2024年4月10日发(作者：濮颖初)
P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究
张兴锦，陈永南, 黄少文，吴会亮
(莱钢宽厚板事业部, 山东 莱芜 271100)
摘 要：应用金相显微镜、扫描电镜和维氏硬度计对P20塑料模具钢进行了显微组织观察和硬度测定。研
究了不同预硬化热处理工艺参数（淬火温度、淬火介质、回火温度）下得到的组织及其硬度变化规律。结
果表明：随着回火温度升高，水淬和空淬钢组织中板条马氏体和贝氏体逐渐减少，铁素体增加并长大，碳
化物增多，硬度逐渐降低，300~500nm宽度的板条结构、板条间的薄片状M/A组元，铁素体中较高的位错
密度以及细小碳化物保证了水淬钢在620℃回火时具有较高的硬度，最终得出了使该钢达到最佳预硬化效
果的工艺参数。
关键词：塑料模具钢，P20，热处理，显微组织
Research of P20 pre-hardened plastic mold steel heat treatment process
ZHANG Xingjin, CHEN Yongnan , HUANG Shaowen,WU Huiliang
(Heavy Plate Division of Laiwu Steel Group, Laiwu, Shandong, China 271100)
Abstract:
Key words: Plastic mold steel,P20,Heat Treatment, Microstructure
1 引言
P20钢是模具工业中用量最大的一种典型的经预硬化处理的模具钢，用该钢制造模具，在预硬态下经
冷加工制成模具后可以直接使用，不需再进行淬火、回火处理，防止了热处理所造成的变形、开裂、脱碳
[1]
等缺陷，广泛用于制造长寿命的、形状复杂、要求尺寸精度高的大、中型塑料注射成型模或挤压成型模。
本文通过对P20钢在不同预硬化热处理工艺参数下的组织和硬度的研究，为工业化的生产提供了理论依据。
2 实验材料及方法
实验材料为转炉冶炼P20铸坯，铸坯厚度为300mm，加热至1200℃，保温2h后，在双机架四辊可逆
轧机轧上通过两阶段轧制轧成80mm厚度钢板。其化学成分（质量分数，%）为：C 0.28~0.35，Si 0.2~0.4，
Mn 0.6~1.0，Cr 1.4~2.0，Mo 0.3~0.55，S ≤0.015，P ≤0.015。试验用淬火温度分别为800℃、850℃，
均保温60min，淬火介质分别为水淬、空淬，淬火终止温度为300℃（Ms点以下），然后对淬火态试样进行
硬度测量并观察金相组织。用上述淬火态试样进行回火，回火温度分别为520、540、580、620、640和660℃，
均保温15min，然后从炉内取出空冷至室温，对回火态试样进行硬度检测并观察金相组织。
采用HV-50型维氏硬度计测试实验钢的硬度，硬度测试试样尺寸为60mm（宽度）×60mm（长度）×80
（厚度）mm。沿着实验钢纵向切取金相试样，试样研磨、抛光并经4%硝酸酒精腐蚀后，用ZEISS Axio Scope
A1型金相显微镜和Philips XL30型扫描电镜进行硬度试样的微观组织观察。
3 实验结果与分析
2.1淬火加热温度对淬火态组织与硬度的影响
1
图1 实验钢在不同加热温度下的硬度
图2 实验钢淬火态金相组织
A-800℃，B-850℃；水冷
如上图所示，两种加热温度下淬火后的组织存在较大差异。图2（A）中有明显粗大的铁素体和珠光体，
这是由于加热过程中铁素体没有完全奥氏体化，淬火时由于奥氏体中碳含量少，形成的马氏体量也少，钢
的硬度小。而图2（B）表明850℃温度下淬火得到完全奥氏体化组织，奥氏体中含碳高，其淬火性能好，
形成马氏体和贝氏体，所以硬度远高于(A)组织对应的硬度，如图1所示。
2.2 淬火冷速对淬火态组织和硬度的影响
图3为相同淬火加热温度下的实验钢在不同冷却条件下的硬度。由图可知，1#实验钢水淬后硬度为
470HV，2#实验钢空淬后硬度为308HV，硬度明显低于1#实验钢的硬度。
500
470
400
h
a
r
d
n
e
s
/
H
V
308
300
200
1# steel
2# steel
100
0
图3 实验钢在不同冷却条件下的硬度
图4为1#和2#实验钢在水淬和空淬条件下的显微组织。由图可知，1#实验钢的显微组织为板条马氏
体和贝氏体。由于水淬条件下冷速较大（实测冷速为17~18℃/s），固溶在奥氏体中的合金元素扩散速度较
2
2024年4月10日发(作者：濮颖初)
P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究
