Nástrojová ocel D2 | 1.2379 | SKD11

AOBO STEEL – Trusted Global Tool Steel Supplier

Odeslat poptávku

Nástrojová ocel D2 je nástrojová ocel s vysokým obsahem uhlíku a chromu, která se kali na vzduchu a je určena pro práci za studena. Mezi její vlastnosti patří: vysoká prokalitelnost, vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení, dobrá odolnost proti oxidaci za vysokých teplot, rázová houževnatost po kalení a popouštění a minimální deformace během tepelného zpracování. Tyto vlastnosti se využívají k výrobě nástrojů, měřidel a kalibrů s velkým průřezem a složitými tvary, které vyžadují vysokou přesnost a dlouhou životnost.

Označení v americkém systému ASTM A681 je D2. Třída je také nástrojová ocel AISI D2 v systému AISI. Podobná označení v jiných národních normách zahrnují ISO 160CrMoV12, Japonsko/JIS SKD11, USA/UNS T30402, Německo/DIN X155CrMo12-1, Německo/W-Nr. 1.2379, Czech Republic (CSN) 19221, and China/GB Cr12Mo1V1 nebo Cr12MoV.

1. Aplikace

• Vyřezávací matrice a razníky
• Tvářecí matrice a razníky
• Kreslicí matrice
• Laminovací matrice
• Stříhací nože a řezací nože
• Matrice a razníky pro vytlačování za studena
• Rohlíky
• Měřidla a nástroje pro leštění
• Plastové formy
• Horké ořezávání výkovků
• Konstrukční součásti

2. D2 Steel Composition¹

The equivalent grades’ composition

3. D2 Steel Heat Treatment

Jak popisuje William E. Bryson ve své knize Tepelné zpracování, výběr a použití nástrojových ocelí, ten tepelné zpracování D2 tool steel is often compared to cooking, where precise control of time and temperature is critical to avoid undercooking (leading to a lack of hardness) or overcooking (destroying molecular structure and causing brittleness). The following steps outline the process.

D2 tool steel critical and austenization temperatures

3.1 Material Preparation and Preheating

Před tepelným zpracováním by měl být materiál důkladně odmaštěný a nejlépe zabaleno v nerezové fólii aby se chránil její povrch. Vzhledem k vysokému obsahu chromu a nízké tepelné vodivosti této oceli by měla být pomalu a rovnoměrně předehřívána na cílovou teplotu, aby se minimalizovalo riziko praskání během ohřevu. Cílová teplota je 1200 °F (650 °C)a doba ohřevu je 10 až 15 minut.

Účelem celého procesu předehřívání je zajistit rovnoměrné rozložení tepla v celém materiálu, což umožní uvolnění vnitřního pnutí dříve, než materiál příliš změkne a zvýší se jeho plasticita, a tím zabrání deformaci.

3.2 Austenitizing (Hardening)

This is the second step in heat treatment, during which the material’s structure changes from ferrite-pearlite to austenite, and various complex alloy carbides are dissolved. The heating temperature for this step is 1850 °F (1010 °C)s dobou namáčení 1 hodina na 1 palec (25 mm) průřezuTato doba prohřívání zajišťuje rovnoměrný průběh austenitizace. Je však důležité si uvědomit, že Příliš dlouhá doba namáčení, i jen několik minut, může mít negativní vliv na ocel.

3.3 Quenching

D2 tool steel is an air-hardening steel whose advantage lies in minimizing deformation and dimensional changes during the formation of martensite. The process involves the following steps: Po namáčení, materiál se rychle ochladí na přibližně 65 °C (150 °F)Během tohoto procesu, když teplota dosáhne 565 °C (1050 °F) a než se materiál transformuje do ztvrdlé struktury při 400 °F (205 °C), lze obrobek vyjmout z fóliového obalu a umístit na chladicí rošt. Je třeba dbát opatrnosti, aby se materiál nepokládal přímo na studený povrch stolu., as this can cause localized temperature fluctuations and result in deformation. From a microstructural perspective, this process transforms the steel’s internal structure into finer-grained martensite, imparting excellent wear resistance to D2.

