高锰钢是历史最悠久的一种耐磨材料，是由英国同的RobertHadfield于1882年发 明的，故亦称Hadfield钢。现在，作为耐磨材料的高锰钢的化学成分大致为Ck9～1． 5％MriIO～15％ah3～1．O％S＜O．05％P4O．10N高锰钢的使用组织为奥 氏体．有良好的加工硬化性能。在工件经受强烈冲击或重力挤压的工况条件下，其表面迅速硬化， 硬度可以从HB17O～225提高到HB500～8O0，而心部依旧保持原有的硬度和良好的 韧性。由于高锰钢这一卓越性能，因而广泛用于制造抗冲击磨损的工件。关于高锰钢的加工硬化机 制，多年来人们一直进行着积极的探索，W．N．Robert、AAGuyaev、K．S．R aghavan、Z．Nishlgama、Y．N．Dstur以及石德柯、刘军海等分别提出 了自己的观点，综合起来可概述如下：在钢产生较小塑性形变时，组织中有大量层错产生，随着形 变的增加，在层错的基础上形成李晶，大量的李晶变形使全位错和不全位错在共植的李晶界面上受 阻；另一方面，变形过程中产生大量C——Mn原子对对位错核心中的C－Mn原子对中C的重新 取向锁住了位错，导致位错密度的提高。高锰钢具有良好的耐磨性是由于加工硬化，如果工件受不 到足够的冲击力或摩擦力，就不会产生充分的加工硬化现象，工件的耐磨性就大为降低。对于厚大 断面工件。心部常常出现碳化物，而降低其使用性能。寒冷条件下使用的高锰钢常出现脆断现象， 而在湿磨条件下又面临腐蚀磨损的问题。这些实际应用过程中经常出现的问题，又促使人们在高锰 钢的基础上寻求新的解决方法。美国Climax公司研制的奥氏体中锰钢，开辟了一条发挥奥氏 体锰钢潜力的新途径。其化学成分为1．00、1．SO％C4．O、8．0％Mn0．3O、1 ．OO％St＜0．05％S＜0．08％P。通过降低碳锰含量所获得的中锈钢，水韧处理后是 单相不稳定的奥体组织，在压缩或冲击磨损条件下塑性变形诱发产生大量形变a马氏体，从而迅速 硬化。由于形变a马氏体强化远高于高锰钢的层错李晶强化，故而中锰钢的耐磨性远高于高锰钢。 用中锰钢代替高锰钢生产破碎机顶板，理论和实践证明是可行的，它既提高非强烈冲击条件下工件 的耐磨性，又降低了锰合金的消耗，具有良好的经济效益。在中锰钢中加入0．01～0．15％ RE，可以细化钢的组织，并有脱氧、脱硫、除气的作用，使冲击韧性有明显的提高，进一步拓宽 了中锰钢的应用范围。介稳奥氏体锈钢是在Mn13的基础上，适当降低碳标含量，并加入一定含 量的铝，从而降低奥氏体稳定性所获得的一种耐磨材料。大致成分为8．O～9．5％Mnl．1 0、1．20％C2．0。2．5％Crwt0．8％St。钢在形变时形成大量孪晶，李昌带薄 ，李晶间距小并有E马氏体出现。冲击载荷作用小时．其加工硬化速度快，可迅速形成高硬度的稳 定的硬化层，抗冲击磨料磨损的能力大幅度提高，可用于生产圆锥破碎机的轧自壁，破碎壁等。在 冲击力不很大，又要求耐磨的工况条件下，提高工件耐磨性的另一途径是使高锰钢低合金化。在其 组织中除臭氏体外，还使其出现碳化物，提高其硬度，强化基体并提高其加工硬化能力。王家桥介 绍了前苏联的一种低合金化的高锰钢，在Mn13的基础上，又力D入了0．2％～03％AI， O．1～0．25％RE和O．15％～O．ZO％Ti。AI和RE保证脱氧和除气，而Ti主 要是形成耐磨的碳氨化合物。这种钢在应用于冲击力不大的工况条件时，可以在不明显降低冲击韧 性的情况下提高耐磨性O．7～1．O倍。我国安徽电力修造厂利用这一原理开发了一种超高锰奥 氏体锰钢ZGMn18CrZTi。提高锰含量可以固溶较多的合金元素，再通过变质处理和以后 的沉淀化处理，就能进一步提高强韧性和加工硬化能力，钛是碳氨化物元素，碳化钛和奥氏体有相 同的晶格类型，在奥氏体一碳化钛晶界上存大着共格关系，即晶格牢固地连接在一起，其较高的显 微硬度对抵抗磨料冲蚀磨损非常有效。其化学成分大致为CI．53％Sic．55％M。18． 2％CrZ．65％Tio．22％REO．35％Prto．06％SwtO．OS％此种材质 适用于软磨料大角度冲蚀磨损条件，如风扇磨煤机的冲击板等。通过实验和实际生产使用证明，这 种材质的冲击板比普通高锰钢的使用寿命提高近一倍。