一、什么是高锰钢？
    高锰钢是指含锰量在10%以上的合金钢。也叫哈德菲尔德钢，是1882年由英国的R．A．Hadfield发明的性能优良的耐磨钢，具有明显的形变硬化特性，属Fe-Mn-C系奥氏体锰钢。经典高锰钢公称锰的质量分数为13%。ISO国际标准牌号为GX120Mn13，我国国标为ZGMn13系列，德国DIN标准为G-X120Mn13，俄罗斯国家标准为iior13n等。
二、我国常用高猛钢的化学成分及牌号是什么？

三、化学成分对高锰钢性能的影响？
（1）碳（C）对高锰钢的力学性能有什么影响？
    碳在高锰钢中有两个作用，一是促使形成单相奥氏体组织，二是固溶强化，以保证高的力学性能。碳含量对高锰钢力学性能和耐磨性都有显著的影响。水韧处理后，碳的质量分数为0. 81% -1.18%时，对高锰钢的冲击韧度影响很小；大于1.18qo以后，冲击韧度明显降低。
（2）锰（Mn）对高锰钢性能有什么影响？
    锰是高锰钢中的主要合金元素，对高锰钢的力学性能和耐磨性影响较大。锰含量增加时，高锰钢的强度和冲击韧度增加，塑性变化不明显。另外，锰还是促使奥氏体枝晶生长迅速的元素，锰含量高使导热性能下降，高锰钢铸件中各部位的温差增加，铸件结构不均匀所引起的热裂会更加严重。因此，薄壁铸件锰的质量分数可适当降低至10. 0% – 11. 5%。而厚壁铸件为保证热处理时不析出碳化物，一般要求锰的质量分数不低于12. 0% – 12.5%。结构复杂、受力状况复杂的铸件以及强冲击工况条件下工作的高锰钢铸件，也要求锰的质量分数不低于12. 0%。12. 5%，反之可适当降低锰含量。
    在高锰钢生产实际中，合理选择锰、碳含量是非常重要的，其中首先要确定碳含量，对于厚重的、承受高冲击载荷的、添加铬、钼等碳化物形成元素的高锰钢铸件，应选择较低的碳含量，如w(C)=0.9%一1.1%；小而薄、冲击载荷小、要求抗磨能力强的高锰钢铸件，宜选用较高碳含量，如w(C)=1.2%~1.4%。碳含量确定后，再确定锰含量，此时可参考已有的锰碳含量比范围确定锰含量。通常碳含量偏于规格下限时，可选用较高的锰碳含量比，反之则选用较低锰碳含量比。
(3) 硅对高锰钢性能有什么影响？
    硅对高锰钢性能的影响较为复杂，总的说来，随着硅含量的增加，屈服强度有明显提高，抗拉强度变化不多，塑性和韧性有明显降低。主要是因为硅降低碳在奥氏体中的溶解度，提高碳的化学位，较强烈地促使奥氏体中的碳脱溶，提高碳化物析出倾向。另外，硅还有改变碳化物形貌的作用，当硅含量较低时(如w(Si)=0.2%)，碳化物常呈针片状，而硅的质量分数增加至0.8%时，碳化物则呈块状。因此，普通高锰钢中硅的质量分数通常控制在0.30-/0 -1.00-10，应用于高冲击工况下的高锰钢铸件和结构复杂的高锰钢铸件。优质高锰钢中硅的质量分数宜控制在0. 3%-0.8%，特别是碳含量超过1.2%（质量分数）的高锰钢铸件，其硅的质量分数更应控制在0.6%以下，否则极易出现尺寸较大的块状碳化物，损害高锰钢的力学性能。尤其应该注意的是，在厚断面铸件（大于120mm）中，硅对韧性的危害可能会是灾难性的。硅能加剧碳元素的偏析，使晶界上碳化物增多，恶化高锰钢韧性，此时硅量不宜太高，甚至可以看作杂质，建议将硅的质量分数控制在0. 5%以下。
(4) 铝在高锰钢中有什么作用？
    关于铝在高锰钢中的作用，一直存在争论。铝在高锰钢中通常是作为脱氧剂加人的，加入量一般控制在0.6 -1.2kg/t（钢）。高锰钢中铝加入量过多时，钢液流动性明显下降，铸造性能恶化，底注包的水口砖容易被堵死，还会使钢的晶粒粗化，恶化高锰钢的力学性能，耐磨性也相应下降。但是，在磷含量较高的高锰钢中，适当增加铝含量，因磷和铝可以形成熔点约1800℃的化合物，且该化合物主要位于奥氏体晶内，可以减少奥氏体晶界上磷共晶的数量，从而可减轻磷的有害作用，提高高锰钢力学性能。
    另外，在高锰钢中适当增加铝含量，还有改善低温冲击韧度的作用。利用铝有促进石墨化的作用，张长军等人在高锰钢中提高铝含量，研究了含铝铸态高锰钢的组织和性能。研究发现，高锰钢中铝的质量分数达到1. 41%时，铸态组织的晶粒内及晶界上均出现点状石墨，晶界上也无网状碳化物出现，且随着铝加入量增加，铸态高锰钢的冲击韧度明显增加，铝的质量分数达到2. 36%时，铸恋高锰钢的冲击韧度接近100J/Crri2。但是，铝含量高时，高锰钢铸造性能差，铸件组织中夹杂物多，且晶粒粗大。因此，常用高锰钢铸件的铝加入量建议控制在0.5 -0.8kg/t（钢）。
(5) 镍在高锰钢中有什么作用？
    镍在钢中是稳定奥氏体的合金元素，由于高锰钢中锰含量高，锰稳定奥氏体的作用往往掩盖了加入高锰钢中镍的作用，镍在高锰钢中的主要作用如下：
