模具鋼材的選擇直接決定了模具的壽命、性能和總擁有成本。一個常見的選材錯誤可能導致數十萬甚至上百萬的損失。本文提供系統性的鋼材選擇決策工具，深度解析 5 種主流模具鋼材的技術特性、應用場景和成本效益，幫助您做出最佳選擇。
延伸閱讀：想了解鋼材與表面處理的配合？請參考 模具設計的三大核心要素。
選錯鋼材的代價：真實案例分析
某汽車零件供應商開發儀表板扣件模具，預期產量 80 萬件。為了節省成本，選用了 718 鋼材（HRC 33）+ 簡易氮化處理（厚度僅 0.05mm，標準應 0.15mm 以上）。結果：
- 模穴局部磨損：扣位尺寸超差 0.08mm，組裝不良率從 2% 飆升到 15%
- 滑塊卡滯：氮化層剝落，滑塊運動不順，頂出不良
- 緊急停產：客戶退貨 5,000 件，模具需重製模仁
損失計算：
• 重製模仁費用：8 萬元（SKD61 材料 + 重新加工）
• 停工損失：2 週 × 每週產值 40 萬 = 80 萬元
• 退貨損失：5,000 件 × 單價 18 元 = 9 萬元
• 客戶罰款：違約金 15 萬元
• 總損失：超過 112 萬元
若當初選用 SKD61（HRC 50）+ 氮化處理，增加成本約 4 萬元，但能達到：
• 模具壽命：80 萬模以上（完全滿足需求）
• 穩定性：全程維持 98% 良率
• 無需中途維修或重製
• 投資回報率：2,700%+（避免 112 萬損失，僅增加 4 萬成本）
5 大模具鋼材完整解析
市場上模具鋼材種類繁多,但射出模具最常用的是以下 5 種。了解每種鋼材的特性是正確選材的基礎。
1. P-20 預硬鋼（經濟型）
技術特性：P-20 是塑膠模具中最廣泛使用的預硬鋼，屬於 Cr-Mo 系合金鋼。預硬態交貨（HRC 28-32），可直接進行銑削、鑽孔、EDM 加工，無需熱處理。
| 化學成分 | C: 0.35%, Cr: 1.7%, Mo: 0.4% |
| 硬度範圍 | HRC 28-32（預硬態） |
| 切削性能 | 優異（切削速度 60-100 m/min） |
| 拋光性能 | 良好（可達 Ra 0.2μm） |
| 預期壽命 | 3-5 萬模（無處理）、10-15 萬模（+氮化） |
2. 718 預硬鋼（平衡型）
技術特性：718 是 P-20 的升級版，添加了 Ni 元素提高韌性和硬度。硬度比 P-20 高 15-20%，耐磨性顯著提升，同時保持良好的加工性能。這是「性能」與「成本」的最佳平衡點。
| 化學成分 | C: 0.37%, Cr: 1.8%, Ni: 1.0%, Mo: 0.4% |
| 硬度範圍 | HRC 30-36（預硬態） |
| 切削性能 | 良好（切削速度 70-100 m/min） |
| 拋光性能 | 良好（可達 Ra 0.15μm） |
| 預期壽命 | 15-25 萬模（無處理）、30-40 萬模（+氮化） |
| 成本對比 | 比 P-20 高 30-40%，比 SKD61 低 35% |
3. NAK80 預硬鋼（精密型）
技術特性：NAK80 是專為精密塑膠模具開發的預硬鋼，硬度高達 HRC 37-43（預硬態），無需淬火即可使用。最大特點是優異的鏡面拋光性能和極佳的尺寸穩定性，特別適合薄壁件和精密模具。
| 化學成分 | C: 0.15%, Ni: 3.0%, Al: 1.0%（主要合金元素） |
| 硬度範圍 | HRC 37-43（預硬態，無需熱處理） |
| 切削性能 | 中等（切削速度 50-80 m/min） |
| 拋光性能 | 優異（可達 Ra 0.05μm 鏡面） |
| 尺寸穩定性 | 極佳（預硬鋼無需熱處理，尺寸變化 <0.005mm） |
| 預期壽命 | 25-40 萬模 |