Po řádném kalení materiál stále obsahuje určitý podíl „zbytkového austenitu“, přičemž optimální obsah martenzitu se pohybuje od 95% do 96%.

3.4 Temperování

Tempering improves the toughness of steel, reduces internal stress, and makes D2 tool steel secondary hardening. Tempering must be performed immediately when the material temperature drops to 52 °C až 65 °C (125 °F až 150 °F).

Pokud je D2 pouze jednou temperováno, teplota popouštění je 400 °F (205 °C) k dosažení tvrdosti podle Rockwella 61-62HRC.

Doporučujeme použít proces sekundárního popouštění pro D2, což může zlepšit jeho odolnost proti opotřebení dle 20-30%.

V procesu sekundárního popouštění, První teplota popouštění je 515 °C (960 °F) po dobu 2 hodin na palec (25 mm) průřezuPřed druhým popouštěním, tj. během intervalu mezi prvním a druhým popouštěním, musí být materiál nechat vychladnout na pokojovou teplotu. Toto období může trvat několik hodin. Může také trvat několik dní, ale klíčové je, že druhé popouštění musí NE začínají na 65 °C (150 °F), což je zcela odlišná teplota od dříve zmíněného jednoduchého popouštění. Druhá teplota popouštění je 480 °C (900 °F) po dobu 2 hodin na palec průřezuDruhé popouštění dosahuje tvrdosti podle Rockwella 58 HRC.

Zatímco D2 má slabá sekundární tvrdost, popouštění při vyšších teplotách (např. ~550 °C/1020 °F) lze použít k dosažení tvrdosti 60 HRC, čímž se zlepšuje stabilita během nitridace nebo jiné metody povrchového kalení. To však může vést ke zvýšenému zbytkovému austenitu a růstu zrn, což může snižovat houževnatost a způsobovat mikrostrukturální nestability.

Table of Hardness and Tempering Temperature for D2 Steel

3.5  Cryogenic/Sub-Zero Treatment (Optional)²

Tento proces je navržen tak, aby eliminoval nebo snížil zbytkový austenit a zvýšil rozměrovou stabilitu materiálu. Vzhledem k tomu, že nástrojová ocel D2 si po standardním tepelném zpracování může uchovat značné množství austenitu (až do 20%), může to vést k rozměrové nestabilitě, protože zbytkový austenit se při pokojové teplotě v průběhu času spontánně transformuje na nezpopouštěný martenzit.

Proces zahrnuje následující kroky: Po léčbě zmírnění stresu (přibližně 150 °C), materiál se ochladí na extrémně nízkou teplotu (přibližně -300 °F / -184 °C), blížící se nebo nižší než konečná teplota Mf. Následné popouštění je stále nutné, aby se zabránilo křehkosti způsobené nově vytvořeným čerstvým martenzitem.

Tento proces vytváří kompaktnější molekulární strukturu v materiálu (snižuje tření, teplo a opotřebení), snižuje zbytkové napětí a zvyšuje pevnost v tahu, houževnatost a rozměrovou stabilitu, čímž výrazně zlepšuje výkon materiálu.

3.6 Potenciální problémy

1. Zbytkový austenit může způsobit rozměrovou nestabilitu materiálů, zejména při vyšších austenitizačních teplotách. K řízení tohoto procesu se používá řízené kalení, přesné doby výdrže a dvojité a trojité popouštění.
2. Faktory, jako je nerovnoměrný ohřev a chlazení, fázové transformace (zejména tvorba martenzitu) a zbytkové napětí během tepelného zpracování, mohou způsobit deformace a praskání v materiálech. Proto je důležité zajistit pomalý a rovnoměrný ohřev, vhodné kalicí médium a úpravu pro odbourávání napětí.
3. Ocel D2 je náchylná k oduhličení. Doporučujeme zahřívat materiály D2 v kontrolované neutrální atmosféře, vakuu nebo v prostředí pece s neutrální solí, aby se zabránilo oduhličení.

