本发明属于合金钢领域。主要适用于制造切削工具、高性能冷热模具 和耐磨机械冷部件等。

高速钢的主要合金元素有W、Mo、V和Cr等，它们都是碳化物形 成元素，在一定的条件下，在钢中都能生成莱氏体。在W系和W含量高 的钢中，共晶碳化物主要是M6C；在Mo系和Mo含量高的钢中，共晶碳 化物主要是M2C；在V含量高的钢中，会生成MC共晶碳化物；在Cr含量高的钢中，可能有M7C3共晶碳化物生成。经过热加工之后，共晶碳 化物被破碎成颗粒状分布在钢材中，这些碳化物通常称为一次碳化物。大 量碳化物的存在是高速钢组织的重要特征，使钢具有较高的硬度和耐磨 性，并保证了钢的淬火奥氏体晶粒度较细，因此使钢的韧性较好。

在现有的各类高速钢中，尽管W、Mo和V等元素的成分都在较大 的范围内变动，但只有Cr的成分变动很小，在各高速钢中Cr的含量都是 4％左右，因此在现有的高速钢中未发现有以Cr为主的共晶碳化物M7C3的存在，仅在退火状态的钢中，才有以Cr为主的二次碳化物M23C6或 M23C6及M7C3从奥氏体基体中析出。

W、Mo和V都是昂贵而稀缺的元素，在高速钢中W和Mo的含量 都较高(在有些钢中V的含量也高)，因此高速钢的成本高，价格高。为 了节约使用W和Mo，降低钢的成本，曾先后发明了一些低合金高速钢种， 它们的共同特点是把钢中的W和Mo的含量降低，并加入了较高的C和 Si，以保证钢仍然有较高的硬度。但是由于W、Mo含量降低，使碳化 物形成元素的含量减少，从而使钢中的碳化物数量减少，因此钢的淬火奥 氏体晶粒度变粗，使钢的韧性下降，对钢的使用性能产生了不利的影响。 这是低合金高速钢普遍存在的问题。

Cr是碳化物形成元素，并且Cr的价格比W、Mo和V低很多。因此 设想，当钢中的W和Mo的含量减少时，如果能适当地增加Cr含量，则 仍能保持钢中有较多的碳化物形成元素，因而使钢中仍然有较多的合金碳 化物。这样既降低了钢的成本，又能使钢的奥氏体晶粒度较细，韧性较好， 并保证钢仍有较高的硬度和耐磨性。

在钢中加入较高Cr的可能性是存在的，分析其原因主要有以下两 点：①Cr含量增加之后，在钢的一次碳化物中将会有M7C3生成，而M7C3碳化物的硬度高于M6C，前者为HV2300，后者为2060，因此当部分 M7C3碳化物替代了部分M6C之后，仍能保持钢的性能。②新近的研究结 果表明，在高速钢淬火之后的回火过程中，从淬火马氏体基体中弥散析出 的、能使钢产生二次硬化的碳化物MC和M2C之中，都含有较多的Cr， 因此说明，Cr对高速钢的二次硬化也有重要的贡献。根据以上两点原因， 在高速钢中加入较多的Cr以替代部分的W和Mo是可行的。然而，必须 注意以下两个问题：①Cr的含量及Cr与W、Mo和V等元素的配比应 适当，做到既能降低钢的成本，又能使钢的组织和性能较好，满足要求。 ②选择恰当的生产工艺，特别是热处理工艺，才能使钢获得所需要的性 能。

专利号为ZL93108767.8的中国专利提供了一种无W的低合金高速 钢，V含量较高，经过热处理之后，该钢有较高的硬度和红硬性。但该钢 是Mo系钢，氧化和脱碳倾向严重；该钢Si含量低，M2C碳化物不易分 解转变，致使钢中存在有粗大的M2C角状颗粒，对钢的性能不利；由于 RE元素含量过高，致使钢中的夹杂物较多；因为该钢的V含量较高，所 以增加了钢的成本。

本发明的目的是提供经济高速钢，使钢的成本显著降低，综合性能良 好，特别是奥氏体晶粒度较细，韧性较好。

根据本发明的目的，所采用的主要技术方案是适当增加钢中的Cr含 量，降低W、Mo和V等元素的含量，采用恰当的生产工艺，使钢具有 较高的硬度、红硬性和抗弯强度，淬火奥氏体晶粒度不低于10级，钢的 韧性较好，成本明显降低。

