高速钢锻轧(forging   and   rolling   of   high   speed    steel)

将高速钢钢锭加热后经锻压开坯并轧制成材的工艺过程。高速钢具有较高的硬度和耐磨性，在500～600℃时仍具有高硬度(红硬性)和足够的韧性。由于高速钢铸态组织的塑性和韧性几乎等于零，高速钢必须经锻压开坯和轧制成材。

高速钢的化学成分及分类   

高速钢的化学成分的大致范围(质量%)如下：

高速钢按化学成分可分为3大类，即钨系、钨—钼系和钼系，其代表钢号相应为W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2(M2)和Mo8Cr4VW。前两类是使用最普遍的钢种。这3类钢按退火状态分类均属于莱氏体钢，按正火状态分类均属于马氏体钢。在这3类钢的成分基础上，为了提高红硬性而加入5%～12%Co的称含钴高速钢；为增加耐磨性还发展了高碳、高钒等高硬度的超硬高速钢。

高速钢的组织特性高速钢从液态冷却下来，有莱氏体共晶(其中碳化物称一次碳化物)和二次、三次碳化物析出。铸态组织有网状莱氏体共晶组成的晶壳，其熔化温度为1300℃左右。莱氏体共晶显著降低钢的力学性能，铸锭的强度远低于轧材和锻坯的强度，塑性和韧性几乎为零。铸态组织中的碳化物不均匀分布影响钢的热处理质量和刃具寿命。因此，高速钢钢锭都必须通过锻压、轧制等方式破碎其中的共晶碳化物，使之呈均匀分布，以改善钢的力学性能和热处理工艺性。

高速钢中碳化物的破碎程度和分布状况随变形程度(锻造比)和加工方式不同而不同。碳化物不均匀性称碳化物偏析，通常按规定的评级标准评定级别。碳化物的级别在最细小和铸态组织之间的范围内，从带状向网状过渡。碳化物偏析级别越高，钢的红硬性、耐磨性和力学性能越低、工具寿命越短，而且刀具淬火时容易发生裂纹和变形。刀具对碳化物级别有一定技术要求。

高速钢的加工特点(1)塑性塑性指标之一试样断裂前的扭转数n比优质碳素结构钢和合金结构钢低很多，如在1000℃时高速钢扭转数比前者低80%，比后者低55%～75%。W₁₈Cr₄V钢最好塑性温度范围是900～1180℃。

(2)导热性。高速钢导热性只相当于低碳钢的1／3。

(3)变形抗力。高速钢具有很高的变形抗力，W18Cr4V钢与T7碳素工具钢相比，前者比后者高很多，且随温度降低差值增加。在1100℃时前者比后者高1倍，900℃时高3倍。

(4)加热特点。高速钢铸态组织存在低熔点偏析区，当加热温度过高时在偏析区易产生金属熔化，热加工下产生裂纹缺陷。

(5)脱碳倾向。高速钢特别是含钼的钢具有高的脱碳倾向。

(6)对应力敏感性。高速钢对热应力和其他应力都有很高的敏感性。当钢锭快速加热或热加工后在空气中冷却时，钢材表面易出现裂纹。

(7)宽展。高速钢的宽展比碳钢约大10％。

(8)变形特点。高速钢由于塑性低，对钢锭都采用锻造开坯(见合金钢锻造开坯)和轧制成材工艺。在锻造和轧制时应尽力避免产生大的拉应力，要采用一定形状砧子和孔型。高速钢钢锭的网状莱氏体只有在锻造和轧制中加以破碎，加工程度越大，碳化物偏析级别越低。完全消除网状莱氏体组织的锻造比应不小于12。

高速钢的锻轧工艺高速钢的锻轧工艺流程是：坯料准备一加热一锻造一轧制一精整。

坯料准备高速钢钢锭和钢坯的外表面必须经过严格检查。表面缺陷用砂轮清除，但要防止由热应力所产生新的裂纹缺陷。

加热高速钢锭坯的中心容易过热和过烧，应严格控制加热温度的上限。由于导热性低，钢锭应低温装炉，冷锭装炉温度为600～650℃。预热段的升温速度为1min／mm。加热段温度为1130～1180℃，最高温度不许超过1200℃。加热时间大约为z=(0.3～0.4)B；式中z为加热时间，h；B为钢锭(钢坯)的直径或边长，cm。

