501高速钢刀具热处理难点浅析

高速钢淬火回火後的金相组织图1是20世纪40年代M‧Cohen等人对W18Cr4V（简称W18）钢在1,290℃奥氏体化的等温转变曲线，根据此图来讨论W18钢在淬火过程中过冷奥氏体的转变。

其他高速钢钢种亦有相同的转变过程，等温转变的曲线形状也相似，仅仅转变的温度和范围有所不同。

图1W18Cr4V钢等温转变曲线（奥氏体化温度1,290℃）从图1可以看出，经正常奥氏体化後，Ms点约210℃，Mf点约-100℃，转变量约92%，尚有8%的残留奥氏体（rR）。

如果奥氏体化後迅速冷至室温，则rR量在20%～25%。

W6Mo5Cr4V2（简称M2）的碳饱和度略高於W18钢，Ms点较低，约130℃，Mf亦低於前者，淬火後冷至室温的rR量25%～35%，HSS-E和HSS钢等温淬火的rR量可能达40%～50%。

一般情况下，经过3～4次回火，每次回火终冷不可能达到0℃以下的温度，故在组织中或多或少地会保留一定数量的rR。

从测得结果看，为5%或更少些。

各类高速钢淬火後的金相组织为：淬火马氏体+rR+未溶碳化物。

回火过程易发生的偏差，如加热温度和保温时间不足，尤其是冷却未达室温又进行下一次回火，都将增加rR量，回火合格程度分为3级，M2钢回火程度如图2所示。

回火1级为充分，整个视场为黑色回火马氏体，分布着均匀弥散的碳化物；回火2级为一般，个别区域或碳化物堆集处有白色区存在，虽属合格组织，但rR比1级要多；回火3级为回火不足属不合格组织，较大部分有白色区存在，隐约可见淬火晶粒。

正常回火的组织应为回火马氏体+微量的rR+碳化物。

高速钢刀具深冷处理的目的古里亚耶夫在1937年就报道，采用冷处理来改善钢性能事例，其目的是使钢中的残留奥氏体转变成马氏体。

回火组织稳定化。

到了50年代，就有采用-78℃（乾冰）或更高一点的零下温度进行冷处理改善刀具性能的报道，70年代後，由於液N2成本下降，使得工业冷处理的终冷温度大大降低。

现在，采用液N2为制冷剂可将终冷速度控制在-196℃以上的各个温度区，而且可控制降温速度，从相当於炉冷或空冷的速度直至将工件直接投入液N2“淬冷”。

高速钢热处理问答纵观现在世界上所有的钢种，无论其化学成分、组织、性能之间的复杂关系，还是冶炼、浇注、锻造、轧制、拉丝、塑性成形、焊接和热处理等整个制造过程的难度，高速钢无疑是最难搞的钢种之一。

高速钢自问世至今已有100多年历史，一直以制造金属切削刀具著称。

有人说“高速钢奥妙无穷”，也有人说“高速钢变化莫测”。

长期以来，人们对高速钢进行了大量的基础研究和改革创新，丰富了热处理宝库。

笔者1968年大学毕业后，从事高速钢热处理整整50个春秋，积累了不少经验，也记录了一些失败的教训，总结出高速钢热处理值得关注的23个问题，和同行们商讨，不妥之处请批评指正。

碳是高速钢中最重要的元素，作用机制是碳化物的形成及转变——溶解、析出、聚集。

含量必须适当，不可过多，也不能太少。

当含量较低时，不能形成足够数量的复合碳化物，因而在淬火加热时溶入固溶体的碳化物减少，会降低钢的硬度、红硬性及耐磨性；若含碳量高，淬火加热时，碳和合金元素的浓度增高，使钢的硬度、红硬性提高，但也带来一些不利影响：在碳化物不均匀度增大、塑性降低脆性增加、工艺性能变坏（锻造、轧制易开裂）、降低钢的熔点，所以容易产生过热过烧。

含碳量增高，会使淬火后残留奥氏体（rR）增多，增加回火难度。

以前的M35钢因含碳量偏低（0.80%~0.90%），淬回火后根本达不到67HRC以上的高硬度；501钢（M2A1）因含碳量偏高，问题不少，现在两钢都回归到正常的含碳量了。

GB/T9943新标准和原标准相比，最大的亮点莫过于碳的变化。

高速钢中究竟含多少碳好？应遵循定比碳法则确定。

钢厂生产的高速钢成分虽都符合国家标准，但不一定适合你。

工具厂应根据自家的产品，选择有竞争力适中的含碳量钢种。

平衡碳是给出钢中所有的碳化物形成元素，按定比碳关系达到平衡时的碳含量，通常按下式进行近似地计算。

Cs=0.33W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V式中，Cs是理论上计算的“平衡碳”，“平衡碳差值”表示计算出来的Cs与实际含碳量的差值，即ΔC= Cs-C实C实／Cs的比值即为碳饱和度，常用“A”来表示。

