影响高锰钢力学性能的几个因素2008-02-29来源：中国金属加工()• 浏览次数：213• 添加收藏• 发给好友【摘要】论述了影响高锰钢力学性能的因素有碳化物、夹杂物、化学成分、晶粒度经 实践摸索，我们认为碳化物、夹杂物是影响高锰钢力学性能的主要因素，在检验过程中应严 格控制根据我厂实际情况，对成分控制比较严格，一般都能达到成分要求，所以对性能影 响也不会太大当不存在穿晶现象时，晶粒度对高锰钢的力学性能影响较小，在检验过程中 可做为一般检验项目高锰钢是历史最悠久，也是世界各国通用的一种抗磨钢这种钢适用于在重力冲击或挤 压的工作条件下经受摩擦的零件，这种奥氏体钢具有加工硬化性质，在冲击或重力挤压下， 其表层发生加工硬化现象，硬度比原来大幅提高，可达到450〜550HBW，而冲击韧度相应 有所降低这种具有高硬度的表层使铸件具有良好的抗磨性，至于铸件的内部则由于没有受 到加工硬化，仍旧保持其原有的硬度和良好的韧性当铸件的工作表面被磨掉一层后，显露 出来的新的一层又被加工硬化，而同样获得了高的硬度，由于表层具有高硬度而内部具有良 好的韧性这两方面很好的结合，所以铁路道岔中高锰钢辙叉铸件就是利用这一特性制造的。
为了保证高锰钢的这种力学性能，必须严格检查其关键项点，使产品保质保量，避免生产过 程中出现废品一、 高锰钢的铸态组织含wMn=10%〜14%、wC = 0.9 %〜1.4%的钢，在900以上时，具有单一奥氏体组织， 当温度降低到约900°C以下时将有碳化物(FeM) 3C析出，当温度继续下降至620°C左右时， 开始共析转化，并一直持续到约300C时终了，在这样平衡条件下得到的金相组织为铁素体 和碳化物但在铸造条件下，高锰钢结晶过程中的冷却速度大于平衡条件，因此组织转变不 能按平衡条件进行，而是共析转化来不及发生，得到的金相组织是由奥氏体和碳化物组成的二、 对影响高锰钢力学性能的因素探讨1. 碳化物对高锰钢性能的影响表1是一组试验数据号變•检项日曲牠度夹杂囱- 舉愉Rjha*-'!, cm"211级A緻析出嘰■（瀚耒构咸两我91724321级A钱析出碳吧删咸网状700. 113231锻A録未熔碳化執不超？瞬■c?26241级几儀7231401蹑B纵析出碳■（渤最构成网秋900.221761蹑B级析出碳比删咸网状68212 Q71蹑B纵未蜡碳犹物不超3慣9J022381組R毀粗碳化际3块71013592级A裟折出礙■（餉术构成两状918244101级A裟析出碳足瞬成网状702134112跛A锻未聊比剜加決925264122钱A相謝融赫T块726J IS132级B锻析出賂■（豳耒构成两状P0J213142级B緻析出碳此删咸网枚684122.152级B锁未箱碳化物不風？决912225162锻B憑粗犠代物"块712137173融A腿析出碳■«瀚卡构咸网扶Q17. 5243.5183飆A锁析出碳代删咸网状70313419i锻A锻未蜡碳壮物■不超1慣924. 5263.230?锁A娥72?213.5213型B憑析出嘰■（喙耒构咸网我902. 22J8.7223敎B锻析出碳1t瞬咸网状686124233娥B銭、耳眸Am#243锻B锻mm」jm i■空 s ■! rjt /I由表1数据可看出，无论是构成网状的析出碳化物还是>3块的未熔碳化物，对高锰钢力学 性能的影响非常大，使其冲击值及抗拉强度大大降低，远远低于标准规定的数值，Rm>750 MPa , aK >147J/cm2，所以，碳化物会严重影响高锰钢的力学性能，在检查时应严格控制。
2. 非金属夹杂物对高锰钢性能的影响表2是针对非金属夹杂物的一组试验数据序 罟类 別非盡属夹杂轲級刖漏1应aJ.era" ■1A怨9082652A級91224S3A诅9062564A级92Q2445B级3361985E锁842Iffl7B锻821192B1W1由以上数据可看出，碳化物不仅影响高锰钢的力学性能，非金属夹杂物的含量对钢的性能 也有显著影响高锰钢由于会产生大量的锰，因而在钢液中会产生大量的氧化齟MnO), 由于氧化锰在钢液中的溶解度很大，而在固态钢中的溶解度极小，因此在钢液凝固时，大量 的氧化锰以非金属夹杂物的形式析出在钢的周界上，降低钢的冲击韧度，并使铸件的热裂纹 倾向增大因为在冶炼高锰钢时，要求钢液脱氧良好，尽量降低钢液中氧化锰的含量另外， 由于非金属夹杂物的强度和塑性都很低，它们在钢液中的作用有如空洞或裂纹一样，割裂钢 的本体，降低钢的性能非金属夹杂物越多，对钢的本体割裂作用越大，显著降低钢的性能， 且随着钢中夹杂物数量的增多，钢的性能大幅降低在冶炼过程中，要尽量减少夹杂物的产生，只有夹杂物含量少，才能得到较高的抗拉强 度和冲击韧度因为对高锰钢进行检查时，必须对高锰钢的夹杂物做认真细致的分析，把其 做为检验的关键项点，从而提咼咼锰钢的性能。
