錳鋼

錳鋼的脾氣十分古怪而有趣：如果在鋼中加入2.5—3.5%的錳，那么所制得的低錳鋼簡(jiǎn)直脆得象玻璃一樣，一敲就碎。然而，如果加入13%以上的錳，制成高錳鋼，那么就變得既堅(jiān)硬又富有韌性。高錳鋼加熱到淡橙色時(shí)，變得十分柔軟，很易進(jìn)行各種加工。另外，它沒有磁性，不會(huì)被磁鐵所吸引。當(dāng)前，人們大量用錳鋼制造鋼磨、滾珠軸承、推土機(jī)與掘土機(jī)的鏟斗等經(jīng)常受磨的構(gòu)件，以及鐵軌、橋梁等。上海新建的文化廣場(chǎng)觀眾廳的屋頂，采用新穎的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，用幾千根錳鋼鋼管焊接而成。在縱76米、橫138米的扇形大廳里，中間沒有一根柱子。由于用錳鋼作為結(jié)構(gòu)材料，非常結(jié)實(shí)，而且用料比別的鋼材省，平均每平方米的屋頂只用45公斤錳鋼。1973年興健的上海體育館(容納一萬八千人)，也同樣采用錳鋼作為網(wǎng)架屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料。在軍事上，用高錳鋼制造鋼盔、坦克鋼甲、穿甲彈的彈頭等。煉制錳鋼時(shí)，是把含錳達(dá)60一70%的軟錫礦和鐵礦一起混合冶煉而成的。

除了錳鋼外，錳鋼也是重要的錳合金，錳鋼含有30%的錳，具有很好的機(jī)械強(qiáng)度。由84%的鋼、12%的錳和4%的鎳組成的“錳加鎳”合金(又名錳鎳銅齊)，它的電阻隨溫度的改變很小，被用來制造精密的電學(xué)儀器。

高錳鋼作為典型的抗磨鋼，是破碎機(jī)中粉碎配件的好材料。

鑄造耐磨鋼和抗磨鋼以奧氏體錳鋼為主，在一定的條件下經(jīng)適當(dāng)熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用于潤(rùn)滑摩擦的工況條件。

耐磨高錳鋼特別適用于沖擊磨料磨損和高應(yīng)力碾碎磨料磨損工況，常用于制造球磨機(jī)襯板，錘式破碎機(jī)錘頭，顎式破碎機(jī)顎板，圓錐破碎機(jī)軋臼壁、破碎壁，挖掘機(jī)斗齒、斗壁，鐵道道岔，拖拉機(jī)和坦克的履帶板等抗沖擊、抗磨損的鑄件。高錳鋼還用于：防彈鋼板，保險(xiǎn)箱鋼板等。

高錳鋼是典型的抗磨鋼,鑄態(tài)組織為奧氏體加碳化物。經(jīng)1000°C左右水淬處理后組織轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏膴W氏體或奧氏體加少量碳化物，韌性反而提高，因此稱水韌處理。

高錳鋼最重要的特點(diǎn)是在強(qiáng)烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時(shí)硬化層具有良好的耐磨性能。這是其它材料所不及的。但高錳鋼的耐磨性只是在具備足以形成加工硬化的條件下才表現(xiàn)出其優(yōu)越性，其他情況下則很差。

而典型的Mn17耐磨高錳鋼是在Mn13鋼的基礎(chǔ)上增加錳量，提高了奧氏體的穩(wěn)定性，阻止碳化物的析出，進(jìn)而可提高鋼的強(qiáng)度和塑性，提高鋼的加工硬化能力和耐磨性。比如用于北方的ZGMn18鐵道叉壽命較ZGMn13提高20%~25%。

高錳鋼由于加工硬化現(xiàn)象，應(yīng)盡量避免對(duì)鑄件進(jìn)行加工。鑄件上的孔、槽盡可能鑄出。但對(duì)高錳鋼的加工也并非完全不可能。刀具修整一次進(jìn)刀加工完的可以進(jìn)行，不可避免的加工應(yīng)在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)放大加工量，以使加工的進(jìn)刀量避開加工硬化層。

