高速钢的特性与主要化学成分：硬度、耐磨性、热硬性及强度等

1、高速钢简介

高速钢是典型的切削工具钢，切削时切削刃区域承受很大的压力，并受到强烈的摩擦和磨损。因此，为了更好地完成切削任务，切削工具钢应具备以下基本功能：

1）硬度高：刀具硬度要远高于被加工材料才能进行切削，刀具硬度一般在HRC58-60以上，硬度不高容易造成刀具卷曲变形，无法进行切削。

2）耐磨性高，保证刀片锋利、不变钝。

3)高的热硬度。刀具材料具有在高温下保持高硬度的能力，即热硬度。

4）有足够的强度、塑性和韧性，使刀具能承受弯曲、扭转、冲击振动等载荷，并防止刀具在切削过程中发生脆性断裂和崩刃。

以下是高速钢的主要化学成分和主要作用。

（1）高速钢的碳含量（C）一般在0.75%～1.65%范围内变化。较高的碳含量一方面保证钢淬成马氏体后具有较高的硬度；另一方面与强碳化物形成元素形成极硬的合金碳化物，大大提高钢的耐磨性和热硬性。碳含量不宜过高，碳含量过高，易产生严重的碳化物偏析，使钢的塑性和韧性降低。因此，碳含量必须与其他合金元素含量相匹配。

（2）铬（Cr）能提高钢的淬硬性。几乎所有高速钢中铬的含量都在4%左右。铬碳化物在淬火加热时易溶解，而且几乎全部铬都融入奥氏体中，增加了奥氏体的稳定性，大大提高了钢的淬硬性。同时，铬还能提高钢的抗氧化、抗脱碳和抗腐蚀性能。

（3）钨（W）和钼（Mo）能引起二次硬化，保证有较高的热硬度。钨、钼的碳化物在淬火加热时极难溶解，只有约一半溶解到奥氏体中，其余则以残余碳化物形式残留，阻止奥氏体晶粒长大，提高耐磨性。溶解部分在560℃左右回火时以W2C或Mo2C形式弥散析出，引起二次硬化，提高钢的硬度。这种碳化物在500℃～600℃时很稳定，不易聚集长大，使钢在此温度下仍能保持较高的硬度，表现出很高的热硬度。

（4）钒（V）能提高钢的耐磨性和热硬度。钒在高速钢中能形成极硬的碳化物，这种碳化物很稳定，不易溶解在奥氏体中，而且硬度极高，颗粒细小，分布均匀，显著提高耐磨性。溶解在奥氏体中的钒在回火时以VC形式析出，也能引起二次硬化，提高钢的热硬度。

（5）钴（Co）也能明显提高高速钢的热硬性和硬度。钴是非碳化物形成元素，其提高热硬性的作用与钨、钼、钒不同。加热时，钴大部分溶入奥氏体，提高钢的熔点和淬火温度，使更多的钨、钼、钒等元素溶入奥氏体，充分发挥其硬化作用。回火时，析出CoW等金属间化合物，从而抑制和延缓碳化物的析出和聚集。

2、粉末高速钢简介

自20世纪70年代初粉末冶金高速钢（PM HSS）实现工业化以来，生产厂家不断改进生产工艺和设备，不断提高PM HSS的质量和性能。PM HSS是高速钢中最好的。其特点是无论大小形状，PM HSS材料都具有碳化物细小且分布均匀的微观结构。现在所有高端工具制造商都使用PM HSS。PM HSS从根本上解决了高速钢中碳化物粗大和细小的问题。它具有以下优点：

（1）良好的可磨性；

（2）强度高、韧性好；

（3）淬硬性好，整个截面上硬度分布均匀；

（4）颗粒分布均匀、粒径小；

（5）热处理时的变形仅为普通高速钢的十分之一左右，且变形均匀。

20世纪70年代，美国Crucible厂和瑞典Stora厂（现为法国Erasteel公司的一部分，与瑞典Kloster公司合并）开始工业化生产PM高速钢，这是第一代PMHSS。此后，生产厂对制造设备和生产工艺进行了改进。Erasteel公司改进了其瑞典厂在气体雾化前制备钢水的冶炼工艺，称为ESH法（电渣加热法），其PM高速钢产品牌号也改为ASP2000系列（如ASP 2030，第一代以前称为ASP30）。用ESH法生产的PMHSS称为第二代PMHSS，它比第一代PMHSS钢更纯净，非金属夹杂物含量可降低90%，钢在淬火回火后的韧性可提高20%。

