高速工具鋼主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有紅硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼經(jīng)熱處理后的使用硬度可達(dá)HRC63以上，在600℃左右的工作溫度下仍能保持高的硬度，而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好。退火狀態(tài)的高速工具鋼的主要合金元素有多、鉬、鉻、釩，還有一些高速工具鋼中加入了鈷、鋁等元素。這類鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼，其主要的組織特征之一是含有大量的碳化物。

鑄態(tài)高速工具鋼中的碳化物是共晶碳化物，經(jīng)熱壓力加工后破碎成顆粒狀分布在鋼中，稱為一次碳化物；從奧氏體和馬氏體基體中析出的碳化物稱為二次碳化物。這些碳化物對(duì)高速工具鋼的性能影響很大，特別是二次碳化物，其對(duì)鋼的奧氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影響。碳化物的數(shù)量、類型與鋼的化學(xué)成分有關(guān)，而碳化物的顆粒度和分布則與鋼的變形量有關(guān)。鎢、鉬是高速工具鋼的主要合金元素，對(duì)鋼的二次硬化和其他性能起重要作用。鉻對(duì)鋼的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，對(duì)二次硬化也有一定的作用。釩對(duì)鋼的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。

含鈷高速工具鋼是在通用高速工具鋼的基礎(chǔ)上加入一定量的鈷，可顯著提高鋼的硬度、耐磨性和韌性。

合金鋼 alloy steel 鋼里除鐵、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金鋼。 在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無(wú)磁性等特殊性能。
合金鋼已有一百多年的歷史了。工業(yè)上較多地使用合金鋼材大約是在19世紀(jì)后半期。當(dāng)時(shí)由于鋼的生產(chǎn)量和使用量不斷增大，機(jī)械制造業(yè)需要解決鋼的加工切削問題，1868年英國(guó)人馬希特(R.F.Mushet)發(fā)明了成分為2.5%Mn-7%W的自硬鋼，將切削速度提高到5米/分。隨著商業(yè)和運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展,1870年在美國(guó)用鉻鋼(1.5～2.0%Cr)在密西西比河上建造了跨度為 158.5米的大橋；由于加工構(gòu)件時(shí)發(fā)生困難,稍后,一些工業(yè)國(guó)家改用鎳鋼(3.5%Ni)建造大跨度的橋梁。與此同時(shí),一些國(guó)家還將鎳鋼用于修造軍艦。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，要求加快機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，1901年在西歐出現(xiàn)了高碳鉻滾動(dòng)軸承鋼。1910年又發(fā)展出了18W-4Cr-1V型的高速工具鋼，進(jìn)一步把切削速度提高到30米/分。可見合金鋼的問世和發(fā)展，是適應(yīng)了社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的要求，特別是和機(jī)械制造、交通運(yùn)輸和軍事工業(yè)的需要分不開的。
20世紀(jì)20年代以后，由于電弧爐煉鋼法被推廣使用，為合金鋼的大量生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件?；瘜W(xué)工業(yè)和動(dòng)力工業(yè)的發(fā)展，又促進(jìn)了合金鋼品種的擴(kuò)大，于是不銹鋼和耐熱鋼在這段期間問世了。1920年德國(guó)人毛雷爾 (E.Maurer) 發(fā)明了18-8型不銹耐酸鋼，1929年在美國(guó)出現(xiàn)了Fe-Cr-Al電阻絲，到1939年德國(guó)在動(dòng)力工業(yè)開始使用奧氏體耐熱鋼。第二次世界大戰(zhàn)以后至60年代，主要是發(fā)展高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的時(shí)代，由于航空工業(yè)和火箭技術(shù)發(fā)展的需要，出現(xiàn)了許多高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼新鋼種，如沉淀硬化型高強(qiáng)度不銹鋼和各種低合金高強(qiáng)度鋼等是其代表性的鋼種。60年代以后，許多冶金新技術(shù)，特別是爐外精煉技術(shù)被普遍采用，合金鋼開始向高純度、高精度和超低碳的方向發(fā)展，又出現(xiàn)了馬氏體時(shí)效鋼、超純鐵素體不銹鋼等新鋼種。國(guó)際上使用的有上千個(gè)合金鋼鋼號(hào)，數(shù)萬(wàn)個(gè)規(guī)格，合金鋼的產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的10%，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)大量使用的重要金屬材料。
合金鋼的主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。其中釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強(qiáng)碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當(dāng)條件下，就能形成各自的碳化物，當(dāng)缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子狀態(tài)存在于固溶體中。

分類
1、按合金元素的含量分
1）低合金鋼 合金元素總含量小于等于5%；
2）中合金鋼 合金元素總含量在5%~10%之間；
3）高合金鋼 合金元素總含量大于等于10%；
2、按合金元素的種類分
有鉻鋼、錳鋼、鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼、硅錳鉬釩鋼等。
3、按主要用途分
（1）結(jié)構(gòu)鋼
1）建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼
2）機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼
（2）工具鋼
（3）特殊性能鋼

