上海寶鋼高錳鋼板Mn13鋼板
Mn13是抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力物料磨損等耐磨材料中的鋼佳選擇，具有其它耐磨材料無法比擬的加工硬化特性，在較大沖擊載荷或較大接觸應(yīng)力的作用下，鋼板表層產(chǎn)生加工硬化，表面硬度由HB200迅速提升到HB500以上, 從而產(chǎn)生高耐磨的表面層，而鋼板內(nèi)層奧氏體仍保持良好的沖擊韌性。高錳鋼鋼大的特點(diǎn)有兩個：一是外來沖擊載荷越大，其自身表層耐磨性越高；二是隨著表面硬化層的逐漸磨損，新的加工硬化層會連續(xù)不斷形成。高錳鋼的特殊性能，適于制作長時間經(jīng)受高沖擊物料磨損的耐磨構(gòu)件，長期以來廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機(jī)械設(shè)備中。
Mn13簡介:
Mn13是抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力物料磨損等耐磨材料中的鋼佳選擇，具有其它耐磨材料無法比擬的加工硬化特性，在較大沖擊載荷或較大接觸應(yīng)力的作用下，鋼板表層產(chǎn)生加工硬化，表面硬度由HB200迅速提升到HB500以上, 從而產(chǎn)生高耐磨的表面層，而鋼板內(nèi)層奧氏體仍保持良好的沖擊韌性。高錳鋼鋼大的特點(diǎn)有兩個：一是外來沖擊載荷越大，其自身表層耐磨性越高；二是隨著表面硬化層的逐漸磨損，新的加工硬化層會連續(xù)不斷形成。高錳鋼的特殊性能，適于制作長時間經(jīng)受高沖擊物料磨損的耐磨構(gòu)件，長期以來廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機(jī)械設(shè)備中。尤其是近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，高錳鋼已成為磁懸浮列車、保險柜、鑿巖機(jī)器人、新型坦克等先進(jìn)設(shè)備中選擇的耐磨材料。許多新型材料和現(xiàn)代表面工程技術(shù)在性價比上仍無法與高錳鋼相比。Mn13化學(xué)成分:
mn13各化學(xué)元素含量 單位%
牌號 C Si Mn P S
Mn13 0.90-1.20 0.30-0.80 11.00-14.00 ≤0.035 ≤0.030
Mn13特點(diǎn)
Mn13是高錳耐磨鋼（HIGH MANGANESE STELL ）是抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力物料磨損等耐磨材料中的鋼佳選擇。
高錳鋼鋼大的特點(diǎn)有兩個：一是外來沖擊越大，其自身表層耐磨性越高；二是隨著表面硬化層的逐漸磨損，新的加工硬化層會連續(xù)不斷形成。Mn13扎制鋼板對強(qiáng)沖擊磨損和大應(yīng)力磨損有極好的耐磨性能，在使用過程中不會出現(xiàn)破碎，而且具有便于切割、焊接、彎曲等易機(jī)械加工性能。傳統(tǒng)使用的高鉻鑄鐵僅僅對移動磨損有較好的耐磨性。Mn13軋制鋼板可以有效降低設(shè)備易損件的使用成本并節(jié)省設(shè)備檢修費(fèi)用，提高成品競爭力。
Mn13標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)型的Mn13高錳鋼又稱Hadfield鋼，是由英國人Hadfield于1882年發(fā)明的。
其相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)如下：我國高錳鋼鑄件的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5680-2010[1])牌號有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、 ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5；美國ASTM奧氏體錳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)(ASTMA128/A128M-1993)鋼號有：ASTM- A(UNS-J91109)、ASTM-B-1(UNS-J91119)、ASTM-B-2(UNS-J91129)、ASTM-B-3(UNS-J91139)、ASTM-B-4(UNS-J91149)、ASTM-C(UNS-J91309)、 