什麽是高速鋼？
1.概述
高速鋼又名風鋼或鋒鋼，意思是淬火時即使在空氣中冷卻也能硬化，並且很鋒利。它是壹種成分復雜的合金鋼，含有鎢、鉬、鉻、釩等碳化物形成元素。合金元素總量達10～25%左右。它在高速切削產生高熱情況下(約500℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。這就是高速鋼最主要的特性——紅硬性。而碳素工具鋼經淬火和低溫回火後，在室溫下雖有很高的硬度，但當溫度高於200℃時，硬度便急劇下降，在500℃硬度已降到與退火狀態相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼制作切削工具用。而高速鋼由於紅硬性好，彌補了碳素工具鋼的致命缺點，可以用來制造切削工具。
高速鋼的熱處理工藝較為復雜，必須經過退火、淬火、回火等壹系列過程。退火的目的是消除應力，降低硬度，使顯微組織均勻，便於淬火。退火溫度壹般為860～880℃。淬火時由於它的導熱性差壹般分兩階段進行。先在800～850℃預熱(以免引起大的熱應力)，然後迅速加 熱到淬火溫度1220～1250℃，後油冷。工廠均采用鹽爐加熱。淬火後因內部組織還保留壹部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉變，進壹步提高硬度和耐磨性，壹般要進行2～3次回火，回火溫度560℃，每次保溫1小時。
(1)生產制造方法：通常采用電爐生產，近來曾采用粉末冶金方法生產高速鋼，使碳化物呈極細小的顆粒均勻地分布在基體上，提高了使用壽命。
(2)用途：用於制造各種切削工具。如車刀、鈷頭、滾刀、機用鋸條及要求高的模具等。
2.主要生產廠
我國大連鋼廠、重慶鋼廠、上海鋼廠是生產高速鋼的主要生產廠。
3.主要進口生產國家
我國主要從日本、俄羅斯、德國、巴西等國進口。
4.種類
有鎢系高速鋼和鉬系高速鋼兩大類。鎢系高速鋼有W18Cr4V,鉬系高速鋼有W6Mo5Cr4V2等。
5.規格和外觀質量
規格主要有圓鋼和方鋼。鋼材的表面要加工良好，不得有肉眼可見的裂紋、折疊、結疤和發紋。冷拔鋼材表面應潔凈、光滑、無夾雜和氧化皮等。
高速鋼是壹種含多量碳(C)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等元素的高合金鋼，熱處理後具有高熱硬性。當切削溫度高達600℃以上時，硬度仍無明顯下降，用其制造的刀具切削速度可達每分鐘60米以上，而得其名。高速鋼按化學成分可分為普通高速鋼及高性能高速鋼，按制造工藝可分為熔煉高速鋼及粉末冶金高速鋼。
普通高速鋼
圖壹： 高速鋼是制造形狀復雜、磨削困難的刀具的主要材料。
普通高速鋼可滿足壹般需求。常見的普通高速鋼有兩種，鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。
鎢系高速鋼
典型牌號為W18Cr4V，熱處理硬度可達63-66HRC，抗彎強度可達3500MPa，可磨性好。
鎢鉬系高速鋼
典型牌號為W6Mo5Cr4V2，目前正在取代鎢系高速鋼，具有碳化物細小分布均勻，耐磨性高，成本低等壹系列優點。熱處理硬度同上，抗彎強度達4700MPa，韌性及熱塑性比w18Cr4V提高50%。常用於制造各種工具，例如鉆頭、絲錐、銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等，可以滿足加工壹般工程材料的要求。只是它的脫碳敏感性稍強。
另壹牌號的普通高速鋼為W9Mo3Cr4V，這是中國近幾年發展起來的新品種。強度及熱塑性略高於W6Mo5Cr4V2，硬度為HRC63-64，與韌性相配合，容易軋制、鍛造，熱處理工藝範圍寬，脫碳敏感性小，成本更低。這三個牌號的普通高速鋼在中國市場的比例分別為:W18Cr4V，16.5%；W6Mo5Cr4V2，69%;W9Mo3Cr4V，11%。
高性能高速鋼
