Cr12、S136、H13模具钢板冷作热作选材的硬度分界

Cr12、S136、H13模具钢板冷作热作选材的硬度分界

摘要：冷作模具钢与热作模具钢的分界不在硬度，而在服役温度。Cr12、Cr12MoV、S136 与 H13 四类模具钢板，最高硬度都能做到 50HRC 以上，但放到 400℃ 以上持续工作，只有 H13 能保住红硬性。本文按冷作与热作两条线，把四个牌号的成分、淬回火参数、硬度区间、常见失效形式与验收判据拆开讲清，并说明为什么 Cr12 在多数场合已被 Cr12MoV 取代。

写在前面：模具钢最怕的是”牌号对、状态不对”——同一炉钢退火态和淬回火态价格差三成，装配后寿命差一倍。山东瑞智金属材料有限公司在济南按冷作、热作、耐蚀三条线分库存放 Cr12MoV、S136、H13 板材与模块，可提供退火硬度与探伤记录，硬度档位与可切规格见 rzsteel.cn，订货时说明模具用途能少走一轮试错。

一、基础身份信息

1.1 牌号与标准

Cr12 与 Cr12MoV 属高碳高铬冷作模具钢，执行 GB/T 1299《工模具钢》，Cr12 对应 JIS SKD1，Cr12MoV 对应 JIS SKD11，是冲裁、拉伸、冷挤模的主流材料。S136 是瑞典一胜百的耐蚀镜面模具钢牌号，成分接近 4Cr13 改良（AISI 420 系），兼顾耐蚀与镜面。H13 是热作模具钢，国标牌号 4Cr5MoSiV1，执行 GB/T 1299，对应 AISI H13、DIN 1.2344，用于压铸模、热挤压模、热锻模。三类钢的合金设计思路完全不同：冷作靠高碳高铬形成大量碳化物保证耐磨，耐蚀靠 13% 左右的铬形成钝化膜，热作靠铬钼钒的二次硬化保证高温强度。

1.2 国内外对标表

1.3 大类与供货形态

供货形态分板材与模块两类。板材厚度常见 6~100 mm，模块可达 400 mm 以上。退火态交货是常态，硬度分别按 Cr12 ≤255HBW、Cr12MoV ≤255HBW、S136 ≤235HBW、H13 ≤229HBW 控制。需要直接上线使用的场合可以要求预硬或淬回火态交货，但必须写明硬度区间与检测部位，否则争议很难判。

二、化学成分

成分差异直接决定用途。Cr12 含碳 2.0% 以上、铬 12% 左右，属于莱氏体钢，铸态存在粗大共晶碳化物，虽然耐磨性极好，但碳化物偏析严重、韧性差，这正是它被 Cr12MoV 取代的原因。Cr12MoV 把碳降到 1.45%~1.70%，并加入 Mo、V 改善碳化物形态与二次硬化能力，在保持高耐磨的同时韧性明显提升，成为通用冷作钢。S136 的碳只有 0.36%~0.45%，靠 13% 铬提供耐蚀，硬度靠淬火马氏体提供，牺牲的是耐磨性。H13 的碳同样不高，但 Cr、Mo、V 三元配合使其在 500~600℃ 回火时析出碳化物产生二次硬化，这是红硬性的来源。

三、力学性能

厚度依赖在热作钢上表现最明显。H13 模块厚度超过 300 mm 时，油淬冷速不足，心部硬度会掉到 40HRC 以下并出现贝氏体组织，服役时容易早期热裂；大模块建议改气淬或真空淬火，并采用分级淬火控制变形。Cr12 系列因淬透性极好（高铬高碳），几乎没有厚度问题，但截面尺寸突变处的淬火裂纹风险随厚度增加而上升。

四、金相组织

Cr12 与 Cr12MoV 的组织核心是碳化物：莱氏体钢的共晶碳化物呈网状或带状分布，锻造比不足时碳化物会沿轧向排成条带，形成明显的方向性，横向韧性大幅下降。验收时按 GB/T 14979 或供应商约定评定碳化物不均匀度，通常要求不大于 3 级，制作精密冲模要求 2 级以内。改善办法是加大锻造比（建议 4 以上）或采用电渣重熔钢。

S136 组织为马氏体加少量未溶碳化物，碳化物颗粒细小均匀，所以抛光性能好；含 Cr 13% 使其在大气与潮湿环境中表面形成钝化膜。H13 淬回火后为回火马氏体加弥散碳化物，组织均匀性直接影响热疲劳寿命，带状偏析严重时热裂纹会沿偏析带扩展。

五、加工工艺性能

退火态四类钢都可正常切削，硬度 200HBW 左右，硬质合金刀具切削速度 100~150 m/min。淬火态只能磨削或电火花加工。Cr12 系列退火态硬度偏高、碳化物硬，刀具磨损比 H13 快。

