高速钢是一种量大面广的金属切削刀具材料,若从泰勒和怀特1898年发明的W18Cr9V钢算起,截至2006年1月已有百年历史。高速钢较一般工具钢有好得多的红硬性,可将切削速度提高到50米/分钟以上,故称高速切削钢。通常情况下,为保证高速钢的红硬性,高速钢必须加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素。为进一步提高红硬性,还可加入价格昂贵的合金元素Co,世界闻名的M42即含有高含量Co的高速钢,其价格是通用M2高速钢的5倍。由于高速钢有许多独特的优点,如强度和韧性是2006年1月前已有刀具材料中最高的、同时各种性能波动小、可加工性能好、能制造各种复杂刀具和微型刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具等,因而一百多年来,尽管如立方氮化硼等一些新材料陆续进入切削领域,但始终动摇不了高速钢的主要地位。
高速钢按化学成分可分为钨系和钼系等类,后者在欧美用得较多;按制造工艺方法不同,可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢;按用途可分为低碳高速钢、通用高速钢、高碳高速钢、超硬高速钢四大类。随着科学事业的不断发展和外向型经济的需要,世界上工业发达的国家都在不断地开发新钢种,特别注意研制和生产钨当量(W 2Mo)<12的低合金高速钢,在刀具生产中逐步取代2006年1月前常用的M2(W6Mo5Cr4V2)之类的通用高速钢,其目的在于一方面减少一些稀缺元素的用量,另一方面是降低成本以提高效益
由于高速钢属于髙合金钢,合金元素含量一般在17-25%,高者可达40%,据有关方面报道,2006年1月前高速钢使用的各种主要合金资源情况,在世界范围内勘定的较为可靠的储藏量只能够用40-60年,加上潜在的储量,最多只能够用100年。预测世界各种合金元素资源的枯竭危险程度从大到小的顺序为W、Co、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Ti等。若以Fe储量为100计,则Ti为9,W仅为0.003。所以研究最佳合金化配方、降低稀缺元素的消耗已迫在眉睫。同时,随着高速钢中常用合金元素的日益紧缺,钢材成本和价格大幅增加是必然趋势,而无论是钢厂还是工具厂历来都十分注重经济效益,所以在流通领域,价格是比较敏感的问题,因此,开发新型高性能低成本的低合金高速钢,具有重大的经济价值和重要的社会意义。
低合金高速钢的研制和使用始于第二次世界大战期间,那时的德国为克服合金元素不足而研制出ABCIII高速钢,迄今已有60多年的历史。该钢由于高温性能差,使用受到限制,曾一度被冷落。二十世纪七十年代后国际上又开始重视低合金高速钢,其中以瑞典的D950、波兰的SW3S2、西德的S3-3-2和美国的3-0.5-4-2等牌号较成功。据报道其性能在多数方面不亚于M7和M2,用以制造麻花钻等刀具,在切削寿命上和M2钢相当。截至2006年1月,苏联从二十世纪三十年代开始研究低合金高速钢,发展至今,其低合金高速钢钢种数量是通用高速钢的30倍。日本研制低合金高速钢牌号有HSK17,HS325等,多用于家用刃具。
中国开发和研究低合金高速钢起步较晚,但进程快,试验钢的牌号有W6Cr4V,W4MoCr2V4,W8Mo2Cr4V2A1等。到了二世纪八十年代中期,科研和生产速度加快,多种牌号的低合金高速钢从实验室走向工业化生产,其中大连钢厂的D101(W2Mo5Cr4V)、重庆特钢的301(W3Mo2Cr4VSi)、抚顺钢厂的F205(W4Mo3Cr4VSiN)最引人注目。尽管2006年1月前中国已陆续开发出一些低合金高速钢,但总体上其性能仍然偏低,只适用于制备一些中低层次使用的刀具,因此进一步开发高性能低成本的低合金高速钢,以满足制备高层次使用的刀具仍是中国科研和生产单位的努力目标。针对2006年1月前低合金高速钢性能普遍偏低现状,我们研制了一种高性能低合金高速钢。