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模具钢百科
中外标准对合金模具钢技术要求的比较
中外标准对合金模具钢技术要求的比较
中外标准对合金模具钢技术要求的比较
经过几十年的发展，我国的合金工具钢和模具钢已经逐步形成了比较完整的标准系列。现行国家标准GB/T 1299-2000是在GB1299-1985的基础上修订的。本次修订主要参照美国材料试验标准A681-1983合金工具钢标准。
①钢级系列
在GB/T 1299-2000标准中，包括37种合金工具钢，其中6种用于测量工具和切割工具，5种用于抗冲击，11种用于冷加工模具，12种用于热加工模具，1种用于非磁性模具，2种用于塑料模具。与美国ASTM标准相比，美国有57种合金工具钢，系列比较齐全。在中国有14个与之对应的普通钢种。
②化学成分
日本对钢中有害元素的规定更严格，与美国相似，但比德国更严格。成品化学成分的偏差仅在中国和日本的标准中有规定。特别是，规定残余钨(铜)的含量不应大于0.30%，钨(铜+镍)的含量不应大于0.55%。
③低能量组织
近年来，低权力组织已经成为一个强制性项目。标准规定钢材应进行宏观组织检查，酸洗后的宏观组织试件不应有明显的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白斑。根据GB/T 1299-2000三级图评定中心孔隙率和铸锭偏析。
表2-2 GB/T 1299-2000岩心切割标准中宏观结构的合格等级
钢直径/毫米一组和两组
中心孔隙率/≤级铸锭偏析/≤级中心孔隙率/≤级铸锭偏析/≤级
≤50 4.0 6.0 3.0 6.0
> 50~75 4.5 6.0 3.5 6.0
> 75~100 4.5 6.0 4.5 6.0
> 100~125 5.0 6.0 4.5 6.0
> 125~155 5.0 6.0 5.0 6.0
> 155供需双方的谈判
注:一组钢号指:1-1 ~ 1-6；2-1 ~ 2-3；3-4 ~ 3-8 ~ 3-11；4-1 ~ 4-2；4-7 ~ 4-12；6-1~6-2 .其余的是两组。
在上述标准的规定中，各项指标均低于国外同类标准。近年来，生产质量水平较高的模具钢的冶金企业的实际质量水平大大超过了这一水平的规定，企业制定了相应的内部控制标准，用户也提出了更高的要求。
④交货状态
除美国标准规定交货状态为退火、淬火或回火外，其他工业发达国家的标准规定交货状态为退火。
然而，在塑料模具钢方面，用户要求以预硬化状态交货。该模块需要加工和交付六个面。我国一般规定在退火状态下交货。
⑤硬度
淬火后交货状态的钢和样品的硬度值必须符合表2-3。美国钢种的退火硬度普遍低于中国，而德国和中国的退火硬度基本相同，而日本的退火硬度高于和低于中国。美国试样的淬火硬度普遍高于中国，而德国和日本的淬火硬度与中国基本相同，因此没有规定。
表2-3 GB/T 1299-2000标准规定的钢的退火硬度、淬火硬度和回火硬度
序列号钢级品牌交货状态样品淬火
布氏硬度HBS10/3000淬火温度/℃
1-1钢9SiCr 241~197 820~860油62用于量具和刀具
1-2 8mSi≤229 800 ~ 820油60
1-3 Cr06 241~187 780~810水64
1-4 Cr2 229~179 830~860机油62
1-5 9Cr2 217~179 820~850机油62
1-6 W 229~187 800~830水62
抗冲击工具用2-1钢4CrW2Si 217~179 860~900油53
2-2 5CrW2Si 255~207 860~900机油55
2-3 6CrW2Si 285~229 860~900机油57
2-46 crmnsi 2mo 1v≤229(677±15)℃, 885℃(盐浴)或900℃(炉控气氛)6℃，保温①5 ~ 15分钟油冷，58~204℃回火58
2-55cr 3 mn1 SIMO 1v(677±15)℃，941℃(盐浴)或955℃(炉控气氛)6℃，保温①5 ~ 15分钟油冷，56~204℃回火56。
3-1冷作模具钢Cr12 269~217 950~1000机油60