| 成本對比 | 比 718 高 30%，與 SKD61 相當（視進口品牌而定） |
- 薄壁件模具（壁厚 <1mm）：避免熱處理變形
- 精密電子零件（公差 ±0.02mm）：尺寸穩定性佳
- 高光澤外觀件：鏡面拋光性能優異
- 複雜細小結構：預硬態可直接加工，無變形風險
• 產品尺寸：12mm × 8mm × 0.8mm（薄壁）
• 精度要求：±0.02mm
• 選用 NAK80，直接加工到成品尺寸，無需熱處理
• 鏡面拋光達 Ra 0.03μm
• 實際壽命：35 萬模，全程無需維修
• 若用 SKD61 需熱處理，變形風險高達 40%，良率僅 60%
4. SKD61 / H13（標準型）
技術特性：SKD61 是業界公認的優質熱作模具鋼，也是高階塑膠模具的首選。經過淬火 + 回火處理後，硬度可達 HRC 48-52，具有優異的耐磨性、高溫強度和抗熱疲勞性能。
| 硬度範圍 | HRC 48-52（淬火後） |
| 預期壽命 | 50-80 萬模（+氮化）、80-100 萬模（+PVD） |
| 成本對比 | 比 P-20 高 50%，但總模具成本僅增 7-10% |
註：SKD61 的詳細技術特性、表面處理配合、成本效益分析已在 模具設計的三大核心要素 中深入探討，此處不再重複。
5. S136 / Stavax（耐蝕型）
技術特性：S136（瑞典 Assab）/ Stavax（一勝百）是高級不鏽鋼模具鋼，含鉻量高達 13.6%，具有優異的耐腐蝕性和鏡面拋光性能（可達 Ra 0.05μm 以下）。
- 光學產品模具（透鏡、導光板）
- 醫療器材模具（符合衛生要求）
- 腐蝕性塑料（PVC、醋酸鹽）
- 潮濕環境使用（沿海地區、高濕度廠房）
• NAK80：鏡面拋光性能優異（Ra 0.05μm），但不耐腐蝕
• S136：鏡面拋光性能 + 耐腐蝕性，但成本高 40%
• 選擇建議：一般鏡面需求用 NAK80，腐蝕環境或醫療/光學產品用 S136
註：S136/Stavax 的詳細特性已在 模具設計的三大核心要素 中介紹，此處著重於與其他鋼材的對比選擇。
5 種鋼材性能對比矩陣
透過多維度對比，快速了解各鋼材的綜合性能：
| 鋼材 | 硬度 (HRC) |
耐磨性 | 韌性 | 切削性 | 拋光性 | 耐蝕性 | 尺寸穩定性 | 相對成本 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P-20 | 28-32 | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | 1.0× |
| 718 | 30-36 | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | 1.35× |
| NAK80 | 37-43 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | 1.75× |
| SKD61 | 48-52 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ | 2.0× |
| S136 | 48-52 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★☆☆ | 2.8× |
加工難度係數對比
不同鋼材的加工難度直接影響製作週期和成本：
| 鋼材 | 切削速度 (m/min) |
刀具壽命 (相對值) |
加工時間 (相對值) |
EDM 速度 (相對值) |
熱處理 | 交期影響 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| P-20 | 80-120 | 1.0× | 1.0× | 1.0× | 無需 | 基準 |
