粉末冶金高速鋼(以下簡寫為PMHSS) 是高速鋼中的上品。多數工具廠對它只有一個模糊的概念,只知它是性能優良的高級高速鋼,而不知目前在我國市場上同時存在化學成分相同而質量、性能不同的第一代,第二代和21 世紀初才開發呈現于市場的第三代PMHSS 。

　　1 　第一代, 第二代和第三代PMHSS 的差異

　　20 世紀70 年代PMHSS 由美國Crucible 廠和瑞典Stora 廠(現屬法國Erasteel 公司) 相繼投入工業性生產,此為第一代PMHSS ,其鋼材夾雜物含量相當電弧爐+ LF 鋼包精煉鋼的水平。

　　1991 年瑞典Soedertors 廠采用了ESH 電渣加熱法技術3 ,使鋼更為純凈;與第一代PMHSS 相比,夾雜物含量可減少90 %,鋼材抗彎強度約可提高20 %。采用ESH 技術生產的PMHSS 稱為第二代,Erast eel 公司產品商標也改為ASP2000 系列,如鋼種ASP2030 ,而其第一代產品稱ASP30 ,二者的化學成分是相同的。2000 年奧Boehler 伯樂鋼廠的PMHSS 全線制造設備投產,其生產設備是全世界最先進的,產品質量比第二代PMHSS 又有所提高,稱為第三代PMHSS。特點是鋼粉顆粒更細,過篩累積百分數為50 %所對應的顆粒尺寸為60μm ,最大鋼粉尺寸為500μm ,二次枝晶臂距約為1μm;夾雜物數量減少,其最大尺寸減小;使鋼的抗彎強度約比第二代的相應值提高20 %。該廠第三代PMHSS 以MICROCL EAN (微小純凈) 為商標,以替代第一和第二代的商標ISOMATRIX ( 各向均勻) 。如以前的PMHSS S390Isomat rix , 現改稱S390Microcleon ,二者化學成分相同,但夾雜物含量、大小和強度不同。

　　法國Erasteel 公司從2002 年起對其第二代PMHSS 的生產全過程進行了研究,并作了改進形成Dvalin工藝。自2004 年起其商標稱DvalinTM ,標志生產的第三代PMHSS 。第三代DvalinTM PMHSS 比第二代的夾雜物又減少90 %。若以每1cm3 鋼中尺寸為50μm 的夾雜物數目計,則傳統或第一代PMHSS 約含016 個,第二代的含0103 個,而第三代DvalinTM的則僅含01002 個。夾雜物的大量減少,使PMHSS 的抗彎強度逐代增加;以從<100 mm 材上取樣測定的橫向抗彎強度為例, 通常的M42 鋼( S115 - 915 - 112 - 8) 為113GPa ,第一代PMHSS ASP30( S614 - 5 - 311 - 8) 為310GPa ,第二代PMHSS ESH ASP2030 為315 GPa ,而第三代PMHSS DvalinTM ASP2030 為412 GPa , 第三代PMHSS 的抗彎強度比第二代的抗彎強度又提高20 %。

　　2 PMHSS 的強度決定于其夾雜含量及尺寸大小

　　對普通熔煉鑄錠高速鋼來說,淬回火后基體中殘余碳化物數量遠大于夾雜物數量。以M2 鋼為例,淬回火后殘余碳化物總量不少于13 %(質量百分數) ,大顆粒碳化物尺寸近1215μm ,但其夾雜物量不會超過1 % ,故中國高速鋼標準中只規定碳化物不均勻度而未對夾雜物規定檢驗條款。普通高速鋼的強度決定于其碳化物網、帶和堆聚的程度。PMHSS 是燒結制品,不分尺寸大小,在整個斷面上其碳化物細小(1～3μm) 均勻分布,無碳化物不均勻性這個不利因素,最大碳化物尺寸不超過6μm。由于鋼的抗彎強度與極限缺陷直徑的平方根成反比,消除大的夾雜物是提高PMHSS 鋼材強度和質量的根本途徑之一。為此第二代和第三代PMHSS 都強調從工藝上大幅度減少夾雜物數量,特別是大夾雜物(25μm) ,目的在于提高PMHSS 的韌性、抗彎強度和疲勞極限。

　　( ) 產品屬第一代M SS 水平的其生產廠有美國廠,烏克蘭DSS 廠,日本日立金屬和臺灣榮鋼(用DSS 廠鋼粉生產PMHSS) 。在上述廠的技術資料中均未提及及已換用ESH 技術。

　　(2) 產品屬第二代PMHSS 水平的在我國個別工具廠還有少量庫存。它們為2004 年以前法Erasteel 公司生產的ESH PMHSS ,及奧伯樂鋼廠2002 年以前生產的Isomat rx PMHSS。

　　(3) 產品屬第三代PMHSS 水平的其生產廠有奧伯樂鋼廠2002 年以后生產的Microclean PMHSS ,及法Erast eel 公司2004 年以后生產的DvalinTM PMHSS。

　　第三代PMHSS 帶動了高合金高硬度新鋼種的發展,第三代PMHSS 因夾雜物減少而鋼的強度和韌性提高,可克服高速鋼合金含量愈高,韌性愈低的問題。

　　國外PMHSS 生產廠不間斷地對其生產設備和工藝的研究改進導致開發出第三代PMHSS ,其在靜態及周期性負荷下的高強度和韌性,增加了其對機械沖擊的阻抗力,使制成的刀具性能穩定性好。國內要求高性能刀具的航天部門可采用它。