高性能高速鋼具有更好的硬度和熱硬性，這是通過改變高速鋼的化學成分，提高性能而發展起來的新品種。它具有更高的硬度、熱硬性，切削溫度達攝氏650度時，硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性為普通高速鋼的1.5-3倍，適用於制造加工高溫合金、不銹鋼、鈦合金、高強度鋼等難加工材料的刀具。
主要品種有4種，分別為高碳系高速鋼、高釩系高速鋼、含鈷系高速鋼和鋁高速鋼。
高碳系高速鋼
牌號為9w18Cr4V，因含碳量高(0.9%)，故硬度、耐磨性及熱硬性都比較好。用其制造的刀具在切削不銹鋼、耐熱合金等難加工材料時，壽命顯著提高，但其抗彎強度為3000MPa，沖擊韌性較低，熱處理工藝要求嚴格。
高釩系高速鋼
牌號有W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(美國牌號M3)，含釩量達3-4%，使耐磨性大大提高，但隨之帶來的是可磨性變差。高釩系高速鋼的使用及發展還需要依賴於磨削工藝及砂輪技術的發展。
鈷高速鋼
牌號有W2Mo9Cr4VCo8(美國牌號M42)。其特點為：含釩量不高(1%)，含鈷量高(8%)，鈷能促使碳化物在淬火加熱時更多地溶解在基體內，利用高的基體硬度來提高耐磨性。這種高速鋼硬度、熱硬性、耐磨性及可磨性都很好。熱處理硬度可達67-70HRC，但也有采取特殊熱處理方法，得到67-68HRC硬度，使其切削性能(特別是間斷切削)得到改善，提高沖擊韌性。鈷高速鋼可制成各種刀具，用於切削難加工材料效果很好，又因其磨削性能好，可制成復雜刀具，國際上用得很普遍。但中國鈷資源缺乏，鈷高速鋼價格昂貴，約為普通高速鋼的5-8倍。
鋁高速鋼
牌號為W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入鋁(Al)和矽(Si)、鈮(Nb)元素，來提高熱硬性、耐磨性。適合中國資源情況，價格較低。熱處理硬度可達到68HRC，熱硬性也不錯。但是這種鋼易氧化及脫碳，可塑性、可磨性稍差，仍需改進。國際市場上高性能高速鋼使用量已經超過普通高速鋼25-30%。
本站註：按照通常的國際標準，只有含鈷量在2%以上的高速鋼才稱為高性能高速鋼，代號為HSS-E。其它如鋁高速鋼等，雖然性能較普通高速鋼有所提高，但尚未有證據表明可以達到鈷高速鋼的同等性能。
粉末冶金高速鋼
圖二：粉末冶金高速鋼及其制品。
近幾年來高速鋼的最大變革就是發展了粉末冶金高速鋼，它的能優於熔煉高速鋼。用高壓氬氣或氮氣霧化熔融高速鋼水，得到細小高速鋼粉末，篩選後為0.4mm以下的顆粒；在真空(0.04Hg)狀態下，密閉燒結達到密度65%；再在1100℃高溫、300MPa高壓下制成密度100%的鋼坯，然後鍛軋成鋼材，這樣有效地解決了熔煉高速鋼在鑄錠時要產生粗大碳化物偏析的問題，而它無論截面多大，其碳化物級別均為壹級。碳化物晶粒極細，小於0.002mm，而熔煉高速鋼碳化物晶粒為0.008-0.02mm。
牌號為CPM T15的粉末冶金高速鋼，它的強度、韌性分別是同化學成分的熔煉高速鋼的2倍及2.5倍。盡管含釩量達5%，但由於碳化物晶粒細，可磨性依然很好。高溫熱硬度也比熔煉高速鋼提高0.5-1HRC。
又由於其物理機械性能高度各向同性，淬火變形小。碳化物顆粒均勻分布的表面較大，不易從刀具的切削刃上剝落，小尺寸刀具耐磨性提高1.5-2倍，大尺寸刀具提高20-30%。
粉末冶金高速鋼具有良好的力學性能，適合制造：間斷切削條件下易崩刃的刀具、強度高而切削刃又必須鋒利的刀具，如插齒刀、滾刀、銑刀，高壓動載荷下使用的刀具。
它的碳化物偏析小，晶粒細，可磨性好，適合制造：大尺寸刀具、精密刀具、復雜刀具。這類材料的高溫熱硬度高，又適合制造難加工材料所用的刀具，確實是面面俱到。
粉末冶金高速鋼生產過程較復雜，造價較高。中國鋼廠提供的品種較少，市場用量也很少。國際上著名鋼廠如美國Crucible公司已可提供近二十種粉末冶金高速鋼，日本神戶制鋼所、日立金屬公司均可提供近十種粉末冶金高速鋼，供應量也在迅速增長。日本著名的OSG公司用粉末冶金高速鋼制造了鉆頭、銑刀、絲錐，NACHI公司制造了滾刀、插齒刀、剃齒刀。有理由相信技術性能高的粉末冶金高速鋼將會得到更廣泛的應用，為金屬加工業帶來新的發展。