| 718 | 70-100 | 0.85× | 1.15× | 0.9× | 無需 | +5% |
| NAK80 | 60-90 | 0.7× | 1.3× | 0.8× | 無需 | +10% |
| SKD61 | 40-60 | 0.4× | 1.8× | 0.6× | 需要（+2週） | +30% |
| S136 | 35-55 | 0.35× | 2.0× | 0.55× | 需要（+2週） | +35% |
雖然 P-20 和 718 加工速度快，但若用於大批量生產，頻繁維修的總時間損失遠超過 SKD61 的初期加工時間。
預硬鋼的優勢：718 和 NAK80 無需熱處理，交期比 SKD61 短 2 週，適合急單或週期敏感專案。
系統性選材決策樹
根據產品需求，透過三步驟系統性選擇最適合的鋼材：
🔍 三步驟選材決策流程
步驟 1：產量評估
根據預期生產數量初步篩選
步驟 2：精度需求
評估產品公差與尺寸穩定性
步驟 3：特殊環境
考慮溫度、腐蝕、壁厚等因素
步驟 1：產量評估（初步篩選）
| 預期產量 | 推薦鋼材 | 預期壽命 | 選擇理由 |
|---|---|---|---|
| <5 萬模 | P-20 | 3-5 萬模 | 成本最低，無需表面處理，適合試模和小批量 |
| 5-15 萬模 | 718 或 P-20+氮化 | 15-25 萬模 | 成本效益平衡點，718 無需處理，P-20+氮化成本略低 |
| 15-40 萬模 | 718+氮化 或 NAK80 | 30-40 萬模 | 中批量最佳選擇，NAK80 適合精密件，718+氮化適合一般件 |
| 40-100 萬模 | SKD61+氮化 | 50-80 萬模 | 標準量產方案，穩定性最佳，維護頻率最低 |
| >100 萬模 | SKD61+PVD 或雙層處理 | 100 萬模+ | 超大批量，極致耐用性，避免任何停機風險 |
步驟 2：精度需求（細化選擇）
| 精度要求 | 推薦鋼材 | 關鍵優勢 | 典型應用 |
|---|---|---|---|
| ±0.1mm (一般級) |
P-20 或 718 | 成本低，加工快 | 外殼、裝飾件、一般結構件 |
| ±0.05mm (精密級) |
718 或 SKD61 | 穩定性好，熱處理變形可控 | 有配合要求的零件、機構件 |
| ±0.02mm (高精密級) |
NAK80 或 SKD61 | NAK80 無熱處理變形 | 電子零件、精密配合件 |
| ±0.01mm (超精密級) |
SKD61 + 特殊處理 | 硬度高，尺寸長期穩定 | 光學零件、醫療器材、儀器部件 |
當精度要求 ±0.02mm 且產品壁厚 <1.5mm 時，NAK80 是首選：
• 零變形風險：預硬態 HRC 37-43，無需淬火，避免薄壁件變形
• 尺寸穩定：長期使用尺寸變化 <0.005mm
• 交期優勢：比 SKD61 節省 2 週熱處理時間
• 典型案例：手機零件、連接器、精密卡槽
步驟 3：特殊環境（最終確認）
| 特殊需求 | 推薦鋼材 | 技術原因 | 典型產品 |
|---|---|---|---|
| 高溫塑料 (PA, PC, PPS) |
SKD61 | 抗熱疲勞性能優異，高溫強度高 | 汽車零件、電器外殼 |
| 腐蝕性材料 (PVC, 醋酸鹽) |
S136 / Stavax | 含鉻 13.6%，優異耐腐蝕性 | 管材、醫療用品 |
| 薄壁件 (壁厚 <1mm) |
NAK80 | 預硬鋼，無熱處理變形 | 電子零件、薄殼產品 |
| 光學/透明件 | S136 或 NAK80 | 鏡面拋光性能 Ra <0.05μm | 透鏡、導光板、高光澤外觀件 |