高錳鋼重新加熱時(shí)，在250—800 °C間存在碳化物析出的脆性溫度區(qū)間,且鑄態(tài)高錳鋼又存在網(wǎng)狀碳化物以及鑄造應(yīng)力，因此，焊接性能很差。

高錳鋼鑄件，應(yīng)在水韌處理后割冒口或缺陷焊補(bǔ)，焊后應(yīng)快速冷卻。為消除或盡可能減小熱影響區(qū)，應(yīng)用小電流，不連續(xù)施焊，或邊焊邊澆水冷卻。焊條采用高錳鋼焊條或奧氏體不銹鋼焊條。若存在加工硬化層，應(yīng)在焊前去除。

高錳鋼鑄件多采用砂型造型工藝方案，砂型鑄造由于技術(shù)成熟，生產(chǎn)效率高而廣為推廣。也有采用特種鑄造的。特種鑄造是指在鑄型材料、制型方法、金屬液充型形式和金屬在型中凝固條件等方面與砂型鑄造有顯著差別的鑄造方法。特種鑄造包括：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、反壓鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、石膏型鑄造、陶瓷精密型鑄造、連續(xù)鑄造、真空吸鑄、細(xì)晶鑄造、電磁鑄造等。

高錳鋼高錳鋼的來源

1882年第一次獲得奧氏體組織的高錳鋼，1883年英國(guó)人哈德菲爾德(R．A．Hadfield)取得了高錳鋼專利。高錳鋼依其用途的不同可分為兩大類：

高錳鋼耐磨鋼

這類鋼含錳10%～15%，碳含量較高，一般為0.90%～1.50%，大部分在1．0%以上。

其化學(xué)成分為(%)：

C0．90～1．50

Mn10.0～15．0

Si0．30～1.0

S≤0.05

P≤0.10

這類高錳鋼的用量最多，常用來制作挖掘機(jī)的鏟齒、圓錐式破碎機(jī)的軋面壁和破碎壁、顎式破碎機(jī)岔板、球磨機(jī)襯板、鐵路轍岔、板錘、錘頭等。

上述成分的高錳鋼的鑄態(tài)組織通常是由奧氏體、碳化物和珠光體所組成，有時(shí)還含有少量的磷共晶。碳化物數(shù)量多時(shí)，常在晶界上呈網(wǎng)狀出現(xiàn)。因此鑄態(tài)組織的高錳鋼很脆，無法使用，需要進(jìn)行固溶處理。通常使用的熱處理方法是固溶處理，即將鋼加熱到1050～1100℃，保溫消除鑄態(tài)組織，得到單相奧氏體組織，然后水淬，使此種組織保持到常溫。熱處理后鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性均大幅度提高，所以此種熱處理方法也常稱為水韌處理。熱處理后力學(xué)性能為：σb615～1275MPa σs340～470MPa ζ15%～85% ψ15%～45% aKl96～294J/cm2 HBl80～225

低沖擊載荷時(shí)，可以達(dá)到HB300～400，高沖擊載荷時(shí)，可以達(dá)到HB500～800。隨沖擊載荷的不同，表面硬化層深度可達(dá)10～20mm。高硬度的硬化層可以抵抗沖擊磨料磨損。高錳鋼在強(qiáng)沖擊磨料磨損條件下，有優(yōu)異的抗磨性能，故常用于礦山、建材、火電等機(jī)械設(shè)備中，制作耐磨件。在低沖擊工況條件下，因加工硬化效果不明顯，高錳鋼不能發(fā)揮材料的特性。

中國(guó)常用的高錳鋼的牌號(hào)及其適用范圍是：ZGMn13—1(C 1.10%～1.50%)用于低沖擊件，ZGMn13—2(C1.00%～1.40%)用于普通件，ZGMn13—3(C0.90%～1.30%)用于復(fù)雜件，ZGMn13-4(C0.90%~1.20%)用于高沖擊件。以上4種牌號(hào)鋼的錳含量均為11.0%～14.0%。

