高锰钢分类及简介【详情】.doc

锰锰钢钢牌牌号号高锰钢是指含锰量在 10%以上的合金钢高锰钢按照国家标准分为 5 个牌号，主要区别是碳的含量，其范围是 0.75%－1.45%受冲击大，碳含量低锰含量在11.0%－14.0%之间，一般 不应低于 13%中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是：1、ZGMn13—1(C 1.10%～1.50%)用于低冲击件；2、ZGMn13—2(C1.00%～1.40%)用于普通件；3、ZGMn13—3(C0.90%～1.30%)用于复杂件 ；4、ZGMn13-4(C0.90%~1.20%)用于高冲击件以上 4 种牌号钢的锰含量均为 11.0%～14.0%5、超高锰钢尚无国标，但锰含量应大于18%一一、、高高锰锰钢钢分分类类及及简简介介1 1、、高高锰锰钢钢的的来来源源1882 年第一次获得奥氏体组织的高锰钢， 1883 年英国人哈德菲尔德(R．A．Hadfield)取得了高锰钢专利高锰钢依其用途的不同可分为两大类：2 2、、耐耐磨磨钢钢这类钢含锰 10％～15％，碳含量较高，一般为 0.90％～1.50％，大部 分在 1．0％以上其化学成分为 (％)： C0．90～1．50Mn10.0～15．0 Si0．30～1.0 S≤0.05 P≤0.10 这类高锰钢的用量最多，常用来制作 挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机 衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。

上述成分的高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成， 有时还含有少量的磷共晶碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现因此 铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进行固溶处理通常使用的热处理 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，然后水淬，使此种组织保持到常温热处理后钢的强度、 塑性和韧性均大幅度提高，所以此种热处理方法也常称为水韧处理热处理 后力学性能为： σb615～1275MPa σ 0.2340～470MPa ζ15％～85％ ψ15％～45％ aKl96～294J／cm2 HBl80～225 高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解，当其数量较少符合 检验标准时，仍可使用 奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形形变强 化的结果，在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高低冲 击载荷时，可以达到 HB300～400，高冲击载荷时，可以达到 HB500～800随冲击载荷的不同，表面硬化层深度可达10～20mm高硬度 的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损高锰钢在强冲击磨料磨损条件下，有优异 的抗磨性能，故常用于矿山、建材、火电等机械设备中，制作耐磨件。

在低 冲击工况条件下，因加工硬化效果不明显，高锰钢不能发挥材料的特性 中国常用的高锰钢的牌号及其适用范围是： ZGMn13—1(C 1.10％～1.50％)用于低冲击件， ZGMn13—2(C1.00％～1.40％)用于普通件， ZGMn13—3(C0.90％～1.30％)用于复杂件， ZGMn13-4(C0.90％~1.20％)用 于高冲击件以上 4 种牌号钢的锰含量均为 11.0％～14.0％ 在冲击载荷作用的冷变形过程中，由于位错密度大量增加，位错的交割、 位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化这是加工硬化的重 要原因另一个重要原因则是高锰奥氏体的层错能低，形变时容易出现堆垛 层错，从而为 ε 马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件常规成分的 高锰钢的形变硬化层中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难以变形，尤其是后者的作用更大上述各种因素 都使高锰钢的硬化层得到很高程度的强化，硬度大幅度提高 高锰钢极易加工硬化，因而很难加工，绝大多数是铸件，极少量用锻压 方法加工高锰钢的铸造性能较好钢的熔点低 (约为 14()()℃)，钢的液、 固相线温度间隔较小， (约为 50℃)，钢的导热性低，因此钢水流动性好， 易于浇注成型。