ASTM-D(UNS-J91459)、ASTM-E-1(UNS-J91249)、ASTM-E-2(UNS-J91339)、ASTM-F(說明：如果用戶無其它要求,一般供給鋼號A鑄件)；日本高錳鋼鑄件國家標(biāo)準(zhǔn)[JISG5131(1991)]牌號有：SCMnH1、SCMnH2、SCMnH3、 SCMnH11、SCMnH21；俄羅斯鑄造高錳鋼標(biāo)準(zhǔn)ΓOCT977-1988鋼號有：110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、 130Γ14 XMΦA(chǔ)π、120Γ10Φπ;ISO奧氏體錳鋼鑄件國際標(biāo)準(zhǔn)[ISO13521:1999(E)]牌號有：GX120MnMo7-1、GX110MnMo13-1、GX100Mn13、GX120Mn13、GX120MnCr13 2、GX120MnNi13-3、GX120Mn17、GX90MnMo14、GX120MnCr17-2。Mn13高錳鋼的鑄態(tài)組織中除奧氏體相外，還有析出的碳化物。為獲得高韌性，必須予以熱處理，以消除鑄態(tài)組織中晶內(nèi)和晶界上的碳化物。Mn13高錳鋼的含碳量通常為1.3%左右，要消除其鑄態(tài)組織的碳化物，需將鋼加熱到1000℃以上，并保溫適當(dāng)時間，使其碳化物完全溶解，隨后迅速冷卻，這種熱處理通常稱為水韌處理。水韌溫度取決于鑄鋼成分，通常為1000～1100℃。過高的水韌溫度會導(dǎo)致鑄件表面嚴(yán)重脫碳，而且奧氏體晶粒中和晶界上將析出共晶碳化物。由于共晶碳化物是不能通過重新熱處理來消除的脆性相，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生。
Mn13高錳鋼鑄件在入爐之前，鑄件表面的粘砂、披縫和澆注冒口要清理干凈。粘砂對鑄件加熱或冷卻都有隔熱作用，使鑄件加熱和入水后的冷卻不均勻，嚴(yán)重粘砂會降低鑄件入水后的冷卻速度，造成晶界碳化物重新析出。披縫較薄，在熱處理加熱時會產(chǎn)生脫碳，水淬后轉(zhuǎn)變成馬氏體，馬氏體相變體積膨脹，可能會使鑄件基體受到拉應(yīng)力而開裂。Mn13高錳鋼導(dǎo)熱系數(shù)低，100℃以下為碳鋼的1/4～1/6，600℃時為碳鋼的1/2～5/7。高錳鋼的熱膨脹系數(shù)大，為碳鋼的2倍，500℃以上時更大。雖然鑄件在低溫加熱過程中無相變應(yīng)力產(chǎn)生，但加熱到300℃以上后會出現(xiàn)晶內(nèi)和晶界上脆性碳化物增多的現(xiàn)象，有時會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。Mn13高錳鋼轍叉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同一鑄件壁厚相差懸殊，鑄件本身存在不小的鑄造應(yīng)力。在熱處理的加熱或冷卻過程中不同部位存在較大的溫差，會產(chǎn)生熱應(yīng)力。這樣，熱應(yīng)力和鑄造應(yīng)力疊加，使轍叉產(chǎn)生裂紋。因此，必須控制Mn13高錳鋼轍叉的入爐溫度和加熱速度。
Mn13高錳鋼轍叉的熱處理分冷轍叉處理和熱轍叉處理。對于熱轍叉，如果裝入同一窯的所有轍叉的裝窯溫度基本和窯溫一致，則這種工藝可以節(jié)約能源，提高效率。但在實(shí)際生產(chǎn)中裝窯溫度很難與窯溫一致，且相差較大，主要原因有：不同爐次的轍叉開箱水爆后在同一窯中進(jìn)行熱處理，造成同一窯中轍叉的初始溫度不同；由于連續(xù)生產(chǎn)，每天窯的初始溫度也不盡相同；季節(jié)性的溫度變化導(dǎo)致轍叉與窯的溫度變化較大；轍叉在窯內(nèi)的排序不同會造成一定的溫差。這樣導(dǎo)致轍叉與爐窯存在較大溫差，導(dǎo)致轍叉在水韌處理后開裂。冷轍叉的裝窯溫度降到室溫，熱轍叉的裝窯溫度降到150℃。兩種轍叉入窯后都均溫1.0～1.5h后再升溫。在650℃以下升溫時，由于高錳鋼晶界和晶內(nèi)會析出碳化物，有時還會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，因此升溫速度要慢。改進(jìn)后的工藝中，冷、熱兩種轍叉從150℃升溫到650℃時，升溫速度均為90℃/h，冷轍叉在150℃以下升溫速度要降到70℃/h。此外，在650℃以下升溫時，升溫速度隨高錳鋼中C、P含量增加而放慢，這是因?yàn)镃、P含量與熱處理時加熱裂紋密切相關(guān)。升溫到650～700℃時，要保溫1～2h，目的是使轍叉溫度均勻，消除鑄造應(yīng)力。溫度大于650℃，超過了高錳鋼的彈性變形溫度，高錳鋼由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，而且脆性碳化物逐漸溶解到奧氏體中，鋼的強(qiáng)度和塑性得到改善，加上保溫處理，鑄造應(yīng)力得到消除。因此隨后可以快速升溫。
