“以塑代钢”理念已成为汽车行业的主流,成为汽车轻量化的有效途径之一。在大批量汽车保险杠、仪表盘、车门灯等大型复杂塑料汽车零部件制品需求的拉动下,塑料模具钢也朝着大型化和高硬度的趋势发展。我国模具钢行业基础研究薄弱,高端市场用钢严重依赖进口。进口钢不但价格昂贵,同时又制约我国模具制造业的发展,因此开展新型高硬度预硬化塑料模具钢的研制是非常迫切和必要的。论文实验钢成分设计顺应时代发展,通过降碳的方式解决内应力过大引起型腔炸裂的情况,提高合金元素含量弥补强度损失的设计理念,进行了φ16×2000毫米的棒材和宽1200毫米、厚600毫米大型实验材料的制备与组织性能调控的分析研究。论文实验部分主要进行了热处理工艺技术、工业大模块剖析和组织性能精确调控三个方面的研究,为预硬化技术控制和组织控制原理提供理论及依据。得到以下主要结论:1.通过降碳、提高合金元素含量思路设计的2Cr2MnNiMoV钢,合金元素Mo、V的添加细化碳化物的尺寸,析出强化作用弥补了碳含量降低强度方面的缺失。880℃油淬,550℃回火热处理工艺条件下具有最好综合力学性能:抗拉强度和屈服强度分别达到1409MPa和1192.7MPa、断面收缩率和伸长率分别达到66.7%和17.9%,冲击韧性100J。对比同工艺下国内流行的1.2738钢的性能:抗拉强度1326MPa、屈服强度1180MPa、断面收缩率57.7%、伸长率14.7%,冲击韧性47J,力学性能各方面指标均有很大提升。2.工业生产尺寸宽1200mm、厚600mm大模块2Cr2MnNiMoV钢端部经预硬化完全淬透。回火马氏体组织存在于边部,回火贝氏体为主要组织。截面硬度均匀,硬度偏差在2.5HRC范围内,满足高硬度预硬化塑料模具钢38~42HRC的截面硬度需求。3.2Cr2MnNiMoV钢奥氏体连续冷却曲线的相变产物主要为贝氏体组织和马氏体组织,冷却速率为0.03~0.15℃/s时,相变主要产物为贝氏体组织;冷却速率为0.3~16℃/s时,相变主要产物为马氏体组织。冷却速率在0.03~0.3℃/s变化范围内时,随冷速的加快,贝氏体铁素体由等轴状变为板条状生长,最终合并成块状铁素体。等轴铁素体长大合并形成的块状铁素体中马奥岛尺寸大、数量少、排列不规则;板条铁素体长大合并形成的块状铁素体中马奥岛尺寸小,数量多、以平行方式排列,性能方面表现在显微硬度随冷速加快增高。当冷速在0.3~16℃/s时,冷却速率对马氏体转变以及硬度的影响较小。4.实验钢经880℃奥氏体化保温30分钟通过油冷、空冷、炉冷和等温的方式冷却至室温,获得马氏体、马氏体和贝氏体、全贝氏体的组织。研究结果表明少量贝氏体存在于马氏体中,起到分割奥氏体晶粒、细化马氏体组织的作用提高材料韧性;炉冷和长时间等温时,贝氏体板条粗化,硬质相的马奥岛尺寸增大且位于晶界处降低材料强韧性。5.贝氏体回火在500℃时出现回火脆性。马奥岛随回火温度的升高发生分解:一方面分解后的碳化物和细化的马奥岛提供了强度,出现硬化峰;另一方面位于晶界上的马奥岛分解后形成的碳化物和高碳马氏体,恶化材料韧性。