高錳鋼是指錳含量在10%以上的合金鋼。1882年，英國人哈德菲爾德首次獲得奧氏體組織的高錳鋼，並在1883年獲得專利，所以標準Mn13高錳鋼也被稱為哈德菲爾德鋼。高錳鋼根據其不同用途可分為兩類:
1，耐磨鋼。錳為10% ~ 15%，碳壹般為0.90% ~ 1.50%，大部分在1.0%以上。其化學成分(%):C:0.90 ~ 1.50；Mn:10.0 ~ 15.0；si:0.30 ~ 1.0；s:≤0.05；P: ≤ 0.10這種高錳鋼用的最多，沒有磁性。特別適用於沖擊磨料磨損和高應力磨削磨料磨損的工況，常用於制造抗沖擊耐磨鑄件，如球磨機襯板、錘式破碎機錘頭、顎式破碎機顎板、圓錐破碎機臼壁和破碎壁、挖掘機鬥齒和壁、鐵路道岔、拖拉機和坦克履帶板等。高錳鋼還用於防彈鋼板、安全鋼板等。
高錳鋼的鑄態組織通常由奧氏體、碳化物和珠光體組成，有時還含有少量的磷晶體。當碳化物的量較大時，它常常以網狀出現在晶界上。因此，鑄態組織的高錳鋼是脆性的，需要固溶處理。常用的熱處理方法是固溶處理，即將鋼加熱到1050 ~ 1100℃，保溫消除鑄態組織，得到單相奧氏體組織，然後用水淬火，使這種組織保持在室溫。熱處理後，顯微組織轉變為單壹奧氏體或含少量碳化物的奧氏體，鋼的強度、塑性和韌性都有較大提高，所以這種熱處理方法也常稱為水韌處理。高錳鋼是典型的耐磨鋼，其鑄態組織為奧氏體加碳化物。固溶處理後，高錳鋼中仍會有少量未溶解碳化物，當其數量少到符合檢驗標準時，也可以使用。
我國對高錳鋼鑄件的國家標準(GB/T5680-1998)是:ZGMN 13-1:c 1.00-1.45，Mn 165438+。zgmn 13-2:C 0.09-1.35，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-1.00，S≤0.04，P≤0.07。zgmn 13-3:C 0.95-1.35，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-0.80，S≤0.035，P≤0.07，用於復雜零件；zgmn 13-4:c 0.09-1.30，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-0.80，Cr 1.50-2.50，S ≤ 0。zgmn 13-5:c 0.75-1.30 Mn 11.0-14.00，Si 0.30-1.00，Mo 0.90-1.20。
高錳鋼具有良好的增錳效果。提高奧氏體的穩定性，防止碳化物的析出，從而提高鋼的強度和塑性，提高鋼的加工硬化能力和耐磨性。比如北方使用的ZGMn18鐵路道岔，使用壽命比ZGMn13長20%-25%。目前市場上很多耐磨高錳鋼生產廠家為了降低成本，幹脆用廢錳鋼進行再加熱，產品錳含量不達標，Cr、Mo含量更是無從談起，但硫、磷含量過高。而國藩工礦公司和夜香機械的“701”牌高錳鋼產品都是以Mn13Cr2、Mn13Mo、Mn65438+為基準。錳含量高於13%。超高錳鋼產品均按Mn18Cr2、Mn18Cr2Mo、Mn18Cr2MoV標準鑄造。Mn含量高於18%，有效去除了硫和磷雜質。鉻、鉬和釩可以增加耐磨性和抗沖擊性。因此產品的耐磨性和抗沖擊性都達到甚至遠遠超過了國家標準Mn13-4和Mn13-5(超高錳鋼不超出國家標準，但錳含量應大於18%)。雖然鑄造成本大大增加，但在破碎高硬度石頭方面有很大優勢。
