如何选购耐磨高锰钢和耐磨高锰钢

高锰钢是指锰含量在10%以上的合金钢。1882年，英国人哈德菲尔德首次获得奥氏体组织的高锰钢，并在1883年获得专利，所以标准Mn13高锰钢也被称为哈德菲尔德钢。高锰钢根据其不同用途可分为两类:

1，耐磨钢。锰为10% ~ 15%，碳一般为0.90% ~ 1.50%，大部分在1.0%以上。其化学成分(%):C:0.90 ~ 1.50；Mn:10.0 ~ 15.0；si:0.30 ~ 1.0；s:≤0.05；P: ≤ 0.10这种高锰钢用的最多，没有磁性。特别适用于冲击磨料磨损和高应力磨削磨料磨损的工况，常用于制造抗冲击耐磨铸件，如球磨机衬板、锤式破碎机锤头、颚式破碎机颚板、圆锥破碎机臼壁和破碎壁、挖掘机斗齿和壁、铁路道岔、拖拉机和坦克履带板等。高锰钢还用于防弹钢板、安全钢板等。

高锰钢的铸态组织通常由奥氏体、碳化物和珠光体组成，有时还含有少量的磷晶体。当碳化物的量较大时，它常常以网状出现在晶界上。因此，铸态组织的高锰钢是脆性的，需要固溶处理。常用的热处理方法是固溶处理，即将钢加热到1050 ~ 1100℃，保温消除铸态组织，得到单相奥氏体组织，然后用水淬火，使这种组织保持在室温。热处理后，显微组织转变为单一奥氏体或含少量碳化物的奥氏体，钢的强度、塑性和韧性都有较大提高，所以这种热处理方法也常称为水韧处理。高锰钢是典型的耐磨钢，其铸态组织为奥氏体加碳化物。固溶处理后，高锰钢中仍会有少量未溶解碳化物，当其数量少到符合检验标准时，也可以使用。

我国对高锰钢铸件的国家标准(GB/T5680-1998)是:ZGMN 13-1:c 1.00-1.45，Mn 165438+。zgmn 13-2:C 0.09-1.35，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-1.00，S≤0.04，P≤0.07。zgmn 13-3:C 0.95-1.35，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-0.80，S≤0.035，P≤0.07，用于复杂零件；zgmn 13-4:c 0.09-1.30，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-0.80，Cr 1.50-2.50，S ≤ 0。zgmn 13-5:c 0.75-1.30 Mn 11.0-14.00，Si 0.30-1.00，Mo 0.90-1.20。

高锰钢具有良好的增锰效果。提高奥氏体的稳定性，防止碳化物的析出，从而提高钢的强度和塑性，提高钢的加工硬化能力和耐磨性。比如北方使用的ZGMn18铁路道岔，使用寿命比ZGMn13长20%-25%。目前市场上很多耐磨高锰钢生产厂家为了降低成本，干脆用废锰钢进行再加热，产品锰含量不达标，Cr、Mo含量更是无从谈起，但硫、磷含量过高。而国藩工矿公司和夜香机械的“701”牌高锰钢产品都是以Mn13Cr2、Mn13Mo、Mn65438+为基准。锰含量高于13%。超高锰钢产品均按Mn18Cr2、Mn18Cr2Mo、Mn18Cr2MoV标准铸造。Mn含量高于18%，有效去除了硫和磷杂质。铬、钼和钒可以增加耐磨性和抗冲击性。因此产品的耐磨性和抗冲击性都达到甚至远远超过了国家标准Mn13-4和Mn13-5(超高锰钢不超出国家标准，但锰含量应大于18%)。虽然铸造成本大大增加，但在破碎高硬度石头方面有很大优势。