3.7 Forging

D2 tool steel should be preheated slowly and uniformly to 900 °C (1650 °F) before heating to forging temperatures. D2 has low thermal conductivity, so it must be heated slowly. Heating too quickly can cause the material to crack.

After preheating, the initial forging temperature for D2 steel is 980–1095 °C (1800–2000 °F). For large sections or heavy reductions, the higher end of this range should be used, while for smaller sections or lighter reductions, the lower end is more appropriate.

It is important to note that the temperature during the forging of D2 steel must not fall below 900°C (1650°F). If the temperature drops below this level, the steel must be reheated before forging.

D2 tool steel may partially melt at approximately 1150°C (2100°F), so the forging temperature must be strictly controlled.

Máte zájem o nástrojovou ocel D2? Please complete the form below to contact us for technical support and to receive the latest quotes on D2 steel.

4. Vlastnosti oceli D2

4.1 Basic Mechanical Properties

Vykazuje vysokou pevnost v tlaku, zejména při popouštění za nižších teplot. Tato pevnost přímo souvisí s úrovní tvrdosti; s rostoucí teplotou popouštění má tvrdost i pevnost v tlaku tendenci klesat.

4.2 Tensile Test Data³

4.3 Tažnost a houževnatost

• Material D2’s toughness is moderate, which is superior to grades like Nástrojová ocel D3Ve srovnání s jinými ocelemi řady D s vyšším obsahem uhlíku má ocel D2 dobrou rovnováhu mezi odolností proti opotřebení a houževnatostí.
• Tahové zkoušky často vykazují tvárný lomový režim, charakterizovaný důlkovitými strukturami. Tento materiál však může vykazovat plochý lomový povrch s minimálním zúžením a nízkou plošnou redukcí (např. v některých zkouškách kolem 1,3%).
• Modul houževnatosti byl naměřen na 81 MPa s lomovým napětím 1,971 TP3T.
• Ocel D2 vykazuje anizotropní pevnost a tažnost, což se připisuje prodloužení primárních karbidů slitiny během tváření za tepla. Maximální pevnost a tažnost D2 jsou obvykle ve směru válcování.

4.4 Rozměrová stabilita

• It exhibits minimal distortion compared to many other tool steels. When air quenched from the correct hardening temperature, the expansion or contraction is approximately 0.0005 inches per inch (or mm/mm).
• Faktory, jako je geometrie součásti a existující deformace, mohou ovlivnit celkový pohyb.
• Po broušení, svařování, elektroerozivním obrábění a dalších procesech se důrazně doporučuje popouštění pro odlehčení pnutí. Teplota popouštění je obvykle o 14–28 °C (25–50 °F) nižší než konečná teplota popouštění.

4.5 Odolnost proti opotřebení

It has excellent abrasion resistance, often serving as a benchmark for other tool steels. This high wear resistance is directly attributed to the substantial volume of hard, chromium-rich carbides in its microstructure. This makes D2 a preferred material for tooling subjected to abrasive conditions and long production runs. Its wear resistance is noted to be about 30-40% improved over A2 tool steel.

4.6 Zpracovatelské aspekty oceli D2

It has relatively poor machinability. If steel with a carbon content of 1% is rated as 100, then D2 is rated as 45 for machinability in the annealed state. It can be difficult to work and grind, and its weldability using traditional methods is very poor.