3-2 cr12mo 1 v1≤255(820±15)℃, 940℃(盐浴)或1010℃(炉控气氛)6℃，保温1 ①10~20min空冷，(200±6)℃回火59
3-3 Cr12MoV 255~207 950~1000机油58
3-4cr 5 mo1v≤255(790±15)℃
3-5 9Mn2V ≤229 780~810油62
3-6 CrWMn 255~207 800~830机油62
3-7 9CrWMn 241~197 800~830机油62
3-8cr4w2 mov ≤ 269 960 ~ 980，1020 ~ 1040油60
3-9 6Cr4W3Mo2VNb ≤255 1100~1160机油60
3-10 6Cr6Mo5Cr4V ≤269 1180~1200机油60
3-11 7crsinmov ≤ 235淬火:870~900
回火:150 10油冷却或空气冷却60
4-1热作模具钢5CrMnMo 241~197 820~850油
4-2 5CrNiMo 241~197 930~860机油
4-3 3Cr2W8V ≤255 1075~1125油
4-4 5cr 4 mo 3 imnval≤255 1090 ~ 1120机油
4-5 3cr3mo3v2v ≤ 255 1060 ~ 1130油
4-6 5Cr4W5Mo2V ≤269 1100~1150油
4-7 8Cr3 255~207 850~880油
4-8 4CrMnSiMoV 241~197 870~930机油
4-9 4cr 3mo 3 SIV≤229(790±15)℃
4-10 4cr 5 mosiv≤235(790±15)℃
4-11 4cr 5 mosiv 1≤235(790±15)℃
4-12 4Cr5W2VSi ≤229 1030~1050油或空
5-1非磁性模具钢7Mn15Cr2Al3V2WMo 1170~1190的解决方案
650~700老化水或空45
6-1塑料模具钢3Cr2Mo
6-2个3Cr2MnNiMos
注:①保温时间是指样品达到加热温度后的保温时间。
A.样品在盐浴中进行，该温度下的保温时间为5分钟，Cr12Mo1V1钢为10分钟。
b、样品在炉控气氛中进行，在该温度下的保温时间为5-15分钟。
⑥脱碳
美国、中国和日本都把脱碳列为恐惧检验项目，而德国只有脱碳的检验方法，但没有规定。中国标准规定脱碳层深度应采用线性公式，而美国标准和日本标准均根据型钢尺寸分组距离制定了不存在的规定。显然，中国使用的线性公式更加科学合理。我国GB/T 1299-2000中有关脱碳的规定见表2-4。热轧和锻钢一侧的总脱碳层(铁素体+过渡层)应符合表2-4的规定。根据买方的要求，双方可以在合同中协商和解释。除含硅合金钢外，冷拉钢一侧的总脱碳层不应大于其标称尺寸的1.5%，含硅合金钢不应大于其标称尺寸的2%。扁钢和直径(边长)为150毫米的钢的总脱碳层应由供需双方商定。
表2-4 GB/T 1299-2000脱碳层规定
钢的直径或边长/mm总脱碳深度≤
第一组第二组
5 ~ 150±0.25+1% D±0.22% D
注::D是型钢的公称尺寸
⑦高能组织
GB/T标准1299-2000规定了珠光体组织、网状碳化物和共晶碳化物不均匀性的三套金相分级标准和合格等级。美国标准中没有规定，但该条款在日本和德国标准中由双方同意。中国国家标准GB/T 1299-2000规定，应检验珠光体组织、网状碳化物和共晶碳化物的不均匀性。
(1)珠光体组织
以退火状态交付的9SiCr、Cr2、CrWMn、9CrWMn、Cr06、w和9Cr2钢的珠光体组织应按本标准所附的一级进行检验和评定，合格等级为1~5级。制造螺纹刀具用9SiCr退火钢的珠光体组织合格等级为2~4级。
应根据本标准所附的二级图检查和评估以二级退火状态交付的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢的网状碳化物。横截面尺寸不大于60mm2的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢的合格等级不大于3级。制造螺纹刀具用的不大于60mm2的9SiCr退火钢网状碳化物的合格等级不大于2级。
