汽车高强板成形苛刻的现场服役条件要求Cr8钢模具有较高的耐磨性和韧性,国产Cr8冷作模具钢易开裂,模具在现场使用寿命不高。高强板成形对Cr8钢模具性能的高要求,需由模具原材料组织、热处理、表面强化等内部品质及后续工艺处理来保证。本文以国产HNC53钢为研究对象,对其原始组织及性能、真空气淬热处理之后碳化物的演变规律、表面强化工艺等进行系统研究,通过对模具摩擦磨损量进行数值模拟,结合现场实际应用,提出了国产Cr8冷作模具钢的质量控制关键技术及模具长寿命控制策略,形成模具材料-真空热处理-表面强化-模具数值模拟协同技术,延长模具寿命。本文用上海宝钢开发新型的Cr8冷作模具钢材料HNC53,与国外KD11max和DC53两种冷作模具钢原始状态组织和性能进行系统对比分析,并对其原始组织碳化物的分布特征及颗粒大小进行研究,揭示了碳化物的形态、大小、分布及占比对力学性能方向性的影响规律,HNC53钢原始组织分布均匀,大块状共晶碳化物在Y向的尺寸为长14~44μm,宽7~14μm;小颗粒球状碳化物尺寸差异较小,均匀弥散分布在基体中;材料力学性能在X、Y、Z方向等向性较好。因此,研究的新型HNC53钢能达到国外冷作模具钢先进水平,并替代国外冷作模具钢材料。通过研究真空气淬+高温回火热处理工艺对HNC53、KD11max、DC53钢组织和性能的影响,并对材料尺寸稳定性进行分析,研究其在热处理过程中碳化物演变规律及生长动力学。结果表明,三种材料经过真空气淬+高温回火之后,基体组织碳化物不均匀分布得到改善,大块状共晶碳化物颗粒尺寸变小,体积占比减少,同时,原始组织球状碳化物回溶到基体,析出小颗粒状二次碳化物,基体组织马氏体细化。碳化物的生长动力学为:在M3C析出前端是C的驱动力占主导作用随着反应的进行,Cr元素向基体扩散,由于Cr在基体的固溶度有限,M23C6析出前端,C的驱动力变大,直到M3C完全转变成M23C6。HNC53和KD11max析出的二次碳化物颗粒较小且均匀分布在马氏体基体上,对提高材料的韧性有利。HNC53和KD11max的硬度都达到58HRC,其硬度、冲击韧性和尺寸稳定性略好于DC53。用普通PVD、TD、HKS-G对HNC53冷作模具钢材料进行表面强化处理,分析强化处理工艺对材料镀层物相、化学成分、硬度、膜-基结合力等的影响。研究得出:TD镀层工艺膜-基结合较好,等级为HF1级,镀层硬度为2694HV;HKS-G镀层工艺膜-基结合良好,等级为HF2级,镀层硬度为3326HV;普通PVD膜-基结合及硬度相对较差。综合分析,TD表面处理方法为化学方法,膜-基结合最好,对于冲压次数较多且要求模具寿命较高的大批量高强板成形模具用TD处理;冲压次数相对较少且小批量生产的超高强钢成形模具表面处理用HKS-G。通过对乘用车纵梁成形力和模具摩擦磨损量模拟,研究模具不同的表面强化处理硬度对模具摩擦磨损量的影响,用理论模拟与模具现场实际应用情况进行对比分析。模拟结果得出:HKS-G表面处理模具最大磨损量最小,为2.1×10-8mm,预测疲劳寿命为47万次。比无镀层模具寿命提高5倍。表面TD处理模具最大磨损量为2.6×10-8mm,预测寿命为38万次,模具经过TD表面强化处理之后现场实际寿命为33万次,结合现场实际工况对模具寿命影响因素分析,模具理论寿命与实际相吻合。为了实现HNC53模具的高寿命,基于HNC53钢原始组织与性能、真空气淬+高温回火工艺、表面强化技术研究,结合模具数值化模拟,与模具现场实际应用相结合,提出了Cr8冷作模具的主要影响因素,并建立模具材料-真空热处理-表面强化-模具数值模拟协同技术图。HNC53原始组织方向性差异较小,组织均匀,韧性较好;材料经过真空气淬+高温回火之后,硬度较高,冲击韧性好,能达到国外Cr8冷作模具钢水平。HNC53模具经过现场应用验证,寿命较高,达到33万多次。