在冲击载荷下的冷变形过程中，由于位错密度的大量增加、位错的传递、位错塞积以及位错与溶质原子的相互作用，钢得到强化。这是加工硬化的一个重要原因。另一个重要原因是高锰奥氏体层错能低，变形时容易发生，从而为ε马氏体的形成和形变孪晶的形成创造了条件。在常规成分的高锰钢形变硬化层中，经常可以看到高密度位错、位错塞积和缠结。ε马氏体和形变孪晶的出现使钢很难变形，尤其是后者。上述因素都在很大程度上强化了高锰钢的硬化层，大大提高了其硬度。

奥氏体结构的高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击和挤压条件下，表层迅速发生塑性变形。由于变形强化，变形层存在明显的加工硬化现象，表面硬度大幅提高(HB(布氏硬度)可达300-400，材料表面经抗磨技术处理后可达HB500-550，高冲击载荷下HB500-800。不同冲击载荷下，硬化层深度可达10-20mm)。在强冲击磨料磨损条件下，高锰钢具有优异的耐磨性，使其保持了中心奥氏体良好的韧性和塑性，硬化层具有良好的耐磨性，因此常被用来制作耐磨件。这是其他材料无法企及的。在低冲击条件下，由于加工硬化效应不明显，高锰钢不能充分发挥材料的特性。高锰钢的耐磨性只有在有足够条件形成加工硬化时才显示出优越性，其他情况下则较差。由于加工硬化，少量高锰钢采用锻造法加工，所以要尽量避免加工铸件。铸件上的孔和槽应尽可能铸造。但是高锰钢的加工也不是完全不可能。可在一次进给加工后进行刀具修整，在铸造工艺设计中应放大不可避免的加工，使加工进给避开加工硬化层。

高锰钢的铸造性能较好。钢的熔点低(约1400℃)，钢的液相和固相之间的温度区间小(约50℃)，钢的热导率低，钢液流动性好，易于浇铸。高锰钢的线膨胀系数是纯铁的1.5倍，碳钢的2倍，所以铸造时体积收缩和线收缩率大，容易出现应力和裂纹。

为了提高高锰钢的性能，在合金化、微合金化、碳锰含量调整和沉淀强化处理等方面进行了许多研究，并在生产实践中得到应用。亚稳奥氏体锰钢的出现，与铸钢相比，可以大幅度降低钢中的碳、锰含量，提高钢的形变强化速度，适用于高和中低冲击载荷的工况，是高锰钢的新发展。

高锰钢主要用于冲击、挤压、材料磨损等恶劣工况。失效形式主要是磨损，部分零件断裂变形。磨损有三种:金属部件表面相互接触并移动的摩擦磨损；其他金属或非金属材料撞击金属表面的磨粒磨损和流动的气体或液体与金属接触引起的冲蚀磨损。耐磨钢的耐磨性取决于材料本身，而耐磨钢在不同的工况下表现出不同的耐磨性，材料本身和工况都可以决定其耐磨性。奥氏体锰钢是主要的铸造耐磨钢和耐磨钢，适当热处理的低合金钢在一定条件下也有很好的效果，而石墨钢用于润滑和摩擦条件。

2.非磁钢。这种钢的锰含量超过17%，碳含量一般低于1.0%，常用于制造汽车行业的挡圈。这种钢的密度为7.87-7.98克/立方厘米。由于碳和锰的含量高，钢的导热性差。导热系数为12.979 W/(m·℃)，约为碳钢的1/3。由于钢是奥氏体，无磁性，其磁导率μ为1.003-1.03(H/m)。

