我国热作模具钢性能数据集(续)
我国热作模具钢性能数据集（续Ⅻ）
朱宗元
（上海材料研究所，上海200437）
中图分类号：TG142.45 文献标识码：A 文章编号：1000-3738（2002）01-41-03
（12） 4Cr3Mo3SiV钢（H10）
4Cr3Mo3SiV钢是国外5%Cr系热作模具钢降低铬、提高钼含量变化而成，与4Cr3Mo3V钢相比仅增加硅的含量。该钢已列入我国GB1299标准，常用来制作受冲击力较大的中小机锻模和热强性、热疲劳性能要求较高的热挤压和热穿孔模具，但韧性不如5%Cr系热作模具钢。因该钢含有3.35%Cr和2.5%Mo，所以有很高的淬透性，当模块尺寸在400mm*350mm*100mm时，经1030℃空冷可得到均匀的55HRC。试样材料由首钢特殊钢公司生产，大气电炉冶炼。
1 化学成分（质量分数，%）
| 状态 | GB 1299 | 试样成分 |
| C | 0.35-0.45 | 0.38 |
| Cr | 3.00-3.75 | 2.96 |
| Mo | 2.00-3.00 | 2.66 |
| V | 0.25-0.75 | 0.59 |
| Si | 0.80-1.20 | 0.92 |
| Mn | 0.25-0.70 | 0.49 |
| S | ≤0.030 | 0.003 |
| P | ≤0.030 | 0.014 |
4Cr3Mo3SiV钢试样的化学成分与3Cr2W8V钢相比碳、锰含量略高，除不含钨外，其余钼、硅、铬和钒分别增加了2.66%、0.70%、0.44%和0.27%。4Cr3Mo3SiV钢试样的合金元素总量达到7.62%与3Cr2W8V钢试样相比减少了3.88%。与4Cr3Mo3V钢相比除硅含量增加0.92%外，其他元素变化不大。其合金元素总量比4Cr3Mo3V钢试样多0.60%.
2 试样的热加工工艺
2.1 锻造
| 项目 | 加热温度℃ | 始锻温度℃ | 终锻温度℃ | 冷却方式 |
| 钢锭 | 1160-1180 | 1140-1170 | ≥900 | 砂或坑缓冷 |
| 钢坯 | 1150-1170 | 1120-1140 | ≥850 | 砂或坑缓冷 |
在800-1200℃时4Cr3Mo3SiV钢的变形抗力比3Cr2W8V钢小，尤其在1000-1100℃的成形性较好。但在900-1200℃之间，1000℃的伸长率有一个低谷区δ值为66.6%，其值仍高于同样温度的3Cr2W8V钢18.3%。
2.2 退火
| 名称 | 装炉方式 | 加热温度℃ | 保温时间h | 等温温度℃ | 保温时间h | 冷却方式（HB） |
| 棒材退火 | <500℃入炉随炉升温 | 860-880 | 2+1min/mm | ? | ? | 随炉冷至<500℃出炉空冷（≤229） |
| 锻材等温退火 | <500℃入炉随炉升温 | 860-880 | 1+1min/mm | 730±10 | 2+1min/mm | 随炉冷至<500℃出炉空冷（≤229） |
4Cr3Mo3SiV钢与3Cr2W8V钢相比，退火加热温度约高20-30℃，等温温度相当，退火后硬度略低。
2.3 淬火
| 第一次预热 | 第二次预热 | 淬火温度℃ | 保温时间s/mm | 冷却介质 | 硬度HRC |
| 箱式炉550℃保温时间30min+1min/mm | 盐浴炉850℃保温时间10min+0.5min/mm | 1030±10 | 20-25 | 油 | 54.8-56.0 |
4Cr3Mo3SiV钢与3Cr2W8V钢热处理工艺相同，但比3Cr2W8V钢淬火温度降低了100℃，但淬后硬度基本相同。
2.4 回火
（1）回火温度与硬度的关系
| 回火温度/℃ | 硬度HRC | 回火温度/℃ | 硬度HRC |
| 100 | 57.0 | 500 | 54.5 |
| 200 | 54.6 | 550 | 54.0 |
| 300 | 52.5 | 600 | 50.5 |
| 400 | 54.5 | 650 | 43.0 |
| 450 | 54.5 | 700 | 30.5 |
4Cr3Mo3SiV钢经100-550℃回火，其硬度与3Cr2W8V钢基本相同；600-700℃回火的硬度略低于3Cr2W8V钢1-2HRC。
（2）性能试样的回火工艺
| 要求硬度/HRC | 47-49 |
| 第一次回火温度℃*保温时间/h | 610*2 |
| 硬度/HRC | 49.0-50.5 |
| 第二次回火温度℃*保温时间/h | 615*2 |
| 硬度/HRC | 47.0-48.8 |