⑵ Cr12，Cr12MoV，“/-3-183-186”>在共晶碳化物不均匀退火状态下交付的Cr12Mo1V1、6W6Mo5Cr4V和6Cr4W3Mo2VNb钢，应按GB/T 14979标准第四等级表进行检验和评定，其合格等级应符合表2-5的要求。
表2-5 GB/T 1299-2000共晶碳化物合格等级标准规定
钢直径或边长的共晶碳化物不均匀性合格等级/等级/mm ≤
第一组第二组
≤50 3 4
50~70 4 5
> 70~120 5 6
> 120 6协议
⑧钢的表面质量
一、用于压力加工的热轧和锻钢表面应无可见裂纹、褶皱、伤痕和夹杂物。如果有任何上述缺陷，必须将其清除。从钢材的实际尺寸出发，清除深度应符合表2-6，清除宽度不应小于深度的5倍。深度在公差一半以内的其他微小表面缺陷不得去除。美国、日本等国家的标准都有相应的规定。按照日本标准的规定，钢材应经过良好的加工，不应有影响其使用的缺陷。德国标准规定，表面状况应根据加工余量的不同等级进行交付，表面缺陷和边缘脱碳在加工余量范围内是允许的。
表2-6 GB/T 1299-2000标准中热轧和锻钢表面缺陷的允许去除深度
钢筋直径或边长/mm等于截面的允许间隙深度
≤公差的50一半
80～140公差
> 140钢截面尺寸公差
ⅱ.对于切割用热轧和锻钢，表面允许有缺陷，其深度不大于钢的公称尺寸表2-4中规定的深度。
表2-4 GB/T 1299-2000标准规定了切割钢表面局部缺陷的允许深度
型钢尺寸/mm局部缺陷允许深度
小于公差的80%
≥80°公差
ⅲ冷拉钢表面应清洁光滑，无裂纹、褶皱、结疤、夹杂物和氧化皮。热处理后的冷拉钢表面允许有氧化色或轻微氧化层。精度为9级和10级的冷拉钢表面不得有任何缺陷。允许精度为11级和12级的冷拉钢表面的深度不超过标称尺寸公差的一半(点蚀、个别划痕、发际线、凹面和实际尺寸标称尺寸公差的其他缺陷)。梁音钢铁应符合国家标准3207。
在冷拉材料方面，美国标准更为严格，即表面缺陷必须在允许的公差范围内消除才能满足要求。
⑨特殊要求
根据需方要求，供方和需方同意合金模具钢可增加其他检验项目，其等级标准、试验方法和合格标准由双方协商确定。主要有非金属夹杂物、晶粒度、淬透性等。
近年来，随着模具工业的发展，对模具钢提出了更高的要求，非金属夹杂物的检测变得非常普遍。此外，锻造材料，特别是Cr12冷作模具钢和热作模具钢应规定探伤，并尽快纳入标准。
①钢级系列
在GB/T 1299-2000标准中，包括37种合金工具钢，其中6种用于测量工具和切割工具，5种用于抗冲击，11种用于冷加工模具，12种用于热加工模具，1种用于非磁性模具，2种用于塑料模具。与美国ASTM标准相比，美国有57种合金工具钢，系列比较齐全。在中国有14个与之对应的普通钢种。
②化学成分
日本对钢中有害元素的规定更严格，与美国相似，但比德国更严格。成品化学成分的偏差仅在中国和日本的标准中有规定。特别是，规定残余钨(铜)的含量不应大于0.30%，钨(铜+镍)的含量不应大于0.55%。
③低能量组织
近年来，低权力组织已经成为一个强制性项目。标准规定钢材应进行宏观组织检查，酸洗后的宏观组织试件不应有明显的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白斑。根据GB/T 1299-2000三级图评定中心孔隙率和铸锭偏析。
表2-2 GB/T 1299-2000岩心切割标准中宏观结构的合格等级
钢直径/毫米一组和两组
中心孔隙率/≤级铸锭偏析/≤级中心孔隙率/≤级铸锭偏析/≤级
≤50 4.0 6.0 3.0 6.0
> 50~75 4.5 6.0 3.5 6.0
> 75~100 4.5 6.0 4.5 6.0
> 100~125 5.0 6.0 4.5 6.0
> 125~155 5.0 6.0 5.0 6.0
> 155供需双方的谈判
注:一组钢号指:1-1 ~ 1-6；2-1 ~ 2-3；3-4 ~ 3-8 ~ 3-11；4-1 ~ 4-2；4-7 ~ 4-12；6-1~6-2 .其余的是两组。
在上述标准的规定中，各项指标均低于国外同类标准。近年来，生产质量水平较高的模具钢的冶金企业的实际质量水平大大超过了这一水平的规定，企业制定了相应的内部控制标准，用户也提出了更高的要求。