二、影响高锰钢力学性能的因素。

1，碳化物对性能的影响。降低高锰钢的冲击韧性和抗拉强度。

2.非金属夹杂物对高锰钢性能的影响。钢水凝固时，大量的氧化锰以非金属夹杂物的形式析出在钢的外围，降低了钢的冲击韧性，增加了铸件热裂的倾向。

3.高锰钢化学成分的选择及其对性能的影响。(1)碳含量和锰含量。当钢中的碳含量过低时，不足以产生有效的加工硬化效应；碳含量过高时，铸态会出现大量碳化物，尤其是粗大的碳化物。因此，为了避免碳化物析出，必须控制碳含量不要太高。为了保证高锰钢的性能，必须有足够的锰含量。当锰含量过低时，不能形成单一的奥氏体组织；但是，锰含量过高也是不必要的。一般来说，生产中WMn控制在11.0%-14.0%，WC控制在0.9%-1.3%。需要指出的是，锰含量和碳含量要有适当的搭配，即要有适当的锰碳比，一般控制在Mn/C=10。(2)硅含量。高锰钢中Wsi的规格含量为0.3%-0.8%。硅会降低碳在奥氏体中的溶解度，促进碳化物析出，降低钢的耐磨性和冲击韧性，所以硅含量应控制在规范下限。(3)磷含量。高锰钢的规格含量为Wp≤0.7%。冶炼高锰钢时，由于锰铁中磷含量高，钢中磷含量相对较高。因为磷会降低钢的冲击韧性，使铸件容易开裂，所以应尽量降低钢中的磷含量。(4)硫含量。高锰钢的规格要求Ws≤0.05%。由于其锰含量较高，钢中的硫和锰大部分相互结合形成硫化锰(MnS)进入渣中，所以钢中的硫含量往往较低(一般小于0.03%)。因此，硫在高锰钢中的有害作用高于磷。

三、高锰钢的铸造工艺。

在高能冲击的工作条件下，高锰钢和超高锰钢铸件的应用范围广。许多铸造厂对生产这种铸钢件缺乏必要的了解。现简单说明具体操作，供生产者参考。高锰钢铸件多采用砂型造型工艺方案，砂型铸造因其技术成熟、生产效率高而得到广泛推广。还有特殊的铸造方法，在模具材料、造型方法、金属液的充填形式、金属在模具中的凝固条件等方面都与砂型铸造有明显的区别。特种铸造包括:熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、背压铸造、挤压铸造、离心铸造、消失模铸造、石膏铸造、陶瓷精密铸造、连续铸造、真空吸铸、细晶铸造、电磁铸造等。

1，化学成分。高锰钢按国家标准分为五个等级，主要区别是含碳量，范围从0.75%到1.45%。影响越大，含碳量越低。锰含量在11.0%-14.0%之间，一般不应低于13%。超高锰钢没有国家标准，但锰含量应大于18%。硅含量对冲击韧性影响较大，应取下限，以不超过0.5%为宜。低磷低硫是最基本的要求。因为锰含量高自然起到脱硫作用，降磷是重中之重，尽量让磷降到0.07%以下。铬可以提高耐磨性，一般在2.0%左右。钼可以提高硬度，一般在1.0%左右。

2.充电。送入熔炉的材料由化学成分决定。主要炉料有优质碳钢(或钢锭)、高碳锰铁、中碳锰铁、高碳铬铁和高锰钢。有些人误以为只要化学成分合适，就可以多使用回收材料，这就是一些工厂产品质量差的原因。不仅是高锰钢、超高锰钢，所有金属铸件都不得使用过多的回炉料，回炉料不得超过25%。

3.融化。注意喂食顺序。碳钢总是先冶炼，不管是中频炉还是电弧炉冶炼，而各种锰铁等贵重合金材料要分几次入炉，最后加入少量的贵重元素，以减少烧损。块要尽可能小，最好是50-80 mm，熔化后，当炉温达到1580-1600℃时，可用铝线、硅钙合金或SiC脱氧、脱氢、脱氮。脱氧剂必须被压入熔炉深处。此时金属液面被覆盖剂严密覆盖，隔绝外界空气。冷静一段时间，让氧化物和夹杂物有足够的时间上浮。但很多企业只是在金属表面撒上铝线甚至铝屑，而没有覆盖，这是一种浪费。同时，用中碳锰铁及时调整锰和碳的含量。在钢水出炉之前，必须将钢包烘烤到400℃以上。用钒铁、钛铁、稀土等微量元素改性。是细化初结晶的必要手段，其对产品性能的影响非常重要。

