Paper, honoured with the Sir Charles Hatchett Award by the Institute of Metals, London: Developments in high speed tool steels (1987)

This paper describes a research programme at the Austrian School of Mines (Montanuniversität) at Leoben, carried out since 1981 in cooperation with the Max-Planck-Institute for metals research in Stuttgart, on the fundamentals of alloy design for high speed tool steels. Among the results, the development of niobium-alloyed grades has an important place. Controlled solidification studies with a gradient technique have clarified the influence of various alloying elements on the as-cast microstructure of ledeburitic tool steels. A procedure for accurate quantitative metallography in SEM, combined with EDX and STEM-EDX analysis of the chemical compositions of the carbide and matrix phases, has led to a quantitative model for the performance of high speed steels in metal cutting tools, in which the contributions of carbides and of the matrix are combined using empirically determined weight factors. An important role is played by the saturation of the matrix with vanadium and other carbide formers which are essential for secondary hardening. This saturation is related to the way in which these carbide formers are present in the annealed structure; this in turn is influenced decisively by the solidification path (via M6C or M2C) of the alloy. On the basis of these concepts, low alloyed, niobium-containing economy grades have been developed whose performance is comparable to that of commercial high speed steels, and perspectives for the development of economic super high speed steels with niobium as an alloying element are indicated. Es wird über ein Forschungsprogramm an der Montanuniversität Leoben (ab 1981 zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart) berichtet, das die metallkundlichen Grundlagen für die Legierungsentwicklung von Schnellarbeitsstählen zum Gegenstand hat. Unter seinen Resultaten nimmt die Entwicklung nioblegierter Sorten einen wichtigen Platz ein. Erstarrungsstudien nach der Technik der kontrollierten Erstarrung im Temperaturgradienten haben den Einfluß verschiedener Legierungselemente auf das Gußgefüge ledeburitischer Stähle klargelegt. Ein Verfahren zur genauen quantitativ-metallographischen Phasenanalyse hat zusammen mit SEM-EDX- und STEM-EDX-Bestimmungen der Zusammensetzungen der Carbidphasen und der Matrix im Einsatzzustand der Stähle die Erstellung eines quantitativen Modells für die Schneidleistung von Schnellstahlsorten ermöglicht, in dem die Beiträge der Carbidphasen und der Matrix mit empirisch bestimmten Gewichtsfaktoren zusammengeführt werden. Eine wichtige Rolle kommt der Sättigung der Matrix mit jenen Elementen zu, die für die Bildung der Sekundärhärtecarbide ausschlaggebend sind. Der Grad dieser Sättigung hängt stark davon ab, in welcher Form diese Carbidbildner im Weichglühgefüge vorhanden sind, und dies wird wiederum ausschlaggebend beeinflußt vom Erstarrungspfad (über M2C oder M6C) der Legierung. Auf der Grundlage dieser Konzepte wurden nioblegierte Sparstähle entwickelt, deren Leistung vergleichbar jener der traditionellen Sorten ist. Schließlich werden Perspektiven für die Entwicklung wirtschaftlicher Superschnellstähle unter optimiertem Einsatz von Niob als Legierungselement skizziert.