关于高锰钢的若干问题 通常高锰钢含13%Mn，已有百余年历史，至今尚有一
些问题在这里讨论一下，可能对读者有所裨益。 1 常用高锰钢
1.1 国内近20年来，由于过去滥用高锰钢，在一些原不该用高锰钢的场合也用了。后来人们用其它材料代替了高锰钢，取得了很大成绩。但这并不是说高锰钢的用途越来越小，不值得重视了。其实不然，高锰钢仍拥有巨大市场，其中绝大多数是Mn13，其次则是含铬的Mn13Cr2。此外，还有加入其它合金元素的高锰钢(见表1)
［1］
。
表1 高锰钢的典型成分
Tab.1 Typical composition of high manganese steel %
高锰钢 标准级 1.40 ～14.00 1.00～ 12.00～ 1.50～ 含铬的 1.40 14.00 2.50 1%Mo的 0.80～ 12.00～ 1.30 15.00 C Mn Cr Mo 其它 1.00～ 12.00 0.80～ 1.20 0.80～ 1.20 1.80～ 2.20 1%Mo 1.10～ 5.00～ 中锰 2%Mo的 1.40 7.00 1.00～ 12.00～ 1.50 15.00 高屈服 0.40～ 12.00～ 2.00～ 1.80～ 2.00～ 0.50～ 点的 0.70 15.00 4.00 2.20 4.00Ni 1.00V 2.00～ 0.20～ 可机加 0.30～ 18.00～ 工的 0.60 20.00 4.00Ni 0.40Bi ［1］
1.2 加入各种合金元素后的力学性能，如图1至图4
个问题：
所示，从中可以看到几
(1) 薄断面(25 mm)的性能均优于厚断面(150 mm)，这是由于厚断面中碳的偏析比较严重所致［2］，这也是在对待厚断面高锰钢件时应该十分注意的一个问
题。
(2) 通常高锰钢的σs只有350 MPa左右，使高锰钢件在服役中易于产生流变，流变使生产操作十分不便，而且甚至会产生严重的后果。加入Cr、Mo、Ni等元素可以提高σb，但主要的着眼点却在于提高σs(图1、2)，其中含Cr或Mo的高锰钢可达σs 410 MPa，那种高屈服点的高锰钢σs可达660 MPa。有人以为
加Cr可以提高耐磨寿命，但实践并未观察到这一现象。
(3) 加Mo可以提高σs，而不牺牲韧性，这点优于加铬。加Mo可提高铸态高锰钢的力学性能(δ＞20%，αK(夏氏)＞53 J/cm2），因此有些铸件若不适宜进行热处理，可以采用这种措施。由于Mo与C易于结合，使C在钢中的溶解减慢，推迟碳化物的析出［3］，并指出加入1.0%Mo可基本上消除铸态碳化物，韧性得以提高。Mo的这一特点就赋予高锰钢一些方便之处，也就是在铸造、切割、焊补时不易产生裂纹(指碳低时)。Mo既然能抑制淬火时碳化物的析出，因此适用于
厚壁铸件及高碳铸件。经弥散硬化处理的含Mo Mn13可以提高寿命。 (4) 由图3和图4中的韧性指标可以看出中锰钢的δ和αK最低。这种合金在国外开始于60年代初，本来认为它容易加工硬化，能提高使用寿命，但实际上几十年来却得不到推广应用，问题是生产中或使用中均易发生开裂之故
［2］
。
国内也有报道［4］，为提高中、低冲击工况下的耐磨性，人们开发了中、低锰钢，
但常出现韧性较低、安全性不好等问题。因此，对中锰钢的使用该取谨慎的态度。
图1 抗拉强度σb/MPa 图2 屈服强度σs/MPa Fig.1 Tensile strength Fig.2 Yield strength
图3 延伸率δ/% Fig.3 Elongation
图4 αK/J.cm-2(Izod)冲击韧性 Fig.4 Impact toughness
(5) 对高锰钢的余热淬火，有人认为这是一种节能措施，也似乎认为余热淬火的温度高一些可以消除碳化物。这是一个错误的举措。高锰钢中碳化物究竟是何时形成的?余热淬火究竟能否消除它?有些人对此是不清楚的。应该理解的是高锰钢中晶界上的粗大碳化物是液固转变时生成的。由于凝固时碳的偏析，最后凝
