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H13钢是目前使用最广泛和最具代表性的一种热作模具钢。本课题组以H13钢为基础研发了DHA钢,其强度、硬度与H13钢相当,塑性与韧性有较大提升。为了保证较高的韧性和塑性的同时,继续提高强度和硬度,本课题以DHA钢为研究基础,在钢中添加质量分数分别为0%、0.009%、0.019%、0.028%和0.038%的Nb元素。通过发挥Nb在钢中细晶强化、固溶强化、析出强化的作用,进一步提高DHA钢的综合性能。同时,本课题初步探究了含铌DHA钢中N元素质量分数的变化对Nb在钢中作用效果的影响。本课题通过凝固模拟计算表明DHA钢中添加质量分数为0.04%的Nb元素,导致液相凝固过程中FCCA1#2析出相的产生;通过奥氏体和铁素体中Nb的固溶和析出的分析可知钢中Nb元素质量分数适量时,一部分Nb元素可以从奥氏体中析出,起到钉扎晶界、细化晶粒的作用,另一部分固溶在奥氏体,在相变过程中或铁素体中固溶的Nb元素重新弥散析出,起到析出强化的作用。通过平衡相图计算发现DHA钢体系中加入质量分数为0.04%的Nb元素后,低温铁素体中析出NbC型析出相,1253℃析出的V（C,N）型析出相转变为1278℃的（V,Nb）（C,N）型析出相。本课题通过分析铸态组织发现:Nb的添加使钢中出现尺寸较大的液析碳氮化物,并且加重枝晶偏析,但是同时减小了Cr、Mo、V元素的偏析。实验钢采用的热加工和热处理工艺为:1250℃×30 h的高温扩散退火+多向锻造的热加工工艺和1050℃正火+860℃×2 h+740×4 h的等温球化退火+1030℃油淬+560℃/590℃/620℃下二次回火处理。使用OM显微镜和SEM显微镜观察热处理过程中的组织发现:随着Nb质量分数的提高,高温扩散退火时枝晶偏析的消除和液析碳氮化物的溶解更加困难,w[Nb]=0.019%的2#钢明显减轻了高温下晶粒异常长大的程度;随着Nb的质量分数的增加,等温球化退火组织中粒状珠光体尺寸增大;含Nb钢淬火组织中小于100 nm的碳氮化物析出较多,钉扎奥氏体晶界,可以抑制晶粒长大。回火组织的大尺寸碳氮化物颗粒成分随着Nb的添加而出现Nb元素,随着回火温度的升高,基体中的细小析出相不断在马氏体板条间和晶界上析出、粗化、长大,对钢的力学性能造成显著影响。本课题通过硬度测试、室温冲击、室温拉伸测试后发现,硬度值和强度值随着回火温度的升高而降低,韧性和塑性的变化趋势是随着回火温度的升高而提高。随着Nb质量分数的增加,回火硬度变化规律是先升高后降低的趋势,2#钢的硬度值最高。在560℃和590℃回火后,随着Nb质量分数的增加,韧性逐渐降低。在620℃回火后,随着Nb质量分数的增加,韧性先升高后降低,1#钢的韧性最高。随着Nb质量分数的增加,强度变化规律是先升高后降低,2#钢的强度最高。塑性变化规律为先升高后降低,2#钢经过560℃和620℃回火具有最佳的塑性,590℃回火后则是3#钢具有最佳的塑性。综合看来,w[Nb]=0.019%的2#钢在0#～4#钢中具有最佳的综合力学性能。将0#钢和DHA钢对比发现,延长高温扩散退火的时间后,韧性和塑性获得提高;对比2#钢和DHA钢可以发现,钢中Nb元素的质量分数为0.019%时,可以使钢经过长时间高温扩散退火和经历不同温度回火后保持与DHA基本一致的硬度水平,2#钢具有更高的韧性,560℃和590℃下回火时,强度显著提高,620℃下回火时保持强度与DHA钢基本一致同时塑性得到提高。w[Nb]=0.019%的添加可以有效提升DHA钢的综合力学性能。由于N质量分数减少,DHA钢中（V,N）（C,N）转变为NbC,析出温度大幅降低,析出量显著减少。通过能谱分析发现w[N]=0.0025%的低氮实验钢中液析碳化物大部分是MoC型碳化物,由于NbC析出温度较高、析出量较少,因此只发现少量MoC型碳化物中包含着w[Nb]大于10%的（V,Mo,Nb）C复合型碳化物。w[N]=0.0025%的实验钢淬火组织碳化物颗粒明显减少,其尺寸相对细小。N质量分数的高低显著影响含Nb的DHA钢的力学性能。钢中w[N]=0.0025%,力学性能受到回火温度变化的影响较大;当钢中w[N]=0.025%,各项力学性能也处于中间水平,性能相对稳定。当钢中w[N]=0.037%,各项力学性能处于较低水平。