4Cr5MoSiV1鋼材化學成分分析

4Cr5MoSiV1鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼,在世界上的應用極其普遍,同時各國許多學者對它進行了廣泛的研究,并在探究化學成分的改進。鋼的應用廣泛和具有優(yōu)良的特性,主要由鋼的化學成分決定的。當然鋼中雜質元素必須降低,有資料表明,當Rm在1550MPa時,材料含硫量由0.005%降到0.003%,會使沖擊韌度提高約13J。十分明顯,NADCA 207-2003標準就規(guī)定:優(yōu)級(premium)H13鋼含硫量小于0.005%,而超級(superior)的應小于0.003%S和0.015%P。下面對4Cr5MoSiV1鋼的成分加以分析。 碳：美國AISI H13，UNS T20813，ASTM（最新版）的H13和FED QQ-T-570的4Cr5MoSiV1鋼的含碳量都規(guī)定為（0.32~0.45）%，是所有4Cr5MoSiV1鋼中含碳量范圍最寬的。德國X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量為（0.37~0.43）%，含碳量范圍較窄，德國DIN17350中還有X38CrMoV5-1的含碳量為（0.36~0.42）%。日本SKD 61的含碳量為（0.32~0.42）%。我國GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量為（0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分別與SKD61和AISI H13相同。特別要指出的是：北美壓鑄協(xié)會NADCA 207-90、207-97和207-2003標準中對H13鋼的含碳量都規(guī)定為（0.37~0.42）%。 　鋼中含碳量決定淬火鋼的基體硬度，按鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關系曲線可以知道,H13鋼的淬火硬度在55HRC左右。對工具鋼而言，鋼中的碳一部分進入鋼的基體中引起固溶強化。另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結合成合金碳化物。對熱作模具鋼,這種合金碳化物除少量殘留的以外，還要求它在回火過程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產(chǎn)生兩次硬化現(xiàn)象。從而由均勻分布的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來決定熱作模具鋼的性能。由此可見，鋼中的含C量不能太低。 　含5%Cr的4Cr5MoSiV1鋼應具有高的韌度，故其含C量應保持在形成少量合金C化物的水平上。Woodyatt 和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C三元相圖上,H13鋼的位置在奧氏體A和（A M3C M7C3）三相區(qū)的交界位置處較好。相應的含C量約0.4%。圖上還標出增加C或Cr量使M7C3量增多,具有更高耐磨性能的A2和D2鋼以作比較。另外重要的是,保持相對較低的含C量是使鋼的Ms點取于相對較高的溫度水平(H13鋼的Ms一般資料介紹為340℃左右)，使該鋼在淬冷至室溫時獲得以馬氏體為主加少量殘余A和殘留均勻分布的合金C化物組織，并經(jīng)回火后獲得均勻的回火馬氏體組織。避免使過多殘余奧氏體在工作溫度下發(fā)生轉變影響工件的工作性能或變形。這些少量殘余奧氏體在淬火以后的兩次或三次回火過程中應予以轉變完全。這兒順便指出，H13鋼淬火后得到的馬氏體組織為板條M 少量片狀M 少量殘余A。經(jīng)回火后在板條狀M上析出的很細的合金碳化物，國內學者也作了一定工作。 　眾所周知，鋼中增加碳含量將提高鋼的強度，對熱作模具鋼而言，會使高溫強度、熱態(tài)硬度和耐磨損性提高，但會導致其韌度的降低。學者在工具鋼產(chǎn)品手冊文獻中將各類H型鋼的性能比較很明顯證明了這個觀點。通常認為導致鋼塑性和韌度降低的含碳量界限為0.4%。為此要求人們在鋼合金化設計時遵循下述原則:在保持強度前提下要盡可能降低鋼的含碳量,有資料已提出:在鋼抗拉強度達1550MPa以上時,含C量在0.3%-0.4%為宜。H13鋼的強度Rm，有文獻介紹為1503.1MPa(46HRC時)和1937.5MPa(51HRC時)。 　查閱FORD和GM公司資料推薦的TQ-1、Dievar和ADC3等鋼中的含C量都為0.39%和0.38%等，相應的韌度指標等列于表1，其理由可由此管窺所及。 　對要求更高強度的熱作模具鋼，采用的方法是在H13鋼成分的基礎上提高Mo含量或提高含碳量，這將在后面還會論及，當然韌度和塑性的略為降低是可以預料的。 　2.2 鉻： 鉻是合金工具鋼中最普遍含有的和價廉的合金元素。在美國H型熱作模具鋼中含Cr量在2%~12%范圍。在我國合金工具鋼（GB/T1299）的37個鋼號中,除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。