1.低温钢

一般将低温下使用的铁基合金称为低温钢；主要包括奥氏体不锈钢、镍钢及奥氏体型沉淀硬化不锈钢。所谓低温，是指常温以下到接近绝对零度的温度范围，一般在常温至173K的温度范围。天然气、液化丙烷等能源输送、贮存用的设备，需要大量的低温钢，要求这类钢价格较低廉，所以采用低镍钢和其它铁素体钢。在173～77K范围，例如液化天然气和液氮等产业需要的低温设备，就需采用奥氏体不锈钢或含镍较高的镍钢。76～0K是各种高技术活跃的温度范围，结构材料需要稳定的奥氏体不锈钢、奥氏体型沉淀硬化不锈钢或其它新合金。通常的奥氏体不锈钢为含镍（8～24%）及锰（有的含氮）的Fe—Cr合金，奥氏体不锈钢主要分为二类：①AISI300系列不锈钢；②氮强化的奥氏体不锈钢，它又可分为三组Cr—Ni—N系，Cr—Ni—Mn—N系及Cr—Mn—N系不锈钢。镍钢是一类Fe—Ni合金，主要是体心立方（bcc）晶体结构，当温度下降时都有一个韧性—脆性转变过程。工业上常规提供的低温镍钢是3.5、5、5.8及9Ni的镍钢，9Ni钢的最低使用温度为77K，应用较广泛。奥氏体型沉淀硬化不锈钢是一类铁基或铁镍基合金钢，这类钢经过固溶后的时效处理析出含有Al、Ti、Nb等元素与Ni形成γ或的沉淀相，从而大大强化奥氏体基体。该钢室温及低温强度都高，低温钢的性能主要有如下几个方面：

（1）强度和韧性　一般具有（bcc）晶体结构的钢与合金在低温下会增加强度、降低塑性和韧性，甚至几乎没有屈服以后的加工硬化就发生脆性破坏，所以它们不能在低温下使用。但是，面心立方晶体（fcc）的合金（如奥氏体不锈钢）即使在77K以下，不但保持高强度还能保持好的韧性与塑性。低温下，（fcc）合金屈服之后的加工硬化也相当大。

（2）抗氢脆特性　不少具有fcc结构的低温钢，无论在常温或低温下都具有良好的抗氢脆能力。我国学者采用高压气相充氢法将过量的氢（数十倍于初始氢含量）充入试样中，研究了Cr—Ni—Mn—N奥氏体温钢（21—6—9、22—13—5等）的氢脆敏感性。结果表明，这类钢在常温及低温下都具有好的抗氢脆抗力。316L等稳定的奥氏体钢也具有很好的抗氢脆抗力。低温钢的抗氢脆特性表明，它适合用于含氢介质的常温或低温压力容器及装置。

（3）热膨胀　低温下使用的构件在低温和室温之间反复变温几次，构件会发生热变形。要防止这种现象，就必须使用低热膨胀系数的合金。奥氏体不锈钢的低温强度与韧性最好，但是它的热胀系数大，就此而言，它又很差。解决二者的矛盾，就是开发新的低温材料，目前正在研究开发的是低膨胀系数的奥氏体型铁镍基不锈钢。

（4）磁性　超低温技术，多在磁场下工作。在这种情况下的低温钢如果带有磁性，将对磁场造成不良影响。所以要求所用的低温钢，在低温及强磁场下不发生强磁性转变。

（5）低温稳定性　在低温应用的条件下，要求低温钢的奥氏体组织稳定，不发生低温马氏体转变。马氏体转变会导致低温钢的塑性和韧性下降，还会造成磁性的变化，因此Ms点越低越好。此外，还有一类低温下的应变诱导马氏体相变，深冲用的低温钢要求Md点（形变引起马氏体转变的最高温度）尽可能低。现已研究了Fe—Mn—C及Cr—Ni—Mn—N奥氏体钢的马氏体相变。在透射电镜下观察到，Fe—14Mn—C合金在冷至123K以下时发生的γ→ε（hcp结构）的转变过程。形成ε马氏体片，需要有四层以上的层错。然而21Cr—7Ni—9Mn—N钢的奥氏体很稳定，Ms＜4K；该钢应变诱导马氏体相变过程为γ→ε→α'，α'马氏体在ε相板条上形核并长大，Md点约为170K。