一般分類
合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量<5%），中合金鋼（含量5%～10%），高合金鋼（含量>10%）；按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；按特性和用途又分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動(dòng)軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無(wú)磁鋼）等。
在鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的硅、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼。各國(guó)的合金鋼系統(tǒng)，隨各自的資源情況、生產(chǎn)和使用條件不同而不同，國(guó)外以往曾發(fā)展鎳、硌鋼系統(tǒng)，我國(guó)則發(fā)現(xiàn)以硅、錳、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土為主的合金鋼系統(tǒng) 合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的按用途可以把合金鋼分為8大類，它們是：合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱不起皮鋼，電工用硅鋼。
調(diào)質(zhì)鋼 1．中碳型合金鋼，合金元素含量較低；2．強(qiáng)度較高；3．用于高溫螺栓、螺母材料等。
彈簧鋼 1、含碳量比調(diào)質(zhì)鋼高；2經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，強(qiáng)度較高 抗疲勞強(qiáng)度較高；3用于彈簧材料。
滾動(dòng)軸承鋼 1高碳型合金鋼，合金含量較高；2具有高而均勻的硬度和耐磨性；3用于滾動(dòng)軸承。
合金工具鋼 量具鋼 1高碳型合金鋼，合金元素含量較低；2具有高的硬度和耐磨性，機(jī)加工性能好，穩(wěn)定性好；3用于量具材料。
特殊性能鋼不銹鋼1低碳高合金鋼；2抗腐蝕性好；3用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。
耐熱鋼 1低碳高合金鋼；2耐熱性能好；3用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材料。
低溫鋼1低碳合金鋼，根據(jù)耐低溫程度合金元素有高有低；2抗低溫性好；3用于低溫材料（專用鋼為鎳鋼）。

根據(jù)碳化物的傾向分類
合金鋼根據(jù)各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類：
①?gòu)?qiáng)碳化物形成元素，如釩、鈦、鈮、鋯等。
這類元素只要有足夠的碳，在適當(dāng)?shù)臈l件下，就形成各自的碳化物;僅在缺碳或高溫的條件下,才以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中。
②碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、鉬等。這類元素一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等,如果含量超過(guò)一定限度（除錳以外），又將形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。
③ 不形成碳化物元素，如硅、鋁、銅、鎳、鈷等。這類元素一般以原子狀態(tài)存在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素，如鋁、錳、硅、鈦、鋯等，極易和鋼中的氧和氮化合，形成穩(wěn)定的氧化物和氮化物，一般以?shī)A雜物的形態(tài)存在于鋼中。錳、鋯等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠數(shù)量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時(shí)能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等，如果含量超過(guò)它在鋼中的溶解度，則以較純的金屬相存在。
鋼的性能取決于鋼的相組成，相的成分和結(jié)構(gòu)，各種相在鋼中所占的體積組分和彼此相對(duì)的分布狀態(tài)。合金元素是通過(guò)影響上述因素而起作用的。對(duì)鋼的相變點(diǎn)的影響 主要是改變鋼中相變點(diǎn)的位置，大致可以歸納為以下三個(gè)方面：
①改變相變點(diǎn)溫度。一般來(lái)說(shuō)，擴(kuò)大γ相(奧氏體)區(qū)的元素，如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等,使A3點(diǎn)溫度降低,A4點(diǎn)溫度升高;相反,縮小γ相區(qū)的元素，如鋯、硼、硅、磷、鈦、釩、鉬、鎢、鈮等,則使A3點(diǎn)溫度升高，A4點(diǎn)溫度降低。惟有鈷使A3和A4點(diǎn)溫度均升高。鉻的作用比較特殊,含鉻量小于7%時(shí)使A3點(diǎn)溫度降低,大于7%時(shí)則使A3點(diǎn)溫度提高。
②改變共析點(diǎn)S的位置?？s小γ相區(qū)的元素，均使共析點(diǎn)S溫度升高；擴(kuò)大γ相區(qū)的元素,則相反。此外幾乎所有合金元素均降低共析點(diǎn)S的含碳量，使S點(diǎn)向左移。不過(guò)碳化物形成元素如釩、鈦、鈮等（也包括鎢、鉬），在含量高至一定限度以后,則使S點(diǎn)向右移。
③改變?chǔ)孟鄥^(qū)的形狀、大小和位置。這種影響較為復(fù)雜，一般在合金元素含量較高時(shí)，能使之發(fā)生顯著改變。例如鎳或錳含量高時(shí)，可使γ相區(qū)擴(kuò)展至室溫以下，使鋼成為單相的奧氏體組織；而硅或鉻含量高時(shí)，則可使γ相區(qū)縮得很小甚至完全消失，使鋼在任何溫度下都是鐵素體組織。

合金元素作用
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳含量超過(guò)0.23%時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。
2、硅（Si）：在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過(guò)0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過(guò)程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。