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AISI H13钢是一种广泛使用的热作模具钢,而铌微合金化H13钢因其优越的性能也受到越来越多的关注。然而,实际生产中发现H13钢以及微合金化H13钢中常存在大量数微米乃至数十微米的大尺寸碳氮化物,对模具产品的性能危害较大。本文结合常规电炉工艺、普通电渣重熔工艺以及保护气氛电渣重熔工艺生产的含铌、钛H13钢棒材中大尺寸碳氮化物的特征,利用实验室小钢锭实验以及Thermo-Calc软件计算,对含铌、钛的H13钢凝固过程中一次析出相的析出行为进行了研究,同时借助工厂试验对含铌H13钢中铌含量进行了成分优化。所得结果如下。不同冶炼工艺生产的含铌0.054 wt%及0.060 wt%的H13钢棒材中均存在大量的3μm以上的大尺寸析出相,这些析出相按照成分可以分为三类：富Ti-V-N的碳氮化物相,富Nb-C的碳氮化物相以及富V-C的碳氮化物相。三类析出相或单独存在,或复合在一起形成两层、三层甚至四层的结构。析出相成分分布比较集中且与冶炼工艺及取样位置关系不大。析出相的热稳定性高,热处理难以去除,而电渣重熔工艺对于这些大尺寸相的细化效果并不显著。这三类大尺寸碳氮化物相均是在凝固过程于液相中析出的一次析出相。铌、钛元素的存在,对H13钢凝固过程中碳氮化物的析出行为影响很大。不含铌、钛的H13钢在凝固过程中,富V类(V,Mo,Cr,Fe)C相首先析出,富Mo-Cr类(V,Mo,Cr,Fe)C相在凝固末端最后析出。H13钢中单独添加0.034 wt%的钛元素后,凝固过程中成分均匀的富Ti-N类以及成分不均匀的富Ti-V类(Ti,V)(C,N)相首先析出；而当H13钢中单独添加0.051 wt%的铌元素后,先析出相为富Nb-C的碳氮化物相。H13钢中复合添加0.064 wt%的铌以及0.036wt%的钛之后,凝固过程中富Ti-N的(Ti,Nb,V)(C,N)相首先析出。之后随着Ti、N元素的消耗以及Nb、V、C的逐渐富集,富Nb-C的(Ti,Nb,V)(C,N)以及富V-C的碳化物相继析出。富Mo-Cr的碳化物相热稳定性低,1150℃下保温较短时间即可溶解;富V的碳化物热稳定性稍高,但是在合适的温度下保温一定时间同样可以溶解；富Ti、富Nb以及富Ti-Nb的碳氮化物在实验温度1150℃以及1250℃下稳定存在,而对于成分不均匀的富Ti-V类(Ti,V)(C,N),随着保温时间的增加,低Ti/V比值区域逐渐分解转变成密集分布的小点。对于含铌H13钢中存在的大尺寸富铌相而言,单纯的采用热处理工艺难以达到控制的效果,控制钢中铌合适的添加量至关重要。理论计算以及进一步的实验室小钢锭实验、工厂生产试验表明,控制铌含量在0.03wt%及以下,可以有效地抑制富铌相的析出。