| 醫療器材 | S136 (Stavax) | 不鏽鋼材質，符合衛生標準 | 注射器零件、醫療容器 |
| 潮濕環境 (沿海/高濕) |
S136 或 718+防鏽 | 耐腐蝕，減少保養頻率 | 海洋設備、戶外產品 |
| 急單/短交期 | 718 或 NAK80 | 預硬鋼，省去 2 週熱處理時間 | 任何需要快速開模的專案 |
成本效益分析工具
選擇鋼材不能只看初期價格，必須計算總擁有成本（TCO）。
TCO 計算公式
• 射出溫度：<250°C（高溫塑料如 PA66、PPS 會縮短壽命 30-50%）
• 模具溫度控制：±5°C 穩定（溫差過大會產生熱疲勞裂紋）
• 定期保養：每 5-10 萬模清潔拋光 1 次
• 頂出參數：避免頂出力過大造成模穴變形
• ⚠️ 操作不當可使實際壽命縮短 30-50%
案例 1：10 萬模中批量生產（汽車內飾件）
| 方案 | 鋼材 | 加工 | 處理 | 壽命 | 維護次數 | 維護成本 | 停工損失 | TCO 總計 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A: P-20 無處理 | 1.5 萬 | 4.0 萬 | 0 | 5 萬模 | 2 次 | 6 萬 | 12 萬 | 23.5 萬 |
| B: 718 + 氮化 | 2.2 萬 | 4.5 萬 | 0.8 萬 | 35 萬模 | 1 次 | 3 萬 | 6 萬 | 16.5 萬 ✅ |
| C: NAK80 | 2.8 萬 | 4.8 萬 | 0 | 40 萬模 | 1 次 | 3 萬 | 6 萬 | 16.6 萬 ✅ |
| D: SKD61 + 氮化 | 3.0 萬 | 3.5 萬 | 3.1 萬 | 80 萬模 | 0 次 | 0 | 0 | 9.6 萬 🏆 |
• P-20 初期成本最低（5.5 萬），但 TCO 最高（23.5 萬），因維護頻繁
• 718 和 NAK80 TCO 相近（16.5-16.6 萬），是 10 萬模的經濟選擇
• SKD61 初期成本較高（9.6 萬，含粗加工+熱處理+精加工+氮化），但無需維護，TCO 最低，節省 59%
• 建議：若預算充足選 SKD61（最低 TCO），預算受限選 718 或 NAK80（平衡方案）
• ⚠️ 成本說明：SKD61 的「處理」包含熱處理（淬火+回火 1.8萬）+ 熱處理後精加工（1.3萬）+ 氮化（0.8萬）
案例 2：30 萬模大批量生產（電子零件外殼）
| 方案 | 初期成本 | 模具壽命 | 重製次數 | 維護成本 | 停工損失 | TCO 總計 | 節省金額 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 718 + 氮化 | 7.5 萬 | 35 萬模 | 0 次 | 1 次（3 萬） | 6 萬 | 16.5 萬 | 基準 |
| NAK80 (薄壁件) |
8.2 萬 | 40 萬模 | 0 次 | 0 次 | 0 | 8.2 萬 🏆 | -50% |
| SKD61 + 氮化 | 8.8 萬 | 80 萬模 | 0 次 | 0 次 | 0 | 8.8 萬 ✅ | -47% |
• 30 萬模級別，718 需要 1 次維護，產生停工損失
• NAK80 和 SKD61 完全滿足 30 萬模需求，無需維護，TCO 僅為 718 的 50%
• 選擇建議：若產品是薄壁件（<1mm）或精密件（±0.02mm），優先選 NAK80；若是一般件或高溫塑料，選 SKD61
案例 3：100 萬模超大批量（家電外殼）