    1)镍能抑制碳从奥氏体中脱溶，降低晶界碳化物析出倾向，显著减少晶间碳化物数量。含镍高锰钢以正火代替水淬获得单一奥氏体组织，这将大大降低因水淬而引起的铸件变形和裂纹发生率，简化生产设备。
    2)镍能明显提高高锰钢的低温力学性能。1%C -12%Mn高锰钢- 40℃的冲击韧度只有室温值的57%，而加入质量分数为3%的镍后，此比值提高到75%。常规高锰钢的零塑性转变温度( NDTT)为- 93℃，加入镍后可降至- 100℃以下，且镍质量分数为5%以下时，高锰钢的低温冲击韧度随镍含量增加而提高。
    3)镍能提高高锰钢使用温度，扩大其应用范围。热处理后的普通高锰钢加热至260℃即开始在奥氏体晶粒内析出针状碳化物，导致材料脆性相应上升。高锰钢中加入质量分数为3%的镍后，可使针状碳化物的析出温度提高至380℃。
    4)镍能改善高锰钢的抗氧化性能。含镍高锰钢铸态组织中碳化物尺寸小、数量少，奥氏体化温度可降低到950℃左右，保温时间也可相应缩短，再由于含镍铸件本身具有较好的抗氧化作用，导致含镍高锰钢铸件热处理后的脱碳量和氧化皮生成量大幅度降低，明显提高了铸件质量。另外，含镍高锰钢还具有良好的抗裂性能。
    5)镍能改善高锰钢的焊接性能。用化学成分（质量分数）≤1.1%C、11%。180-/0 Mn.3.00-10 -5.0% Ni、0.04%~0.06% Si和≤2.0%Mo的含镍高锰钢焊条可代替ICr18Ni9Ti不锈钢焊条对高锰钢铸件施焊，可以获得无碳化物析出、不发生奥氏体晶粒外延生长导致产生粗大柱状晶粒的焊缝，力学性能良好，强度、塑性和韧性与普通高锰钢没有差别。镍是我国的短缺资源，价格高，在高锰钢中应谨慎使用。
（6）高锰钢加铬能提高耐磨性吗？
    高锰钢中加铬不一定能提高耐磨性。铬与碳亲和力强，相同生产条件下，含铬高锰钢比普通高锰钢中晶界碳化物数量多，且碳含量较高时，含铬高锰钢中的碳化物常以网状分布于晶界，会降低高锰钢的塑性和韧性。高锰钢中铬的质量分数一般为1. 5% -2.50-/0，此时碳化物多为(Cr，Fe)3C，硬度值达900—1100HV，并有少量硬度为1200 – 1800HV的高硬度碳化物(Cr，Fe)7C3出现。当铬的质量分数达到4%时，碳化物大多成为( Cr，Fe)7C3，此时硬度显著提高，塑性和韧性却有所下降，仅适合于承受冲击较小的零件。
    加铬能提高高锰钢屈服强度，并改善形变硬化效果。与普通高锰钢相比，形变硬化达到相同的表面硬度时，加铬高锰钢所需的压缩变形量较小。研究发现，在化学成分（质量分数）1. 15%C和12.1%Mn的高锰钢中加入2.10% Cr后，其屈服强度由378MPa提高到429MPa，提高了13.5%；而断面收缩率由25. 2%降低到18. g%，降低了25%。在化学成分（质量分数）为1.00-10一1.4%C和12. 0% -14.0%Mn的高锰钢中加入1.85% Cr后，其冲击韧度平均值由113 J/Cfl12降低到86J/cm2，降幅高达23. g%。
    高锰钢中加铬提高耐磨性是有条件的。高锰钢加铬的效果与铸件表面在形变过程中能否避免材料剥落有关，剥落会造成表面材料额外流失而导致磨损量的增加。一般来说，物料较硬时，加铬不会改善高锰钢耐磨性，而物料较软时，加铬可明显’改善高锰钢耐磨性。研究发现，采用化学成分（质量分数）为1.3%C和12.9%Mn的高锰钢制造400mm×600mm破碎机固定颚板，破碎坚硬的花岗石时，普通高锰钢颚板处理矿石量比加20-/0 Cr高锰钢提高80-/0；而处理硬度低的石灰石时，后者的处理量比前者提高了35%。同样成分的两种材料制造的质量为50kg的破碎机锤头，分别用于破碎花岗石和石灰石，也得到了相似的结果。在露天铁矿使用的3m3挖掘机斗齿，发现加铬高锰钢斗齿的使用寿命比普通高锰钢提高约41%。值得注意的是，加铬高锰钢在低温下冲击韧度降低很大，用于严寒地区的高锰钢铸件更需要慎重考虑加铬的利弊。
（7）钼在高锰钢中有什么作用？
    钼是高锰钢中常用的合金元素，钼在高锰钢中的主要作用有以下三方面：
    1)钼在450 – 600℃之间能够有效地抑制渗碳体聚集，导致钼的碳化物以极细小尺寸弥散分布于奥氏体中，通过弥散强化作用，强化奥氏体组织，使高锰钢的强度和硬度增加，形变硬化性能增强，从而改善抗磨能力。
    2)钼能有效抑制高锰钢冷却过程中晶界碳化物的析出。高锰钢中加铬则使晶界碳化物析出倾向大大提高，高锰钢中钼、铬两种元素的复合加入，可使两种合金元素的有益作用同时发挥出来。
    3)钼和镍在抑制奥氏体析出针状碳化物方面有相似的作用，高锰钢加钼后，针状碳化物变短，数量显著减少，析出温度提高，可使铸件的脆化温度提高到350℃左右。因此，含钼高锰钢主要用于厚壁铸件，也适用于工作在较高温度(<350℃)的零件。
    转载文章：《耐磨材料500问》 符寒光