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来源：青拓集团 Tsingtuo（青拓研究院）
近年来，国内塑料模具钢市场规模持续扩张，年消费量达一百多万吨，年均增速约 10%。其中，1.2311（P20、3Cr2Mo）和 1.2738（718）是全球应用最广泛的传统塑料模具钢，这类产品含 0.15% 以上钼，组织为回火马氏体，预硬态硬度达 HRC28 以上。
现有塑料模具钢产品存在三大技术痛点：
青拓集团基于红土镍矿资源优势，通过无钼贝氏体合金设计和工艺流程创新，全球首发低碳含镍贝氏体塑料模具钢 Q2311Ni。该产品相比传统塑料模具钢，具备更优异的硬度和组织分布均匀性、力学性能、切削性能和抛光性能。
图 1 Q2311Ni 模具钢的抛光效果图
为解决传统塑料模具钢的行业痛点，青拓集团开展合金成分创新与工艺流程创新，核心创新点如下：
青拓集团全球首创基于红土镍矿的塑料模具钢成分体系，具有低碳、无钼等特点。其中，铬镍锰合金元素组合可替代钼调控贝氏体相变，无需离线高温回火，钢板全截面可获得均匀的贝氏体组织和预硬态（HRC30-35）性能。
表 1 Q2311Ni 和传统塑料模具钢成分及硬度对比（wt%）
| 牌号 | 标准 | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | N | 硬度 /HRC |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.2311 | DIN EN | 0.406 | 0.38 | 1.38 | 1.76 | 0.04 | 0.21 | / | 28~35 |
| 1.2738 | 4957 | 0.427 | 0.32 | 1.51 | 1.87 | 0.91 | 0.23 | / | 36~39 |
| Q2311Ni | Q/TTIG 018 | ≤0.15 | ≤1.0 | 1.0~2.5 | 3.00~5.00 | 0.80~2.00 | 0 | ≤0.01 | 30~35 |
为解决连铸坯合金成分偏析导致的厚度截面组织和硬度不均问题，通过优化连铸拉速和过热度等工艺参数，提炼合金成分偏析当量指数：
3.5×C + 4.5×P + (2×Mn)/6 + (1.3×Cr)/5 + Ni/15
通过工艺与合金成分偏析指数的优化设计，显著降低铸坯截面的合金成分偏析，为组织和硬度分布均匀性创造有利条件。
轧后冷却工艺是决定塑料模具钢性能和冶金质量的关键。基于相变动力学计算模拟，开发轧后控冷工艺，获得全板厚均匀的贝氏体组织和硬度分布。
| 工艺类型 | 流程步骤 |
|---|---|
| Q2311Ni 控冷工艺 | 钢坯 → 加热 → 控轧 → 创新控轧控冷工艺 → 堆冷 → 成品（无需离线回火） |
| 传统模具钢工艺 | 钢坯 → 加热 → 控轧 → 控冷 → 600℃高温回火（长达 20h） → 成品 |
相比传统工艺，Q2311Ni 无需长时间高温回火，提高生产效率，降低工序成本，吨钢碳排放降低 0.24 吨 CO₂，节能减排效果显著。
基于红土镍矿的合金设计、减少偏析的连铸工艺和免高温回火的控冷工艺，Q2311Ni 塑料模具钢获得优异性能，具体表现如下：
通过 “合金成分–控冷工艺 - 相变组织” 三位一体硬度控制模型，15~120mm 厚 Q2311Ni 钢板截面硬度维持在 HRC32-34 之间，最大硬度差≤2HRC，分布均匀性显著优于传统产品。
（注：原文含硬度分布折线图，此处提取核心数据）
| 厚度截面位置 | Q2311Ni 硬度（HRC） | 1.2311 硬度（HRC） | 1.2738 硬度（HRC） |
|---|---|---|---|
| 上表 | 32.64 | 29.85 | 30.21 |
| 1/4 处 | 33.14 | 30.54 | 32.15 |
| 1/2 处 | 33.42 | 32.48 | 34.58 |
| 3/4 处 | 32.15 | 36.15 | 36.44 |
| 下表 | 32.48 | 36.47 | 37.08 |
| 最大硬度差 | 1.3 | 2.2 | 2.5 |
注：钢板厚度越大，1.2311 和 1.2738 的截面硬度差越明显，而 Q2311Ni 仍保持均匀分布。
Q2311Ni 相比 1.2311 和 1.2738，在塑韧性、切削加工效率、抛光性能和力学性能上均有显著提升：
（注：原文含多组性能对比图表，此处提取核心数据）
| 性能指标 | Q2311Ni | 1.2311 | 1.2738 | 提升幅度（相比 1.2311） |
|---|---|---|---|---|
| 抗拉强度（MPa） | 1154 | 999 | 1100 | 约 15% |
| 伸长率（%） | 12.7 | 9.2 | 9 | 30% |
| 冲击吸收能（J） | 18.8 | 11.9 | 9.8 | 57% 以上 |
| 相对切削效率 | 115% | 100% | 96% | 15% |
| 抛光粗糙度（μm） | 0.019 | 0.043 | 0.023 | 降低 56% |
青拓集团以红土镍矿为原料，利用其中的镍铬锰等合金元素促进贝氏体相变的作用，在降低碳含量、不添加昂贵金属钼的基础上，结合轧后控冷工艺成功开发了低碳含镍贝氏体塑料模具钢 Q2311Ni，实现了塑料模具钢的高性能、低成本和低碳排放。
该产品已授权一项产品发明专利：《一种基于红土镍矿的贝氏体塑料模具钢及其制造方法》（专利号：CN202511409065.6），将助推塑料模具钢行业高质量发展。