淬火与回火是决定性环节。Cr12 淬火 950~1000℃ 油淬，回火 180~250℃ 一次，得 58~62HRC，注意淬火后应立即回火，室温停留超过 2 小时有开裂风险。Cr12MoV 有两条路线：低温回火 200℃ 得 58~62HRC，韧性一般；高温回火 500~520℃ 二次硬化得 58~60HRC，韧性相对更好，这也是 Cr12MoV 优于 Cr12 的关键。S136 淬火 1000~1050℃ 油淬后 200~300℃ 回火，得 50~54HRC，回火温度超过 400℃ 硬度快速下降。H13 淬火 1000~1050℃ 油淬或气淬，540~600℃ 回火两到三次，每次 2 小时，得 44~50HRC，必须进行两次以上回火以消除残余奥氏体。

焊接修补要谨慎。Cr12 与 Cr12MoV 焊接性差，补焊前需预热 300~400℃，焊后立即 500℃ 回火，且焊区硬度难与母材一致，一般只做非工作面修补。H13 焊接性相对较好，预热 300~400℃、层间温度不低于 300℃，焊后 550~600℃ 回火，可恢复到 44HRC 左右。S136 补焊需预热 250~350℃，焊后 200~300℃ 回火。

表面强化普遍用渗氮：H13 渗氮后表面 950~1100 HV、渗层 0.15~0.30 mm，压铸模寿命可提升明显；Cr12MoV 渗氮后表面 1000 HV 以上，适合高耐磨冲模。

六、特殊功能特性

Cr12MoV 的核心能力是耐磨与淬透，淬火后 58~62HRC，在冷冲压、滚丝、冷挤压等高接触应力工况下寿命长。S136 的核心能力是耐蚀加镜面，可抛到 SPI A1 级，接触 PVC、含氯塑料或潮湿环境不易锈蚀，医疗、食品包装模具常用。H13 的核心能力是红硬性与抗热疲劳，在 600℃ 内保持 44HRC 以上，能承受压铸铝液的反复热冲击。

限制同样明确：Cr12 系列不能用于 300℃ 以上长时间工作，回火软化后硬度会大幅下降；H13 不适合做高耐磨冷冲，44~50HRC 的硬度在冷冲工况下磨损快；S136 的耐磨性在四者中最弱，用于高玻纤含量的塑料时浇口与流道会快速磨损，此时应改用含钒的高耐磨不锈钢。

七、应用场景

不适用工况：Cr12MoV 用于压铸模会因回火软化早期塌陷；H13 用于冲压 1 mm 以上冷轧板会快速磨损；S136 用于高玻纤增强料会磨穿流道；Cr12 用于厚板冲裁会因韧性不足崩刃。

替代对比：Cr12 被 Cr12MoV 取代是大势，除非预算极紧且工况温和；SKD11 与 Cr12MoV 同系，进口料在碳化物均匀度上略优；D2 与 Cr12MoV 对应，出口模具常用；1.2344 与 H13 对应，气淬真空料的等向性更好。

八、供货验收规范

退火态到货先做硬度抽检，里氏硬度计每件测 3 点，超过标准上限（Cr12 与 Cr12MoV 255HBW、S136 235HBW、H13 229HBW）说明退火不到位，会直接影响后续切削与淬火变形。再查碳化物不均匀度，冷作钢尤其要看，评级不合格的料做精密冲模时会出现刃口崩缺。

探伤按 GB/T 6402 执行，要求 Φ2 平底孔当量，不得有裂纹、白点、缩孔。观察断面与锯切面，带中心疏松的模块在热处理时会开裂。表面不得有氧化皮压入、折叠与裂纹，边缘不得有大于 2 mm 的缺角。

质保书需包含炉号、成分、退火硬度、碳化物评级、探伤结论，热作钢还应提供淬回火态的试样硬度数据。到货后按牌号分垛存放，Cr12MoV 与 Cr12 外观接近，混料会导致热处理工艺错配；S136 因含铬量高，长期露天存放仍会生锈，仓库应保持干燥。

九、市场采购指南

国内供货渠道包括专业模具钢企业、大型特钢厂的模具钢专线。采购周期：常规模块 3~7 天；非标厚度需锯切或锻打 2~3 周；大厚度模块需排产。电渣重熔的 Cr12MoV 与 H13 交期普遍更长。

鉴别要点：一是用光谱仪打 Cr 点，Cr12 系列 Cr 在 11%~13%，H13 只有 4.75%~5.50%，用 H13 冒充 Cr12MoV 一测就露；二是测退火硬度，假冒产品常以废钢回炉料重轧，硬度偏高且不均匀；三是看碳化物评级报告，小厂料通常拿不出或数据不达标；四是看锯切面，正规料晶粒细密、无肉眼可见的疏松孔洞。

