H13热作模具钢是应用最广泛和最具代表性的一种热作模具钢。国产模具钢与国际先进水平还有一定差距,导致我国每年有40%以上的中、高档模具必须从国外进口。为了开发高质量的H13模具钢,本课题采用向钢中添加微量元素镁,系统地研究了镁对钢中夹杂物、碳化物和性能的影响。本文首先研究了H13模具钢电渣重熔过程中镁含量变化的规律,以及电渣重熔过程中镁的挥发动力学。研究结果表明,镁主要以传质形式进入渣中氧化而损失。电渣重熔过程中,自耗电极端部熔滴形成阶段镁的损失约占总损失量的53%左右。通过动力学分析,镁的损失限制环节为[Mg2+]从钢-渣界面向渣中的传质,并经试验数据计算得到传质系数DMg2+/δMg2+为4.27×10-4mm/s；为了提高电渣重熔过程镁的收得率,合适的渣系组成为50%CaF2-20%Al2O3-20%CaO-10%MgO。对生产过程中夹杂物及碳化物研究发现,采用镁铝复合脱氧时,可以将钢中氧含量降到很低的水平。经过镁处理的H13模具钢,由于生成了大量的2μm左右的MgOAl2O3及MgS夹杂物,以及以含镁夹杂物为核心的复合夹杂物,尺寸在5μm左右。含镁电渣锭中大型夹杂物主要是高Si类复合夹杂物,以及少量的Al2O3-SiO2-CaO类复合夹杂物,大型夹杂物含量远低于不含镁的电渣锭。经过镁处理的H13模具钢碳化物尺寸明显减小。镁在退火和回火温度下具有较大的偏聚倾向,镁原子扩散到空位及缺陷处,可减少碳化物网链状生长,还可以偏聚到碳化物择优生长界面上,阻碍碳化物的生长,并且球化碳化物。MgAl2O4夹杂物与y-Fe, M(CN)以及M6(CN)的错配度分别为4.0%、3.0%、2.8%。MgAl2O4比A1203更利于γ-Fe, M(CN)和M6(CN)形核。镁对H13模具钢相变规律及性能影响的研究结果表明,镁使H13模具钢CCT曲线中珠光体转变区向左移动；贝氏体转变区向右移动。含镁H13模具钢具有较好的热稳定性。随着钢中镁含量的增多,电渣重熔退火态钢的组织中粒状珠光体逐渐增多,导致含镁钢的强度和硬度低于无镁钢。无镁钢的断裂机理为解理型断裂；随着钢中镁含量的增多,断口由准解理断裂变为韧性断裂。镁能够提高回火马氏体的稳定性,使回火后组织有大量回火屈氏体组织,增加了钢的强度和硬度。经过镁处理的钢断口夹杂MgO·Al2O3以及MgO-Al2O3-SiO2-CaO复合夹杂为主,尺寸较小；撕裂岭上碳化物棱形转变为球形或近球形,提高了钢的韧性。不含镁钢的摩擦机制为黏着磨损,随着镁含量的增加钢的摩擦机制转变为氧化磨损。随着钢中镁含量的升高摩擦系数逐渐减小,而硬度逐渐增大。因此,随着钢中镁含量的升高磨损率逐渐减小。