作者：大连铁道学院 戚正风
1 引言
自1898年原始钨高速钢问世以来，为了满足机械制造业不断发展的需要，人们陆续开发出了不同类型及牌号的各种高速钢，目前全世界高速钢年产量已达30多万吨。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。
在 新型高速钢种的研制与开发中，焦点问题是解决高速钢的硬度(包括高温硬度)与其脆性之间的矛盾。与普通钢材一样，高速钢的硬度也取决于含碳量，不同的是高 速钢中还需要加入Cr、W、Mo、V等合金元素。硬度的提高和加入合金元素均使高速钢的脆性增大。因此，人们努力的主要目标之一就是在提高高速钢硬度的同 时设法降低其脆性。
目前，W-Mo系M2通用高速钢的应用最为广泛，除了成本因素外，主要原因是M2高速钢的韧性优于W高速钢。以M2为 基础已经发展了一系列高速钢种，包括60-6-5-4-1低碳高速钢、CM2高碳高速钢、M2Al超硬高速钢等。虽然该系列高速钢已广泛应用于生产，但仍 存在许多不足之处。如60- 6-5-4-1渗碳后的渗层组织不够理想；M2的韧性有待进一步提高；CM2的硬度虽有提高，但强韧性明显下降；M2Al热处理时易脱碳及出现混晶，且脆 性偏高。为克服上述高速钢的缺陷，作者与哈尔滨鑫铁冶金工业有限公司、石家庄河北科技股份有限公司合作研制开发了M2Si系列高速钢。
Si 是一种比Co便宜得多的廉价元素，已在结构钢、弹簧钢、H系列冷作模具钢、基体钢、低合金高速钢中得到了广泛应用。Si在高合金高速钢中虽然也有应用，但 只是作为辅助元素而非主要合金元素。含Si钢超饱和渗碳时可在渗层形成细小且分布均匀的碳化物，据此我们开发了性能优于60-6-5-4-1 的M2Si-1低碳高速钢(即少无莱氏体高速钢)。
Si能促使W-Mo及Mo高速钢凝固时形成的对性能有害的M2C在再次加热时分解为 M6C及MC，从而可消除柱状M2C，使碳化物细化，韧性提高。这一点对高碳M2特别重要，因为提高M2的含碳量将使M2C含量增多。此外，Si还能细化 回火时析出的二次碳化物，使回火硬度提高。德国学者采用“降 W、增Cr、提Si”的方法研制了可取代M2的5-5-5-2-Si高速钢。据此我们开发了性能优于M2的M2Si-2通用高速钢和性能优于CM2的 M2Si-3高碳高速钢。
Si能细化奥氏体晶粒，提高600℃红硬性及低温淬火硬度，添加1%Si即可替代添加2%Co。在此基础上，我们开发了性能优于M2A1的M2Si-4超硬高速钢。
需要指出，Si还可以改善高速钢的切削性能和磨削性能。
2 M2Si系列高速钢
M2Si系列高速钢的热处理工艺及主要用途列于表1。
表1 M2Si系列高速钢热处理工艺及主要用途
类型 钢号 热处理工艺 热处理后硬度(HRC) 主要用途
低碳型 M2Si-1 Q+T 60±1 冷作模具
C+Q+T 表层67±1，芯部60±1 刀具
通用型 M2Si-2 Q+T 65±1 刀具
C+Q+T 表层67±1，芯部65±1 刀具
高碳型 M2Si-3 Q+T 66±1 刀具
超硬型 M2Si-4 Q+T 67±1 刀具
注：Q———淬火，T———回火，C———超饱和渗碳
M2Si-1高速钢已有专文介绍。下面重点介绍M2Si-2、M2Si-3和M2Si-4高速钢。
2.1 M2Si-2和M2Si-3高速钢
1) 铸态及锻坯组织
M2Si -2、M2Si-3两种高速钢均用500kg中频炉炼成，先铸成电极棒，再经电渣重熔成Ø120电渣锭。由于Ø120电渣锭冷速快，再加上Si的作用，因 此在M2Si-2铸锭组织中无共晶碳化物生成；因M2Si-3含碳量高，故在铸锭组织中有共晶碳化物生成，但奥氏体晶粒很小(边缘为5 级，中心为3级)，共晶碳化物也很细。Ø120电渣锭用750kg空气锤锻成40×40方坯，其碳化物偏析情况列于表2。
表2 M2Si-2、M2Si-3、M2、W9的碳化物不均匀级别比较
钢号 电渣锭尺寸(mm) 钢坯尺寸(mm) 碳化物不均匀级别
M2Si-2 Ø120 40×40 1
M2Si-3 Ø120 40×40 2
M2 Ø120 40×40 3
W9 Ø120 40×40 3
由表2可见，M2Si-3高碳高速钢的碳化物不均匀级别低于M2和W9通用高速钢。
2) 热处理组织与性能
将40×40钢坯热轧成Ø120圆棒及Ø8盘元，再将Ø8盘元冷拔成各种规格的钢丝。测定M2Si-3、W9及M2Al退火钢坯的脱碳层，结果列于表3。
表3 M2Si-3、W9、M2Al脱碳层厚度及退火硬度比较
钢号 钢坯直径或边长
(mm) 脱碳层厚度
(mm) 退火硬度
(HB)
M2Si-3 35 0.40 256
W9 40 0.49 239
M2Al 45 0.50 248
由表3可见，M2Si-3的脱碳较M2Al及W9轻，退火硬度与M2Al相近。
3) 淬回火后组织与性能
将Ø20圆棒加工成Ø18×8试样，在盐浴中加热至不同温度淬火。加热时间按t=KV/F计算，K取60s/mm。淬火后在不同温度回火，测定回火后硬度，并观察淬火组织。表4为M2Si-2、M2Si-3淬回火后的硬度、奥氏体晶粒度及最大碳化物尺寸。
表4 M2Si-2、M2Si-3淬回火后硬度、奥氏体晶粒度及最大碳化物尺寸
钢号 淬火
温度
(℃) 三次回火后硬度(HRC) 奥氏
体晶
粒度 最大碳
化物尺寸
(µm)
未
回火 200℃
回火 400℃
回火 500℃
回火 520℃
回火 540℃
回火 560℃
回火 580℃
回火
M2Si-2 1200 65.7 64.6 63.9 64.0 64.6 64.9 64.7 63.5 11.5 <3 t="KV/F计算，K取60s/mm。淬火后在不同温度回火，观察淬、回火后的组织结构，并测定淬回火硬度，结果列于表7。">
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