1.钨和钼
钨是高速钢获得热硬性的主要元素，在钢中形成M6C，是共晶碳化物的主要组成，它还以二次碳化物由奥氏体中析出。在锻轧材中M6C以颗粒状碳化物存在，淬火加热时大量未溶M6C阻碍奥氏体晶粒长大，改善钢的韧性，同时溶在奥氏体中约7%~8%的W淬火后保留在马氏体中，提高马氏体抗回火稳定性。在560℃回火时析出W2C，产生弥散强化。
钼和钨属于同族，可互相取代，由于二者原子量的差别，1%Mo可取代1.5%W。含钼共晶碳化物由粗鱼骨状变为细鸟巢状，减小了碳化物不均匀性，锻轧后含钼M6C颗粒也较细小。钼系高速钢Mo8Cr4V热硬性逊于W系，因为回火时Mo2C比W2C析出温度稍低，且易聚集长大。热处理时，钼系脱碳倾向大。但钼系高速钢的抗弯强度和冲击韧性远高于W系，钨钼系高速钢W6Mo5Cr4V2具有钨系和钼系的优点，又克服两者的缺点，其使用量已超过W18Cr4V钢。钨钼系高速钢热塑性好，适宜热成形制造钻头、铣刀、铰刀等。
2.钒的作用
钒在钢中主要是以VC存在，也溶于其他类型碳化物中。淬火加热时，VC部分溶于奥氏体中，淬火后使马氏体抗回火稳定性增高，阻碍马氏体分解，并析出弥散VC产生次生硬化。淬火加热未溶的VC起阻止晶粒长大作用。高速钢中加钒是使钢具有良好热硬性的重要因素，含钒量的提高使热硬性有明显提高，如W18Cr4V钢中含钒的质量分数是从1.2%提高到1.9%，其热硬性由610℃提高到628℃。
高速钢中w(V)=1%~2%属于低钒高速钢。高钒高速钢将w(V)提高3%~5%。在高钒高速钢中，合金相组成相对量发生很大变化，其中MC型碳化物量与M6C型碳化物量相当，并且是共晶碳化物的主要组成。高钒高速钢的共晶碳化物形貌为鸟巢状。MC的大量存在提高了钢的耐磨性，但也使可切削加工性减低。因为MC型碳化物硬度高，为HV2800，而M6C硬度HV1500~1800。高钒高速钢属于高热硬性高耐磨高速钢，如W12Cr4V4Mo钢，退火后MC型碳化物的体积分数占10%，M6C型碳化物的体积分数占12%，M23C型碳化物的体积分数占10%，总碳化物的体积分数为32%。一般在1250℃淬火，560℃回火三次，热处理后硬度在HRC64~66。
3.铬的作用
铬在高速钢中主要存在于M23C6中，也溶于M6C和MC型碳化物，促使其溶于奥氏体，增加奥氏体中合金度。淬火加热时，铬几乎全溶于奥氏体，主要起增加钢的淬透性作用。高速钢中若只含w(Cr)=1%，则必须用水淬，而2%的钢在分级淬火时会出现少量贝氏体，所以一般高速钢中w(Cr)均含4%左右。铬也增加高速钢耐蚀性和增大抗氧化能力，减少粘刀现象，改善刃具切削能力。
4.碳的作用
碳对高速钢的硬度影响很大，是高速钢的主要强化元素。随着含碳量进一步增高，淬火回火后硬度和热硬性都增高。若碳和碳化物形成元素满足合金碳化物中分子式的定比关系，可以获得更大的次生硬化效应。定比碳经验关系式为
w(C)=0.033w(W)+0.063w(Mo) +0.20w(V)+0.060w(Cr)
W6Mo5Cr4V2钢通常w(C)为0.85%，若提高到1.10%，淬火后硬度和600℃热硬性如下：
85W6Mo5Cr4V2 淬火后HRC63~66 600℃热处理HRC60~61
110W6Mo5Cr4V2淬火后HRC67~68 600℃热处理HRC64~65
碳量的提高也带来一些问题。由于碳量增高使钢中碳化物总量增加，碳化物不均匀性加重;淬火后残留奥氏体量增多，需要多次回火才能消除;钢的固相线温度降低，使淬火温度下降，钢中w(C)每增加0.10%，晶界熔化温度下降11℃。另外对钨系高速钢，增加碳量将使钢抗弯强度和韧性明显下降，而钨钼系这种变化不大。
5.钴的作用
钴在钢中为非碳化物形成元素，淬火加热时溶于奥氏体，淬火后存在于马氏体中，提高马氏体抗回火稳定性，加强次生硬化效果，有较好的热硬性。钴与钨、钼原子间结合力强，可减低钨钼原子扩散速率，减慢合金碳化物析出和聚集长大，增加热硬性。一般钢中含钴量主要为5%、8%和12%三个级别，都是高热硬性高速钢。另外钴对高速钢性能也有不利影响，如降低韧性、增大脱碳倾向。
6.微合金元素的作用
为了改善高速钢的性能，人们研究了微量合金元素对钢组织的性能的影响。
在skh51高速钢中加入微量氮。氮可溶于碳化物，使M6C碳化物稳定性增高，减小聚集倾向。氮可细化奥氏体热硬性的影响晶粒，提高晶界开始熔化温度，因而提高了淬火温度和合金元素溶解量，增加淬火回火硬度和热硬性。同时也提高了抗弯强度和挠度，改善了韧性。一般高碳超硬高速钢中可加入质量分数0.05%~0.10%的氮。
稀土元素加入高速钢中，可明显改善其在900~1150℃间的热塑性。高速钢的热塑性由于微量硫存在于奥氏体晶界而恶化，在w(S)降低到0.002%亦不可避免，并引起热扭转试样的沿晶断口。当钢中加人稀土元素后，降低了硫在晶界的偏聚。
我国生产的含稀土高速钢有W18Cr4VRE、W12Mo2Cr4VRE。由于有较高的热塑性，可适应刃具的热扭轧工艺。
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