在沖擊載荷下的冷變形過程中，由於位錯密度的大量增加、位錯的傳遞、位錯塞積以及位錯與溶質原子的相互作用，鋼得到強化。這是加工硬化的壹個重要原因。另壹個重要原因是高錳奧氏體層錯能低，變形時容易發生，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的形成創造了條件。在常規成分的高錳鋼形變硬化層中，經常可以看到高密度位錯、位錯塞積和纏結。ε馬氏體和形變孿晶的出現使鋼很難變形，尤其是後者。上述因素都在很大程度上強化了高錳鋼的硬化層，大大提高了其硬度。
奧氏體結構的高錳鋼最重要的特點是在強烈的沖擊和擠壓條件下，表層迅速發生塑性變形。由於變形強化，變形層存在明顯的加工硬化現象，表面硬度大幅提高(HB(布氏硬度)可達300-400，材料表面經抗磨技術處理後可達HB500-550，高沖擊載荷下HB500-800。不同沖擊載荷下，硬化層深度可達10-20mm)。在強沖擊磨料磨損條件下，高錳鋼具有優異的耐磨性，使其保持了中心奧氏體良好的韌性和塑性，硬化層具有良好的耐磨性，因此常被用來制作耐磨件。這是其他材料無法企及的。在低沖擊條件下，由於加工硬化效應不明顯，高錳鋼不能充分發揮材料的特性。高錳鋼的耐磨性只有在有足夠條件形成加工硬化時才顯示出優越性，其他情況下則較差。由於加工硬化，少量高錳鋼采用鍛造法加工，所以要盡量避免加工鑄件。鑄件上的孔和槽應盡可能鑄造。但是高錳鋼的加工也不是完全不可能。可在壹次進給加工後進行刀具修整，在鑄造工藝設計中應放大不可避免的加工，使加工進給避開加工硬化層。
高錳鋼的鑄造性能較好。鋼的熔點低(約1400℃)，鋼的液相和固相之間的溫度區間小(約50℃)，鋼的熱導率低，鋼液流動性好，易於澆鑄。高錳鋼的線膨脹系數是純鐵的1.5倍，碳鋼的2倍，所以鑄造時體積收縮和線收縮率大，容易出現應力和裂紋。
為了提高高錳鋼的性能，在合金化、微合金化、碳錳含量調整和沈澱強化處理等方面進行了許多研究，並在生產實踐中得到應用。亞穩奧氏體錳鋼的出現，與鑄鋼相比，可以大幅度降低鋼中的碳、錳含量，提高鋼的形變強化速度，適用於高和中低沖擊載荷的工況，是高錳鋼的新發展。
高錳鋼主要用於沖擊、擠壓、材料磨損等惡劣工況。失效形式主要是磨損，部分零件斷裂變形。磨損有三種:金屬部件表面相互接觸並移動的摩擦磨損；其他金屬或非金屬材料撞擊金屬表面的磨粒磨損和流動的氣體或液體與金屬接觸引起的沖蝕磨損。耐磨鋼的耐磨性取決於材料本身，而耐磨鋼在不同的工況下表現出不同的耐磨性，材料本身和工況都可以決定其耐磨性。奧氏體錳鋼是主要的鑄造耐磨鋼和耐磨鋼，適當熱處理的低合金鋼在壹定條件下也有很好的效果，而石墨鋼用於潤滑和摩擦條件。
2.非磁鋼。這種鋼的錳含量超過17%，碳含量壹般低於1.0%，常用於制造汽車行業的擋圈。這種鋼的密度為7.87-7.98克/立方厘米。由於碳和錳的含量高，鋼的導熱性差。導熱系數為12.979 W/(m·℃)，約為碳鋼的1/3。由於鋼是奧氏體，無磁性，其磁導率μ為1.003-1.03(H/m)。
二、影響高錳鋼力學性能的因素。
1，碳化物對性能的影響。降低高錳鋼的沖擊韌性和抗拉強度。
2.非金屬夾雜物對高錳鋼性能的影響。鋼水凝固時，大量的氧化錳以非金屬夾雜物的形式析出在鋼的外圍，降低了鋼的沖擊韌性，增加了鑄件熱裂的傾向。
