高锰钢定义分类性能及特点

  目前无论是高锰钢互焊还是堆焊或是与异种材料互焊都已很成熟的解决。但在施焊过程中切记高锰钢在250?C-800?C之间时存在着碳化物析出脆性温度区间。许多高锰钢采用泡水或强制冷却法都取得了良好效果。高锰钢焊条一般都会采用碱性渣系、直流反接，较为重要的焊接能够使用闪光焊（瑞士GAAS80/700型闪光焊机）或MAG焊（如日产YD-S-500）可以轻松又有效地保证焊缝力学性能。

  高锰钢的切割性能一般，一般禁止在铸态下冷切割，需要在冷铸态切割时，应把铸件本体浸在冷水中。热切割应在铸件凝固冷却到650?C -800?C红热状态下进行，切割后应尽快迈入热砂中缓冷。

  高锰钢的锻造性一般，可在冷、热状态下进行小变形量加工，热锻可以在950?C -1200?C，据资料报道高锰钢小锤头锻造后，耐磨性提高1.7倍。

  答案是肯定。高锰钢在很长一段时期被认为是不可切屑加工、不可焊接的。但随着科学技术发展，这一些状况正在迅速改变。

  目前大量超硬材料刀具如“立方氮化硼刀具”、“复合材料陶瓷刀具”、“金刚石刀具”、均已能相对容易地加以解决。其他还有电加工、化学加工、喷水加工也取得了很大进展。

  通过稀土、钒、钛、硅、钙、铝、镁等元素单相或复合制作而成变质剂以改善高锰钢的微细组织，提高性能的方法称为变质处理，变质处理的作用一般有如下几点：

  1.细化晶粒2.净化钢液3.抑制碳化物长大4.改善高锰钢的铸造性能5.强化作用6.提高综合力学性能7.提高耐磨性

  变质剂一般分（一）、单一稀土变质剂如：铈、镧稀土、铈、钇基稀土（二）、复合稀土变质剂如Mg-稀土、Ti-Al-Ca-Ce复合稀土、钒-钛-稀土、钙-钛-稀土（SR）（三）、非稀土变质剂如硅钙合金等。通常用稀土感觉质量最好的还是包头生产的“三峰”牌硅稀土。变质剂使用效果除跟化学成分、加入量有关外，还与加入工艺方法有极大的关系。一般归纳起来有：炉内加入法、出钢槽内加入法、钢包内加入法、粉喷吹法、模内吊挂稀土棒法、喂丝法，其中钢包内加入法应用较为普遍，它又分为投入法、压入法、吹氩压入法等，稀土加入方式特别的重要，从某一种意义上讲，它是重要的成败关键点之一。稀土的粒度、温度、钢水温度等参数稍有变化就会导致变质处理效果大相径庭。很多技术力量薄弱或现场工艺控制不太严的企业看起来也在加变质剂处理，却没什么效果就是这个问题。

  中锰、高锰、超高锰钢其基本组织与特性都是相似的，又各有特点，它的国际标准成分如下：

  中锰钢经水韧处理后的组织为奥氏体基体，但有较多的碳化物，加入钼能抑制铸态中的碳化物组织的析出。与Mn13相比，中锰钢的含锰量下降，奥氏体稳定性下降，在非强烈冲击下耐磨性高于标准Mn13约20-30%。而对于厚大断面的Mn13铸件，水韧处理后内部常出现碳化物而使韧性下降，低温下Mn13也常出现脆断，同时耐磨性也嫌不足，屈服强度低，而Mn18超高锰则在某些特定的程度上解决了上述问题。

  沉淀强化处理的目的是奥氏体基体中出现弥散分布的第二相强化基体，以提高材料抗磨料磨损的能力。它有好几种典型工艺，这里仅列举其一（图二）

  用这种工艺生产的耐磨件在抵抗磨料磨损时钢的耐磨性有大幅度提高，但使用此工艺对温度控制要求甚严。

  特别要提到的是，很多企业为了节约能源，降低生产所带来的成本而采用铸造余热淬火，在成批生产小型件和要求不很严格的工件是可以的。它是将铸件在1100-1180℃时从铸型中取出，然后装入均热炉内按1050℃-1080℃保温3-5小时后水淬，这种工艺的要点一是在许可的条件下对成分优化调整，如加变质剂等。二是严控工艺温度。而有些企业则不然，只是简单地将铸件取出抛入水中，这种简单粗放的方式，工艺参数控制无从谈起，质量也就不可能保证。

