最初的高錳鋼碳含量約為1.2%、錳含量約為12%。經(jīng)過了100多年的應(yīng)用和發(fā)展,對基本成分有了一些改進(jìn),但尚未有重大的變革。改進(jìn)主要表現(xiàn)在對C、Mn含量的范圍作了進(jìn)一步的劃分,形成了較多的牌號,以適應(yīng)不同用途和不同尺寸的鑄件。對高錳鋼中加入合金元素,各國都進(jìn)行過多方面的研究,到目前為止,比較成熟的看法是:根據(jù)不同的條件,可分別加入適量的Mo、Cr或Ni,但也決不是加了合金就有好處。當(dāng)然,隨著科技的進(jìn)步,今后一定還會(huì)有新的發(fā)展。美國材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)關(guān)于高錳鋼的標(biāo)準(zhǔn)ASTMA128較好地反映了當(dāng)前生產(chǎn)高錳鋼鑄件的技術(shù)水平,其主要技術(shù)內(nèi)容已為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO13521:199所采納。ASTMA128中共規(guī)定了10個(gè)牌號,其化學(xué)成分見表。高錳鋼國標(biāo)為GB5680-2010。牌號

C

Mn

Cr

Mo

Ni

Si

P

A

1.05~1.35

≥11

-

-

-≤1

≤0.07

B-1

0.9-1.05

11.5-14

B-2

1.05-1.2

B-3

1.12-1.28

B-4

1.2-1.35

C

1.05-1.35

1.5-2.5

D

0.7-1.3

-

3-4

E-1

0.7-1.3

0.9-1.2

-

E-2

1.05-1.45

1.8-2.1

F

1.05-1.45

6-8

0.9-1.2

ASTMA128化學(xué)成分

一、碳和錳

高錳鋼是過共析鋼。在錳含量相同的情況下，高錳鋼的耐磨性有隨碳含量增加而提高的趨勢。但是，碳含量超過1.2%以后，晶界上就可能析出（Fe、Mn）3C型碳化物，使鋼的脆性增加。碳含量在0.8-1.7變化時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度隨碳含量增加而逐步有所提高，在碳含量為1.2%時(shí)達(dá)最高值,然后不斷下降。伸長率在碳含量超過1.0%以后就隨碳含量的增加而下降。抗拉強(qiáng)度和伸長率下降的主要原因是晶界上有碳化物析出。對于抗沖擊磨損的鑄件,塑性也十分重要,最好將碳含量保持在不致嚴(yán)重?fù)p害塑性的高限。一般的高錳鋼,碳含量宜控制在1.1%~1.25%。厚大鑄件凝固時(shí)間長,先析出低碳奧氏體晶粒,后凝固的部位富碳,成分偏析顯著即使碳含量低于1.1%,晶界上也可能有碳化物析出。碳含量低的牌號(D和E-1)就是為適應(yīng)這類鑄件而建立的。錳是穩(wěn)定奧氏體的元素,也是高錳鋼中的主要合金元素。RobertHadfield曾對錳含量(1.5%~22%左右)的影響作過系統(tǒng)的研究。經(jīng)水韌處理的高錳鋼,錳含量為5%~6%即可得到完全的奧氏體組織,但低錳鋼的力學(xué)性能欠佳,只用于特殊的工況條件。為使高錳鋼具有較好的力學(xué)性能,錳含量應(yīng)在10%以上。錳含量對屈服強(qiáng)度沒有太大的影響，對抗拉強(qiáng)度和伸長率的影響則不可忽視。錳含量在12%以下時(shí)，隨著錳含量的增加，抗拉強(qiáng)度和伸長率都有很大幅度的增長，超過12%以后，兩者的增勢都趨于緩慢，超過14%以后，則逐步下降。因此，只有加鉬且采用彌散硬化處理的鋼才可以將錳含量提高到14%或更高一些。