高锰钢在严寒气候条件下使用时，易发生低 温脆性断裂。N．N．Stepanova等人认为其可能原因有以下几点：（1）快速淬火时碳 在晶界表面的析出；（2）冷却速度不够高时，碳化物在晶界上的析出而降低晶间结合力；（3） 磷化物、硫化物在40O～700C时在晶界上拆出。通过以上几点可以看出，在尽可能降低P、 S含量的基础上，提林标含量，就可以提高锰钢奥氏体的田定性，阻止碳或碳化物的析出。M．C ．Uuxalel等基于这一原理研制了一种在寒冷条件下应用的超高锰钢ZGMn18，其标含 量为17％～20％。实验证明，提高锰含量，不只是强度塑性提高，而且提高了低温下在变形的 条件下抗脆性破坏的能力。用在苏联北方的激叉表明，ZGMn18的寿命较ZGMn13提高2 0％～25％，不只可用于辙叉，也可用于北纬严寒地带其他零件上。还成的Staranger stool公司开发了一种名为STROMHARD的超高锰钢，其锰含量为15％～23％，同 普通高锰钢相比，其初始硬度提高了HB80～150，加工硬化性能明显增强，并且有相当好的 耐磨性能，其使用寿命也大幅度提高。这种STROMHARf超高锰钢广泛应用于厚大断面工件 和一般工件。超高锰钢在我国的研究和应用还较少，有待于进一步的深入。综上所述，常现高锰钢 Mnl3自其问世以来，已经产生了巨大的经济效益，根据实际应用条件的不同，高锰钢又有了较 为全面的发展。我们在产品设计时，一定要根据工件的实际工况条件，合理选材，在考虑产品的成 本因素前提下，最大限度地发挥材料的潜能。高锰钢的发展与应用@李树索$北京科技大学铸造研 究所!100083@陈希杰$北京科技大学铸造研究所!100083高锰钢;;发展;;应用 本文校为系统地介绍了常规Mn13，以及在其基础上开发出的中锰钢、介稳奥氏作锰钢、超高锰钢、低合金化高锰钢的成分、组织特征及其加工硬化机制，并具体介绍了各种钢的应用范围，为各种工件的合理选材奠定了一定的理论基础1Austenilic Manganese Steel.美国金属手册
2 陈希杰.高锰钢北京:机械工业出版社,1989.
3李隆盛.铸钢及其熔炼.北京;机械工业出版社,1981
4曲文波等.铸造,1992(4)
5 丁晖等.铸造,1993(1)
6施忠庭.材料科学与工艺,1993(6)
7王家桥.铸造技术,1987(3)
8陈希杰.钢铁,1989(6)
9王明胜等.矿山机械,198810)
10马青圃等.矿山机械,1987(5)
11张敬激.铸造,1991(9)
12 W.N.Robert.Transactions of the Metallurgical hclety of AIME,1964(4)
13 Z.Nishigama, etc ,Trans.JIM 1965(6)
14 石德珂.刘军海.金属学报,1989(8)⑶矣邢嗟焙玫哪湍バ阅埽涫褂檬倜泊蠓忍岣摺 Ｕ庵諷TROMHARf超高锰钢广泛应用于厚大断面工件和一般工件。超高锰钢在我国的研究和 应用还较少，有待于进一步的深入。综上所述，常现高锰钢Mnl3自其问世以来，已经产生了巨 大的经济效益，根据实际应用条件的不同，高锰钢又有了较为全面的发展。我们在产品设计时，一 定要根据工件的实际工况条件，合理选材，在考虑产品的成本因素前提下，最大限度地发挥材料的 潜能。高锰钢的发展与应用@李树索$北京科技大学铸造研究所!100083@陈希杰$北京科 技大学铸造研究所!100083高锰钢;;发展;;应用本文校为系统地介绍了常规Mn13， 以及在其基础上开发出的中锰钢、介稳奥氏作锰钢、超高锰钢、低合金化高锰钢的成分、组织特征及其加工硬化机制，并具体介绍了各种钢的应用范围，为各种工件的合理选材奠定了一定的理论基础1Austenilic Manganese Steel.美国金属手册
2 陈希杰.高锰钢北京:机械工业出版社,1989.
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14 石德珂.刘军海.金属学报,1989(8)
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