5. D2 Steel Advantages and Disadvantages

5.1 Advantages

• Vysoká odolnost proti opotřebení: The higher carbon and chromium content of D2 steel results in the formation of a large amount of chromium-rich carbides in its microstructure, giving it excellent wear resistance. Its wear resistance is 30% to 40% higher than that of A2 steel.
• Air-Hardening Characteristics: D2 steel is an air-hardening steel that allows for minimal deformation and displacement during the hardening process, making it suitable for applications with high dimensional tolerance requirements.
• Rozměrová stabilita: D2 exhibits good dimensional stability in heat treatment, with minimal distortion. When air-quenched from the proper hardening temperature, it can be expected to expand or contract approximately 0.0005 in./in. (0.0005 mm/mm).
• Good Toughness (Moderate/Fair): While often considered somewhat brittle compared to other steels, D2 possesses moderate or fair toughness for its class. 
• High Strength and Hardness: D2 is a high-strength and hardness tool steel, with a hardness range of 60-62 HRC. It is resistant to softening.
• Nákladová efektivita: The molybdenum and vanadium content of D2 steel is not particularly high, so it has cost advantages for users.
• Corrosion Resistance and Good Staining Resistance: It has good corrosion resistance, and its high chromium content makes D2 steel appreciable resistance to staining after tools are hardened and polished.
• Deep-Hardening: D2 is a deep-hardening steel. It can be fully hardened throughout a large block (e.g., 75 mm × 150 mm × 250 mm or 3 in. × 6 in. × 10 in.) by air cooling after austenitizing.
• Sekundární kalení: The molybdenum and vanadium in D2 steel enable secondary hardening after tempering.

5.2 Disadvantages

• Low Machinability: D2 steel is very hard and difficult to machine.
• Brittleness: D2 is considered somewhat brittle and has low toughness。
• Welding Difficulty: D2 tool steel is generally known to be difficult to weld (non-weldable). It is particularly hard to attain a high-quality welded joint by conventional welding methods due to its high carbon content and a significant amount of carbides.
• Zadržený austenit: After hardening, D2 can retain a significant amount of austenite (up to 20%) that does not transform to martensite. This can lead to dimensional instability over time, as retained austenite can spontaneously transform into untempered martensite at room temperature, causing a change in the physical size of the component. 
• Limited Toughness Improvement through Hardness Reduction: The toughness of D2 steel can only be improved to a limited extent, and it is difficult to control its hardness at extremely high tempering temperatures.
• Not Stainless Steel Corrosion Resistance: Its high chromium content is not sufficient to provide the level of corrosion resistance characteristic of stainless steel, as much of the chromium is incorporated into alloy carbides.

6. Welding of D2 steel

D2 steel contains a large amount of carbides, which makes it difficult to weld. If welding D2 is necessary, it is strongly recommended to preheat the D2 steel; otherwise, cracking may occur or the service life of the material may be reduced.

6.1 Preparation and Pre-heating

Before welding, remove all loose chips and grind out any cracks, preferably creating a “U”-shaped channel rather than a “V” shape, as sharp angles can induce cracking.

The preheating temperature can be adjusted between 140°C and 450°C, depending on the specific tool. For severe repairs, a preheating temperature of at least 300°C to 400°C is recommended. The preheating temperature must be reached gradually and uniformly. It is essential to ensure that the temperature during the welding process does not deviate from the preheating temperature by more than 100°C.

6.2 Filler Materials

• For general joining of broken pieces, or as a buffer layer for large repairs, 312 stainless steel filler wire (0.1% C, 1.6% Mn, 30% Cr, 9% Ni, 26 HRC, 25% elongation) is an excellent choice.
• When hardness is not the primary concern but chemical composition is, we suggest 410 stainless steel filler wire (0.1% C, 14.5% Cr, 40 HRC).
• For highly polished or photo-etched D2 tools, a modified 420 stainless steel tool steel filler wire (modified 13% chrome, 52-56 HRC) is recommended. 

6.3 Post-weld Treatment

Once the D2 material is welded, it should be slow-cooled, for example, by burying it in vermiculite or dry sand. For hardened D2 parts that have been welded, stress relief and tempering treatment are required. The stress relief temperature is 400°F (205°C), followed by tempering at a temperature 25°F (14°C) lower than the original tempering temperature.