张兴锦，陈永南, 黄少文，吴会亮
(莱钢宽厚板事业部, 山东 莱芜 271100)
摘 要：应用金相显微镜、扫描电镜和维氏硬度计对P20塑料模具钢进行了显微组织观察和硬度测定。研
究了不同预硬化热处理工艺参数（淬火温度、淬火介质、回火温度）下得到的组织及其硬度变化规律。结
果表明：随着回火温度升高，水淬和空淬钢组织中板条马氏体和贝氏体逐渐减少，铁素体增加并长大，碳
化物增多，硬度逐渐降低，300~500nm宽度的板条结构、板条间的薄片状M/A组元，铁素体中较高的位错
密度以及细小碳化物保证了水淬钢在620℃回火时具有较高的硬度，最终得出了使该钢达到最佳预硬化效
果的工艺参数。
关键词：塑料模具钢，P20，热处理，显微组织
Research of P20 pre-hardened plastic mold steel heat treatment process
ZHANG Xingjin, CHEN Yongnan , HUANG Shaowen,WU Huiliang
(Heavy Plate Division of Laiwu Steel Group, Laiwu, Shandong, China 271100)
Abstract:
Key words: Plastic mold steel,P20,Heat Treatment, Microstructure
1 引言
P20钢是模具工业中用量最大的一种典型的经预硬化处理的模具钢，用该钢制造模具，在预硬态下经
冷加工制成模具后可以直接使用，不需再进行淬火、回火处理，防止了热处理所造成的变形、开裂、脱碳
[1]
等缺陷，广泛用于制造长寿命的、形状复杂、要求尺寸精度高的大、中型塑料注射成型模或挤压成型模。
本文通过对P20钢在不同预硬化热处理工艺参数下的组织和硬度的研究，为工业化的生产提供了理论依据。
2 实验材料及方法
实验材料为转炉冶炼P20铸坯，铸坯厚度为300mm，加热至1200℃，保温2h后，在双机架四辊可逆
轧机轧上通过两阶段轧制轧成80mm厚度钢板。其化学成分（质量分数，%）为：C 0.28~0.35，Si 0.2~0.4，
Mn 0.6~1.0，Cr 1.4~2.0，Mo 0.3~0.55，S ≤0.015，P ≤0.015。试验用淬火温度分别为800℃、850℃，
均保温60min，淬火介质分别为水淬、空淬，淬火终止温度为300℃（Ms点以下），然后对淬火态试样进行
硬度测量并观察金相组织。用上述淬火态试样进行回火，回火温度分别为520、540、580、620、640和660℃，
均保温15min，然后从炉内取出空冷至室温，对回火态试样进行硬度检测并观察金相组织。
采用HV-50型维氏硬度计测试实验钢的硬度，硬度测试试样尺寸为60mm（宽度）×60mm（长度）×80
（厚度）mm。沿着实验钢纵向切取金相试样，试样研磨、抛光并经4%硝酸酒精腐蚀后，用ZEISS Axio Scope
A1型金相显微镜和Philips XL30型扫描电镜进行硬度试样的微观组织观察。
3 实验结果与分析
2.1淬火加热温度对淬火态组织与硬度的影响
1
图1 实验钢在不同加热温度下的硬度
图2 实验钢淬火态金相组织
A-800℃，B-850℃；水冷
如上图所示，两种加热温度下淬火后的组织存在较大差异。图2（A）中有明显粗大的铁素体和珠光体，
这是由于加热过程中铁素体没有完全奥氏体化，淬火时由于奥氏体中碳含量少，形成的马氏体量也少，钢
的硬度小。而图2（B）表明850℃温度下淬火得到完全奥氏体化组织，奥氏体中含碳高，其淬火性能好，
形成马氏体和贝氏体，所以硬度远高于(A)组织对应的硬度，如图1所示。
2.2 淬火冷速对淬火态组织和硬度的影响
图3为相同淬火加热温度下的实验钢在不同冷却条件下的硬度。由图可知，1#实验钢水淬后硬度为
470HV，2#实验钢空淬后硬度为308HV，硬度明显低于1#实验钢的硬度。
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308
300
200
1# steel
2# steel
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图3 实验钢在不同冷却条件下的硬度
图4为1#和2#实验钢在水淬和空淬条件下的显微组织。由图可知，1#实验钢的显微组织为板条马氏
体和贝氏体。由于水淬条件下冷速较大（实测冷速为17~18℃/s），固溶在奥氏体中的合金元素扩散速度较
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