4Cr3Mo3SiV钢第二次回火温度比3Cr2W8V钢低15℃，回火后的硬度约低于3Cr2W8V钢1HRC。
3 室温力学性能
力学性能试样均为淬火+回火状态。下述试样硬度用A=47.0-48.8HRC。
3.1 室温拉伸
| 试样状态 | σb/MPa | σs/MPa | δ5,% | ψ,% |
| A | 1559 | 1356 | 10.1 | 34.1 |
在A硬度条件下，4Cr3Mo3SiV钢的σb和σs值比3Cr2W8V钢低88MPa和93MPa；δ5和ψ值略高0.08%和3.3%。但4Cr3Mo3SiV钢的σb和σs值比4Cr3Mo3V钢高39MPa和86MPa；δ5和ψ值低6.9%和28.9%。
3.2 室温冲击韧性AK
4Cr3Mo3SiV钢A硬度的AK值为16.9J。高于3Cr2W8V钢A硬度的AK值3.9J；也高于4Cr3Mo3V钢A硬度的AK值1.9J。
3.3 室温断裂韧性K1C
4Cr3Mo3SiV钢A硬度的K1C值为41.2MPa?m1/2,高于A硬度3Cr2W8V钢8.5MPa?m1/2。
4 高温力学性能
4.1 高温拉伸性能
| 温度/℃ | σb/MPa | σs/MPa | δ5,% | ψ,% |
| 300 | 1349 | 1218 | 10.4 | 29.3 |
| 600 | 888 | 779 | 20.3 | 64.8 |
| 650 | 651 | 596 | 19.5 | 60.7 |
| 700 | 298 | 261 | 31.2 | 81.6 |
A硬度4Cr3Mo3SiV钢的σb和σs值，在300-700℃范围比3Cr2W8V钢低117-216MPa和84-180MPa；除300℃的δ5和ψ值比3Cr2W8V钢低0.9%和11.4%外，600-700℃的δ5和ψ值比3Cr2W8V钢高4.6%-14.1%和11.0%-52.9%，其中以650℃的差值最大，至700℃差值最小。
4.2 高温硬度（HV）
| 温度/℃ | 300 | 450 | 600 | 650 | 700 | 750 |
| A | 471.5 | 450.0 | 409.0 | 360.5 | 278.5 | 198.5 |
在300-700℃范围A硬度4Cr3Mo3SiV钢的高温硬度低于3Cr2W8V钢8-76HV，其差值随温度升高而增大；但再提高温度至750℃时差别显著缩小，其硬度仅低于3Cr2W8V钢10HV。
4.3 高温冲击性能AK（J）
| 温度/℃ | 300 | 600 | 650 | 700 |
| A | 20.5 | 25.2 | 20.9 | 23.2 |
在300℃时A硬度4Cr3Mo3SiV钢AK值低于3Cr2W8V钢0.8J，但600℃的AK值却高0.2J，再升高温度其AK值又低于3Cr2W8V钢，如在650-700℃时AK值要低2.9-6.5J。
5 特殊性能
5.1 抗氧化性能（试样硬度47.1-48.8HRC)增重值（g/m2)
| h | 2 | 7 | 15 | 25 | 35 | 45 | 60 | 80 | 125 | 150 |
| 600℃ | 0.6 | 1.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.8 | 3.2 | 3.9 | 4.3 | 5.1 |
4Cr3Mo3SiV钢在600℃*150h的抗氧化性能优于3Cr2W8V钢，其氧化增重减少29.5g/m2；同样优于4Cr3Mo3V钢，其氧化增重减少46.9g/m2。
| h | 750℃ | h | 750℃ |
| 2 | 11.5 | 25 | 107.1 |
| 5 | 35.9 | 30 | 118.3 |
| 8 | 55.4 | 35 | 132.4 |
| 11 | 71.0 | 40 | 135.6 |
| 15 | 81.4 | 45 | 143.1 |
| 20 | 95.1 | 50 | 149.9 |
4Cr3Mo3SiV钢在750℃*50h抗氧化性能比3Cr2W8V钢差，其氧化增重增加28.8g/m2；但优于4Cr3Mo3V钢，其氧化增重减少15.7g/m2。
| h | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1000℃ | 125.6 | 274.5 | 426.2 | 593.2 |
4Cr3Mo3SiV钢在1000℃*4h抗氧化性能比3Cr2W8V钢差，其氧化增重增加29.52g/m2；但优于4Cr3Mo3V钢，其氧化增重减少125.18g/m2。
5.2 热稳定性能（HRC）
（1）620℃
| 保温时间/h | A | 保温时间/h | A |