3. 化学成分的选择及对高锰钢性能的影响(1) 含碳量和含锰量钢中含碳量过低时，不足以产生有效的加工硬化效果；而当碳含量 过高时，又会在铸态中出现大量的碳化物，特别是出现粗大的碳化物，因此为了避免析出碳 化物，必须控制含碳量不得过高为了保证高锰钢的性能，必须有足够的含锰量含锰量过 低时不能形成单一的奥氏体组织；而过高的含锰量也是不必要的，生产中一般规定，wMn 控制在11.0 %〜14.0%，wC控制在0.9 %〜1.3%应该指出的是，含锰量与含碳量之间 应有适当的搭配，即应有适宜的锰碳比，一般控制在Mn/CMO2) 含硅量高锰钢中wSi的规格含量为0.3%〜0.8%，硅会降低碳在奥氏体中的溶解 度，促使碳化物析出，使钢的耐磨性和冲击韧度降低，因此硅量应控制在规格下限3) 含磷量高锰钢的规格含量为wP<0.7%，熔炼高锰钢时，由于锰铁的含磷量较高， 因此一般情况下钢中的含磷量也比较高因为磷会降低钢的冲击韧度并使铸件容易开裂，所 以应尽量降低钢的含磷量4)含硫量 高锰钢的规格要求wS<0.05% ,高锰钢因为含锰量高，使钢中大部分的硫与 锰在熔炼过程中相互化合而形成硫化锰(MnS)而进入炉渣中，因而钢中的硫含量经常是较 低的(一般不超过0. 03%)，因此，在高锰钢中硫的有害作用比磷高。
综上所述，因化学成 分对高锰钢的性能有很大影响，所以在生产中要严格控制4. 晶粒度对高锰钢力学性能的影响(1)晶粒长大原理 奥氏体刚刚形成之后，起始晶粒一般均很细小，而且也不均匀，界面 弯曲且界面积大、界面能高从热力学分析，界面能越高，则界面越不稳定，必然要自发地 向减小晶界面积、降低界面能的方向发展就量说，小晶粒合并成大晶粒，弯曲界面变成平 直晶界是一种自发过程晶粒长大也是一种自发过程，它是由大晶粒吞并小晶粒的不均匀长大和大晶粒进一步长 大两个阶段组成的，主要表现为晶界的移动，高度弥散难熔的非金属或金属化合物颗粒对晶 粒长大起很大抑制作用，为了获得细小的奥氏体晶粒，必须要保证钢中的有足够数量和足够 细小难熔的第二相颗粒总而言之，晶粒长大的过程，就是小晶粒吞并成长为大晶粒，以及弯曲界面变成平直晶 界面的过程由于高锰钢是一种本质粗晶粒钢，它长大的倾向较大，一般在铸态情况下，它 的晶粒都较粗大2)关于高锰钢晶粒细化的问题用Al脱氧的钢，晶粒长大倾向小，属于本质细晶粒钢， 而用Si、Mn脱氧的钢，晶粒长大倾向大，一般属于本质粗晶粒钢，咼锰钢就是用Si、 Mn脱氧的钢，因此咼锰钢属于本质粗晶粒钢。
由于高锰钢在凝固以后的降温过程中没有二次结晶即在固态下没有相变，因此不可能通 过热处理的方式来细化晶粒，因此解决高锰钢的晶粒粗大问题只能从钢的一次结晶过程中求 得解决，即要求在铸态下得到细晶粒组织细化高锰钢的途径一般有以下几种：一是孕育处理往钢中加入钛、锆、铌和钒等元素作为生核剂孕育剂)这些元素与钢 中的碳和氮化合而成碳化物和氮化物这些碳化物和氮化物在钢的结晶过程中能起到外来核 心的作用，因而能使钢的晶粒细化但生产中使用这些元素的价格比较昂贵，且这些元素做 核心起化合物作用还需具备一些条件，所以一般都不被采纳二是采用金属型或冷铁激冷用金属型铸造或用冷铁激冷的局部，有助于在铸件的表层 得到较细的晶粒，但对于厚大铸件的中心部分的作用则并不显著三是控制浇注温度浇注温度对高锰钢晶粒度大小有一定的影响，但会受一定的限制， 即必须保证在钢液充满铸型的条件下，才能采用较低温度根据实际情况，工厂生产工艺都 是一定的，所以一般情况下浇注温度也是一定的，如在我厂的生产工艺情况下得到的高锰钢 的晶粒等级都在1〜3级范围内根据以上分析可以看出，由于高锰钢是本质粗晶粒钢，采用的几种细化晶粒的途径对高 锰钢来说都不是特别有效，因此细化高锰钢的晶粒度是有一定困难的，虽然加入一些合金元 素能够细化晶粒，但价格较昂贵、成本较高。
下面通过表3 一些试验数据来研究一下晶粒度对高锰钢力学性能的影响程度序 号测非金癘耒杂舸ama J cm' 21A.1S822232Ai级S9O2273Ai舉S942294Ai级S92221□Ai级潮22a □6Ai级83422SrA1綴887ZIP8A1观89CL 62309A1级S8L 7222IDA1級&79. 5226 511A2级sea22512A2级887. &22413A2级S79. 722Q 514A2報892. 622&15A2级S36. S22& 516A2级S87. 9224 517A2级S44. 621DISA2鉞89L 72 IS 515A2级890. 6221 520A2级888.-228L 521A3级892223. 522A3级88722428A3级89022734A3 St83S22925A3级857. 522&26A3罷891224 527AS级88622&38A3级商22D29A3级S98. 1222SOA95血m，加PjTiJ F】通过表3的试验数据可看出，高锰钢的晶粒度等级对高锰钢的性能影响不是很大，虽然 个别值有较低的现象，但是这种情况的出现经计算不超过5%,可忽略不计。
三、结语根据以上分析，我们可以看出，碳。