H13热作模具钢是在全世界范围内应用最广泛的热作模具材料。由于凝固过程中的合金元素偏析,在H13钢铸锭的枝晶间区域存在大量尺寸达数十微米的液析碳化物,其存在不但弱化了合金元素对基体的强化作用,而且在外力作用下容易在液析碳化物所在位置产生裂纹,严重影响材料的性能。因此,研究液析碳化物的产生原因、影响因素和控制方法对于改进模具材料生产工艺具有重要意义。本课题通过多种实验方法和热力学析出理论分析确定了H13钢中液析碳化物的种类和生成时机,并实验分析了凝固冷却速度对液析碳化物的影响。利用高温共聚焦显微镜和Feature颗粒物自动分析系统分析了液析碳化物的高温分解过程,研究了合金元素含量变化对H13钢中液析碳化物的生成过程以及对材料性能的影响。经分析,H13钢铸锭中的液析碳化物可分为富V的MC型和富Mo的M2C型,其中部分MC型液析碳化物含有Ti和N元素,而富Mo的M2C型液析碳化物有条状和共晶形貌两种,且液析碳化物是由于凝固偏析在枝晶间区域产生的。H13铸锭的枝晶间合金元素偏析随着冷却速度的增加而增加,导致液析碳化物的产生固相率随着冷却速度的增加而减小,但富V型液析碳化物的产生固相率不小于0.87,富Mo型液析碳化物的产生固相率不小于0.97;液析碳化物的长度和数量随冷却速度的增加而显著减小,而形状受冷却速度影响较小;M2C型液析碳化物的平均面积随冷却速度的增加显著减小,而MC型液析碳化物的平均面积受冷却速度影响较小;在常规铸锭生产工艺条件下,无法通过调节凝固冷却速度避免液析碳化物在凝固过程中生成。高温原位观察分析结果表明,将H13钢铸锭加热至1 150℃以上保温1分钟即会在枝晶间区域出现局部液相;局部液相最先在M2C型液析碳化物和基体的界面上产生,当加热温度大于或等于1200℃时,保温1分钟后液析碳化物将完全被液相包裹;枝晶间合金元素偏析和液析碳化物的高温分解会导致液析碳化物所在区域对应的固相线温度降低至1150～1224℃,从而引起局部液相的过早出现。局部液相的出现可以改善液析碳化物分解的动力学条件,导致材料热变形过程中应力应变曲线的波动,并且局部液相会在冷却过程中发生收缩,在其所在位置形成孔洞。H13钢中的M2C型液析碳化物在1150℃以上温度保温1分钟后即开始分解,且分解过程十分迅速;而MC型液析碳化物在1200℃以上时才会分解,但分解十分缓慢,只有当加热温度高于1250℃时,才能观察到液析碳化物的明显分解,完全分解需要较长的保温时间;同时降低H13钢中的Si和V元素含量可以有效抑制凝固过程中MC型液析碳化物的生成,且在强度和塑性不降低的前提下使材料具有更高的淬火硬度和冲击韧性,然而会降低材料的冷热疲劳抗性。