TB/T447-2004規(guī)定對不含其他合金元素高錳鋼轍叉的水韌處理溫度為1000～1100℃。滲碳體型的碳化物溶解過程是碳從碳化物中向奧氏體中擴(kuò)散，原來滲碳體相的鐵原子自擴(kuò)散并形成面心立方的奧氏體。(Fe，Mn)3C型碳化物中的碳原子和其他原子作用力較弱，擴(kuò)散過程容易進(jìn)行，溶解速度較快，加熱到1000℃，(Fe，Mn)3C即可全部分解。為了加速分解、溶解和擴(kuò)散，促進(jìn)成分均勻化，固溶溫度選為1050～1100℃。溫度超過1050℃時，奧氏體晶粒已開始長大。當(dāng)溫度達(dá)到1120℃時，奧氏體晶粒長大明顯。溫度大于1150℃時，晶粒粗大，出現(xiàn)過熱組織。在1100℃奧氏體轉(zhuǎn)變完全，晶粒細(xì)小，碳化物彌散其中，并有較好的力學(xué)性能。而水韌溫度為1150℃時，晶粒有變大趨勢。保溫時間只要能使碳化物充分溶解、成分基本均勻即可，過長的保溫時間對力學(xué)性能無益。
冷卻的目的是得到過冷奧氏體，即把高溫奧氏體組織保留到常溫。為保持碳化物完全溶解和獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，必須從Mn13高錳鋼奧氏體化溫度快速冷卻。Mn13高錳鋼經(jīng)高溫保溫后，要以盡量快的速度冷卻，以使高溫時得到的單相奧氏體組織保持到常溫。
Mn13高錳鋼轍叉產(chǎn)生裂紋的幾率與其在窯爐中的位置大有關(guān)系，且不同的位置均有可能產(chǎn)生裂紋，無論是中間位置，還是頂部和邊緣位置。此外，相同層次不同結(jié)構(gòu)的轍叉出現(xiàn)裂紋的幾率也不一樣。復(fù)雜型結(jié)構(gòu)轍叉比單開轍叉出現(xiàn)裂紋的幾率要大，這是因?yàn)閺?fù)雜型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造殘留應(yīng)力大，同時，不同部位溫差也大。
通過均衡入爐溫度、降低加熱速率及合理安排碼放位置等，經(jīng)(1050～1100)℃×2h固溶，可有效地減少裂紋的產(chǎn)生，提高了Mn13高錳鋼力學(xué)性能及產(chǎn)品質(zhì)量。
Mn13是抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力物料磨損等耐磨材料中的鋼佳選擇，具有其它耐磨材料無法比擬的加工硬化特性，在較大沖擊載荷或較大接觸應(yīng)力的作用下，鋼板表層產(chǎn)生加工硬化，表面硬度由HB200迅速提升到HB500以上, 從而產(chǎn)生高耐磨的表面層，而鋼板內(nèi)層奧氏體仍保持良好的沖擊韌性。高錳鋼鋼大的特點(diǎn)有兩個：一是外來沖擊載荷越大，其自身表層耐磨性越高；二是隨著表面硬化層的逐漸磨損，新的加工硬化層會連續(xù)不斷形成。高錳鋼的特殊性能，適于制作長時間經(jīng)受高沖擊物料磨損的耐磨構(gòu)件，長期以來廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機(jī)械設(shè)備中。尤其是近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，高錳鋼已成為磁懸浮列車、保險柜、鑿巖機(jī)器人、新型坦克等先進(jìn)設(shè)備中選擇的耐磨材料。許多新型材料和現(xiàn)代表面工程技術(shù)在性價比上仍無法與高錳鋼相比。Mn13化學(xué)成分:
mn13各化學(xué)元素含量 單位%
牌號 C Si Mn P S
Mn13 0.90-1.20 0.30-0.80 11.00-14.00 ≤0.035 ≤0.030
Mn13特點(diǎn)
Mn13是高錳耐磨鋼（HIGH MANGANESE STELL ）是抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力物料磨損等耐磨材料中的鋼佳選擇。