在沖擊載荷作用的冷變形過程中，由于位錯(cuò)密度大量增加，位錯(cuò)的交割、位錯(cuò)的塞積及位錯(cuò)和溶質(zhì)原子的交互作用使鋼得到強(qiáng)化。這是加工硬化的重要原因。另一個(gè)重要原因則是高錳奧氏體的層錯(cuò)能低，形變時(shí)容易出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。常規(guī)成分的高錳鋼的形變硬化層中?？梢钥吹礁呙芏任诲e(cuò)、位錯(cuò)塞積和纏結(jié)。ε馬氏體和形變孿晶的出現(xiàn)使鋼難以變形，尤其是后者的作用更大。上述各種因素都使高錳鋼的硬化層得到很高程度的強(qiáng)化，硬度大幅度提高。

高錳鋼極易加工硬化，因而很難加工，絕大多數(shù)是鑄件，極少量用鍛壓方法加工。高錳鋼的鑄造性能較好。鋼的熔點(diǎn)低(約為1400℃)，鋼的液、固相線溫度間隔較小，(約為50℃)，鋼的導(dǎo)熱性低，因此鋼水流動(dòng)性好，易于澆注成型。高錳鋼的線膨脹系數(shù)為純鐵的1．5倍，為碳素鋼的2倍，故鑄造時(shí)體積收縮和線收縮率均較大，容易出現(xiàn)應(yīng)力和裂紋。

為提高高錳鋼的性能進(jìn)行過很多合金化、微合金化、碳錳含量調(diào)整和沉淀強(qiáng)化處理等方面的研究，并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用。介穩(wěn)奧氏體錳鋼的出現(xiàn)則可較大幅度降低鋼中碳、錳含量并使鋼的形變強(qiáng)化速度提高，可適用于高和中低沖擊載荷的工況條件，這是高錳鋼的新發(fā)展。

高錳鋼無磁鋼

這類鋼含錳大于17%，碳含量一般均在1.0%以下，常在電機(jī)工業(yè)中用于制作護(hù)環(huán)等。這類鋼的密度為7.87～7.98g/cm3。由于碳、錳含量均高，鋼的導(dǎo)熱能力差。導(dǎo)熱系數(shù)為12.979W/(m·℃)，約為碳素鋼的1/3。由于鋼是奧氏體組織，無磁性，其磁導(dǎo)率μ為1.003～1.03(H/m)。

高錳鋼是專為重工業(yè)提供使用的一種防磨鋼材，應(yīng)用領(lǐng)域包括采石、采礦、挖掘、煤炭工業(yè)、鑄造和鋼鐵行業(yè)等。

高錳鋼性能特點(diǎn)

經(jīng)防磨技術(shù)處理后，材料表面可達(dá)到500--550 布氏硬度，繼續(xù)保持內(nèi)部柔韌度，表面摩擦力最小化，可用高錳鋼或類似材料進(jìn)行焊接，可被乙炔氧炬切割，無磁性等。

高錳鋼技術(shù)參數(shù)

第一章 高錳鋼的基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié) 高錳鋼的化學(xué)成分

第二節(jié) 高錳鋼的和性能

主要參考文獻(xiàn)

第二章 高錳鋼的冶煉

第一節(jié) 堿性電弧爐氧化法

第二節(jié) 堿性電弧爐返回法

第三節(jié) 冶煉因素對(duì)高錳鋼質(zhì)量的影響

主要參考文獻(xiàn)

第三章 高錳鋼的鑄造

第一節(jié) 高錳鋼鑄造特性

第二節(jié) 高錳鋼鑄造工藝

第三節(jié) 鑄造因素對(duì)高錳鋼力學(xué)性能和耐磨性能的影響

第四節(jié) 高錳鋼的變質(zhì)處理

第五節(jié) 高錳鋼鑄造新方法2100433B