的冷沖模具，有較高的使用壽命。
（8）火焰淬火模具鋼 為了縮短模具制造周期，簡化熱處理工藝過程，節(jié)約能源，降低模具制造成本，日本開發(fā)了一些滿足火焰淬火要求的專用冷作模具鋼。比較典型的如愛知制鋼的SX105V（7CrSiMnMoV）、SX4（Cr8），日立金屬的HMD5、HMD1，大同特殊鋼公司的G05鋼等，我國研制開發(fā)了7CrSiMnMoV。
這類火焰淬火鋼在模具加工完后，可以通過采用氧乙炔噴槍或其他加熱器，對模具的刃部或其他部分進行加熱后空冷淬火，一般淬火后可以直接使用。由于工藝簡單，在日本獲得廣泛使用。該類鋼代表性的鋼種是7CrSiMnMoV，具有良好的淬透性，在φ80mm的鋼材經(jīng)油中淬火時，距表面30mm處的硬度可高達60HRC，心部與表面硬度差值為3HRC，火焰淬火時，經(jīng)180～200℃預(yù)熱。用噴槍加熱至900～1000℃淬火，硬度可達到≥60HRC，可得到≥1.5mm的淬硬層。
（9）高韌性、高耐磨性冷作模具鋼 為了提高冷作模具鋼的韌性，并使鋼的耐磨性降低不是很多，國外一些模具鋼生產(chǎn)的主要企業(yè)，相繼開發(fā)了一系列高韌性、高耐磨性兼?zhèn)涞睦渥髂＞咪摗＿@類鋼一般含碳量約為1%，含Cr8.0%，加入Mo、V、Si等合金元素，其碳化物細小、分布均勻、韌性遠高于Cr12類型鋼，而耐磨性則與之相近。它們的硬度、抗彎強度、疲勞強度和斷裂韌性高，抗回火穩(wěn)定性也高于Cr12型模具鋼，適合于高速沖床和多工位沖床。
20世紀70年代，美國釩合金公司首先開發(fā)出VascoDie（8Cr8Mo2V2Si）該類鋼發(fā)展較快，有美國CRUCIBLE公司開發(fā)的CRU-WEAR鋼，Timken的Lescowear，BOHLER的K340鋼，日本山陽特殊鋼的QCM8，大同特鋼的DC53，愛知制鋼公司的SX5（Cr8MoV），TCD等鋼。我國也研制開發(fā)了LD鋼、GM鋼、ER5鋼等。
該類鋼代表性的鋼種是低V含量的日本DC53鋼和高V含量的CRU-WEAR鋼。
DC53鋼經(jīng)過回火后使用，其韌性比D2高出1倍，抗疲勞性能比D2高出20%；CRU-WEAR鋼經(jīng)鍛軋后，退火后硬度達到225～255HBS，淬火后硬度可達到63HRC，在480～570℃回火時，具有明顯的二次硬化效應(yīng)，鋼的耐磨性、韌性均優(yōu)于D2鋼。
（10）基體鋼 高速鋼以其優(yōu)良的耐磨性和紅硬性，在國外已經(jīng)廣泛地用于制造高性能、高壽命的冷作模具，如日本通用標準的高速鋼SKH51（W6Mo5Cr4V2）等。為了適應(yīng)模具的要求，往往通過降低淬火溫度、淬火硬度或降低高速鋼中的含碳量，以提高其韌性。
基體鋼是從高速鋼發(fā)展而來的，其化學(xué)成分相當于高速鋼淬火后的基體成分。所以淬火后的殘余碳化物數(shù)量少、分布均勻，使鋼的韌性較高速鋼有很大的改善。美國和日本在20世紀70年代初研究過牌號為VascpMA、VascoMatrix1和MOD2的基體鋼，新近又研制開發(fā)了DRM1、DRM2、DRM3等，一般用于要求韌性較高而抗回火穩(wěn)定性較好的冷作模具。我國也研制一些基體鋼，如65Nb（65Cr4W3Mo2VNb）、65W8Cr4VTi、65Cr5Mo3W2VsiTi等鋼。
該類鋼具有良好的強韌性，廣泛制作冷擠壓、厚板冷沖、滾絲輪、壓印模、冷鐓模等，也可用做溫擠壓模具。
（11）粉末冶金模具鋼 常規(guī)工藝生產(chǎn)的萊氏體型高合金冷作模具鋼，特別是大截面鋼材，其共晶碳化物粗大，分布不均勻，嚴重地降低了鋼的韌性、可磨削性和等向性。因此，近年來，國外工模具鋼生產(chǎn)的主要特鋼企業(yè)都集中力量開發(fā)了一系列的粉末冶金高速鋼和高合金模具鋼，使該類鋼得到迅速發(fā)展。
粉末冶金生產(chǎn)工模具鋼已經(jīng)成為國外重點發(fā)展方向，美國CRUCIBLE廠已具備年產(chǎn)12000t的生產(chǎn)能力，奧地利BOHLER廠僅2002年生產(chǎn)粉末工具鋼（主要是高速鋼和冷作模具鋼）1800t。由于霧化鋼粉冷速快，采用粉末冶金工藝形成的碳化物細小均勻，因而顯著地提高了模具材料的韌性、可磨削性和等向性。這種特殊的生產(chǎn)工藝，由于碳化物細小均勻，使可加工性和可磨削性能得到改善，通過在鋼中添加更高的碳含量和釩含量，從而發(fā)展了一系列的新鋼種，如日本大同的DEX系列（DEX40，DEX60，DEX80等），日立金屬的HAP系列，不二越的FAX系列，瑞典UDDEHOLM的VA-NADIS系列，法國Erasteel的ASP系列。美國CRUCIBLE公司的粉末冶金工模具鋼發(fā)展較快，形成了CPM1V、CPM3V、CPM10V、CPM15V等一系列的粉末冶金鋼，其可磨削性和韌性比普通工藝制造的工模具鋼有明顯提高。國內(nèi)在1980年代曾開展粉末冶金高速鋼的研究工作，但未產(chǎn)業(yè)化。