| 方案 | 初期成本 | 模具壽命 | 重製次數 | 總模具投資 | 維護+停工 | TCO 總計 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 718 + 氮化 | 7.5 萬 | 35 萬模 | 2 次 | 22.5 萬 | 30 萬 | 52.5 萬 |
| SKD61 + 氮化 | 8.8 萬 | 80 萬模 | 1 次 | 17.6 萬 | 10 萬 | 27.6 萬 ✅ |
| SKD61 + PVD | 11.0 萬 | 100 萬模+ | 0 次 | 11.0 萬 | 0 | 11.0 萬 🏆 |
• 100 萬模超大批量，停工損失是主要成本
• 718 方案需重製 2 次，停工損失達 30 萬，TCO 高達 52.5 萬
• SKD61 + 氮化需重製 1 次，TCO 27.6 萬
• SKD61 + PVD 鍍膜壽命超過 100 萬模，零停工，TCO 最低僅 11 萬，節省 79%！
• 結論：超大批量必須選擇 SKD61 + PVD，初期多投資 2-3 萬，避免數十萬停工損失
常見選材錯誤與解決方案
了解常見的選材錯誤,可以幫助您避免不必要的損失：
❌ 錯誤 1：過度追求高檔鋼材
錯誤案例：小批量試模（3 萬模）使用 SKD61 + PVD 鍍膜
問題：初期成本 11 萬，但實際只生產 3 萬模就停產，浪費 8 萬元（若用 P-20 僅需 3 萬）
✅ 正確方案：試模/小批量用 P-20，確認量產後再投資高檔鋼材
❌ 錯誤 2：過度節省成本
錯誤案例：80 萬模大批量用 P-20 無處理（如本文開頭案例）
問題：初期省 5 萬，後續損失 112 萬（維修、停工、罰款）
✅ 正確方案：大批量必須用 SKD61，初期多投資 3-5%，避免 300% 損失
❌ 錯誤 3：忽略加工難度
錯誤案例：複雜薄壁結構用 S136，淬火後變形嚴重
問題：熱處理變形 0.15mm，超過公差 ±0.05mm，模具報廢，損失 12 萬
✅ 正確方案：薄壁件（<1mm）優先選 NAK80 預硬鋼，避免熱處理變形
❌ 錯誤 4：忽略預硬鋼優勢
錯誤案例：急單（交期 4 週）使用 SKD61，需熱處理 2 週，延誤交期
問題：交期延誤 1 週，客戶罰款 5 萬
✅ 正確方案：急單用 718 或 NAK80，省去 2 週熱處理，準時交貨
選材決策檢查清單
在最終確定鋼材前，請確認以下問題：
- ☐ 產量評估：預期總產量是多少？是否會追加訂單？
- ☐ 精度需求：最嚴格的公差是多少？是否有薄壁結構（<1mm）？
- ☐ 材料特性：使用什麼塑料？是否高溫（PA、PC）或腐蝕性（PVC）？
- ☐ 表面要求：是否需要鏡面效果？表面粗糙度要求？
- ☐ 交期限制：開模週期是否緊張？能否接受 2 週熱處理時間？
- ☐ 預算評估：初期預算和 TCO 預算分別是多少？
- ☐ 停工風險：生產中斷的損失有多大？能否承受維修停工？
- ☐ 分區選材：是否可以模仁用高檔鋼材，模座用經濟鋼材？
預算受限時的替代策略
當預算無法支持最理想的鋼材選擇時,可採用以下策略平衡成本與性能：
策略 1：分區選材（最有效）
模具不同部位使用不同鋼材
| 部位 | 功能 | 推薦鋼材 | 選擇原因 |
|---|---|---|---|
| 模穴/模仁 | 直接接觸塑料 | SKD61 或 NAK80 | 承受磨損,需最高等級 |
| 滑塊/斜銷 | 運動部件 | 718 或 SKD61 | 需耐磨但不需最高硬度 |
| 模座/支撐板 | 結構支撐 | P-20 或 S50C | 僅承受壓力,不接觸塑料 |
| 導柱/導套 | 精密導向 | SUJ2 軸承鋼 | 高硬度低摩擦專用鋼 |
汽車零件模具（80 萬模需求）
• 全 SKD61 方案：15 萬元
• 分區選材方案：模仁 SKD61（6 萬）+ 滑塊 718（2 萬）+ 模座 P-20（1.5 萬）= 9.5 萬元