④交货状态
除美国标准规定交货状态为退火、淬火或回火外，其他工业发达国家的标准规定交货状态为退火。
然而，在塑料模具钢方面，用户要求以预硬化状态交货。该模块需要加工和交付六个面。我国一般规定在退火状态下交货。
⑤硬度
淬火后交货状态的钢和样品的硬度值必须符合表2-3。美国钢种的退火硬度普遍低于中国，而德国和中国的退火硬度基本相同，而日本的退火硬度高于和低于中国。美国试样的淬火硬度普遍高于中国，而德国和日本的淬火硬度与中国基本相同，因此没有规定。
表2-3 GB/T 1299-2000标准规定的钢的退火硬度、淬火硬度和回火硬度
序列号钢级品牌交货状态样品淬火
布氏硬度HBS10/3000淬火温度/℃
1-1钢9SiCr 241~197 820~860油62用于量具和刀具
1-2 8mSi≤229 800 ~ 820油60
1-3 Cr06 241~187 780~810水64
1-4 Cr2 229~179 830~860机油62
1-5 9Cr2 217~179 820~850机油62
1-6 W 229~187 800~830水62
抗冲击工具用2-1钢4CrW2Si 217~179 860~900油53
2-2 5CrW2Si 255~207 860~900机油55
2-3 6CrW2Si 285~229 860~900机油57
2-46 crmnsi 2mo 1v≤229(677±15)℃, 885℃(盐浴)或900℃(炉控气氛)6℃，保温①5 ~ 15分钟油冷，58~204℃回火58
2-55cr 3 mn1 SIMO 1v(677±15)℃，941℃(盐浴)或955℃(炉控气氛)6℃，保温①5 ~ 15分钟油冷，56~204℃回火56。
3-1冷作模具钢Cr12 269~217 950~1000机油60
3-2 cr12mo 1 v1≤255(820±15)℃, 940℃(盐浴)或1010℃(炉控气氛)6℃，保温1 ①10~20min空冷，(200±6)℃回火59
3-3 Cr12MoV 255~207 950~1000机油58
3-4cr 5 mo1v≤255(790±15)℃
3-5 9Mn2V ≤229 780~810油62
3-6 CrWMn 255~207 800~830机油62
3-7 9CrWMn 241~197 800~830机油62
3-8cr4w2 mov ≤ 269 960 ~ 980，1020 ~ 1040油60
3-9 6Cr4W3Mo2VNb ≤255 1100~1160机油60
3-10 6Cr6Mo5Cr4V ≤269 1180~1200机油60
3-11 7crsinmov ≤ 235淬火:870~900
回火:150 10油冷却或空气冷却60
4-1热作模具钢5CrMnMo 241~197 820~850油
4-2 5CrNiMo 241~197 930~860机油
4-3 3Cr2W8V ≤255 1075~1125油
4-4 5cr 4 mo 3 imnval≤255 1090 ~ 1120机油
4-5 3cr3mo3v2v ≤ 255 1060 ~ 1130油
4-6 5Cr4W5Mo2V ≤269 1100~1150油
4-7 8Cr3 255~207 850~880油
4-8 4CrMnSiMoV 241~197 870~930机油
4-9 4cr 3mo 3 SIV≤229(790±15)℃
4-10 4cr 5 mosiv≤235(790±15)℃
4-11 4cr 5 mosiv 1≤235(790±15)℃
4-12 4Cr5W2VSi ≤229 1030~1050油或空
5-1非磁性模具钢7Mn15Cr2Al3V2WMo 1170~1190的解决方案
650~700老化水或空45
6-1塑料模具钢3Cr2Mo
6-2个3Cr2MnNiMos
注:①保温时间是指样品达到加热温度后的保温时间。
A.样品在盐浴中进行，该温度下的保温时间为5分钟，Cr12Mo1V1钢为10分钟。
b、样品在炉控气氛中进行，在该温度下的保温时间为5-15分钟。
⑥脱碳