鉻對鋼的耐磨損性、高溫強度、熱態(tài)硬度、韌度和淬透性都有有利的影響，同時它溶入基體中會顯著改善鋼的耐蝕性能，在H13鋼中含Cr和Si會使氧化膜致密來提高鋼的抗氧化性。再則以Cr對0.3C-1Mn鋼回火性能的作用來分析，加入﹤6% Cr對提高鋼回火抗力是有利的，但未能構成二次硬化；當含Cr﹥6%的鋼淬火后在550℃回火會出現(xiàn)二次硬化效應。人們對熱作鋼模具鋼一般選5%鉻的加入量。 　工具鋼中的鉻一部分溶入鋼中起固溶強化作用，另一部分與碳結合,按含鉻量高低以(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在，從而來影響鋼的性能。另外還要考慮合金元素的交互作用影響，如當鋼中含鉻、鉬和釩時，Cr>3%^[14]時，Cr能阻止V4C3的生成和推遲Mo2C的共格析出，V4C3和Mo2C是提高鋼材的高溫強度和抗回火性的強化相^[14]，這種交互作用提高該鋼耐熱變形性能。 　鉻溶入鋼奧氏體中增加鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都與Cr一樣是增加鋼淬透性的合金元素。人們習慣用淬透性因子加以表征,一般國內現(xiàn)有資料[15]還只應用Grossmann等的資料,后來Moser和Legat[16,22]的更進一步工作提出由含C量和奧氏體晶粒度決定基本淬透性直徑Dic和合金元素含量確定的淬透性因子(示于圖3中)來計算合金鋼的理想臨界直徑Di,也可從下式作近似計算: 　Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1) 　(1)式中各合金元素以質量百分數(shù)表示。由該式，人們對Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素影響鋼淬透性有相當明確的半定量了解。 　Cr對鋼共析點的影響，它和Mn大致相似，在約5%的含鉻量時，共析點的含C量降到0.5%左右。另外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加入更顯著降低共析點含C量。為此可以知道：熱作模具鋼和高速鋼一樣屬于過共析鋼。共析含C量的降低，將增加奧氏體化后組織中和最后組織中的合金碳化物含量。 　鋼中合金C化物的行為與其自身的穩(wěn)定性有關，實際上，合金C化物的結構、穩(wěn)定性與相應C化物形成元素的d電子殼層和S電子殼層的電子欠缺程度相關[17]。隨著電子欠缺程度下降，金屬原子半徑隨之減小，碳和金屬元素的原子半徑比rc/rm增加，合金C化物由間隙相向間隙化合物變化，C化物的穩(wěn)定性減弱，其相應熔化溫度和在A中溶解溫度降低，其生成自由能的絕對值減小，相應的硬度值下降。具有面心立方點陣的VC碳化物，穩(wěn)定性高，約在900~950℃溫度開始溶解，在1100℃以上開始大量溶解（溶解終結溫度為1413℃）[17]；它在500~700℃回火過程中析出，不易聚集長大，能作為鋼中強化相。中等碳化物形成元素W 、Mo形成的M2C和MC 碳化物具有密排和簡單六方點陣，它們的穩(wěn)定性較差些，亦具較高的硬度、熔點和溶解溫度，仍可作為在500~650℃范圍使用鋼的強化相。M23C6(如Cr23C6等)具有復雜立方點陣，穩(wěn)定性更差，結合強度較弱，熔點和溶解溫度較低（在1090℃溶入A中），只有在少數(shù)耐熱鋼中經(jīng)綜合合金化后才有較高穩(wěn)定性（如（CrFeMoW）23C6,可作為強化相。具有復雜六方結構的M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)的穩(wěn)定性更差，它和Fe3C類碳化物一樣很易溶解和析出，具有較大的聚集長大速度，一般不能作為高溫強化相[17]。 　我們仍從Fe-Cr-C三元相圖可以簡便了解H13鋼中的合金碳化物相。按Fe-Cr-C系700℃[18~20]和870℃[9]三元等溫截面的相圖,對含0.4%C鋼中,隨Cr量增加會出現(xiàn)（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3(M7C3)型合金碳化物。注意在870℃圖上,只有含Cr量大于11%才會出現(xiàn)M23C6）。另外根據(jù)Fe-Cr-C三元系在5%Cr時的垂直截面,對含0.40%C的鋼在退火狀態(tài)下為α相（約固溶1%Cr）和（CrFe）7C3合金C化物。當加熱至791℃以上形成奧氏體A和進入（α A M7C3）三相區(qū),在795℃左右進入（A M7C3）兩相區(qū),約在970℃時,（CrFe）7C3消失,進入單相A區(qū)。當基體含C量﹤0.33%時,在793℃左右才存在（M7C3 M23C6和A）的三相區(qū),在796℃進入（A M7C3）區(qū)（0.30%C時），以后一直保持到液相。鋼中殘留的M7C3有阻止A晶粒長大的作用。Nilson提出，對1.5%C-13%Cr的成分合金，欠穩(wěn)定（CrFe）23C6不形成[20]。當然,單以Fe-Cr-C三元系分析會有一些偏差,要考慮加入合金元素的影響。