• 節省 37%，性能完全滿足需求
策略 2：表面處理補強
使用較低檔鋼材 + 適當表面處理,可接近高檔鋼材的性能：
| 組合方案 | 總成本 | 預期壽命 | 相當於 | 適用場景 |
|---|---|---|---|---|
| P-20 + 氮化 | 2.3 萬 | 10-15 萬模 | ≈ 718 無處理 | 小批量,成本極敏感 |
| 718 + 氮化 | 3.0 萬 | 30-40 萬模 | ≈ NAK80 | 中批量,預算受限 |
| 718 + PVD 鍍膜 | 4.0 萬 | 40-50 萬模 | 介於 NAK80 與 SKD61 之間 | 中大批量,無法負擔 SKD61 |
• 氮化處理：成本低（0.8 萬），壽命提升 2-3 倍，適合 P-20/718
• PVD 鍍膜：成本中（1.5 萬），壽命提升 3-4 倍，適合 718/NAK80
• 雙層處理（氮化+PVD）：成本高（2.2 萬），壽命提升 5 倍以上，僅用於 SKD61
更多表面處理技術請參考 模具設計的三大核心要素。
策略 3：國產與進口鋼材選擇
| 鋼材 | 進口品牌 | 國產替代 | 價格差異 | 性能差異 | 建議 |
|---|---|---|---|---|---|
| P-20 | 美國 Finkl | 國產 3Cr2Mo | -40% | 組織均勻性略差 5% | 國產可用 |
| 718 | 瑞典 Assab | 國產 718 | -35% | 穩定性略差 8% | 一般應用可用國產 |
| SKD61 | 日本日立 | 國產 4Cr5MoSiV1 | -30% | 韌性略差 10% | <50 萬模可用國產 |
| NAK80 | 日本大同 | 國產 NAK80 | -45% | 拋光性差 15% | 精密件建議進口 |
| S136 | 瑞典 Assab | 國產 4Cr13 | -50% | 耐蝕性差 20% | 光學/醫療必須進口 |
國產 vs 進口選擇指南
✅ 可使用國產鋼材的場景：
- 產量 <50 萬模的一般應用
- 精度要求 ±0.05mm 以上
- 成本敏感型專案
- 模座、滑塊等非關鍵部位
⚠️ 建議使用進口鋼材的場景：
- 產量 >100 萬模的超大批量
- 精度要求 ±0.02mm 以下
- 光學/醫療/航太等高要求產業
- 模穴/模仁等關鍵部位
💡 平衡策略：模仁用進口 SKD61，模座用國產 P-20，節省 30% 成本且不影響品質
延伸閱讀：模具全生命週期管理
鋼材選擇是模具設計的起點，結合其他環節的知識能實現最佳效益：
結論
模具鋼材的選擇沒有絕對的「最好」，只有「最適合」。P-20 適合試模、718 平衡成本、NAK80 精密薄壁、SKD61 標準量產、S136 特殊環境——每種鋼材都有其最佳應用場景。
選材核心原則總結
- 產量導向：小批量（<5萬）用 P-20，中批量（5-40萬）用 718 /NAK80，大批量（>50萬）用 SKD61
- 精度導向：薄壁件（<1mm）或高精度（±0.02mm）優先 NAK80，避免熱處理變形
- TCO 思維：鋼材成本僅佔 15-20%，但決定 80% 性能。初期多投資 5%，避免 300% 損失
- 分區選材：模仁用高檔鋼材，模座用經濟鋼材，節省 30-40% 成本
- 表面處理補強：預算受限時，718+氮化 可接近 NAK80 性能
- 特殊環境優先：腐蝕/光學/醫療場景，S136 是必要投資，不可節省
本文提供的決策樹、TCO 計算工具和實務案例，幫助您系統性評估鋼材選擇。記住：正確的選材是模具成功的第一步，也是最關鍵的一步。當您拿著本文的檢查清單逐項評估時，最適合的鋼材自然會浮現。
選對鋼材，讓模具為您創造價值，而非製造麻煩。