H13钢中含有0.4%左右的碳元素和总和为8%左右的Cr、Mo、V等合金元素,在凝固过程中由于合金元素的偏析非常容易生成大尺寸的一次碳化物,在后续的热处理过程中这些大尺寸的一次碳化物难以完全消除,仍然会残留在最终的产品中。在H13钢的使用过程中,大尺寸的一次碳化物很有可能成为裂纹源,导致模具钢疲劳失效,一次碳化物的尺寸越大,模具钢的使用寿命越短。为此,如何有效地降低H13钢中大尺寸一次碳化物的尺寸是进一步提高其使用寿命的关键,而关于这方面的研究很少见到报道。基于此,本文在国家自然科学基金项目的资助下,对H13钢中添加Ce元素改善大尺寸一次碳化物行为进行了深入的研究。本文首先利用有机溶液电解法获得了一次碳化物的三维特征,得到了一次碳化物的析出机理,随后利用高温实验,考察了不同类型一次碳化物的高温热稳定性,进一步研究了 Ti含量对于H13钢中一次碳化物的影响。为了降低采用常规合金冶炼H13钢中一次碳化物的三维尺寸,分别研究了 Ce含量、冷速和Ce-S夹杂物对于H13钢中大尺寸一次碳化物三维特征的影响。主要研究结果如下:（1）通过研究H13钢中一次碳化物的相关特征,发现凝固过程中Cr、Mo、V、C、Ti合金元素的偏析是导致最后凝固区域和一次碳化物形成的主要原因。一次碳化物的三维形貌为典型的“树状”结构,“树干”为Ti-V-rich碳化物,“树枝”为V-rich碳化物。一次碳化物的析出机理为:首先析出Ti-V-rich碳化物,随后以Ti-V-rich碳化物为形核核心析出V-rich碳化物。（2）通过高温实验研究了一次碳化物的热稳定性,发现Ti-V-rich碳化物的热稳定性要高于V-rich碳化物,加热温度达到1200℃时,V-rich碳化物大部分溶解而Ti-V-rich碳化物仍然稳定存在。随着加热温度从1150℃逐渐增加到1250℃,一次碳化物的三维尺寸从22.7μm降低到12.4μm。通过研究Ti含量对于H13钢中一次碳化物特征的影响,发现Ti含量的降低可以有效抑制Ti-V-rich碳化物的析出,随着Ti含量从110ppm降低到15ppm,一次碳化物的平均三维尺寸从31.7μm降低到26μm,Ti含量≤24ppm时可以抑制H13钢中Ti-V-rich碳化物的析出。（3）通过研究稀土 Ce含量对H13钢中一次碳化物特征的影响机理,发现Ce含量从0%增加到0.032%,最后凝固区域的尺寸从85μm降低到65μm,一次碳化物的形貌从“树状”变为“片状”,一次碳化物的平均三维尺寸从31μm降低到23μm,最后凝固区域尺寸和一次碳化物的三维尺寸之间呈现较好的正相关关系。Ce含量的增加提高了 Ce-O夹杂物的数量密度,Ce-O夹杂物作为有效的异质形核核心促进了铁素体的形核,提高钢液形核率,降低了最后凝固区域的尺寸和一次碳化物的三维尺寸。但是当Ce含量过量添加,含量为0.18%时,最后凝固区域尺寸增加到80μm,一次碳化物的三维尺寸增加到38μm。（4）通过分析含Ce的H13钢中一次碳化物从钢锭边缘到中心的分布情况,得到了冷速和Ce含量对于一次碳化物三维尺寸的综合影响机理。当Ce含量为0.0018%时,从边缘到中心,一次碳化物的三维尺寸从8.6μm增加到41.7μm。Ce含量的增加有效地降低从边缘到中心各个位置处一次碳化物的三维尺寸,当Ce含量增加到0.037%时,边缘位置一次碳化物的三维尺寸从8.6μm降低到7.7μm,中心位置一次碳化物的三维尺寸从41.7μm降低到26μm,稀土 Ce元素在钢锭中心位置对于一次碳化物尺寸的优化效果远好于在钢锭边缘的优化效果。钢锭的边缘,冷速对于形核率起主导作用,Ce含量的优化效果不明显;钢锭中心位置,Ce含量对于钢液形核率起主导作用,此位置处Ce元素的优化效果显著。（5）通过研究不同S含量对于Ce处理H13钢中最后凝固区域和一次碳化物三维尺寸的影响表明,最后凝固区域尺寸、一次碳化物的三维尺寸均和Ce-S夹杂物的数量密度密切相关,随着Ce-S夹杂物的数量密度从4.2个/mm2增加到36.4个/mm2,最后凝固区域尺寸从74μm左右降低到65μm左右,一次碳化物的平均三维尺寸从30μm左右降低到20μm左右,超大尺寸一次碳化物（＞50μm）的占比从14.2%降低到2.5%,有效地阻碍了一次碳化物的聚集。控制钢液O含量在10ppm左右、Ce含量在0.01%以上、S含量在30ppm以上,可以生成大量细小弥散分布的Ce-S夹杂物。