系引進美國的H13空淬硬化熱作模具鋼。期性能、用途和4Cr5MoSiV鋼基本相同，但因其釩含量高一些，故中溫（600度）性能比4Cr5MoSiV鋼要好，是熱作模具鋼中用途很廣泛的一種代表性鋼號。

熱處理：（交貨狀態(tài)：布氏硬度HBW10/3000（小于等于235）），

淬火：790度 -15度預熱，1000度（鹽?。┗?010度（爐控氣氛） -6度加熱，

保溫5~15min空冷，550度 -6度回火；退火、熱加工；

其密度為7.8t/m3;彈性模量E為210000MPa。

碳 C ：0.32～0.45 　　硅 Si：0.80～1.20

錳 Mn：0.20～0.50

硫 S ：≤0.030

磷 P ：≤0.030

鉻 Cr：4.75～5.50

鎳 Ni：允許殘余含量≤0.25

銅 Cu：允許殘余含量≤0.30

釩 V ：0.80～1.20

鉬 Mo：1.10～1.75

執(zhí)行標準GB/T1299—2000。

統(tǒng)一數(shù)字代號A20502

牌號4Cr5MoSiV1

4Cr5MoSiV1鋼材與4Cr5MoSiV鋼相比，該鋼具有較高的熱強度和硬度；在中溫條件具有很好的韌性、熱疲勞性能和一定的耐磨性，在較低的奧氏體化溫度條件下空淬，熱處理變形小，空淬時產(chǎn)生氧化鐵皮的傾向小，而且可以抵抗熔融鋁的沖蝕作用。

鋼材期貨就是以鋼材為標的物的期貨品種，可以交易的鋼材期貨是螺紋鋼期貨、線材期貨和熱卷期貨。中國是全球最大的鋼材生產(chǎn)和消費國，2004年中國鋼材產(chǎn)量已占到全球產(chǎn)量近三成。預計2005年中國粗鋼生產(chǎn)能力為3.33億噸，鋼材需求量達2.7億噸。與此同時，中國還是鋼材進口大國，2004年進口鋼材達2930萬噸。對于這樣一個世界鋼材的生產(chǎn)、消費和貿易大國，2005年2月28日寶鋼"被迫"接受國際礦業(yè)巨頭鐵礦石大幅漲價的要求后，國內業(yè)界對恢復鋼材期貨交易的呼聲也日漸高漲。如何成為國際鋼材定價中心，維護中國的經(jīng)濟利益，成為越來越多的人關注的焦點。