3.高錳鋼化學成分的選擇及其對性能的影響。(1)碳含量和錳含量。當鋼中的碳含量過低時，不足以產生有效的加工硬化效應；碳含量過高時，鑄態會出現大量碳化物，尤其是粗大的碳化物。因此，為了避免碳化物析出，必須控制碳含量不要太高。為了保證高錳鋼的性能，必須有足夠的錳含量。當錳含量過低時，不能形成單壹的奧氏體組織；但是，錳含量過高也是不必要的。壹般來說，生產中WMn控制在11.0%-14.0%，WC控制在0.9%-1.3%。需要指出的是，錳含量和碳含量要有適當的搭配，即要有適當的錳碳比，壹般控制在Mn/C=10。(2)矽含量。高錳鋼中Wsi的規格含量為0.3%-0.8%。矽會降低碳在奧氏體中的溶解度，促進碳化物析出，降低鋼的耐磨性和沖擊韌性，所以矽含量應控制在規範下限。(3)磷含量。高錳鋼的規格含量為Wp≤0.7%。冶煉高錳鋼時，由於錳鐵中磷含量高，鋼中磷含量相對較高。因為磷會降低鋼的沖擊韌性，使鑄件容易開裂，所以應盡量降低鋼中的磷含量。(4)硫含量。高錳鋼的規格要求Ws≤0.05%。由於其錳含量較高，鋼中的硫和錳大部分相互結合形成硫化錳(MnS)進入渣中，所以鋼中的硫含量往往較低(壹般小於0.03%)。因此，硫在高錳鋼中的有害作用高於磷。
三、高錳鋼的鑄造工藝。
在高能沖擊的工作條件下，高錳鋼和超高錳鋼鑄件的應用範圍廣。許多鑄造廠對生產這種鑄鋼件缺乏必要的了解。現簡單說明具體操作，供生產者參考。高錳鋼鑄件多采用砂型造型工藝方案，砂型鑄造因其技術成熟、生產效率高而得到廣泛推廣。還有特殊的鑄造方法，在模具材料、造型方法、金屬液的充填形式、金屬在模具中的凝固條件等方面都與砂型鑄造有明顯的區別。特種鑄造包括:熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、背壓鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、石膏鑄造、陶瓷精密鑄造、連續鑄造、真空吸鑄、細晶鑄造、電磁鑄造等。
1，化學成分。高錳鋼按國家標準分為五個等級，主要區別是含碳量，範圍從0.75%到1.45%。影響越大，含碳量越低。錳含量在11.0%-14.0%之間，壹般不應低於13%。超高錳鋼沒有國家標準，但錳含量應大於18%。矽含量對沖擊韌性影響較大，應取下限，以不超過0.5%為宜。低磷低硫是最基本的要求。因為錳含量高自然起到脫硫作用，降磷是重中之重，盡量讓磷降到0.07%以下。鉻可以提高耐磨性，壹般在2.0%左右。鉬可以提高硬度，壹般在1.0%左右。
2.充電。送入熔爐的材料由化學成分決定。主要爐料有優質碳鋼(或鋼錠)、高碳錳鐵、中碳錳鐵、高碳鉻鐵和高錳鋼。有些人誤以為只要化學成分合適，就可以多使用回收材料，這就是壹些工廠產品質量差的原因。不僅是高錳鋼、超高錳鋼，所有金屬鑄件都不得使用過多的回爐料，回爐料不得超過25%。
3.融化。註意餵食順序。碳鋼總是先冶煉，不管是中頻爐還是電弧爐冶煉，而各種錳鐵等貴重合金材料要分幾次入爐，最後加入少量的貴重元素，以減少燒損。塊要盡可能小，最好是50-80 mm，熔化後，當爐溫達到1580-1600℃時，可用鋁線、矽鈣合金或SiC脫氧、脫氫、脫氮。脫氧劑必須被壓入熔爐深處。此時金屬液面被覆蓋劑嚴密覆蓋，隔絕外界空氣。冷靜壹段時間，讓氧化物和夾雜物有足夠的時間上浮。但很多企業只是在金屬表面撒上鋁線甚至鋁屑，而沒有覆蓋，這是壹種浪費。同時，用中碳錳鐵及時調整錳和碳的含量。在鋼水出爐之前，必須將鋼包烘烤到400℃以上。用釩鐵、鈦鐵、稀土等微量元素改性。是細化初結晶的必要手段，其對產品性能的影響非常重要。
