50Cr3Mo 中碳高铬钼合金工具/轧辊钢全面技术资料

50Cr3Mo 中碳高铬钼合金工具/轧辊钢全面技术资料

一、牌号定位与标准归属（先说清歧义）

"50Cr3Mo"是中碳 3%Cr 系铬钼合金钢，按用途分属两条标准线，选型时必须先确认走哪一条：

• 锻钢轧辊/支承辊用钢：JB/T 3733-2017《大型锻造合金钢热轧工作辊 技术条件》新增牌号（与 50Cr4MoV、50Cr5MoV、65Cr5MoV 一同列入），同系列还有 70Cr3Mo、60Cr3Mo、40Cr3Mo、50Cr3MoV。这是"锻件、圆钢"语境下的主流解读。
• 铸造工具钢 ZG50Cr3Mo：GB/T 41160-2022《铸造工具钢》（修改采用 ISO 10679:2019）牌号，C 0.45–0.55%、Cr 3.00–3.50%、Mn 0.40–0.80%，退火态交货。其成分与 AISIS7 / DIN 1.2355 / 50CrMoV13-15（C 0.45–0.55、Cr 3.00–3.50、Mo 1.30–1.80、V 0.15–0.30）高度接近，可视作该体系的铸造版本。

二、化学成分（wt%）

3%Cr 系锻钢轧辊钢（以同系列 50Cr3MoV 及 JB/T 3733 系列推定）：

元素

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

Ni

Cu

P

S

范围

0.45–0.56

0.35–0.65

0.35–0.70

2.80–3.60

0.50–0.80

0.08–0.20

≤0.40

≤0.25

≤0.025

≤0.025

参照 JB/T 3733 老版同系牌号 70Cr3Mo：C 0.60–0.75、Si 0.40–0.70、Mn 0.50–0.90、Cr 2.00–3.50、Mo 0.25–0.60、P/S ≤0.025，可见该系列对 P、S 控制极为严格（均 ≤0.025%）。

• ：决定强度、硬度与碳化物量；过高会降低 Ms 点、增加残余奥氏体，反而损害淬硬性与韧性，故控制在 0.5% 级。
• 铬（核心）：Cr ≥2.5–3% 时生成M₇C₃ 型复杂碳化物，硬度可达 1300–1800 HV，是耐磨性的根本来源；同时右移 CCT 曲线，大幅提升淬透性与接触疲劳性能。
• ：提高高温强度、抗回火软化能力，抑制回火脆性，细化晶粒。
• ：形成弥散 VC 质点，细化晶粒、提升硬度与耐磨性。

三、供应形式

• 锻件（主导形态）：整体锻钢支承辊、工作辊、中间辊（辊身 Φ1250–1630 mm、长 1400–2300 mm、单重 20–70 t），以及轴类、饼类、环类、异形锻件；可按图定制。
• 圆钢/棒材：热轧或锻造圆钢，用作轧辊坯、模具坯、轴类毛坯，常见 Φ80–1000 mm。
• 板材：模具钢板、耐磨衬板（多用于 ZG 铸件改锻或工具钢体系）。
• 铸件：ZG50Cr3Mo 以退火态供应各类铸造工具钢件。
• 线材：该钢种基本不供线材——中碳高铬钼合金钢塑性窗口窄、裂纹敏感，不适宜盘卷拉拔；仅有同类成分的焊丝/堆焊材料用于轧辊修复。

四、热处理工艺

常规流程为三段式：锻后热处理 → 预备热处理 → 最终热处理。

• 锻后热处理：高温正火 + 高温回火（或正火 + 球化退火）。正火 800–970℃（升温 <90℃/h，保温 10–40 h），空冷后 500–750℃ 回火（升温 <60℃/h，保温 40–90 h）；氢含量高时需扩氢退火防白点。
• 预备热处理（调质）：预热 550–700℃ 保温 5–20 h，加热至 800–970℃（升温 <80℃/h），油淬 100–400 min；出油立即回火 500–750℃（升温 <50℃/h，保温 20–90 h）。
• 最终整体调质：淬火 850–920℃（辊身 Φ500–1500 mm 保温 9–30 h），机油冷却 80–200 min，回火 500–650℃ 保温 40–120 h，整体硬度HSD 35–50
• 辊身表层硬化（差温热处理）：预热 500–600℃ 保温 10–20 h，以 ≥90℃/h 快速加热至 880–920℃ 保温 2–4 h，水/油淬 80–200 min，立即回火 300–560℃ 保温 50–150 h；辊身表层硬度HSD 50–75，淬硬层深40–60 mm
• 退火（ZG 版）：中温组 815–845℃，退火硬度 ≤223 HB。

五、机械性能

轧辊以肖氏硬度（HSD）为验收主指标：JB/T 3733 各牌号辊身硬度区间33–43 HSD 至 65–85 HSD；辊颈硬度一般≤40 HSD，板带轧机硬度均匀性≤3 HSD、型钢轧机≤5 HSD。老版以布氏计，同系 70Cr3Mo 粗加工后 229–302 HB、锻坯态 ≤269 HB，均匀性偏差 ≤40 HB。

工程参考：3%Cr 中碳支承辊配合差温热处理，辊身硬度可达55–68 HSD，淬硬层50–100 mm；现代连轧机要求提升至 65–75 HSD。心部与辊颈保持高强度、高韧性配合（典型调质抗拉强度 900–1100 MPa 级，具体须以钢厂质保书为准）。

六、物理性能

密度约7.8–7.85 g/cm³（铸造版 7.72–8.0 kg/dm³）；弹性模量190–210 GPa；泊松比0.27–0.30；导热系数约 30–40 W/(m·K)（高合金钢偏低，淬火冷却需充分）；线膨胀系数约 12–13×10⁻⁶/K；铁磁性；Ac₁ 约 720–760℃，Ms 点因高合金而显著降低。

七、应用领域

• 钢铁轧制：冷/热中厚板、薄板轧机的支承辊、工作辊、中间辊，平整辊、矫直辊。
• 有色加工：铝板带、铝箔轧机轧辊。
• 型材与开坯：型钢粗轧辊、热轧开坯辊。
• 工模具（ZG/S7 体系）：热作与冷作模具、冲压模、剪切刀片、冲头、凿具等需高冲击韧性与耐磨性的工具。

八、材料优势与边界

优势：Cr+Mo 复合带来极高淬透性，超大截面仍能获得 40–100 mm 深淬硬层；M₇C₃ 碳化物赋予卓越耐磨性与抗接触疲劳、抗剥落能力；Mo 保证高温强度与抗回火软化；通过"心部调质 + 表层差温淬火"可获得外硬内韧的梯度性能，抗事故能力强，辊耗低、换辊周期长。

边界与风险：①高碳当量导致焊接性差，补焊须严格预热与焊后热处理；②锻造时二次碳化物多、变形抗力大、表面易裂，须采用宽 V 砧大压下量（KD 法）压实；③白点敏感，必须双真空冶炼并配扩氢退火，[H] 控制在 2 ppm 以下；④当辊身硬度要求 >75 HSD 时被迫降低回火温度，残余应力释放不足，会增大辊身断裂风险；⑤制造周期长、成本高，不宜用于中小件或非耐磨工况。

提示：JB/T 3733-2017 中 50Cr3Mo 的具体成分上下限与辊身硬度分档须以标准原文表 1、表 2 为准；网上部分数据库给出的"抗拉 463 MPa、热处理温度 1779℃"等数据自相矛盾，不可用于选材。