本发明经济高速钢的化学成分范围如下(重量％)：

C0.70-1.20，W0.60-4.50，Mo0.60-4.00，Cr5.00-10.00， V0.60-1.50，Si0.30-1.50，Mn0.10-0.40，S≤0.03，P≤0.03， Al0.01-1.20，其余为Fe，还可以加入Ti≤0.3，Nb≤0.3，RE≤0.05， 或这后三种元素中的两种或一种。

C是高速钢的基本元素，含量较高。C与钢中的W、Mo、Cr和V等元素结合生成合金碳化物，使钢具有较高的硬度、红硬性和耐磨性等良 好的使用性能。C含量的高低对钢的性能影响很大，通常是参照平衡碳值 来配比钢的碳含量。通用高速钢的碳含量比平衡碳值低，一些特种高速钢 的碳含量与平衡碳值相当，而低合金高速的碳含量一般都比平衡碳值高。

W和Mo都是强碳化物形成元素，是高速钢的主要合金元素，对钢的 二次硬化起重要的作用，对钢的硬度、红硬性和耐磨性以及晶粒度等影响 很大。通常认为1％Mo(重量)的作用约相当于1.4-2％W(重量)。 在W系和W含量高的高速钢中，铸态共晶碳化物主要是M6C，在钢材 中的一次碳化物颗粒也主要是M6C。在WMo系钢中，铸态共晶碳化物主 要是M2C，它是亚稳碳化物，在热加工和热处理过程中，M2C发生分解， 转变成M6C及少量MC两种碳化物，因此钢材中的一次碳化物颗粒也主 要是M6C。在Mo系和Mo含量高的高速钢中，铸态共晶碳化物主要是 M2C，在热加工和热处理过程中，M2C也发生分解转变，但转变很难进 行彻底，所以在钢材中仍残留有一部分M2C颗粒。在淬火之后的回火过 程中，弥散细小的M2C碳化物从淬火马氏体基体中析出，与基体保持共 格关系，对钢的二次硬化贡献很大，无论W系、WMo系或Mo系钢都是 这样。

V是强碳化物形成元素，对钢的二次硬化能起重要的作用，对钢的硬 度、耐磨性、耐热性和晶粒度等的影响很大。V的一次碳化物是MC，其 硬度很高，约为2840Hv。在淬火之后的回火过程中，弥散细小的MC碳 化物与M2C一起从淬火马氏体基体中析出，与基体保持共格关系，对钢 的二次硬化贡献很大。

Cr是碳化物形成元素，能提高钢的淬透性、耐蚀性和抗氧化性能等。 在现有的各类高速钢中，Cr的含量都是4％左右，一般不形成以Cr为主 的一次碳化物，但在M6C、M2C和MC等一次碳化物中都含有一定量的 Cr。在退火过程中有以Cr为主的二次碳化物M23C6或M23C6和M7C3从奥氏体基体中析出。在淬火之后的回火过程中，从淬火马氏体基体中弥 散析出的、与基体保持共格关系的碳化物M2C和MC之中，都溶解有一 定数量的Cr，由此可见Cr对高速钢的二次硬化也有间接的重要的作用。 当Cr含量更高时，在钢的一次碳化物中会有以Cr为主的碳化物M7C3生 成，该碳化物硬度高于M6C，对钢的硬度、耐磨性和细化晶粒等都能起 良好的作用。

Nb和Ti都是强碳化物形成元素，在钢中能生成MC型碳化物，能够 细化晶粒，增加耐磨性，但无二次硬化作用。在钢中含量高时，会使MC碳化物变粗，Ti还易生成夹杂物，因此不宜多用。

RE能改善钢的热塑性，因而能提高成材率。但加入量应适当，过高 加入会使夹杂物增多，对钢的性能不利。

本发明中的Cr含量为5-10％，比现有高速钢中的Cr含量高，因 此在钢的一次碳化物中有一定数量的M7C3，对钢的硬度、耐磨性和细化 晶粒、改善韧性等能起良好的作用。适当地降低了钢中的W、Mo和V等昂贵而稀缺元素的含量，使钢的成本显著下降。

本发明除了C、W、Mo、Cr和V之外，还适量加入了Al，Al能 提高钢的耐热性和韧性。

本发明还加入了一定量的Si，以提高钢的硬度和促进M2C碳化物的 分解。

本发明还可以加入适量RE，RE能改善钢的热塑性。

当废钢中含有Nb、Ti等元素时，可加以利用，使钢中含有适当的量， 它们能形成碳化物细化晶粒，提高韧性，这时可相应减少钢中的V含量以 降低成本。

本发明的生产方法：可采用电弧炉、感应炉或电渣炉炼钢，浇铸成钢 锭，锻造、轧制成棒材或板材，拉拔成丝材。钢的锻、轧温度为1100- 1180℃，终锻温度高于900℃，成品钢材的退火温度为750-870℃。淬 火温度为1020-1200℃，回火温度为500-540℃。