奥地利博勒钢厂（Boehler）采用当今世界最先进的粉末冶金设备和新技术，于2002年推出了牌号为“MI-CROC LEAN”的第三代粉末冶金高速钢，如S390Microclean。与第二代S 390Isomat rix粉末冶金高速钢相比，其钢粉颗粒更细，非金属夹杂物含量更少，韧性和强度可提高20%左右。Erasteel公司对第二代粉末冶金高速钢的生产工艺作了进一步改进，也于2004年推出了牌号为Dval-nTM的第三代粉末冶金高速钢。其非金属夹杂物含量与第二代ESH粉末冶金高速钢相比明显降低，钢的韧性和强度也相应提高。如DvalinTM ASP2030已取代第二代ASP2030。

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3、刀具主流粉末高速钢

CTS-XHP：

CTS-XHP是卡朋特在440系列钢种基础上研发的一款空冷粉末不锈钢，卡朋特本人表示，CTS-XHP可以看作是高硬度版的440C，也可以看作是不锈钢版的D2。据卡朋特官方介绍，CTS-XHP的最大空冷硬度（淬火状态）在64.5HRC左右。当CTS-XHP与440C采用类似的LC热处理时，440C的硬度为58.5，而CTS-XHP的硬度为62.5。经过适当的热处理后，CTS-XHP可以兼具440C的防锈性能和D2的耐磨性能，是一款性能相当均衡的钢种。

综合评分：耐磨性2.5分、韧性3.5分、耐腐蚀性3.5分

CPM S30V：

CPMS30V 是 Crucible Materials 公司生产的粉末不锈钢，主要由 Dick Barber 和 Chris Reeve 开发。专门为刀具设计的钢种 CPM S30V 最大的优点是热处理稳定，缺陷率极低，易于研磨，并且具有极高的强度。这和它所采用的高科技是分不开的。CPM S30V 具有良好的均匀性，均匀性意味着稳定的性能和强度。它是最早大规模用于刀具制造的粉末冶金钢之一，并引起了许多争论（主要集中在与 BG42 的性能之争）。我们可以把它的出现看作是刀具行业一个认识时代的结束和另一个时代的开始。

综合评分：耐磨性3分、韧性2.5分、耐腐蚀性4分

CPM-S35VN：

或许是S30V争议太大，又或许是市场对S30V的韧性不满意，Crucible Materials推出了S35VN。据制造商介绍，S35VN的化学成分已调整，添加了铌（Ni）。因此，除了钒和铬的碳化物外，钢中还会出现铌的碳化物。由于部分钒的碳化物被铌的碳化物取代，CPM S35VN在不损失保持力的情况下，韧性比S30V高出15%-20%。韧性的增加可以提高刀片的抗冲击能力。

综合评分：耐磨性3分、韧性3分、耐腐蚀性4分

CPM154：

CPM154是Crucible Materials推出的采用粉末冶金技术改进的154CM钢种，元素成分结构与154CM相同，在154CM基础上提高了耐磨性、防锈性，目前采用越来越多，有取代154CM的趋势。

综合评分：耐磨性3分、韧性3.5分、耐腐蚀性4分

艾尔马克斯：

ELMAX是Kloster AB公司研发的高铬钒钼第三代合金粉末钢，主要化学成分为：C1.7；Cr18.0；Mn1.0；Si0.8；Mo1.0；V0.9。ELMAX在各方面性价比非常均衡，耐磨性、韧性、耐腐蚀性都非常好。由于是大宗工业用钢，ELMAX的成本比同类粉末钢要低，是市场上非常有竞争力的钢材。近年来，ELMAX被越来越多的刀厂采用。

综合评分：耐磨性4分、韧性3.5分、耐腐蚀性4.5分

CPM3V：

CPM3V粉末钢是Crucible Materials在CPM工具钢家族中新加入的钢种，CPM3V是一种综合性能较高的高韧性、高耐磨材料，耐磨性好，抗疲劳、抗断裂性能优异。CPM3V最大的优点就是韧性极佳，这是大多数粉末钢所达不到的，因此CPM3V也被很多直刀厂家采用，是一种非常优秀的户外用钢材料，缺点就是耐腐蚀性比较差。

综合评分：耐磨性3分、韧性4分、耐腐蚀性2分

CPM M4：

CPMM4是Crucible Materials公司出品的高钒高速粉末钢。CPM M4是传统M4的高碳改良版，耐磨性和韧性均优于高速钢M2或M3。CPMM4是目前最常用的粉末高速钢，其性能和化学成分与ASP23相似。一般来说，高速钢的耐磨性会随着总合金成分和最大硬度的增加而提高，而韧性会随着合金含量的增加而降低，因此会在传统高速钢M2的基础上进行改进。CPMM4在M2中添加了碳和钒，以提高耐磨性；同时提高了韧性，使得CPM M4比传统M2高速钢更坚韧，但由于CPMM4不是不锈钢，因此其耐腐蚀性有所欠缺。