有的技術(shù)規(guī)格要求高錳鋼的錳碳比等于10或者更高，目前看來，此種要求尚缺乏充足的依據(jù)。二、硅

通常，高錳鋼中加入硅是為了冶煉過程中使鋼充分脫氧，并改善鋼液的流動(dòng)性，終硅量很少超過1%。

高錳鋼中硅含量一般低于2%，對抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率都沒有明顯的影響，但硅含量超過2%時(shí)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率都會(huì)顯著下降。

高錳鋼中的硅還會(huì)使碳在奧氏體中的溶解度降低，導(dǎo)致析出碳化物或者珠光體，在鑄態(tài)或者熱處理態(tài)的高錳鋼中都能見到硅的這種影響。為使耐磨性更好，應(yīng)使較多的碳溶于奧氏體中，基于這一點(diǎn)，高錳鋼中的硅含量不宜過高，高于正常含量的硅是有害而無益的。

一般高錳鋼中的硅含量控制在0.5-1.0%。三、磷和硫

磷對高錳鋼的力學(xué)性能是有害的,在厚大鑄件中,由于偏析的作用,磷的害處尤為嚴(yán)重。有研究工作表明,磷含量超過0.06%,就會(huì)使鋼的高溫強(qiáng)度和韌性降低,導(dǎo)致鑄件易于產(chǎn)生熱裂。還有報(bào)道說,其他化學(xué)成分相近、熱處理?xiàng)l件相同的兩種高錳鋼,磷含量為0.08%的鋼,力學(xué)性能明顯低于磷含量為0.05%的鋼

早期的高錳鋼,因加入大量錳鐵而帶進(jìn)大量的磷,加錳后又不能進(jìn)行脫磷操作,磷含量都較高,各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的磷含量上限值也大都是0.10%。20世紀(jì)60年代以后,低磷錳鐵的供應(yīng)量大增,美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)也隨之將磷含量上限值改變?yōu)?.07%。實(shí)際上,生產(chǎn)中應(yīng)盡量將磷含量控制在0.06%以下。

高錳鋼中的硫基本上不會(huì)成為問題。因?yàn)殄i含量很高,錳與硫結(jié)合形成硫化物夾雜,顆粒大的可浮起進(jìn)入爐渣,顆粒小的則以球狀非金屬夾雜的形態(tài)留在鑄件中,對鋼的性能影響很小。ASTM標(biāo)準(zhǔn)中干脆就對硫含量不作限定。四、鉻、鉬、鎳、銅等合金元素

到目前為止，大多數(shù)的高錳鋼都不添加其他的合金元素。對材質(zhì)有更高要求時(shí)，可以選擇含鉻、鉬、鎳等的牌號。①高錳鋼中的鉬，一部分固溶于奧氏體中，一部分在鑄件凝固時(shí)形成一次碳化物。固溶于奧氏體的鉬能有效抑制脆性碳化物和珠光體的生成，提高水韌處理后的屈服強(qiáng)度和韌性。一次碳化物中的鉬可使碳化物的分布狀況改變，由沿晶界析出的網(wǎng)狀碳化物改變?yōu)榍驙?。使鋼具有很高的?qiáng)度，耐磨性也得到改善。②高錳鋼中加入鉻，主要是為了提高屈服強(qiáng)度，但加入鉻后奧氏體晶界上網(wǎng)狀碳化物增多，抗拉強(qiáng)度和伸長率都有所下降。高錳鋼中加鉻是否能提高鋼的耐磨性，迄今為止，沒有得到證實(shí)。尚需進(jìn)一步研究。③高錳鋼中加入鎳，能穩(wěn)定奧氏體，并能有效抑制碳化物片晶析出，但對鋼沒有強(qiáng)化作用。高錳鋼中的鎳有助于保持無磁性，尤其是能保持鑄件的脫碳層無磁性。因此，鎳主要用于作為無磁性材料的高錳鋼。④釩是強(qiáng)碳化物形成元素，能形成細(xì)小的碳化物，從而