4.裝料和成型材料。需要區分鋼種和爐襯的性質。錳鋼是堿性的，爐襯當然是氧化鎂的。搗固爐襯應輪流進行，並重復換位操作。襯料不能太厚，壹次80 cm左右，搗實後要低溫長時間烘烤。操作時要將爐料放在爐口旁邊預熱，然後用夾子將爐料慢慢放在爐口旁邊預熱，再用夾子將爐料沿爐壁慢慢放置。造型材料和塗料也應與熔融金屬的性質相壹致，或使用中性材料(如鉻鐵礦和棕剛玉)。如果想獲得壹個精煉的集合體，使用蓄熱能力大的鉻鐵礦是正確的，尤其是在消失模鑄造廠，這樣會克服散熱慢的缺點。
5.鑄造工藝設計。高錳鋼的特點是凝固收縮大，散熱性差。相應地，工藝設計中鑄件收縮率為2.5%-2.7%，鑄件生長時間越長，上限應越高。型砂和砂芯之間的退讓壹定要好。澆註系統打開了。多個分散的內部直澆道從鑄件的薄壁引入，並且它們是扁平且寬的喇叭形，並且鑄件附近的橫截面積大於與橫向直澆道相關聯的橫截面積，使得熔融金屬可以快速且平穩地註射到模具中，並且可以防止整個模具中的溫差過大。立管直徑大於熱點直徑，靠近熱點，高度為直徑的2.5-3.0倍。需要使用熱冒口甚至澆註冒口來制造足夠的高溫熔融金屬，以彌補鑄件在凝固收縮時的空缺。把直澆道和冒口放在高處(砂箱有5-8個。)的斜率也是正確的。澆註時，在低溫下盡快澆註。壹旦凝固，及時松開砂箱。要用好冷鐵，包括內冷鐵和外冷鐵，既細化初晶，消除縮孔、疏松，又能提高工藝成品率。內冷鐵要幹凈易熔，用量要少。外部冷卻鐵的三維尺寸與冷卻物體的三維尺寸之間的函數關系為0.6-0.7倍。太小不行，太大導致鑄件開裂。鑄件應在模具中長時間放置，直到溫度低於200℃後再開箱。
6.熱處理。熱處理開裂是低溫階段升溫過快造成的。因此，正確的操作是在350℃以下，升溫速率在750℃，鑄件處於塑性狀態，可以迅速升溫。當溫度達到1050℃時，根據鑄件厚度確定保溫時間，然後提高到1100℃以上。留有余地，讓爐子冷卻下來後盡快入水。高溫時，升溫過慢，保溫時間過短，出料至進水時間間隔過長(不應>:0.5分鐘)，都影響鑄件質量。進水溫度應為
7.切割和焊接。高錳鋼再加熱時，在250-800°C之間存在碳化物析出的脆性溫度區間，鑄態高錳鋼中存在網狀碳化物和鑄造應力，焊接性能很差。對於高錳鋼鑄件，應在水韌處理後切割冒口或焊接修補缺陷，焊後應迅速冷卻鑄件。由於錳鋼導熱性差，所以切割冒口時要非常註意。最好將鑄件放入水中，露出切割部分，切割時留壹定的留茬，熱處理後磨掉。為了盡可能地消除或減少熱影響區，采用小電流、弱電弧、間斷焊、小焊道多層焊或邊焊邊澆邊冷的操作方法，始終保持低溫低熱。焊接時敲擊以消除應力。必須檢查重要的鑄件。焊條采用高錳鋼焊條或奧氏體不銹鋼焊條(采用奧氏體D256或D266錳鎳焊條)，規格細長，φ3.2mm×350mm，外塗層為堿性。如果有加工硬化層，應在焊接前去除。
8.生產中的註意事項。生產者要考慮的不僅僅是降低生產成本，更重要的是不產生廢品，最大化生產優質產品，進而最大化市場份額。這看似又慢又貴，其實又快又經濟。