【正文】 件的高錳鋼鑄件，含錳量應(yīng)該高些。因此，為了使高錳鋼具有較好的耐磨性和沖擊韌性的配合，含碳量不宜過高。寒冷條件下使用的高錳鋼常出現(xiàn)脆斷現(xiàn)象 [8]。作為耐磨材料而言高錳鋼近年來的發(fā)展趨勢和取得的進(jìn)展主要表現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面:. 1 改 型 高 錳 鋼為了克服傳統(tǒng)高錳鋼的不足，對(duì)此鋼種進(jìn)行了大量的研究對(duì)比。也有人通過加入 Cr，Mo，Ti 和 V等碳化物形成元素，使其產(chǎn)生綜合作用，以改變高錳鋼中碳化物彌散分布的形態(tài)，獲得以 M23C6。高碳高錳鋼的耐磨性遠(yuǎn)高于Mn13，如含 C 1. 78%的 GTMn 一 A 球磨機(jī)襯板的使用壽命是 Mn13 的 3. 8 倍以上。大致成分為:Mn 8. 0～%，～1. 20%，Cr2. 0～2. 5%，Si0. 8%。 (c)既提高 Mn 含量，又提高 C 的含量超高錳鋼是在普通高錳鋼成分的基礎(chǔ)上通過提高碳錳含量發(fā)展而來的。此種材質(zhì)適用于軟磨料大角度沖蝕磨損條件。高錳鋼中合金元素的主要作用如下所述。含 Mo 鋼經(jīng)過強(qiáng)化處理后，可獲得較高的屈服強(qiáng)度，且韌性不降低，當(dāng)鋼中加入 0. 5%～0. 6%的 M。稀土元素:RE 的加入可凈化鋼液、細(xì)化晶粒、抑止碳化物的生長和改善夾雜物形態(tài)、分布的作用 [1,2,5,12]。利用稀土元素對(duì)晶界和相界明顯的凈化作用，對(duì)碳化物形核過程的影響以及對(duì)析出相的改性作用，可望通過稀土元素對(duì)合金化的高錳鋼進(jìn)行變質(zhì)處理改變析出碳化物在奧氏體基體中的分布狀態(tài)和碳化物的形態(tài)，在奧氏體錳鋼基體上獲得顆粒狀的碳化物并使之均勻分布于奧氏體晶粒內(nèi)部，從而抑制由于不利的析出相分布和形態(tài)給材料韌性帶來的影響 [2326]。由于 Mn 的加入，臨界點(diǎn) S 和 E 明顯左移。圖 FeMnC 三元合金相圖(含 13 %Mn) FeMnC ternary alloy diagram(including 13%manganese) (a)鑄態(tài)組織 (b)水韌組織 (c)加工硬化后組織(a)The ascast (b)Heat treatment (c)Workhardening Microstructure Microstructure Microstructure 圖 高錳鋼的顯微組織 ( The microscopic structure of high manganese steel 高 錳 鋼 的 性 能高錳鋼的物理性能高錳鋼的液相線溫度為 1400℃，固相線溫度為 1350℃,隨著高錳鋼的含碳量增加液相線溫度和固相線溫度降低。鑄態(tài)組織的硬度高低與鋼中碳含量及其它合金含量有關(guān)，碳含量增加組織中的碳化物數(shù)量增多，鋼的硬度增加。耐磨性錳在奧氏體中為置換固溶體，錳含量增加，加工硬化速度下降，對(duì)耐磨性不利。 稀 土 在 高 錳 鋼 中 的 作 用 及 其 機(jī) 理 稀 土 元 素稀土元素包括瀾系、憶和釩共 17 個(gè)元素。在周期表中均屬強(qiáng)堿性金屬，具有幾平相同的外層電子數(shù)和很大的負(fù)電性。稀土元素具有較大的原子半徑，比鐵的原子半徑大得多，可見稀土在鐵巾不會(huì)有較大的固溶度，一般在 ～%。稀土元素在金屬材料中的研究和應(yīng)用已有 80 多年的歷史。2)細(xì)化結(jié)晶，優(yōu)化高錳鋼組織。