高速钢

高速钢概述高速钢是一种高碳高合金莱氏体钢，成分复杂，具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的特点，又称为锋钢或白钢，是美国F.W.Taylor和英国M.White于1898年制造出来的'河。在世界范围内，高速钢的产量比较大，用途比较广，且具有良好的工艺性能，所以经常用来制成复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也常用来制成高温轴承和冷挤压模具等。

这些年来，高速钢在切削刀具材料的使用上不断减少，并且这种趋势会继续下降；但高速钢在齿轮刀具、拉刀、螺纹刀的应用依然较广，且占有最重要的地位。所以需要不断优化工艺，开发新技术，改善其性能，才能巩固高速钢在刀具应用方面的地位。高速钢的化学成分、碳化物的尺寸和分布等，都会明显影响高速钢的加工性能和使用性能。

我国高速钢的研制开始于1900年，新中国成立之后，我国高速钢才开始发展起来。进入21世纪以来，我国高速钢的产量保持快速的增长趋势。总体来说，我国的高速钢行业正在逐步进入成熟期。我国不仅成为高速钢的主要供应国，而且还是高速钢切削刀具的生产大国。但是，与国外先进企业相比，我国的高速钢还存在一些差距，主要集中在生产布局、产品结构、品种质量等方面。我国高速钢的研究和开发相对较晚，但是我国含有丰富的铛、钥、机等资源，所以能够为高速钢的生产和研发提供相当大的优势。

发展历史

在机械制造业中，随着产品结构零件机械性能不断提高，所采用的材料的性能也相应提高。高强度、高硬度，高韧性和耐高温的材料被广泛使用，因而要求有与它们相适应的加工方法和切削刀具。另一方面，也由于要求不断地提高生产效率和降低材料消耗，因此，成型工艺发展很快，如冷挤压、旋压等工艺被广泛应用，这也要求提供高效率，高强度、寿命高的工具。

因此，要求从事机械制造业和冶金业的技术人员，努力寻求和生产更好的工具材料，或设法改善工具材料的性能，以提高生产效率和降低工具消耗，取得好的经济效益。

远在1861年，Musher首次冶炼了含有2．15％C、1.04％Si、0.53％Mn、0.40％Cr、5.44％W的钢， 由于这种钢在空气中冷却即能火，所以Musher将此钢称之为“自硬钢”这就是现在高速钢的前身。之后，这种钢的成分，又几经变化，即当含碳为1.25—2.25％时，其含钨量大约为4一11％，含锰量为1.5—3.5％，后来锰又逐渐为铬所代替。但由于在当时，并没有发现它具有现代高速钢的特性，加之这种钢含碳量较高，锻造困难，所以当时生产并不多。随着美国钢铁公司产量的大幅度增长，对切削刀具的材料性能，提出了更高的和急迫的要求。为了提高自硬钢的数控刀具性能，1898年，Taylor以每50~C为一级，对这种钢进行了提高淬火温度的试验。结果发现在接近自硬钢的熔点处淬火，刀具可获得最佳切削性能，并且红硬性大为增加。而后者正是近代高速钢性能的主要标志。高温淬火工艺一直延用至今，它与高速尔的化学成分相配合，成为高速钢刀具具备其切削性能的两个基本要素。

后来Taylor等人又将钢的成分加以调整，即减少了碳、硅、锰的含量，增加了钨和铬的含量，并加入了微量的钒。这样钢的可锻性提高了，硬化深度也得到改善，钢的断口也致密了，因而在提高了切削性能的同时，也降低了废品率。这也就是18-4—1型高速钢的前身。

制作工艺

高速钢锻造，对于工具制造业来说，是十分重要的一道工序，因为它不但影响工具的质量，而且还影响到生产成本。由于没有正确地掌握高速钢锻造工艺，以致出现很高废品率，使工具成本大幅度的上升，这种事例是屡见不鲜的。

锻造前准备

高速钢锻造前，原材料必须进行金相检验，确定原始碳化物的级别，以便作为编制锻造工艺的依据。各厂虽有钢材进厂检验制总但由于受到抽检限制，很可能产生锻前碳化物偏沂等级不一致。所以在锻前，应对坯料进行一次复检。

锻造前加热

加热规范在锻造工艺中，是一个重要组成部分。合理的加热，能保证钢坯有良好的锻造性能。高速钢合金元素多，含量又高，以致导热性及塑性均较一般合金钢差，因此要注意加热速度及保温时问，尽可能做到均匀加热。一般是采用缓慢加热，但很多厂目前是采用高温快速加热。有些工厂采用三段加热，具体规范是：（1）400—600~C装炉，缓慢加热到780，~"820~C，加热时间根据坯料的直径或厚度，每10毫米按7—8分钟计算。

（ 2）在780—820~C保温，其保温时间也是按每10毫米保温7—8分钟计算。

（3）较快地加热到最终温度，加热时间为每10毫米以5—6分钟计算。

上述三段加热，是考虑到高速钢在低温时导热性差，如加热过快则坯料心部与表面的温差大，所产生的热应力，易使坯料开裂，因此在低温阶段要缓慢加热。在780—820°C范围内发生。a一y相变，所产生的体积变化，更可导致内应力的增长，所以进行保温。而820°C以上， 由于已形成奥氏体，开裂的危险性就小了，故可加速升温。另外高温阶段的快速升温，也是为了尽可能减少氧化和脱碳。

不过采用这种加热规范，所需时间长，占用加热设备多，燃料消耗多。针对这种情况，对高速钢锻件提出了快速加热的工艺。即把坯料直接放入炉温为1150—1200~C的炉中，当温度达到锻造温度后，进行锻造。