7. Machinability of D2 steel

As mentioned several times before, D2 is a high-carbon, high-chromium steel that is considered difficult to machine and grind. Its machinability is described as “particularly poor” or “low to very low.” When compared to a 1% carbon steel rated at 100, D2 has a machinability rating of 45. For comparison, O1 tool steel has excellent machinability, while D2 has better wear resistance.

Traditional machining methods include milling, drilling, or turning. After machining, the D2 surface may exhibit changes such as roughness (R), plastic deformation (PD), microcracks (MCK), untempered martensite (UTM), and overtempered martensite (OTM).

8. How do we manufacture the D2 tool steel

We primarily supply forged D2 tool steel. We procure D2 steel ingots from an Electric Arc Furnace (EAF) foundry, with the option to include Electroslag Remelting(ESR) treatment upon customer request. After verifying the composition and microstructure of the billets and ingots, we proceed with forging. Following forging into round bars or flat bars, the material undergoes heat treatment. Finally, based on customer requirements, surface treatment is performed, including the removal of scale or finishing.

9. D2 comparison with other steels

• D2 steel Vs. 440C. D2 steel has significantly lower corrosion resistance than 440C steel. In applications where D2 steel is used, corrosion resistance is not the primary consideration; instead, wear resistance and dimensional stability are the primary priorities. 440C steel is ideal when a balance of high hardness, wear resistance, and good corrosion resistance is required, making it suitable for cutting tools, surgical instruments, and bearing applications in corrosive environments.
• D2 steel Vs. 4140. D2 steel exhibits excellent wear resistance and dimensional stability, making it an ideal choice for cold-worked die steel; however, it has poor toughness and machinability. 4140 steel, on the other hand, is a more versatile engineering steel that offers a robust balance of strength and toughness, suitable for a broader range of machinery components, particularly those requiring good impact resistance and ease of processing. Its properties can be further customized through various heat treatments and surface modifications, such as nitriding.
• Nástrojová ocel D2 vs D3. Both are important representatives of the D series of steels. In terms of composition, D2 steel contains Mo and V elements, making it more expensive than D3 steel; however, its performance is also more reliable.

10. Supply forms and dimensions

The D2 tool steel we supply is available in various shapes, including round bars, sheet plates, slabs, flat bars, square bars, and blocks. The dimensions of the flat bar range from: width 20–600 mm × thickness 20–400 mm × length 1,000–5,500 mm. The dimensions of the round bar range from a diameter of 20–400 mm × a length of 1,000–5,500 mm. The block dimensions are obtained by cutting the flat bar.

For smaller sizes, such as round bars with a diameter less than 70 mm, we use the hot-rolled process. For sizes greater than 70 mm, we offer forged products.

We also offer the ESR (Electroslag Remelting) process, which is tailored to meet customer requirements. The advantage is better internal microstructure, but it comes at a higher cost. Please contact us for specific requirements.

UT testing: Sep 1921-84 D/d, E/e. 

Surface Treatment: original black, peeled, machined/turned, polished, grounded, or milled surface finishes.

Inventory Status: We do not maintain a stock of D2 steel. We arrange production based on customer orders.

Delivery time: Electric Arc Furnace (EAF) materials are 30-45 days. ESR materials are approximately 60 days.

1. Roberts, G., Krauss, G., & Kennedy, R. (1998). Nástrojové oceli: 5. vydání (p. 203). ASM International. ↩︎
2. Reardon, A. C. (Ed.). (2011). Metalurgie pro nemetalurgiky (2nd ed., p. 231). ASM International. ↩︎
3. Di Schino, A., & Sugimoto, K. (Eds.). (2017). Mechanical Properties and Microstructure of Forged Steel (p. 151). MDPI. ↩︎

FAQ