高錳鋼鋼大的特點(diǎn)有兩個：一是外來沖擊越大，其自身表層耐磨性越高；二是隨著表面硬化層的逐漸磨損，新的加工硬化層會連續(xù)不斷形成。Mn13扎制鋼板對強(qiáng)沖擊磨損和大應(yīng)力磨損有極好的耐磨性能，在使用過程中不會出現(xiàn)破碎，而且具有便于切割、焊接、彎曲等易機(jī)械加工性能。傳統(tǒng)使用的高鉻鑄鐵僅僅對移動磨損有較好的耐磨性。Mn13軋制鋼板可以有效降低設(shè)備易損件的使用成本并節(jié)省設(shè)備檢修費(fèi)用，提高成品競爭力。
Mn13標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)型的Mn13高錳鋼又稱Hadfield鋼，是由英國人Hadfield于1882年發(fā)明的。
其相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)如下：我國高錳鋼鑄件的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5680-2010[1])牌號有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、 ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5；美國ASTM奧氏體錳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)(ASTMA128/A128M-1993)鋼號有：ASTM- A(UNS-J91109)、ASTM-B-1(UNS-J91119)、ASTM-B-2(UNS-J91129)、ASTM-B-3(UNS-J91139)、ASTM-B-4(UNS-J91149)、ASTM-C(UNS-J91309)、 ASTM-D(UNS-J91459)、ASTM-E-1(UNS-J91249)、ASTM-E-2(UNS-J91339)、ASTM-F(說明：如果用戶無其它要求,一般供給鋼號A鑄件)；日本高錳鋼鑄件國家標(biāo)準(zhǔn)[JISG5131(1991)]牌號有：SCMnH1、SCMnH2、SCMnH3、 SCMnH11、SCMnH21；俄羅斯鑄造高錳鋼標(biāo)準(zhǔn)ΓOCT977-1988鋼號有：110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、 130Γ14 XMΦA(chǔ)π、120Γ10Φπ;ISO奧氏體錳鋼鑄件國際標(biāo)準(zhǔn)[ISO13521:1999(E)]牌號有：GX120MnMo7-1、GX110MnMo13-1、GX100Mn13、GX120Mn13、GX120MnCr13 2、GX120MnNi13-3、GX120Mn17、GX90MnMo14、GX120MnCr17-2。Mn13高錳鋼的鑄態(tài)組織中除奧氏體相外，還有析出的碳化物。為獲得高韌性，必須予以熱處理，以消除鑄態(tài)組織中晶內(nèi)和晶界上的碳化物。Mn13高錳鋼的含碳量通常為1.3%左右，要消除其鑄態(tài)組織的碳化物，需將鋼加熱到1000℃以上，并保溫適當(dāng)時間，使其碳化物完全溶解，隨后迅速冷卻，這種熱處理通常稱為水韌處理。水韌溫度取決于鑄鋼成分，通常為1000～1100℃。過高的水韌溫度會導(dǎo)致鑄件表面嚴(yán)重脫碳，而且奧氏體晶粒中和晶界上將析出共晶碳化物。由于共晶碳化物是不能通過重新熱處理來消除的脆性相，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生。
Mn13高錳鋼鑄件在入爐之前，鑄件表面的粘砂、披縫和澆注冒口要清理干凈。粘砂對鑄件加熱或冷卻都有隔熱作用，使鑄件加熱和入水后的冷卻不均勻，嚴(yán)重粘砂會降低鑄件入水后的冷卻速度，造成晶界碳化物重新析出。披縫較薄，在熱處理加熱時會產(chǎn)生脫碳，水淬后轉(zhuǎn)變成馬氏體，馬氏體相變體積膨脹，可能會使鑄件基體受到拉應(yīng)力而開裂。Mn13高錳鋼導(dǎo)熱系數(shù)低，100℃以下為碳鋼的1/4～1/6，600℃時為碳鋼的1/2～5/7。高錳鋼的熱膨脹系數(shù)大，為碳鋼的2倍，500℃以上時更大。雖然鑄件在低溫加熱過程中無相變應(yīng)力產(chǎn)生，但加熱到300℃以上后會出現(xiàn)晶內(nèi)和晶界上脆性碳化物增多的現(xiàn)象，有時會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。Mn13高錳鋼轍叉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同一鑄件壁厚相差懸殊，鑄件本身存在不小的鑄造應(yīng)力。在熱處理的加熱或冷卻過程中不同部位存在較大的溫差，會產(chǎn)生熱應(yīng)力。這樣，熱應(yīng)力和鑄造應(yīng)力疊加，使轍叉產(chǎn)生裂紋。因此，必須控制Mn13高錳鋼轍叉的入爐溫度和加熱速度。
