Быстрорежущие стали - высоколегированные инструментальные стали, в состав которых входит 0,75…1,10 % углерода, 3,0…4,4 % хрома, 2,0…18,0 % вольфрама (Р), 1,0…3,0 % ванадия (Ф), а также до 8 % кобальта (К) и до 9% молибдена (М). Быстрорежущие стали маркируют буквой Р (rapid - быстрый). Цифры после буквы Р показывают среднюю массовую долю вольфрама в целых процентах, а цифры после букв Ф, К и М - массовую долю соответствии ванадия, кобальта и молибдена. В марке не указана часть углерода и хрома. Температура закалки быстрорежущих сталей должна быть такой, чтобы обеспечить максимальный переход карбидов в аустените и одновременно не допустить чрезмерного роста зерна аустенита. В зависимости от химического состава стали температура закалки находится в пределах 1210...1290 °С. Сталь нагревают медленно в нескольких соляных ваннах с остановками в зоне температур фазовых превращений. После охлаждения в масле структура стали состоит из высоколегированного мартенсита с концентрацией углерода 0,3…0,4 %, первичных карбидов, которые не перешли в твердый раствор при нагревании, и 25…35 % остаточного аустенита, который негативно влияет на режущие свойства стали.
За время трехкратного высокотемпературного отпуска при 560 °С с выдержкой по 1 ч остаточный аустенит распадается, формируя матрицу легированного мартенсита и до 15 % мелкодисперсных карбидов вторичного твердения размером около 0,01 мкм. Эффект вторичного твердения обусловлен следующими легирующими элементами: вольфрам, молибден и ванадий. Кобальт, хотя и не образует карбидов, зато сдерживает их рост при нагревании, а хром уменьшает критическую скорость закалки. Твердость инструментов из быстрорежущих сталей после полной термообработки составляет 63…67 НRС, а теплостойкость - 615…640 °С.
Среди быстрорежущих сталей различают: вольфрамовые - марок Р18 и Р9, вольфрамокобальтовые - Р9К5, вольфрамованадиевые - Р12ФЗ вольфрамомолибденовые с кобальтом - Р6М5К5, вольфрамокобальтовые с ванадием - Р18К5Ф2. Быстрорежущие стали широко используют для изготовления всех видов металлорежущих инструментов. В частности, для инструментов сложной формы, которые должны иметь высокую износостойкость, применяют сталь Р18, а для простых инструментов - сталь Р9. Однако из-за высокой стоимости вольфрама, ее в значительной степени вытесняет более дешевая сталь Р6М5.
Инструменты, работающие в тяжелых условиях (прерывистое резание, вибрации, резка труднообрабатываемых нержавеющих и жаропрочных сталей), изготавливают из быстрорежущих сталей, в составе которых есть кобальт (марки Р18К5Ф2, Р9К5, Р9К4М8). Для инструментов чистовой обработки (протяжки, развертки) используют вольфрамованадиевые стали (Р12ФЗ).
В последние десятилетия все чаще получают заготовки для инструментов из быстрорежущих сталей методом порошковой металлургии. Очень мелкие порошки компонентов выбранной марки стали тщательно перемешивают, прессуют и спекают при высокой температуре. Благодаря хорошему перемешиванию удается достичь однородного распределения карбидов, высших механических свойств, повышенной теплостойкости и лучшей обрабатываемости шлифованием по сравнению со сталями такого же химического состава, но полученными вальцовкой или ковкой. Стали, изготовленные методом порошковой металлургии, имеют дополнительное обозначение МП, например, Р6М5К5МП.