固的地方应该是晶界，晶界上的碳量大为升高，致使该处凝固时产生碳化物。液固转变结束时碳化物已经形成，接下去无论以何种速度冷却，这种已经形成的碳化物是不会消失的。其消失只有2种可能：(1)余热能保持铸件于1 000 ℃左右若干小时，晶界上碳化物得以有时间溶解，碳量扩散到奥氏体中去，也即碳量得以均匀化，碳化物即行消失，随之以快冷，碳化物则不再出现，但余热淬火不会有足够的时间；(2)如通常所做的那样，铸件在冷却后，经重新加热到1 000 ℃左右，保温若干小时也同样可以发生上述过程，碳化物得以消除。因此，余热淬火是不可能消除碳化物的。
话又说回来，高锰钢件是不是可以允许有一些碳化物?在铸件尺寸小、冲击不是太大的情况下，有一些碳化物虽然会使韧性有些伤害，但仍能保持较高的水平(高锰钢的韧性储备极大)，使用中仍可保证安全，因此，有一些碳化物应该是可以的。在这种情况下，余热淬火是多余的，因为铸态高锰钢中晶界上本来就有碳化物。
因此，要消除碳化物，余热淬火无能为力；允许有碳化物时，余热淬火也是不必要的。
总之，余热淬火就变得没有用处了。
(6) 硅在高锰钢中的有害作用，不像磷那样受人注意。在厚断面铸件中，硅对韧性的危害可能会是灾难性的。硅能加强碳的偏析，使晶界上碳化物增多，恶化韧性。因此，硅量不宜太高，甚至可以看作杂质。所需的一点硅量，也只是为了脱氧和提高流动性。
(7) 至于磷，它会生成磷共晶，造成热裂。国标规定磷=0.07%时，在金相分析中可以发现磷共晶，超过0.07%时，高温塑性大大降低，对热裂十分敏感。当磷＜0.07%时，金相分析上虽看不到磷共晶，但仍有影响热裂的倾向。对大的复杂的铸件，磷量应＜0.04%。在焊接时，焊成的金属(基材和焊条一起)的磷量最好不超过0.03%，以免开裂。
有报道说，磷量与耐磨性也有关系，磷高会降低耐磨性。
当然降低磷量是有相当困难的，但对于降低磷量的必要性应该有充分认识，向着低磷的方向去努力。
2 超高锰钢
标准高锰钢含13%Mn，但近年来，国内外有一种倾向，就是发展了更高含锰量的超高锰钢。关于含锰量的级别，目前可以区分为18%Mn和25%Mn 2种。 2.1 Mn18
表1中，可以机加工的高锰钢中含18%Mn。
西安电力机械厂［5］用Mn18制作风扇磨冲击板。在运行后的冲击板亚表层测得加工硬化的程度大于Mn13。最高硬度接近HV800。所用成分为：1.1%～1.6% C; 16%～22% Mn; 0.30%～1.00% Si; 1.50%～4.0% Cr; 0.1%～0.6% Ti; ≤0.1% P; ≤0.05% S。冲击板寿命比原来提高50%以上。
文献［4］研究了低碳低锰(1.35% C,14%Mn)、中碳中锰(1.68% C,17%Mn)、高碳高锰(1.98% C,20% Mn)钢的组织和性能。其中发现，在用MLD-10做不同冲击能量下的试验，考核加工硬化能力，高碳高锰的加工硬化能力优于中碳中锰的。这说明了，同时提高碳和锰量可以提高加工硬化能力。
国内又有报道，安徽电力修造厂曾用下列成分的超高锰钢：1.53% C; 0.55% Si; 18.2% Mn; 2.65% Cr;0.22% Ti; 0.35% RE; ＜0.06% P; ＜0.05% S。制作风扇磨冲击板，寿命比原来提高近一倍。文章又介绍了，M.C.Uuxalel研制了在寒冷条件下用的含17%～20%Mn的超高锰钢，能提高冷脆抗力。也提到了原苏联北方用的铁路辙岔改用Mn18以后，其寿命比原用的Mn13提高20%～25%。又说，挪威某公司开发了一种含15%～23%Mn的超高锰钢，其初始硬度提高了HB80～150，加工硬化能力明显增强。
文献［6］报道，该厂接受外商订购的轧臼壁、衬套等部件，所用材料的成分为：1.05%～1.35% C; 17%～19% Mn; ≤1.0% Si; ≤0.055% P; ≤0.050% S; ≥0.50% Cr。该文认为，C、Mn均用得高，其中碳量高有利于钢的耐磨性；锰量高则有利于提高冲击韧性。
文献［7］将传统的1.2C-13Mn-Cr高锰钢成分改为1.5C-18Mn-Cr。其所以如此改变成分，是基于冲击磨损试验。在不同碳量高锰钢的冲击磨损试验中，发现冲击磨损量随碳量增加而下降，在1.5%C时，冲击磨损量较小。而在不同锰量
关于高锰钢的若干问题