综合评分：耐磨性4分、韧性3.5分、耐腐蚀性2分

ZDP-189：

ZDP-189是日立金属工业（NACHI）于1996年开发的一种粉末钢，其研发目标与“大同特殊钢公司”的Cowry X钢相同，是一种加工性能极佳的超硬合金钢。ZDP-189含碳3%，铬20%，经热处理后可获得HRc67的高硬度，加工性能极佳，金属组织颗粒比ATS-34、440-C更均匀、细小。因此日立宣称ZDP-189是“21世纪的下一代刀片钢”。用其制成的刀具硬度高，保持性极佳，研磨难度略大，目前用其生产刀具的代表公司有Spyderco、Rockstead； 其中Spyderco比较喜欢生产高性价比的折叠刀，而Rockstead则偏向于精品收藏级别的高价位刀具。

综合评分：耐磨性4分、韧性2分、耐腐蚀性2.5分

M390：

大名鼎鼎的M390是奥地利博勒公司出品的高铬高耐磨粉末钢。化学结构：碳1.9%、铬20%、锰0.3%、钼1%、硅0.7%、钨0.6%、钒4%，总合金含量在粉末钢中较高。M390具有极高的耐磨性、耐腐蚀性和良好的韧性，基本没有明显的缺点。第一代神钢的称号用在它身上再合适不过了，很多刀友都希望拥有一把M390刀。

综合评分：耐磨性5分、韧性3.5分、耐腐蚀性5分

CTS 204P：

CTS204P 是 Carpenter 公司生产的一种高耐磨、耐腐蚀、空气硬化马氏体不锈冷作模具钢，采用 Carpenter 公司的 Micromelt® 粉末冶金 (P/M) 冶炼技术。高硬度富钒碳化物的均匀分布赋予了该材料非常高的耐磨性，而该合金优异的耐腐蚀性则归功于富铬基体。Carpenter 先进的粉末冶金技术赋予这种钢高纯度、均匀、细小的碳化物颗粒分布。CTS 204P 合金极其均匀的微观结构、细小的碳化物分布、清洁度和高铬含量使这种材料成为耐磨性、韧性、抛光性能和耐腐蚀性的完美结合。除硅含量差异 0.3% 外，其化学结构与 M390 基本相同。

综合评分：耐磨性5分、韧性3.5分、耐腐蚀性5分

4. 其他流行的非粉末钢

N690：

N690（440CMOD）是BOHLER公司生产的马氏体铬不锈钢，成分为1.07%碳、17%铬、1.5%钴、0.4%锰、0.4%硅、1.1%钼和0.1%钒。铬含量较高（17%），是在440C基础上加钴改良的钢材，耐磨性和韧性更好。不过N690最突出的特点还是其优异的耐腐蚀性能。N690多用于潜水刀和餐刀，意大利的一些战术刀制造商也大量使用这种钢材。

综合评分：耐磨性2分、韧性3.5分、耐腐蚀性5分

154厘米：

154CM是440C的高钼改良钢，在440C基础上增加了材质的耐磨性（特别是抗卷曲性能）、耐腐蚀性，含碳量约1.05%，热处理后可达到HRc60~61的硬度，加工性佳。铬含量为15%，钼含量为4%；故以154CM命名。最早由现代手制刀大师RWLoverless采用，具有极佳的加工性、耐腐蚀性、抗刀刃损伤性及韧性，在手制刀中广泛使用。

综合评分：耐磨性2.5分、韧性3.5分、耐腐蚀性3.5分

D2：

D2是含碳量1.5%，含铬量11.5%的工具钢，热处理后硬度可达60HRC，属于半不锈钢。D2钢耐磨性好，韧性适中，缺点是耐腐蚀性稍显不足，是比较实用的钢材。Bob Dozier喜欢用D-2。

综合评分：耐磨性2.5分、韧性2.5分、耐腐蚀性2分

VG10：

VG10是日本“武生特殊钢”公司研制的“V金10号”不锈钢，是“V金”系列钢材中最好的牌号，含碳约1%，钼约1.2%，钴约1.5%，经热处理后硬度可达

HRc60-62。加工性能优良，韧性适中，多用于中高档刀具。Fallkniven的产品多采用此钢。

综合评分：耐磨性2.5分、韧性2.5分、耐腐蚀性2.5分