2.工具—模具钢

机械制造三大基本工艺为切削、压力加工和铸造。在机械制造业中需用金属切削刀具加工的各种零部件约占70%以上。近年来各种少切削无切削工艺迅速发展，在很多机电行业中采用模具制造零件成品或半成品可达50～100%。此外，塑料制品已成为工业生产中的重要部分，使模具在机电制造和轻工业中的地位越来越重要。不论金属切削或压力成型其所需的刃具与模具技术水平都直接关系到机械制造的效率与产品的质量及成本，也影响到新产品的开发。高速工具钢和模具钢迄今仍是切削与压力成型工具的主要材料，其新的发展有高速钢工具钢。(www.daowen.com)

（1）高速钢

高速钢诞生迄今虽已90年，人们对钢种、生产工艺、热处理、性能与显微结构的研究一直很活跃：在合金成分上历经不断演变改进，除早期的钨铬外，增加了钒、钼、钴以及硅、铝、氮等合金元素；对其含碳量与合金元素之间的配比进行了研究与调整，出现了高耐磨性的超高速钢（高钒高碳型），高韧性的钨钼高速钢，高耐热性的钴高速钢以及HRC69～70的超硬型高速钢等。在冶炼生产工艺上出现了电渣重熔真空电弧重熔，电子束重熔高速钢在加工成型上，液压机与精锻机联合变形的大断面高速钢，粉末冶金高速钢等。在热处理上，高温盐浴分级热处理，等温热处理，真空热处理；表面处理上的蒸汽氧化处理，各种氮化处理，氮氧处理，盐浴复合处理，多元共渗以及最新的物理气相沉积处理和激光表面热处理等等。

由于高速钢除了具有较高硬度和热硬性外，还具有硬质合金或其它超硬工具材料所无法比拟的高韧性良好的制造工艺性，多种用途的适应性以及经济性，因此虽然30年代以后出现了硬质合金以及以后陆续出现的陶瓷、金属陶瓷、立方氮化硼、金刚石等超硬工具材料，高速钢仍与硬质合金并列为现代刃具的两大支柱材料。但是由于高速钢的强化是依赖于淬火马氏体高温回火时，大量合金碳化物的二次硬化弥散析出；这些弥散合金碳化物的热稳定性在600℃以上就会迅速下降造成软化，这就限制了高速钢硬度和热硬性的进一步提高。70年代中后期成功投产的粉末冶金高速钢和80年代成功应用的氮化钛离子涂层高速钢刃具是两项对提高现有高速钢使用性能与扩大其应用范围起重大作用的新技术。

（2）模具钢

由于使用模具成型的工艺繁多，工作条件要求不同，因此模具钢品种也复杂多样。大体上可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。近年来其共同的发展趋向是：

①等向性要求越来越高　模具受力常是多方向的，一般方法生产的模具钢横向性能，特别是横向韧性与疲劳强度远低于纵向性能。横向与纵向性能比值常只有0.5～0.6，因此模具常在横向受力处发生断裂，缩短模具寿命。现已普遍采用炉外二次精炼以提高模具钢的纯洁度，也常采用电渣重熔法减少与细化夹杂物，使组织均匀、减少偏析以及采用变向锻轧工艺等。对某些钢类，例如热模具钢钢锭还可采用高温扩散退火等工艺，综合效果已可使横纵向性能比值达到0.8～0.9以上，大大提高了模具使用寿命。

②模具钢品种规格供应的标准化　制成不同厚度（20～100mm）与宽度60～350mm）的扁钢和100～400mm方钢以及各种尺寸系列的模块和某些经热处理的预硬化模块（HRC30～40）供货，特别是用于制作塑料加工的模具。

③模具钢在提高内在质量与性能水平的基础上，采用各种先进的表面改性技术（如CVD、PVD、PCVD等气相沉积工艺，离子注入工艺，冷作模具钢的TD熔盐处理，各种氮化处理以及新近研究发展的激光表面硬化处理等等），是进一步提高模具寿命既十分有效，又十分经济的发展方向。