锻造设备

锻造设备吨位的大小，对于碳化物偏析级别的改善，有着一定的关系。如果锻造设备吨位太小，则锻击时，不飞传至锻件中心，而变形只在钢材的衷层进行，当然使碳化物偏析得不到改善。反之锻造设备吨位太大，对碳化物偏析改善也不会带来更大好处，反而浪费能量及其附属设备，并且有增加产生裂纹的可能性。

锻件冷却

工件锻造完毕后，工件温度一般保持在800。C左右，因为这正是高速钢奥氏体的转变区域，会产生相变，势必出现组织应力。另一方面，由于坯料的温度下降，热应力也要增大，所以要缓慢冷却，以防止工件开裂。锻件冷却方式，通常可采用炉冷或砂冷。

炉冷——锻完的工件，趁热放入750℃左右的炉中，在炉内冷却，或者在锻完一批后，从该温度直接升温，进行退火。

砂冷——将锻件置于热砂箱或生石灰箱内冷却，主要目的是降低工件的冷却处理。如果冷却太快，会在工件表面或中心部分产生裂纹，这种裂纹，大都是细条状的。

规格成分

规格和外观

规格主要有圆钢和方钢、板材。钢材的表面要加工良好，不得有肉眼可见的裂纹、折叠、结疤和发纹。冷拔钢材表面应洁净、光滑、无夹杂和氧化皮等。

化学成分

中国国标和日本工业标准中主要钢号的化学成分如表 6—7—26。

主要种类

目前国内外高速钢的种类约有数十种，其化学成分，一般是在下述的范围：含碳量为0.7一1.6％，含钨量为0—20.0％，含量为0—9％，含钒量为1—5％，含钴量为0一12％。

关于高速钢的分类，按其所含的合金元素的不同，分为三种基本系列，即：

(1)钨系高速钢——以钨为主，含钨量一般大于12％，不含钼或含1％的钼。

(2)钼系高速钢——以钼为主，含钼量大于8％，不含钨或含有1—2％的钨。

(3)钨一钼系高速钢——介于上述二者之间，钨、钼含量之间符合下式：

W％+2Mo％=15—18％

若从使用性能的角度来看，高速钢又可分为低合金高速钢、普通高速钢(通用高速钢)及特殊高速钢三大类。过去特殊高速钢系指含钒大于3％的高速钢及加入5—15％钴的钢。六十年代开始在特殊高速钢中又发展了前面提出的超硬型高速钢，它的出现，是高速钢成分上一个重大变化。

主要性能

前已述及，各种合金元素决定了高速钢的组织组成物的类型及其数量，而这些不同的组织又赋予高速钢各种各样的性能。一般可概括为两大类，即使用性能和工艺性能。

使用性能

高速钢的使用性能，应从切削性能、高温硬度(热硬性)、常温硬度、。耐磨性、强度及韧性几个方面丝量。其中切削性能是硬度、热硬性、耐磨性，韧性的综合反映。即使现在扩大了高速钢的使用范围，其使用性能也还没有超出上述范畴。

硬度和耐磨性，主要取决于钢的含碳量。钢中含碳量愈高，则碳化物也愈多。这首先意味着在淬火时，可使更多的碳溶入固溶体中，从而提高了马氏体及实际使用时的回火马氏体的硬度，亦即钢的使用硬度。另外碳量的增加，还会使淬火后不溶解的剩余碳化物量增多，从而提高了钢的耐磨性。热硬性和钢中所加入合金元素的种类和数量有关。只有在高合金情况下，方能在550—600~C保持高硬度。至于钢的韧性，则大体与上述两者相反，当碳和合金元素增高寸，韧性要降低。

工艺性能

高速钢的工艺性能，包括锻造性能、机械加工性能、过热敏感性、热处理时的变形开裂倾向以及氧化脱碳倾向等。

可磨削性是高速钢的主要工艺性能之一。磨削，尤其是最后的精磨，是切削刀具制造过程不可缺少而且极为敏感的工序。刀具磨削的优劣，密切关系着刀具质量(形状尺寸、寿命)的好坏。高速钢由于舍金碳化物较多，基体硬·，导热性能又差，其可磨削性能大大低于一般钢，尤其是经过淬火、回火以后，更是如此。另外磨削一般也是生产率最低的一道工序。所以人们把可磨削性看成是评价高速钢的一项很重要的指标。

包装检验

包装

成捆交货，用低碳钢丝捆扎，并有标牌标明炉号，规格等印记。但对冷轧钢还要涂防锈油，并用防潮纸包裹，对银亮钢还应装箱。

检验

检验高速钢碳化物不均匀度与试样的腐蚀时间有关。有关标准中只提出腐蚀要适当不能过腐蚀，这一点往往被人们所忽视。实践证实，如果发生了过腐蚀，就会将碳化物染黑，表现出不均匀程度改善的假相，就可能将质量不好的高速钢误判为优质钢，这一点尤为重要。

各国高速钢标准

1970年美国钢铁学会(AISl)修改了1963年的高速钢标准。美国材料试验协会在1969年重新制订了新高速钢标准ASTMA 600-69，这两个标准共列入了二十七个钢号。西德的WbL320标准，共列入九个钢号。日本在1968年颁发了日本国家标准JISG4403-1968，共列入十三个钢号。英国没有国家标准，一般标准是由英国标准协会(Bs)发行，其现行BS 4659高速钢标准系1971年公布，其中一共列入十五个钢号。苏联修改了FOCT标准，颁布了FOCTl9265-73共列入十四个钢号。瑞典标准委员会于1971年3月颁发了新工具钢标准SIS-1971，共列入四个钢号。1975年欧洲国家制订了一个《工具钢洲际标准草案EURONORM96》其中规定了四种基本牌号高速钢。

参考资料

模具钢材料篇---高速钢.微信公众平台.2023-12-06