高速钢中铌作用？（2）

高速钢中铌作用？（2）

在含铌钢中也可观察到同样的趋势。铌与碳之间有更强的亲合力，因此，即使含碳量为0.95wt％时，全部铌都以MC形式沉淀下来，出现富铌的一次碳化物以及莱氏体组织中的铌-钒混合碳化物。有了平衡的碳化物含量，铌-钒-铁混合碳化物，大量均匀分布，从熔体中作为共晶体沉淀下来。随着含碳量的增加（过饱和），铌-钒-铁混合碳化物消失，除了铌-钒-铁混合碳化物，一次铌-碳化物也沉淀下来。
比较基体的二次强化与沉淀碳化物的性能结果，看出典型的高速钢种如HS 6-5-2与HS 2-9-2，碳化物量比要达到它们性能所需的量高。由于认识到这一点，开发出成分为3％W，5％Mo， 1.5％V和0.5％Nb的铌合金经济高速钢。在这个已申请专利并工业化大规模生产的新钢中，铌替代钒形成耐磨的一次碳化物。所以，钒含量能减少到保证最适宜的基体饱和度的水平，从而发生有利的二次强化行为（表Ⅶ）。
试验证明，硬化温度必须限制在1210℃，因为碳化物密度低，这些经济高速钢在强化过程中晶粒有粗大的趋势。尽管硬化温度很低，HS 3-5-1.5-0.5（Nb）与常规的HS 6-5-2高速工具钢有同样合适的基体以及相似的残余奥氏体分解行为。在通常载荷条件下进行旋转、钻孔、锯切与铣削操作，对性能进行比较（图24）。只有在更高的切削速度下，经济高速钢的性能才会劣于常规钢。因为经济高速钢尽管有足够的二次强化，但是碳化物颗粒的密度低得多。这一结果是在切削口处于更高的温度载荷下，当使用更高强度的切削材料，在更高的切削速率的情况下得出的。
很显然，在节省昂贵碳化物形成元素方面，经济高速钢种的成分最为合适。合金元素量的进一步的减少，如对HS 1-5-2，导致性能大幅下降。同样，节约成本的碳化物形成元素的增加而增加含碳量，性能也降低，这是因为一次碳化物在凝固过程中长大（12）。
元素钙、氮、硼和钴的正面作用是否也可以被用到S 3-5-1.5-0.5（Nb）经济高速钢中，这一问题在（89）中得到解决（表Ⅶ）。该工作研究了这些元素对凝固路径、碳化物沉淀、M2C分解、微观组织和强化行为的影响，该研究得出结论为：添加这些元素不能获得性能的总体改善，但是对于某些特定应用还是有改善的可能。
图24：a）AISI M2和铌合金经济钢种，在连续切削时的工具性能。工作材料：AISI 02热处理至960N/mm2；进料：0.2mm/转。标准：完全钝化；b）M2和铌合金经济钢种的钻孔性能。工作材料：如a）钻孔尺寸：Φ8mm。孔深：25mm。标准：完全钝化；c）槽铣时的平均侧面磨损（Φ100mm）。工作材料：普碳钢0.6％C（700N/mm2）。进料：80mm/min。铣削截面：2×10mm。
表Ⅷ 研究合金的分析（以wt％）
有更多的铌在高速钢中应用的例子。Kapfenberg的Böhler Edelstahl开发了一种高速钢S 620，可以降低钴的加入量。这种钢的标准成分为1.1％C，4.3％Cr，6.4％W，5％Mo，1.9％V，1.1％Al和0.07％Nb。这种钢特别应用于镍基和钛基合金的间歇切削，它的性能优于钴含量更高的M42（HS 2-10-1-8）或者T42（HS 10-4-3-10），后两者的钴含量为8和10％。基体概念也被使用到一种钢的开发中：M2中存在的所有一次碳化物，都被碳化铌所替代（92）。这种贫合金的钢种的基体成分为1％C，4％Cr，3％W，3％Mo，1.2％V和2.6％Nb。研究证明，强化的基体中，可以发现尺寸仅仅20mμ的碳化铌。试验钢的二次强化值比标准M2钢低1.5 HRC，然而在弯曲试验中，它仍然显示出优良的延展性值。当替换为更软质的材料，比如奥氏体钢时，相较M2钢而言，该试验钢的性能得以改善。
罗马尼亚最大的工具钢制造商Tirgoviste Works开发了一种高速钢，其成分为1.1％C，4.4％Cr，4.6％Mo，2％W，1.6％V和0.7％Nb，以钛作为其孕育剂。使用氮化钛作为一次碳化铌的孕育，可以使基体中的碳化物更好地分布。相较硬度值为65 HRC的更高的合金
M2钢，用这种钢制造的工具（钻子，螺丝攻）的性能提高了大约15％。
在被称作“基体铌”的更早的高速钢的发展的基础上，化学成分为1.1％C，4％Cr，3％Mo，3％W，2％V，2％Nb和0.1Ti，是一个工业生产的钢种。这种钢可以被成功地应用于钻孔操作，其性能与AISI M2钢相等。在其它的研究中，不同比例的钴、铝和硅被添加到这种钢中（表Ⅸ）。
表Ⅸ 研究的高速钢；化学成分

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