锻造W18Cr4V钢开锻温度为1180℃，终锻温度钢锭为975～1000℃，钢坯为900～920℃。W6M05Cr4V2钢开锻温度为1lOO～1150℃，终锻温度钢锭为900～950℃，钢坯为900℃。在开锻和终锻时应轻击，在950～1050℃时应予以重击。锻造拔长时送进量应控制为(0.6～0.8)h；式中^为沿锤击方向坯料高度。锻造时应勤送进、勤翻料、勤倒棱，使坯料温度和变形分布尽可能保持均匀。在平砧上锻造容易出现裂纹，采用上平砧、下缺口砧锻造可以避免纵向开裂。应严格控制终锻温度，并保证有足够的变形量。

锻造一方面获得所需形状和尺寸的毛坯或锻件，另一方面是破碎钢中网状碳化物，并使碳化物呈均匀分布。锻造方法对钢中碳化物偏析有很大影响。锻造方法有：

(1)不变向锻造。在锻造过程中坯料始终沿其轴线方向作伸长和缩短的变形。方法又可分为单向镦粗、单向拔长和顺纤维方向反复镦粗、拔长3种。第3种对改善碳化物偏析效果最好。

(2)变向锻造。在锻造过程中金属变形方向有时沿着坯料轴向、有时沿着径向反复交替进行。方法有单十字镦拔后顺纤维方向拔长、双十字镦拔后顺纤维方向拔长和多十字镦拔后顺纤维方向拔长。由于不断变换镦拔变形方向，各部分金属都得到充分变形，整个镦拔体积内碳化物偏析级别较一致；但操作复杂，对工人操作技术要求高，适用于中心部分性能要求高的锻件。

轧制开轧、终轧温度与锻造开锻、终锻温度一样。轧制采用变形均匀、变形量不大的孔型系统，如箱形孔型系统、椭圆一圆孔型系统和菱一方孔型系统。轧制中不准浇水冷却。

精整热加工后可用热锯剪切。直径超过80mm的钢坯必须随炉冷却，也可立即进行等温退火。小钢坯可在热灰箱或其他缓冷介质中冷却，取出温度一般不高于150℃。高速钢以退火状态交货。退火目的是消除内应力，降低硬度，便于切削加工和为淬火作好组织准备。退火温度一般为870～880℃，保温后以≤30℃／h冷到600℃出炉空冷。退火后的硬度，W18Cr4V钢为HB207～255。

高速钢锻轧产品的典型缺陷及其防止方法

纵向十字裂纹

在锻造拔长时容易出现。防止方法有：

(1)保证加热质量，不让坯料中心部分过热或未烧透；

(2)送进量控制在0.6～0.8倍坯料断面高度内；

(3)当对角线上有升温发亮时，应减轻锤击力量；

(4)严格检查原材料质量，中心疏松和碳化物级别应符合标准规定。

内部横向裂纹

当锻造拔长送进量l／h<0.5时，轴向产生拉应力，会引起横向裂纹。锻造时一定要控制送进量。

表面裂纹或龟裂

产生原因有：高速钢锻轧时，锻轧终了温度过低，塑性降低；锻轧后冷却过快；加热时局部过热或过烧；坯料表面未清理干净。严格控制加热温度、锻轧终了温度、锻轧后缓冷和表面清理干净，能防止这类缺陷。

萘状断口

锻轧终了温度过高(>1000℃)和最终变形量小引起的。在锻轧中必须保证最终变形有足够变形量，严格控制锻轧终了温度。

锻轧新工艺

(1)用快锻液压机开坯、精锻机和小型连轧机成材。(见连锻连轧)此工艺生产效益高，相当于一般锻造设备的4～8倍；成材率高，比自由锻造提高5％～20％；可以进行半自动和全自动操作，节省劳动力。

(2)用粉末冶金工艺制取高速钢坯(见粉末冶金钢坯)。粉末高速钢坯基本上消除了碳化物偏析，具有碳化物十分细小、均匀分布的细晶组织，良好的力学性能，特别是具有高的韧性、热加工性能和切削性能。