掌握高速工具钢中微量有害杂质元素的控制

高速钢中微量有害杂质元素砷、锑、锡、铅、锌等，对钢的韧性会造成显著的不良影响。降低有害杂质元素的含量，对改善高速钢的使用性能具有重要意义。

1.微量有害杂质元素对高速钢的危害

（1）降低高速钢的韧性 高速钢的韧性对切削刀具的使用寿命有着重要的影响。刀具韧性不好，使用时容易产生崩刃而报废。图10-9示出含锡量对W18Cr4V钢室温冲击韧度的影响。随着钢中含锡量的增加，钢的冲击韧度显著下降。为了保持高速钢的韧性，钢中含锡量（质量分数）应控制在小于0.07%。钢中锡主要来源于返回料中的积累，因为冶炼过程中锡不能去除。

图10-9 锡对W18Cr4V钢室 温冲击韧度的影响

（2）降低高速钢的耐磨性能 图10-10示出杂质元素对W18Cr4V钢刀具寿命的影响。从图中可知：Sb（锑）对刀具寿命的不利影响最明显，其次是As（砷）。Cu（铜）和Sn（锡）的影响不十分明显。这些杂质元素主要富集在晶界区，引起晶界脆化。从而降低了刀具刃部的脆化，降低了耐磨性能，缩短了刀具的使用寿命。

为了改善W18Cr4V刀具的使用寿命，钢中Sb、Sn含量（质量分数）应分别控制在小于0.10%。由于Sn和As同时存在时会加剧W18Cr4V钢的高温脆化，因此钢中As、Sn总量（质量分数）应控制在小于0.10%。

图10-10 杂质元素对W18Cr4V钢刀具寿命的影响

2.降低高速钢中微量有害杂质元素的途径

（1）控制由原材料带入的有害杂质元素的数量 炼钢原材料中带入有害杂质元素的主要是钼铁和钨铁。表10-15列出钨铁、钼铁中有害元素的含量。因此，在使用这些铁合金时，应了解其中As、Sb、Sn、Pb的含量水平。(www.xing528.com)

表10-15 钨铁、钼铁中有害杂质元素的含量

高速钢返回料带入的有害杂质元素数量最多。因为这些有害杂质元素在冶炼过程中不能有效去除。随返回次数的增加，有害杂质元素积累富化。另外，返回料的来源渠道多，有炼钢厂的中注管、注余、废钢锭、开坯切头料等；还有外购工具厂加工废品、高速钢粉屑等。因此难免混入有色金属元素。为此，应加强对返回料的管理。对外购料必要时应重熔精炼，经分析合格后再使用。

（2）加入稀土元素抑制有害杂质元素的有害作用As、Sb、Sn等有害杂质元素，不易氧化或真空挥发除去。表10-16列出冶炼方法对有害杂质元素在W6Mo5Cr4V2钢中含量的影响。从表中数据可知：三种冶炼方法均不能有效降低有害杂质的元素含量。即使真空精炼，也难以降低其含量。

表10-16 冶炼方法对有害杂质元素在W6Mo5Cr4V2钢中含量的影响

通过向高速钢中加入镧、铈、锆等元素，同杂质元素形成高熔点化合物，有可能抑制其对韧性的不利影响。表10-17列出锆、镧、铈的化合物及其熔点。稀土元素的加入量约为0.20%～0.30%（质量分数，下同），锆的加入量应在0.10%左右。

表10-17 锆、镧、铈的化合物及其熔点

总之，目前尚无有效的方法降低有害杂质元素的含量，只有通过强化炉料和返回料管理来控制其含量。