热作模具钢主要应用于制造热锻模、压铸模、热挤压模等，国内外典型钢种有：H13、8407、1.2344、SKD61和8418等。
热作模具钢服役过程中会受到高频率、间接性的冲击载荷，反复的高压、高温冲蚀和急冷急热作用，会形成变形、开裂、磨损及疲劳裂纹等缺陷。
为了在复杂的工作条件下使模具仍保持高的服役寿命，热作模具钢需要具备优良的强韧性、耐磨性以及抗热疲劳性能。
一种是采用合金化思路，改变合金成分配比从而提高材料的强度和韧性。 例如由抚顺特钢开发生产的FT416ESR，在8407钢的成分基础上通过增加Mo，加Co，降低V含量，来提高材料在压铸工况下的抗冲蚀性能。
另外一种改善热作模具钢性能的途径是工艺优化，典型的工艺优化有多次高温回火和深冷处理。
深冷处理是指采用液氮作为制冷剂，材料在超低温环境下（如-196℃)保温一定时间后，内部组织表现为晶粒细化、位错密度增加、细小碳化物析出、残留奥氏体减少等，性能上表现为在不降低强度与硬度的情况下，显著提高材料的韧性。
实验结果显示，在硬度相同（约52.5 HRC）的条件下，经过4小时深冷处理的H13钢展现出更优的强韧性。
强度方面，其抗拉强度为1925 MPa，屈服强度为1607 MPa，分别比普通热处理的1809 MPa和1495 MPa高出116 MPa和112 MPa。
韧性方面，深冷处理试样的冲击吸收能量为44.2 J，比普通热处理的39.3 J高出12.5%。
这表明深冷处理能够在不牺牲硬度的前提下，显著提高材料的强度和韧性，实现了综合性能的优化。
深冷处理主要通过两个协同作用的组织转变机制来优化H13钢的强韧性。
首先，它促进了残留奥氏体向二次马氏体的转变。这些新生成的二次马氏体与原始马氏体晶向不同，形成了复杂的晶界网络，有效阻碍了裂纹扩展，从而提升了韧性。
其次，深冷处理增加了位错密度，并在低温下促进了更细小、更弥散的碳化物析出。这种析出物分布实现了有效的沉淀强化和位错强化，是材料强度显著提升的主要原因，最终实现了强韧性的同步提升。
随着深冷时间延长（0-4h内），硬度呈上升趋势，而冲击性能则逐渐降低。
这种此消彼长的关系主要源于组织变化，一方面，残留奥氏体转变为高硬度但脆性较大的马氏体，同时细小碳化物的弥散析出产生沉淀强化效应，共同提升了材料硬度。
另一方面，硬脆的马氏体相增多，导致材料整体的韧性下降。（值得注意的是H13热作模具钢随着深冷处理时间的增加，硬度呈先上升后下降的规律，在深冷20ｈ附近硬度达到顶峰，随后由于晶粒不均匀而导致硬度下降。）
深冷处理提供了一种有效提升综合力学性能的低成本工艺。
传统热处理工艺往往面临强度、硬度与韧性、塑性之间的“倒置关系”难题，即提升一者通常会牺牲另一者。而深冷处理能够在保持甚至提升硬度的同时，显著提高H13钢的强度和韧性，而塑性仅有轻微下降。
这意味着采用深冷处理的热作模具具有更长的使用寿命和可靠性，为高性能模具的制造提供了重要的理论与实践依据。