鋼材現(xiàn)貨（Steel actuals）指亦稱鋼材實物（Steelphysicals），指可供出貨、儲存和制造業(yè)使用的鋼材實物商品?？晒┙桓畹默F(xiàn)貨可在即期或遠期基礎上換成現(xiàn)金，或先付貨，買方在極短的期限內付款的商品的總稱。鋼材期貨的對稱。

現(xiàn)貨交易中通行的是一手交錢一手交貨的交易方式，或者采取以貨易貨的交易方式。

現(xiàn)貨交易一般適用于農副產(chǎn)品買賣、小額批發(fā)和零售交易。在中國，零售企業(yè)現(xiàn)貨交易，一般采取一手交貨一手收錢，銀貨兩訖的方式；批發(fā)企業(yè)現(xiàn)貨交易，除采取一手交貨一手收錢的方式外，還采取通過銀行托收承付的方式在限期內結算?，F(xiàn)貨交易與其它交易方式的不同點有：

①在交易的目的上，是為了獲得商品的所有權。

②在交易方式上，一般通過一對一的雙方談判進行，不必集中在特定的時間和地點。

商務印書館《英漢證券投資詞典》解釋：鋼材現(xiàn)貨英語為：Steelactuals；Steelcash commodity。亦稱：鋼材實貨。①商品期貨交易過程中具有物理屬性、可以進行實際交割的產(chǎn)品，如鋼材鋼鐵、黃金、大豆等。進行交易時，賣出方在期貨合約到期日應向買入方交割。事實上很多可以交割商品的期貨交易在交割日到來之前就已經(jīng)平倉，很少存在實際意義上的現(xiàn)貨交割。②現(xiàn)貨英語為：spot；spot commodity。商品概念下的現(xiàn)貨。即可以當即交付的貨物，為市場上進行交易的一般商品。成交時賣方將其交付給買方，買方支付貨款。與期貨合約項下的交易商品相對。

鋼材鋼鐵行業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟建設、社會發(fā)展等多方面都發(fā)揮著重要的作用。正因如此，國家的宏觀調控、相關法律政策的變動、國際局勢的走向等都會影響到鋼材鋼鐵價格波動。 敏感而多變的價格波動是鋼材鋼鐵貿易商頭疼的問題，依賴傳統(tǒng)出貨模式，已不能滿足現(xiàn)今鋼材鋼鐵貿易的行業(yè)需求。隨著互聯(lián)網(wǎng)普及和市場需求的牽引，中國企業(yè)紛紛加快對互聯(lián)網(wǎng)的利用，通過網(wǎng)絡迅捷傳播信息來達到快速交易避免庫存積壓的目的。

（1） 鋼材質量證明書（出廠合格證）

包括：工程名稱、進廠鋼材的批號、鋼號、規(guī)格、數(shù)量、化

學成分和力學性能試驗結果等。

（2）鋼材質量復驗單

包括：工程名稱、進廠鋼材的批號、鋼號、規(guī)格、數(shù)量、化

學成分、試驗報告單和力學性能試驗結果等。

（3）鋼筋性能和化學成分（物理力學性能試驗報告）

a、混凝土結構用鋼筋：按批次進行檢查驗收，每批重量不

大于60噸，同一牌號、同一爐罐號、同一規(guī)格、同一交貨狀態(tài)為一批。每批取樣四根，兩根拉力試驗，兩根冷彎試驗。

b、預應力混凝土用熱處理鋼筋，每批選10%盤（不少于25盤），各取一個試樣。

c、預應力混凝土用鋼絲、鋼絞線，每批每次不少于3根。