  五、高锰钢的生产所带来的成本大概是多少？为什么市场上有许多便宜的“高锰钢”，5000元/吨能生产出合格高锰钢吗？

  的确，目前市面上有许多价格在5000元左右一吨的“高锰钢”，这从生产所带来的成本角度来讲是不可能的，那这到底是怎么回事呢？

  有了优质的钢水，就必须有良好的铸造工艺，无论是造型面砂、涂料配制、浇注、补缩、排气还是浇注温度、开箱温度、清砂、浇冒口切割都需要科学而严格的工艺控制才能生产出良好的毛坯件。

  最后起关键的工序是热处理，“水韧处理”人人会做，但做好的实在不多。首先热处理很多厂家都不重视，采用燃煤的居多，这种炉子炉温极不均匀，这是高锰钢处理的大忌，再则没有翻车机构居多，没办法保证入水温度和时间，使用翻车式电炉固然好，但成本太高。目前最理想的是“自制煤气翻车炉”，它投资少、成本低、控温精确、入水快是较理想的设备。其次是高锰钢淬火水池容量要足够大，一般静态水要12：1，动态水流量则看情况。再则装炉量、升温时间、保温温度都是很重要的。这不仅取决于工厂的设备、工艺，更要看质量第一的观念和严格的管理、检验制度。

  1.严格备料：尤其时高锰钢中的锰铁很重要，其含磷量高低是影响高锰钢性能很重要的因素。必要是加入少量金属锰来保证高锰钢纯而又纯的要求，其他如合金杂质含量、粒度、预热程度、废钢质量都很重要。

  2.冶炼工艺：采用什么方法，什么炉型是获得优质高锰钢的保证。目前大部分企业使用中频电炉冶炼高锰钢是很难达到优质标准的。抛开先进的真空冶炼，目前采用碱性电弧炉或平炉是基本要求，实在无此条件，也要使用优质碱性炉衬（电熔镁砂）在碱性电弧炉中一般都会采用氧化法，回炉料较多时可采用返回法，这期间无论是氧化法中的吹氧还是脱氧造渣、测温工艺控制都很重要。

  二、高锰钢具有什么样的特性？它的抗磨机理是什么？为何至今仍有巨大的生命力？

  高锰钢在抵抗磨损的同时，由于其极强的韧性，因而抵抗剧烈冲击负荷，其安全性、可靠性是其他材料无法相比的。高锰钢在承受剧烈冲击或接触应力下，其表面会迅速硬化，而芯部仍保持极强的韧性，这种外硬内韧既抗磨损又抗冲击的特点是极其有利的。且表面受冲击越重，表面硬化就越充分，耐磨性就越好。表面被磨损后，次表面又被硬化，因而这一性能优势便被大范围的应用于矿山、冶金、军工、建材、铁路、电力等重要环境。100多年来至今没有有效的替代材料。随着现代技术的进展，高锰钢的相关潜力不断被发掘，目前已被应用于如“磁悬浮列车”、“凿岩机器人”、“新型主战坦克”等领域。随着“原位增强”等一系列新技术的成功应用，高锰钢将表现出更优越的抗冲击抗磨损特性，其材料综合性价比的优势将更为突出，故耐磨材料界美其名曰“不朽的耐磨材料”。

  三、高锰钢的特点和局限性是什么，错误的选材将会给生产带来什么样的不利影响？

  由于高锰钢自身硬度很低（HB170-230），在未硬化时耐磨性是极其有限的，其在剧烈冲击下表面迅速硬化而呈现出优良的抗磨性，但如果高锰钢件表面所承受冲击力不足（如小磨机衬板、小破碎机锤头等），则表面不能充分硬化（充分硬化后表面硬度可达HB550以上，反之则在HB350以下）则耐磨性无从发挥，而呈现出不耐磨的状况。有些重型破碎机锤头尽管冲击力很大，但碰到所破碎的物料有较强的磨蚀性，则高锰钢表面未来得及充分硬化即被磨损，这种失败的教训是很多的。如xx省有十余台TPC20.22，每套锤头重约6吨，（每只锤头重120kg，每套50只）价格为7-8万元/套，约破碎物料不足5万吨，其成本是惊人的。此外，高锰钢由于有较强的流变性，用作大磨机衬板时，衬板受冲击膨胀拱起，而拉断螺栓脱落，又如用在隔仓板、篦板、材料流变使篦缝糊死而致磨机产量严重下降等，因而高锰钢这一优质耐磨材料决不是万能的。何时何地如何应用应科学研究分析使用服役条件，充分掌握高锰钢的性能特点，扬长避短，方能取得应用的成功。