高锰钢的线膨胀系数为纯铁的1．5 倍，为碳素钢的 2 倍， 故铸造时体积收缩和线收缩率均较大，容易出现应力和裂纹 为提高高锰钢的性能进行过很多合金化、微合金化、碳锰含量调整和沉 淀强化处理等方面的研究，并在生产实践中得到应用介稳奥氏体锰钢的出 现则可较局 gao 大幅度降低钢中碳、锰含量并使钢的形变强化速度提高，可 适用于高和中低冲击载荷的工况条件，这是高锰钢的新发展 3 3、、无无磁磁钢钢这类钢含锰大于 17％，碳含量一般均在 1.0％以下，常在电机工业中 用于制作护环等这类钢的密度为7.87～7.98g／cm3由于碳、锰含量均 高，钢的导热能力差导热系数为12.979W／(m•℃)，约为碳素钢的1／3由于钢是奥氏体组织，无磁性，其磁导率μ 为 1．003～1．03(H/m)2、高高锰锰钢钢的的铸铸造造工工艺艺 在高能量冲击的工作条件下，高锰钢与超高锰钢铸件的应用范围是广阔 的许多铸造厂，对生产此类钢种铸件缺乏必要的认识现对具体操作做简 要的说明，供生产者参考 1 1 、、化化学学成成分分高锰钢按照国家标准分为 5 个牌号，主要区别是碳的含量，其范围是 0.75％－1.45％。

受冲击大，碳含量低锰含量在11.0％－14.0％之间， 一般不应低于 13％超高锰钢尚无国标，但锰含量应大于18％硅含量的 高低，对冲击韧度影响较大，故应取下限，以不大于0.5％为宜低磷低 硫是最基本的要求，由于高的锰含量自然起到脱硫作用，故降磷是最要紧的， 设法使磷低于 0.07％铬是提高抗磨性的，一般在 2.0％左右 2 2、、 炉炉料料入炉材料是由化学成分决定的主要炉料是优质碳素钢（或钢锭）、高 碳锰铁、中碳锰铁、高碳铬铁及高锰钢回炉料这里特别提醒的是由人认为 只要化学成分合适，就可以多用回炉料这个人士是有害的某些厂之所以 产品质量不佳，皆出于此不仅高锰钢、超高锰钢，凡是金属铸件，绝不可 以过多的使用回炉料，回炉料不应超过25％那么，回炉料过剩该如何？ 只要把废品降到最低，回炉料就不会过剩 3 3 、、熔熔炼炼这里着重讲加料顺序，无论用中频炉，还是电弧炉熔炼，总是先熔炼碳 素钢，而各类锰铁和其他贵重合金材料，要分多次，每次少量入炉，贵重元 素在最后加入，以减少烧损料块应尽量小些，以50－80mm 为宜熔清后， 炉温达到 1580－1600℃时，要脱氧、脱氢、脱氮，可用铝丝，也可用Si- Ca 合金或 SiC 等材料。

将脱氧剂一定压到炉内深处金属液面此时用覆盖 剂盖严，隔断外界空气还要镇静一段时间，使氧化物、夹杂物有充足时间 上浮然而，不少企业，只将铝丝甚至铝屑，撒再金属液面上，又不加覆盖， 岂不白白浪费！在此期间，及时用中碳锰铁来调整锰与碳的含量 钢液出炉前，将浇包烘烤到 400℃以上是十分必要的在出炉期间用 V-Fe、Ti-Fe、稀土等多种微量元素做变质处理，是使一次结晶细化的必要 手段，它对产品性能影响是至关重要的 4 4、、 炉炉料料与与造造型型材材料料要延长炉令，当分清钢种与炉衬的属性锰钢属碱性，炉衬当然选用镁 质材料捣打炉衬要轮番周而复始换位操作添加炉衬材料不可过厚，每次80 厘米左右为宜，捣毕要低温长时间烘烤如提高生产效率，笔者建议采用 成型坩埚（沈阳力得厂和恒丰厂均又成品出售），从拆炉捣装成，不用1 小时，即可投入生产，同时成型坩埚对防穿炉大裨益当然，炉令的长短与 操作者大又关系不少操作者像掷铅球的运动员一样，把炉料从三四米之外 投入炉内，既不安全又伤炉令，应将炉料置于炉口旁预热，然后用夹子慢慢 地将炉料顺炉料置于炉口旁预热，然后用夹子慢慢地将炉料顺炉壁放入 造型材料和涂料也应与金属液属性相一致，或者用中兴材料（如铬铁矿 砂、棕刚玉等）。