4.装料和成型材料。需要区分钢种和炉衬的性质。锰钢是碱性的，炉衬当然是氧化镁的。捣固炉衬应轮流进行，并重复换位操作。衬料不能太厚，一次80 cm左右，捣实后要低温长时间烘烤。操作时要将炉料放在炉口旁边预热，然后用夹子将炉料慢慢放在炉口旁边预热，再用夹子将炉料沿炉壁慢慢放置。造型材料和涂料也应与熔融金属的性质相一致，或使用中性材料(如铬铁矿和棕刚玉)。如果想获得一个精炼的集合体，使用蓄热能力大的铬铁矿是正确的，尤其是在消失模铸造厂，这样会克服散热慢的缺点。

5.铸造工艺设计。高锰钢的特点是凝固收缩大，散热性差。相应地，工艺设计中铸件收缩率为2.5%-2.7%，铸件生长时间越长，上限应越高。型砂和砂芯之间的退让一定要好。浇注系统打开了。多个分散的内部直浇道从铸件的薄壁引入，并且它们是扁平且宽的喇叭形，并且铸件附近的横截面积大于与横向直浇道相关联的横截面积，使得熔融金属可以快速且平稳地注射到模具中，并且可以防止整个模具中的温差过大。立管直径大于热点直径，靠近热点，高度为直径的2.5-3.0倍。需要使用热冒口甚至浇注冒口来制造足够的高温熔融金属，以弥补铸件在凝固收缩时的空缺。把直浇道和冒口放在高处(砂箱有5-8个。)的斜率也是正确的。浇注时，在低温下尽快浇注。一旦凝固，及时松开砂箱。要用好冷铁，包括内冷铁和外冷铁，既细化初晶，消除缩孔、疏松，又能提高工艺成品率。内冷铁要干净易熔，用量要少。外部冷却铁的三维尺寸与冷却物体的三维尺寸之间的函数关系为0.6-0.7倍。太小不行，太大导致铸件开裂。铸件应在模具中长时间放置，直到温度低于200℃后再开箱。

6.热处理。热处理开裂是低温阶段升温过快造成的。因此，正确的操作是在350℃以下，升温速率在750℃，铸件处于塑性状态，可以迅速升温。当温度达到1050℃时，根据铸件厚度确定保温时间，然后提高到1100℃以上。留有余地，让炉子冷却下来后尽快入水。高温时，升温过慢，保温时间过短，出料至进水时间间隔过长(不应>:0.5分钟)，都影响铸件质量。进水温度应为

7.切割和焊接。高锰钢再加热时，在250-800°C之间存在碳化物析出的脆性温度区间，铸态高锰钢中存在网状碳化物和铸造应力，焊接性能很差。对于高锰钢铸件，应在水韧处理后切割冒口或焊接修补缺陷，焊后应迅速冷却铸件。由于锰钢导热性差，所以切割冒口时要非常注意。最好将铸件放入水中，露出切割部分，切割时留一定的留茬，热处理后磨掉。为了尽可能地消除或减少热影响区，采用小电流、弱电弧、间断焊、小焊道多层焊或边焊边浇边冷的操作方法，始终保持低温低热。焊接时敲击以消除应力。必须检查重要的铸件。焊条采用高锰钢焊条或奥氏体不锈钢焊条(采用奥氏体D256或D266锰镍焊条)，规格细长，φ3.2mm×350mm，外涂层为碱性。如果有加工硬化层，应在焊接前去除。

8.生产中的注意事项。生产者要考虑的不仅仅是降低生产成本，更重要的是不产生废品，最大化生产优质产品，进而最大化市场份额。这看似又慢又贵，其实又快又经济。