  合金主要由锰铁构成，在一吨普通Mn13中，净含锰在130千克左右，折合成65#锰铁约200千克，加上合金在生产中烧损等，实际折合220-240千克锰铁。目前优质锰铁价格约为6.5元/千克，此项约合1500元/吨，吨高锰钢用优质废钢850-900千克，折合市价约2000元/吨，再加上辅料及耐火材料消耗，一吨Mn13的材料成本在正常商业条件下不会低于3600元/吨，吨高锰钢成品冶炼加工处理按不同形式要求，大约在1500-1700度电，（热处理采用煤炉不计入）折合市价约800-1000元，以上两项合计约4500元/吨，加上目前全体员工的最低工资折合吨加约500元，一共是5000元/吨。如按5000元/吨价格销售，税金应在300元以上，设备折旧价各厂情况不同在吨费用150-400元之间，营销费用至少在100元/吨，运费按情况不同，假定按最低100元/吨计，那么按5000元/吨销售，即便没有管理费用、质量成本或呆坏账准备，则每销售一吨大约亏损在1000元左右。常言道，杀头生意有人做，亏本买卖没人干，这究竟是怎么回事呢？答案是“偷工减料、伪劣次品”是唯一选择。

  一、什么是高锰钢？我国与美、日、俄等国的典型高锰钢技术标准比照如何，用吸铁石能鉴别高锰钢吗？

  标准的高锰钢（Mn13）又叫哈德菲尔德钢，是英国人Hadfield于1882年发明的。我国关于高锰钢的标准可查国家标准（GB/T5080-1998），与国外主要发达国家的比照如下：

  用吸铁石鉴别高锰钢是利用高锰钢无磁性的特点，但现实中有很多材料如部分不锈钢、耐热钢也无磁性，中锰钢、超高锰钢均无磁性，所以用此法鉴别是不可靠的。最简单的鉴别方法是技术人员或现场经验比较丰富的老师傅用火化兼备法，当然最根本的办法还是请专业部门化验分析，以免错判。

  目前5000元/吨的高锰钢大都是条件极为简单的小厂采用废旧衬板、锤头加废钢，稀里糊涂回炉，既不化验，更无金相、机械性能测试把关，含锰量大部分不足10%，有的只有5%甚至3%。热处理也只采用所谓“余热淬火”，即等铸件凝固发红即投入水中，这样工是省了，电也省了，甚至热处理炉也不要了，但入水温度、金相组织变化所需条件一概免谈，这样的产品价格自然是低，用在条件要求低的场合，尚可勉强使用，出了问题往往在下面私下摆平，息事宁人，但在较为重要的环境中是绝不可使用的。

  高锰钢的强化处理方法很多，“土的” 、“洋的”有十几种，但从根本原理归类大致可分为以下几类：

  一是沉淀强化；二是表面合金化；三是爆炸硬化；四是镶铸硬化；五是原位增强。另外如锤击、锻造、轧制、喷丸硬化或弥散强化等，均可在以上五类或边缘交叉中定位。有些时尚用词如“双相自强化”等，炒作、唬人或做秀成分更多。目前最有前途的是“原位增强”技术，它应验了中国一句老话即“好钢用在刀刃上”，即保持高锰钢原有的高韧性可抵抗剧烈冲击性能，又兼有极其坚硬表面，可谓韧、硬结合而价格又便宜。除此之外，在镶铸强化类如非金属陶瓷、金属硬质合金、镶铸或复合铸造也都是大有前途的，而表面合金化则兼有较好的性能与低成本双重优势，在许多场合也是很有前途的。

  高锰钢的热处理是很重要的工序，高锰钢与大部分钢种不同的是它在铸态下很脆，只有经过水淬处理后，才会有极高的韧性，这是所谓的“水韧”处理，高锰钢的热处理大致有两种类型：水韧处理和沉淀强化。

  水韧处理的目的是使铸态组织中的碳化物溶解，共析类型组织进行奥氏体化，铸态组织全部消除，得到化学成分均匀的单相奥氏体组织，然后快速冷却得到过冷的奥氏体固溶体组织。使其获得良好的抗强冲击磨料磨损的耐磨性。这种工艺在生产中不引人注意却又极易产生问题：一是入水温度控制必须≥950℃；二是淬火水池中水温（实际上重要的是装炉量与蓄水量控制）等，所以不同的生产企业尽管成分一致，性能差距极大是不奇怪的。