美国、中国和日本都把脱碳列为恐惧检验项目，而德国只有脱碳的检验方法，但没有规定。中国标准规定脱碳层深度应采用线性公式，而美国标准和日本标准均根据型钢尺寸分组距离制定了不存在的规定。显然，中国使用的线性公式更加科学合理。我国GB/T 1299-2000中有关脱碳的规定见表2-4。热轧和锻钢一侧的总脱碳层(铁素体+过渡层)应符合表2-4的规定。根据买方的要求，双方可以在合同中协商和解释。除含硅合金钢外，冷拉钢一侧的总脱碳层不应大于其标称尺寸的1.5%，含硅合金钢不应大于其标称尺寸的2%。扁钢和直径(边长)为150毫米的钢的总脱碳层应由供需双方商定。
表2-4 GB/T 1299-2000脱碳层规定
钢的直径或边长/mm总脱碳深度≤
第一组第二组
5 ~ 150±0.25+1% D±0.22% D
注::D是型钢的公称尺寸
⑦高能组织
GB/T标准1299-2000规定了珠光体组织、网状碳化物和共晶碳化物不均匀性的三套金相分级标准和合格等级。美国标准中没有规定，但该条款在日本和德国标准中由双方同意。中国国家标准GB/T 1299-2000规定，应检验珠光体组织、网状碳化物和共晶碳化物的不均匀性。
(1)珠光体组织
以退火状态交付的9SiCr、Cr2、CrWMn、9CrWMn、Cr06、w和9Cr2钢的珠光体组织应按本标准所附的一级进行检验和评定，合格等级为1~5级。制造螺纹刀具用9SiCr退火钢的珠光体组织合格等级为2~4级。
应根据本标准所附的二级图检查和评估以二级退火状态交付的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢的网状碳化物。横截面尺寸不大于60mm2的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢的合格等级不大于3级。制造螺纹刀具用的不大于60mm2的9SiCr退火钢网状碳化物的合格等级不大于2级。
⑵ Cr12，Cr12MoV，“/-3-183-186”>在共晶碳化物不均匀退火状态下交付的Cr12Mo1V1、6W6Mo5Cr4V和6Cr4W3Mo2VNb钢，应按GB/T 14979标准第四等级表进行检验和评定，其合格等级应符合表2-5的要求。
表2-5 GB/T 1299-2000共晶碳化物合格等级标准规定
钢直径或边长的共晶碳化物不均匀性合格等级/等级/mm ≤
第一组第二组
≤50 3 4
50~70 4 5
> 70~120 5 6
> 120 6协议
⑧钢的表面质量
一、用于压力加工的热轧和锻钢表面应无可见裂纹、褶皱、伤痕和夹杂物。如果有任何上述缺陷，必须将其清除。从钢材的实际尺寸出发，清除深度应符合表2-6，清除宽度不应小于深度的5倍。深度在公差一半以内的其他微小表面缺陷不得去除。美国、日本等国家的标准都有相应的规定。按照日本标准的规定，钢材应经过良好的加工，不应有影响其使用的缺陷。德国标准规定，表面状况应根据加工余量的不同等级进行交付，表面缺陷和边缘脱碳在加工余量范围内是允许的。
表2-6 GB/T 1299-2000标准中热轧和锻钢表面缺陷的允许去除深度
钢筋直径或边长/mm等于截面的允许间隙深度
≤公差的50一半
80～140公差
> 140钢截面尺寸公差
ⅱ.对于切割用热轧和锻钢，表面允许有缺陷，其深度不大于钢的公称尺寸表2-4中规定的深度。
表2-4 GB/T 1299-2000标准规定了切割钢表面局部缺陷的允许深度
型钢尺寸/mm局部缺陷允许深度
小于公差的80%
≥80°公差
ⅲ冷拉钢表面应清洁光滑，无裂纹、褶皱、结疤、夹杂物和氧化皮。热处理后的冷拉钢表面允许有氧化色或轻微氧化层。精度为9级和10级的冷拉钢表面不得有任何缺陷。允许精度为11级和12级的冷拉钢表面的深度不超过标称尺寸公差的一半(点蚀、个别划痕、发际线、凹面和实际尺寸标称尺寸公差的其他缺陷)。梁音钢铁应符合国家标准3207。
在冷拉材料方面，美国标准更为严格，即表面缺陷必须在允许的公差范围内消除才能满足要求。
⑨特殊要求
根据需方要求，供方和需方同意合金模具钢可增加其他检验项目，其等级标准、试验方法和合格标准由双方协商确定。主要有非金属夹杂物、晶粒度、淬透性等。
近年来，随着模具工业的发展，对模具钢提出了更高的要求，非金属夹杂物的检测变得非常普遍。此外，锻造材料，特别是Cr12冷作模具钢和热作模具钢应规定探伤，并尽快纳入标准。