根据本发明生产的钢材，淬、回火硬度可达HRC64-65，600℃红 硬性可达HRC55-57，抗弯强度可达3600-4800Mpa。

采用本发明钢可生产钻头、铣刀、拉刀、丝锥、车刀和锯条等切削工 具、模具以及耐磨机械零部件等。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点：

1.由于较多使用了价格较低的Cr元素，从而节约了W、Mo和V等昂贵而稀缺元素的用量，故使钢的成本显著降低。

2.钢的淬火奥氏体晶粒度较细，≥No10级

3.钢的韧性较好。

实施例

根据本发明的指导思想设计了钢的化学成分，用感应炉冶炼了9炉 钢，9炉钢的化学成分列于表1中。冶炼后铸成钢锭，锻成棒材。将9炉 钢的棒材取样进行淬火和回火处理，分别测定了硬度、红硬性和抗弯强 度，测量结果列于表2中。观察分析了钢的退火，淬火和回火组织。钢的 退火基体组织为球化珠光体。淬火基体组织为淬火马化体，淬火奥氏体晶 粒度均匀较细，测量结果列于表3中。回火基体组织为回火马氏体。钢中 的一次碳化物颗粒有M6C、M7C3以及少量MC。

采用其中两个炉号的钢材加工成钻头，进行切削试验。

(1)φ8mm钻头切削试验

采用实施例炉号1所制得的棒材，加工成φ8mm的钻头，被钻削的材 料是经调质处理后的40Cr钢。钻床主轴转速：940转/分，切削速度：23.5 米/分，切削深度：22毫米，进给量：0.17毫米，乳化油冷却，钻孔数为 158个。

(2)φ8.6毫米钻头切削试验

采用实施例炉号3所制得的棒材，加工成φ8.6毫米的钻头，被切削 材料是经调质处理后的40Cr钢。钻床主轴转速：940转/分，切削速度： 23.5米/分，切削深度：22毫米，进给量：0.17毫米，乳化油冷却，钻孔数 为129个。 表1，实施例钢号的化学成分(重量％) 炉 号     化学成分重量％)   C   W   Mo   Cr   V   Si   Mn     S     P   Al     Ti     Nb     RE     Fe 1  0.90  1.08  2.02  6.01  1.02  1.03  0.36 0.026  0.029  0.01 余 2  0.86  0.93  2.12  6.51  0.74  1.10  0.28 0.021  0.027  1.02  0.30  0.05 余 3  0.98  0.81  2.53  8.10  0.83  0.89  0.33 0.018  0.027  0.06 余 4  0.88  0.94  2.24  9.18  0.60  1.13  0.26 0.025  0.023  0.95  0.29  0.27  0.04 余 5  1.13  0.62  4.03  5.01  1.49  0.78  0.39 0.024  0.025  0.72  0.25 余 6  1.12  1.18  3.46  7.45  1.23  1.09  0.12 0.019  0.028  1.18 余 7  0.87  2.83  1.51  7.16  1.33  0.30  0.35 0.026  0.024  0.84 余 8  0.70  4.49  0.61  8.58  0.74  1.27  0.29 0.025  0.028  0.03  0.31  0.05 余 9  1.20  1.12  1.04  10.01  1.42  1.50  0.23 0.022  0.028  1.10  0.03 余

表2实施例钢的硬度、红硬性和抗弯强度   炉   号     热处理制度 室温硬度     HRC 600℃红硬性     HRC 抗弯强度     MPa 淬火温度℃ 回火温度℃     1     1080     530     65     56     4300     2     1080     530     64     55     4500     3     1040     520     65     57     4100     4     1060     520     65     55     4300     5     1020     530     65     57     4000     6     1080     540     65     57     3900     7     1100     500     64     56     4600     8     1100     540     64     55     4800     9     1020     500     65     55     3600 表3  实施例钢的淬火奥氏体晶粒度     炉号     淬火温度，℃     奥氏体晶粒度，No     1     1080     11-10     2     1080     11-12     3     1040     10-11     4     1060     11-12     5     1020     11-10     6     1080     11-10     7     1100     11-10     8     1100     11-12     9     1020     10-11