Cr12Mo1V1

定义

Cr12Mo1V1是中国国家标准GB/T 1299中列出的高碳高铬冷作模具钢牌号，按组织类型划分属于莱氏体钢^[1]。

按该标准的规定，Cr12Mo1V1的化学成分（质量分数）为：碳1.40%～1.60%，铬11.00%～13.00%，钼0.70%～1.20%，钒0.50%～1.10%，硅和锰均不大于0.60%，磷和硫均不大于0.030%，钴不大于1.00%^[1]。钢材一般以退火状态交货，退火硬度不高于255HB（压痕直径不小于3.8毫米），淬火硬度不低于59HRC^[2]。

同一钢种在不同国家标准中各有牌号，美国的D2、日本的SKD11、德国的X155CrMoV12-1（材料号1.2379）都与之相近或对应^[1]。由于钼、钒含量不同，日本SKD11的成分处于中国Cr12Mo1V1与Cr12MoV两者之间，且含钒偏低、不含钴^[2]。

原理

Cr12Mo1V1的性能建立在较高的碳、铬含量与钼、钒的配合之上。碳与铬在钢中形成以$M_7C_3$、$M_{23}C_6$为主要类型的大颗粒共晶碳化物，这些坚硬碳化物充当抵抗金属摩擦的强化相，使钢材具备耐磨性^[3]。钼能抑制第二类回火脆性，并与钒一同细化奥氏体晶粒，从而提高钢的韧性与淬透性^[4]。

淬火以后，钢的组织由一次马氏体、残余奥氏体和未溶碳化物颗粒构成；回火使一次马氏体转变为硬度较高又具有一定韧性的回火马氏体^[4]。低温回火路线通常把工件加热到980～1030℃后淬火，再于200℃回火；高温回火路线则在1050～1080℃淬火、500℃回火，此时铬以合金碳化物形式析出，促使大量残余奥氏体转变为马氏体，出现二次硬化现象^[4]。该钢的临界温度Ac1约为810℃，马氏体转变开始温度Ms约为190℃^[1]。

为降低残余奥氏体含量，可采用深冷处理：工件淬火冷至室温后继续置于温度低于材料Mf点的介质中冷却，使奥氏体继续向马氏体转变，这一工序通常被视为淬火的延续^[4]。生产中常见的热处理流程如下：

flowchart LR

A["预热 600～650 ℃"] --> B["预热 800～850 ℃"] --> C["奥氏体化 1000～1040 ℃"] --> D["淬火（空冷、气淬或油淬）"] --> E["深冷处理"] --> F["回火 200 ℃ 或 500～560 ℃"]

发展历程

Cr12Mo1V1的来源是美国D2钢。中国早先使用的同类钢号引自前苏联的X12，D2钢于1985年被引进，为区别于已有的Cr12MoV而命名为Cr12Mo1V1，并纳入当年的GB 1299—1985标准^[2]。此后该牌号一直保留在合金工具钢标准体系中，GB/T 1299—2000和GB/T 1299—2014等版本都对其化学成分、交货状态和检验项目作出规定^[1][5]。

较早的Cr12MoV钢在YB-7合金工具钢标准时期即已列入，使用历史更长；D2钢引入后，两者成分与性能相近、用途相同，但前者的钼、钒加入量约为后者的2倍^[2]。

随着这类钢的推广，多数工业国家都在本国标准中列入相近钢号，例如英国的BD2、法国的X160CrMoV12、意大利的X155CrVMo12-1KV，以及国际标准的160CrMoV12；企业牌号包括奥地利百禄的K110、日本大同的DC11、日立金属的SLD、不二越的CDS11等^[2]。

应用

Cr12Mo1V1适合用于精度要求高、服役寿命长的冷作模具、刃具和量具，典型零件有冲孔凹模、滚丝轮、搓丝轮、冷挤压模、冷剪切刀和精密量具等^[2]。

不同用途的模具对应不同的工作硬度，例如高效落料模与挤压模为58～62HRC，冷镦模为58～61HRC，拉伸模为58～63HRC，搓丝板为60～63HRC，成形轧辊为58～63HRC^[6]。

除冷作模具外，该钢还被用于冷镦模具、热固性树脂成型模和深拉成型模等场合^[7]。有专利提出把Cr12Mo1V1用于喷油泵柱塞，通过预热、真空加热、高压气淬、深冷处理和多次高温回火等步骤，使零件的尺寸稳定性满足使用要求^[8]。

局限

作为莱氏体钢，Cr12Mo1V1在铸态下会沿晶界析出大量网状共晶碳化物，且偏析较为严重。这类碳化物很稳定，即使高温热处理也难以改变其形貌与分布，会割裂基体，使钢的热加工性能变差、变形阻力大、脆性增加，变形量稍大就容易产生裂纹^[9]。热加工虽能破坏碳化物网，但钢中仍会残留条带状共晶碳化物，使冲击韧性下降，最终缩短模具的使用寿命^[10]。因此，碳化物分布状况往往需要借助锻造等热加工手段加以改善^[11]。

碳化物偏析会带来多方面危害：淬火后的开裂倾向增加，抗弯强度降低，线切割之后出现裂纹的可能性也随之增大^[12]。碳化物分布不均匀还会造成力学性能的各向异性，模具可能在碳化物聚集部位因应力过大而崩刃或提前失效^[11]。有失效分析显示，某型Cr12Mo1V1电连接压接模具在服役约200次后发生脆性断裂，材料成分不达标以及内部共晶碳化物尺寸超标、分布不均是主要原因^[11]。

该钢的焊接性较差，模具崩角或破损后焊补时容易产生热裂纹，其热处理工艺要求较高，材料成本也高于Cr12MoV^[13]。

参见

• Cr12MoV —— 同属Cr12型冷作模具钢，本词条钢号的钼、钒含量约为其一倍。

• D2钢 —— 美国标准中的对应钢号，本词条钢号即由它引进定名。

• SKD11 —— 日本JIS标准中的相近钢号，成分介于Cr12Mo1V1与Cr12MoV之间。

• 深冷处理 —— 用于降低本词条钢材残余奥氏体含量、稳定尺寸的热处理工序。

• 共晶碳化物 —— 影响该钢韧性与模具寿命的主要组织因素。