高速钢热处理问题23问(上)赵步青【期刊名称】《《今日制造与升级》》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】2页(P66-67)【关键词】高速钢; 热处理; 硬度; 二次硬化【作者】赵步青【作者单位】[1]安徽嘉龙锋钢刀具有限公司【正文语种】中文【中图分类】TG161纵观现在世界上所有的钢种，无论其化学成分、组织、性能之间的复杂关系，还是冶炼、浇注、锻造、轧制、拉丝、塑性成形、焊接和热处理等整个制造过程的难度，高速钢无疑是最难搞的钢种之一。

高速钢自问世至今已有100多年历史，一直以制造金属切削刀具著称。

有人说“高速钢奥妙无穷”，也有人说“高速钢变化莫测”。

长期以来，人们对高速钢进行了大量的基础研究和改革创新，丰富了热处理宝库。

笔者1968年大学毕业后，从事高速钢热处理整整50个春秋，积累了不少经验，也记录了一些失败的教训，总结出高速钢热处理值得关注的23个问题，与读者探讨。

1 碳在高速钢中作用是什么？碳是高速钢中最重要的元素，作用机制是碳化物的形成及转变——溶解、析出、聚集。

含量必须适当，不可过多，也不能太少。

当含量较低时，不能形成足够数量的复合碳化物，因而在淬火加热时溶入固溶体的碳化物减少，会降低钢的硬度、红硬性及耐磨性；若含碳量高，淬火加热时，碳和合金元素的浓度增高，使钢的硬度、红硬性提高，但也带来一些不利影响：在碳化物不均匀度增大、塑性降低脆性增加、工艺性能变坏（锻造、轧制易开裂）、降低钢的熔点，所以容易产生过热过烧。

含碳量增高，会使淬火后残留奥氏体（rR）增多，增加回火难度。

以前的M35钢因含碳量偏低（0.80%～0.90%），淬回火后根本达不到67HRC以上的高硬度；501钢（M2A1）因含碳量偏高，问题不少，现在两钢都回归到正常的含碳量了。

GB/T9943新标准和原标准相比，最大的亮点莫过于碳的变化。

高速钢中究竟含多少碳好？应遵循定比碳法则确定。

钢厂生产的高速钢成分虽都符合国家标准，但不一定适合你。

高速钢轧辊热处理工艺及刀具的选择目前人们所称的高速钢轧辊均为高碳高速钢复合轧辊，以成为现代轧钢生产发展的重要组成部分。

高速钢轧辊自1988年首次在日本的热轧带钢轧机上成功应用以来，经过20年的发展，已在世界各国的轧机上获得了广泛的应用。

目前，铸造高速钢轧辊不仅广泛应用于冷、热轧带钢热连轧机精轧机架，也广泛应用于线棒材轧机精轧机架，同时在型材轧机、管材轧机、扁带材轧机上也得到了很好的应用。

以下就具体介绍一下合金元素在高速钢轧辊中的应用及高速钢轧辊的加工工艺。

一、高速钢轧辊的特点高速钢轧辊是问世时间最短、发展最快且应用前景最广的热轧辊材料。

高速钢又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。

它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素。

合金元素总量达10%~25%左右。

其特点是：（1）碳化物硬度高。

2）热稳定性好。

3）使用中易形成氧化膜。

4）淬透性好。

5）优良的强韧性。

6）良好的抗热裂性。

7）良好的耐磨性。

二、合金元素在高速钢轧辊中的作用1）碳（C）：高速钢轧辊与普通高速钢相比碳含量较高，根据不同成分配比在1.4%-3.5%之间（碳含量应根据强碳化物形成元素的含量确定）。

2）钒（V）：钒能形成碳化物Vc，回火时Vc弥散析出，形成二次硬化，可以提高工件的冲击韧性，硬度和耐磨性。

一般控制在2.5%-4.0%。

3）铌（Nb）：铌比钒更贵，铌和钒综合作用会获得回火后更好的二次硬化效果。

铌和钒的总量应控制在3%-6%。

4）铬（Cr）：高速钢轧辊的淬透性主要靠铬，铬还可以调节基体的碳平衡，能提高抗氧化退碳和抗腐蚀能力。

但铬含量过高会在回火时形成不稳定碳化物，降低热稳定性和红硬性。

5）钨（Wu）：钨是促进高速钢抗回火性和红硬性的首选元素。

钨还有一定的抗氧化性，如钨含量过高会降低耐磨性，故综合考虑钨含量应低于5%。

6）钼（Mu）：钼和钨的性能是一样的，钼的密度比钨低，在一定程度上可消除偏析现象。