若想获得一次结晶细化的集体，采用蓄热量大的铬铁矿砂 是正确的，尤其是消失模生产厂，用它将克服散热慢的缺点 5 5、、 铸铸造造工工艺艺设设计计锰钢的特点是凝固收缩 大，散热性差，据此，在工艺设计中铸造收缩率 取 2.5％－2.7％，铸件越长大、越应取上限型砂与砂芯的退让性一定要好 浇注系统采取开放式多个分散的内浇道从铸件的薄壁处引入，且成扁而宽 的喇叭状，靠近铸件处的截面积大于与横浇道相联的截面积，使金属液快速 平稳地注入铸型，防止整个铸型内的温差过大冒口直径要大于热节直径， 紧靠热节，高度是直径的 2.5－3.0 倍，必须采用热冒口甚至浇冒口合一， 让充足的高温金属液来不足铸件在凝固收缩时之空位将直浇道、冒口位于 高处（砂箱有 5－8的斜度）也是正确的浇注时尽可能低温快浇一旦 凝固，要及时松砂箱聪明的设计师总是善于利用冷铁，包括内冷铁于外冷 铁，它既细化一次结晶，消除缩孔、缩松，又提高工艺出品率，当然，适宜 的用量和规格是应该考虑的内冷铁要干净、易熔，用量以少为宜外冷铁 的三维尺寸与冷却物的三维尺寸为0.6－0.7 倍的函数关系过小不起作用， 过大造成铸件开裂铸件在型内要长时间保温，直到低于200℃再开箱。

6 6 、、热热处处理理热处理开裂，是低温阶段升温过快所致故正确的操作是350℃以下， 升温速度 750℃时，铸件内呈塑性状态，可以快速升温了至1050℃时根据铸件的 厚度确定保温时间，然后再升到 1100℃以上给出炉降温留有余地然后尽 快入水高温时升温太慢，保温时间太短，出炉后到入水时间间隔过长（不 应>0.5min），这一切都影响铸件质量入水温度应 <30℃，淬火后，水温 <50℃，水量应不小于铸件重量的 8 倍冷水从池下部进入，温水从池顶面 流出铸件在水池中要三个方向不停地一动 7 7、、 切切割割与与焊焊接接因为锰钢热传导性能差，所以在切割浇冒口时应十分注意最好将铸件 置于水中，被切割部分露在水外，切割时留一定量的茬，热处理后磨掉 不少厂，焊接和焊补成为必然选用奥氏体基的锰镍焊条（D256 或 D266 型），规格细长， φ3.2mm×350mm，外层药皮为碱性操作时采用小 电流，弱电弧，小焊道多焊层、始终保持低温度少热量的操作方法一边焊 接一边击打，消除应力重要铸件必须探伤 8 8、、生生产产的的注注意意事事项项生产者要考虑的，不仅仅是降低生产成本，但更重要的是不出废品，最 大限度地出优质品，进而最到限度地扩大占领市场份额。

这看起来是慢而费， 实际上是快而省，这个观念不仅认识到，更重要的是要做到 ZGMn13ZGMn13 牌号牌号- -化学成分化学成分对应产品名： 高锰铸钢 标准对照表： 日本 JIS G5131(1991) 韩国 KS D4104(1995) 美国 ASTM A128/A128M—1998 标准内容：5.1.4 高锰铸钢(1)中国 GB 标准高锰铸钢 [GB/T 5680—1998]a.高锰铸钢的钢号与化学成分，见表5-27表表 5-275-27 高锰铸钢的钢号与化学成分高锰铸钢的钢号与化学成分（质量分数）（%）钢号CSiMnP ≤ S ≤ CrMoZGMn13-11.00～1.450.30～1.0011.0～14.00.0900.040——ZGMn13-20.90～1.350.30～1.0011.0～14.00.0700.040——ZGMn13-30.95～1.350.30～1.0011.0～14.00.0700.035——ZGMn13-40.90～1.300.30～1.0011.0～14.00.0700.0401.50～2.50—ZGMn13-50.75～1.300.30～1.0011.0～14.00.0700.040—0.90～1.20b.高锰铸钢的力学性能与用途，见表 5-28。

表表 5-285-28 高锰铸钢的力学性能与用途高锰铸钢的力学性能与用途力学性能（不小于）钢号σb σsδψ 硬度HBS用途范围/MPa / Mpa (。