高韌性熱作模具鋼主要用于承受很大沖擊負荷的鍛模，如各種尺寸的錘鍛模、平鍛機鍛模、大型壓力機鍛模等。要求模具有較好的抗沖擊、抗熱疲勞性能，以保證能承受沖擊載荷，在急冷急熱地反復熱沖擊下，不至于發生龜裂；有較好的淬透性，可保證大型鍛模能夠淬透，內外獲得一致的力學性能；有好的導熱性能、較高的抗回火穩定性及高溫強度，以減少熱塑性變形。代表性鋼號是5CrNiMo和5CrMnMo鋼，5CrNiMo比5CrMnMo淬透性稍差，高溫耐熱疲勞也低。因此中小型模具多采用5CrMnMo鋼，而大型鍛模則多采用5CrMnMo鋼。
兩種鋼的熱處理過程如下：
退火：①完全退火。以≤30℃/h速度加熱到760～780℃，保溫4～6h，爐冷到500℃出爐空冷，硬度為197～241HBS。②等溫退火。以≤30℃/h速度加熱到740～760℃，保溫時間2～4h，爐冷到680℃后等溫4～6h，爐冷到500℃以下出爐空冷，硬度為197～241HBS。退火組織為片狀珠光體+塊狀鐵素體。
淬火、回火：5CrNiMo鋼淬火加熱到850～860℃，5CrNiMo鋼淬火加熱到830～850℃，均在60℃熱油冷卻到150～180℃空冷（或立即回火），450～500℃回火兩次。為了防止回火脆性的產生，每次回火后應采用油冷，然后在160～180℃再回火一次，以消除油冷產生的應力。
5CrNiMo類鋼中的碳化物主要是M3C，加熱到950℃以上可全部溶于奧氏體，但晶粒較粗大。在880℃淬火后的組織為針狀馬氏體和少量板狀馬氏體。在900℃淬火后其組織主要是板條狀馬氏體，僅有少量針狀馬氏體。這類鋼在830℃淬火，200～250℃回火后有良好的力學性能，硬度約為54HRC。在300℃左右回火，韌性下降，應避免采用。
5CrNiMo鋼的KIC值對奧氏體晶粒度不敏感。當回火溫度低于450℃時，斷口形貌均為沿晶斷裂加準理解，并以沿晶斷裂為主。回火溫度高于450℃時，斷口形貌為韌窩狀。
5Cr2NiMoVSi鋼是比5CrNiMo鋼更好的熱鍛模鋼，其冶煉和加工均按特級優質鋼處理，屬于大截面熱鍛模具鋼，具有高的淬透性。鋼加熱時奧氏體晶粒長大傾向小，熱處理的加熱溫度范圍較寬，鋼的熱穩定性、熱疲勞性能和沖擊韌度都較好，適宜制造大截面的壓力機和模鍛錘熱作模具。
5Cr2NiMoVSi的熱處理過程為，等溫退火：低于450℃裝爐，加熱溫度為790～810℃，保溫2～4h，等溫溫度為710～730℃，保溫4～6h，爐冷到550℃以下出爐空冷，退火硬度為220～230HBW。
淬火及回火：淬火時加熱至960～1010℃，進行油冷，硬度為54～61HRC。回火時加熱至600～680℃，進行空冷，硬度為35～48HRC。
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