4Cr3Mo2NiVNb(HD)钢
4Cr3Mo2NiVNb(HD)钢是为了适应700℃左右工作温度而研制的新型热作模具钢。HD钢是在4Cr3Mo3V钢的基础上，通过降低Mo、V的含量，加入质量分数为1%Ni和0.15%Nb,提高了钢的室温和高温韧性及热稳定性，在700℃仍可以保持40HRC的硬度。在硬度相同条件下，HD钢比3Cr2W8V钢的断裂韧度高50%,700℃高温时抗拉强度高70%、冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50%。HD钢用于黑色及有色金属人挤压模，使用寿命比3Cr2W8V钢有显著提高。
4Cr3Mo3NiVNbB(HD2)钢是HD钢的改进型，在保持HD钢高强度的基础上，进一步提高了韧性，获得了良好的室温与高温力学性能，并有良好的热稳定性及工艺性能，适用于加工铜管热挤压模的穿孔针。
（1）化学成分
HD钢化学成分（质量分数，%）
C |
Si |
Mn |
Cr |
Mo |
Ni |
V |
Nb |
P |
S |
0.35～0.45 |
≤0.35 |
≤0.40 |
2.50～3.00 |
1.80～2.20 |
0.80～1.20 |
1.00～1.40 |
0.10～0.25 |
≤0.030 |
≤0.030 |
（2）临界点 Ac1≈770℃,Ms≈320℃。
（3）热加工
HD钢锻造工艺规范
加热温度/℃ |
始锻温度/℃ |
终锻温度/℃ |
冷却方式 |
1100～1150 |
1000～1050 |
≥850 |
缓冷 |
（4）预备热处理
退火工艺、加热温度为840～860℃，保温4h，炉冷到550℃以下出炉空冷。
（5）淬火及回火
淬火温度为1130℃，油冷，硬度为53.5HRC。回火温度为650～700℃，硬度40～47HRC。
HD钢淬火温度与硬度、晶粒度的关系
淬火温度/℃ |
1050 |
1100 |
1130 |
1160 |
1180 |
1200 |
硬度HRC |
50.5 |
53.5 |
53.5 |
56.0 |
56.0 |
56.5 |
晶粒度/级 |
－ |
11 |
10 |
8～9 |
7～8 |
7～8 |
不同温度回火时的硬度值
回火温度℃ 钢种 |
300 |
400 |
500 |
530 |
560 |
590 |
620 |
650 |
700 |
HD钢 |
52.5 |
52.0 |
52.5 |
53.5 |
54.0 |
53.8 |
51.2 |
47.0 |
41.0 |
3Cr2W8V钢 |
51.0 |
51.0 |
51.4 |
52.3 |
51.5 |
51.8 |
50.0 |
46.0 |
34.0 |
注：淬火温度1130℃。
（6）力学性能。
HD钢与3Cr2W8V钢的室温、高温力学性能对比
热处理工艺 |
σ0.2 /MPa |
ψ(%) |
ak/J·㎝-2 |
|||
HD |
3Cr2W8V |
HD |
3Cr2W8V |
HD |
3Cr2W8V |
|
1130℃淬火，650℃回火 |
1633 |
1463 |
32.4 |
41.8 |
38.8 |
－ |
1130℃淬火，700℃回火 |
1165 |
952 |
45.7 |
41.9 |
48.8 |
－ |
HD钢的高温力学性能
试验温度/℃ |
σ0.2/MPa |
ψ(%) |
ak/J·㎝-2 |
|||
HD |
3Cr2W8V |
HD |
3Cr2W8V |
HD |
3Cr2W8V |
|
650 |
536.9 |
414 |
66.1 |
49.1 |
56/54 |
－ |
700 |
405.3 |
235 |
69.3 |
85.4 |
75/40 |
62/38 |
注：ak值中字母为硬度值（HRC）。
（7）实用应用
在相同的硬度条件下，HD钢比 3Cr2W8V钢的断裂韧度高50%，700℃高温短时抗拉强度高70%，冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50%。 HD 钢应用于钢质药管热挤压凸模、铜合金管材挤压底模和穿孔针，热挤压轴承环凸模与凹模、气门挤压底模等模具，使用寿命比3Cr2W8V钢提高。
HD钢应用效果
试用单位 |
模具名称 |
产品材料 |
HD钢寿命/支 |
3Cr2W8V寿命/支 |
上海铜厂 |
铜管挤压底模 |
70－1锡黄铜 |
420 |
150左右 |
上海铜厂 |
铜管挤压底模 |
10－1－1铁白铜 |
59 |
25左右 |
人民机械厂 |
热挤压凸模 |
低碳钢 |
420 |
150左右 |
沈阳有色金属加工厂 |
穿孔针 |
70－1锡黄铜 |
240 |
120 |
武汉气门厂 |
挤压底模 |
4Cr9Si2 |
2500 |
1500左右 |
上海浦江轴承厂 |
218轴承凸模 |
GCr15 |
10000 |
－ |
上海浦江轴承厂 |
218轴承凹模 |
GCr15 |
11000还可用 |
－ |