| 0 | 47.5 | 11.5 | 38.6 |
| 2 | 44.1 | 14.5 | 37.6 |
| 4 | 43.8 | 17.5 | 35.4 |
| 6 | 42.2 | 21 | 33.8 |
| 8 | 41.3 |
在620℃保温2-21h时，A硬度4Cr3Mo3SiV钢热稳定性低于3Cr2W8V钢，其硬度差2.2-5.7HRC。同样也低于4Cr3Mo3V钢，其硬度差0.8-3.3HRC。
（2）660℃
| 保温时间/h | A | 保温时间/h | A |
| 0 | 46.9 | 5 | 31.5 |
| 1 | 40.3 | 7 | 29.8 |
| 2 | 34.9 | 9 | 29.5 |
| 3 | 33.8 | 12 | 26.8 |
在660℃保温1-12h时，A硬度 4Cr3Mo3SiV钢热稳定性低于3Cr2W8V钢，其硬度差3.8-5.9HRC。
（3）700℃
| 保温时间/h | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 3 |
| A | 46.6 | 33.5 | 29.0 | 28.3 | 25.8 | ? |
在700℃保温0.5-2h时，A硬度4Cr3Mo3SiV钢热稳定性低于3Cr2W8V钢，其硬度差5.4-7.6HRC。同样也低于4Cr3Mo3V钢，其硬度差1.8-3.9HRC。
5.3 热疲劳性能（级别）
| 状态 | 20℃?650℃（1000次） | 20℃?750℃（1000次） |
| A | 7.6 | 15.6 |
A硬度4Cr3Mo3SiV钢在650℃的热疲劳性能优于3Cr2W8V钢0.6级；其750℃时的热疲劳性差于3Cr2W8V钢1.6级。
5.4 热磨损性能（失重值mg)
（1）800-850℃ 压力784-850N
| 状态/次 | 300 | 600 | 900 | 1200 | 1500 | 2500 |
| A | 0.70 | 1.27 | 1.40 | 1.60 | 1.80 | 2.23 |
A硬度4Cr3Mo3SiV钢在800-850℃的热磨损性能优于3Cr2W8V钢，在经2500次磨损后其失重值要低3.17mg。
（2）910-950℃ 压力1764-1813N
| 状态/次 | A | 状态/次 | A |
| 100 | 0.87 | 500 | 3.43 |
| 200 | 1.80 | 600 | 3.90 |
| 300 | 2.47 | 700 | 4.63 |
| 400 | 3.07 | 1000 | 5.98 |
A硬度4Cr3Mo3SiV钢在910-950℃的热磨损性能略优于3Cr2W8V钢，经1000次磨损后其失重值比3Cr2W8V钢低3.17mg。
6 工艺性能
6.1 回火稳定性（1030℃油淬硬度54.8-56.0HRC)
| 温度/℃ | 二次硬化峰温度 | 二次硬化最高硬度 | 625 | 655 | 680 | A667 |
| 硬度/HRC | 500℃ | 55 | 49 | 42 | 36 | 35 |
4Cr3Mo3SiV钢二次硬化峰温度与3Cr2W8V钢相同，二次硬化峰最高硬度低1HRC。4Cr3Mo3SiV钢要达到49、42和36HRC，其回火温度分别比3Cr2W8V钢低5℃、15℃和15℃。但要达到35HRC，其回火温度却要低26℃。另外4Cr3Mo3SiV钢二次硬化峰温度比4Cr3Mo3V钢低80℃，但二次硬化峰最高硬度要高4.6HRC。同样达到49和42HRC时，其回火温度分别比4Cr3Mo3V钢高25℃和5℃；要达到36HRC时二种钢的回火温度相同；但是要达到35HRC时4Cr3Mo3SiV钢的回火温度却比4Cr3Mo3V钢低12℃。
6.2 锻造性能（高温形变抗力）
| 温度/℃ | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 |
| σb/MPa | 112.48 | 130.81 | 78.48 | 49.94 | 29.79 |
| δ5,% | 52.8 | 67.9 | 66.6 | 78.7 | 70.3 |
4Cr3Mo3SiV钢在800-1200℃的变形抗力均小于3Cr2W8V钢。除800℃和1200℃的σb值与δ5值均低于3Cr2W8V钢外（σb值低18.67MPa和1.82MPa；δ5值低5.4%和0.9%），在900-1100℃温度下其σb值要低4.34-15.74MPa，而且δ5值要高1.9%-19.6%。从而说明4Cr3Mo3SiV钢锻造性能优于3Cr2W8V钢。