Mn13高錳鋼轍叉的熱處理分冷轍叉處理和熱轍叉處理。對于熱轍叉，如果裝入同一窯的所有轍叉的裝窯溫度基本和窯溫一致，則這種工藝可以節(jié)約能源，提高效率。但在實(shí)際生產(chǎn)中裝窯溫度很難與窯溫一致，且相差較大，主要原因有：不同爐次的轍叉開箱水爆后在同一窯中進(jìn)行熱處理，造成同一窯中轍叉的初始溫度不同；由于連續(xù)生產(chǎn)，每天窯的初始溫度也不盡相同；季節(jié)性的溫度變化導(dǎo)致轍叉與窯的溫度變化較大；轍叉在窯內(nèi)的排序不同會造成一定的溫差。這樣導(dǎo)致轍叉與爐窯存在較大溫差，導(dǎo)致轍叉在水韌處理后開裂。冷轍叉的裝窯溫度降到室溫，熱轍叉的裝窯溫度降到150℃。兩種轍叉入窯后都均溫1.0～1.5h后再升溫。在650℃以下升溫時，由于高錳鋼晶界和晶內(nèi)會析出碳化物，有時還會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，因此升溫速度要慢。改進(jìn)后的工藝中，冷、熱兩種轍叉從150℃升溫到650℃時，升溫速度均為90℃/h，冷轍叉在150℃以下升溫速度要降到70℃/h。此外，在650℃以下升溫時，升溫速度隨高錳鋼中C、P含量增加而放慢，這是因?yàn)镃、P含量與熱處理時加熱裂紋密切相關(guān)。升溫到650～700℃時，要保溫1～2h，目的是使轍叉溫度均勻，消除鑄造應(yīng)力。溫度大于650℃，超過了高錳鋼的彈性變形溫度，高錳鋼由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，而且脆性碳化物逐漸溶解到奧氏體中，鋼的強(qiáng)度和塑性得到改善，加上保溫處理，鑄造應(yīng)力得到消除。因此隨后可以快速升溫。
TB/T447-2004規(guī)定對不含其他合金元素高錳鋼轍叉的水韌處理溫度為1000～1100℃。滲碳體型的碳化物溶解過程是碳從碳化物中向奧氏體中擴(kuò)散，原來滲碳體相的鐵原子自擴(kuò)散并形成面心立方的奧氏體。(Fe，Mn)3C型碳化物中的碳原子和其他原子作用力較弱，擴(kuò)散過程容易進(jìn)行，溶解速度較快，加熱到1000℃，(Fe，Mn)3C即可全部分解。為了加速分解、溶解和擴(kuò)散，促進(jìn)成分均勻化，固溶溫度選為1050～1100℃。溫度超過1050℃時，奧氏體晶粒已開始長大。當(dāng)溫度達(dá)到1120℃時，奧氏體晶粒長大明顯。溫度大于1150℃時，晶粒粗大，出現(xiàn)過熱組織。在1100℃奧氏體轉(zhuǎn)變完全，晶粒細(xì)小，碳化物彌散其中，并有較好的力學(xué)性能。而水韌溫度為1150℃時，晶粒有變大趨勢。保溫時間只要能使碳化物充分溶解、成分基本均勻即可，過長的保溫時間對力學(xué)性能無益。
冷卻的目的是得到過冷奧氏體，即把高溫奧氏體組織保留到常溫。為保持碳化物完全溶解和獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，必須從Mn13高錳鋼奧氏體化溫度快速冷卻。Mn13高錳鋼經(jīng)高溫保溫后，要以盡量快的速度冷卻，以使高溫時得到的單相奧氏體組織保持到常溫。
Mn13高錳鋼轍叉產(chǎn)生裂紋的幾率與其在窯爐中的位置大有關(guān)系，且不同的位置均有可能產(chǎn)生裂紋，無論是中間位置，還是頂部和邊緣位置。此外，相同層次不同結(jié)構(gòu)的轍叉出現(xiàn)裂紋的幾率也不一樣。復(fù)雜型結(jié)構(gòu)轍叉比單開轍叉出現(xiàn)裂紋的幾率要大，這是因?yàn)閺?fù)雜型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造殘留應(yīng)力大，同時，不同部位溫差也大。
通過均衡入爐溫度、降低加熱速率及合理安排碼放位置等，經(jīng)(1050～1100)℃×2h固溶，可有效地減少裂紋的產(chǎn)生，提高了Mn13高錳鋼力學(xué)性能及產(chǎn)品質(zhì)量。
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