成本构成值得说明：模具钢价格差异主要来自合金元素含量、锻造比、纯净度控制与探伤级别，而不只是尺寸。同规格下电渣重熔料比电炉料贵，但碳化物与夹杂物控制更好。采购时应按模具寿命要求选级别，把电渣重熔用在精密冲模上，用在大模板上属于浪费。

十、材料缺陷与失效分析

十一、附录

11.1 牌号对照速查

11.2 理论重量与换算

十二、常见问题（FAQ）

问：Cr12 和 Cr12MoV 只差一点成分，实际用起来区别大吗？

答：区别比成分表看起来大得多。Cr12 含碳 2.0% 以上，属莱氏体钢，铸态共晶碳化物粗大且偏析严重，锻造后仍呈明显网状或带状，横向韧性差，做厚板冲裁或带尖角刃口的模具容易崩缺；Cr12MoV 把碳降到 1.45%~1.70% 并加入 Mo、V，碳化物形态细化，还获得 500℃ 回火的二次硬化能力，韧性提升明显。目前除预算极紧的简单冲孔模外，Cr12 基本已被 Cr12MoV 取代，采购时直接按 Cr12MoV 报更省心。

问：H13 做压铸模，回火为什么要做两到三次？

答：因为淬火后残留奥氏体较多，一次回火无法完全转变。残留奥氏体在模具服役时受热会继续转变，伴随体积变化，表现为尺寸漂移甚至型腔变形。规范做法是 540~600℃ 回火两到三次，每次保温 2 小时并空冷到室温再进炉，让残留奥氏体充分分解、二次硬化碳化物充分析出，最终得到 44~50HRC 的稳定组织。大截面模块回火时间要按厚度延长，一般按每 25 mm 厚度保温 1 小时估算。

问：S136 号称不锈，为什么模具停用一个月还是长了锈点？

答：S136 的铬含量在 12%~14%，处于不锈钢的门槛附近，属于”耐蚀”而非”不锈”。它在大气、潮湿、水性脱模剂环境中能形成钝化膜，但遇到三个条件就会锈：一是表面残留铁屑或打磨时碳钢砂轮污染，铁离子成为锈蚀源；二是接触含氯介质或 PVC 分解释放的氯化氢；三是模具长期停用且未涂防锈油，表面钝化膜被破坏后无法自修复。正确做法是停用前清洗、吹干、涂防锈油，加工时避免与其他碳钢混用同一台磨床。

问：冷作模具钢能不能拿来改做热作模，省一笔采购？

答：不能，这是最典型的用错体系。冷作钢的服役温度上限在 200~300℃，Cr12MoV 虽然在 500℃ 回火可获二次硬化，但那是”热处理温度”不是”服役温度”，长期在 400℃ 以上工作会发生回火软化，硬度从 60HRC 掉到 45HRC 以下，同时热疲劳裂纹沿碳化物带迅速扩展。反过来，H13 硬度只有 44~50HRC，拿去冲 2 mm 以上冷轧板，刃口磨损速度比 Cr12MoV 快好几倍。两者的合金设计目标不同：冷作要耐磨，热作要红硬加抗热疲劳，不能互换。

问：到货验收时碳化物评级到底有多重要？

答：对冷作模具钢来说是排在第一位的指标，比硬度更重要。碳化物不均匀度按 GB/T 14979 评定，一般件要求不大于 3 级，精密冲模要求 2 级以内。评级不合格意味着碳化物呈网状或粗大条带分布，后果有三：一是刃口处碳化物聚集导致崩缺，二是热处理时带状区域与基体膨胀系数不同产生淬火裂纹，三是抛光时碳化物剥落形成凹坑。买到碳化物评级不合格的料，即使硬度、尺寸全部合格，做成模具后早期失效的概率也明显上升，建议在技术协议里直接写明评级要求并索要报告。

问：Cr12MoV 淬火后的尺寸变化能预估吗？

答：可以按经验值预估，但必须留加工余量。Cr12MoV 淬火后整体尺寸趋于涨大，线尺寸变化通常按长度的 0.1%~0.2% 估算，600 mm 长的模块淬火后可能长出 0.6~1.2 mm；如果采用 500℃ 高温回火（二次硬化路线），涨大量会比 200℃ 低温回火略小，但韧性更好。控制变形的办法是：淬火前粗加工留足单边 1~2 mm 余量，淬火后先回火再精加工，截面尺寸突变处加大过渡圆角，必要时改用分级淬火或真空高压气淬。模具精度要求高时，建议先做同炉小试样测实际变形量，再修正加工尺寸。