高錳鋼含硫量較低，一般都在 %以下，因稀土和硫結(jié)合力強(qiáng)。 高錳鋼鋼液容易吸氣，鋼液中的[H],[N]含量比普通鋼液要高，隨著鋼液溫度降低和結(jié)晶凝固。常溫和低溫時(shí)使韌性降低，在強(qiáng)沖擊載荷下易開裂。組別 RE C Si Mn P S [O] [N]12表 31 不同處理狀態(tài)的哦化學(xué)成分及氣體含量變化/% 細(xì) 化 晶 粒圖 32 表明，稀土對(duì)標(biāo)準(zhǔn)成分高錳鋼的晶粒粗化有明顯的抑制作用。在固溶處理時(shí)，稀土元素在晶界富集，阻礙原子擴(kuò)散和奧氏體晶粒的長大。由于選擇吸附的結(jié)果，它們大多富集在正在長大晶體與鋼液的界面上，建立起一層吸附薄膜，阻礙并降低了晶體長大的傾向。稀土元素在晶界上富集，填充了晶界空穴等缺陷，阻礙原子借晶界空穴進(jìn)行躍遷式擴(kuò)散，阻礙碳化物沿晶界長大。 強(qiáng) 化 作 用（a）晶界強(qiáng)化由于稀土元素的化學(xué)性質(zhì)異?；顫?，和氧，硫有很大的親和力，它能奪取鋼中的氧化物和硫化物中的氧和硫形成稀土化合物，這種化合物能夠從鋼液中大量上浮排除，使鋼液凈化。稀土元素在高錳鋼中有一定的固溶量，并隨殘余總量的增加，其固溶量也增加，最高可達(dá) 20%～30%。電鏡觀察表明，鋼中有一定量（幾十到幾百納米）的稀土質(zhì)點(diǎn)。因此，堅(jiān)硬的硬化層緊緊地連接在軟韌的奧氏體基體上，可有效地提高鑄件反復(fù)彎曲疲勞強(qiáng)度和防止沖擊負(fù)荷下剝落磨損。（6）最后一批礦石加入 5min 后攪拌，待碳合乎要求后，加錳鐵調(diào)整碳的成分，是鋼液中錳含量達(dá)到 %以上；（7）清潔沸騰后 3～5min 攪拌，取樣分析[C],[Mn],[P],并使[P]%。石灰：螢石：碳粉：硅鐵粉=4：1：：1，使形成弱電石渣，并關(guān)閉爐門 15min 左右，攪拌取樣分析[C],[Si],[Mn],[P]。 稀 土 高 錳 鋼 的 水 韌 處 理它與一般高錳鋼大體相同。水池容量為鑄件質(zhì)量的 10 倍以上。為此，廣大冶金工作者探索出了多種稀土合金在鋼中的加入方法。（2）分析比較加稀土高錳鋼的夾雜物和組織形態(tài)。第 二 章 、 實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容實(shí)驗(yàn)以高錳鋼為原料，鈰(Ce)和鑭（La）為稀土添加劑，按含量的不同分組，并給予一定的熱處理。具體成分表如下：序號(hào) C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Al Ti V稀土硅鐵加入量（kg/t）處理態(tài)1 鑄態(tài)2 3 水韌態(tài)3 鑄態(tài)4 5 水韌態(tài)5 鑄態(tài)6 7 水韌態(tài)表 高錳鋼加稀土試驗(yàn)化學(xué)成分表（ %）、 實(shí) 驗(yàn) 方 案 ： 實(shí) 驗(yàn) 準(zhǔn) 備、 實(shí) 驗(yàn) 材 料實(shí)驗(yàn)材料選用高錳鋼，由山西太鋼集團(tuán)公司提供。水韌處理的溫度通常是 1050℃～1100℃。圖 高錳鋼水韌處理示意圖、 切 割采用 DK77 系列電火花鉬絲切割機(jī)，將試樣分別切割成 10mm10mm5mm 的試樣用于做拍攝金相照片觀察顯微組織。腐蝕時(shí)間為 5～10 秒，然后用酒精沖洗，電吹風(fēng)吹干。、 掃 描 電 鏡 （ SEM） 觀 察掃描電子顯微鏡的二次電子一般都是在表層 5~10nm 深度范圍內(nèi)發(fā)射出來的，它對(duì)樣品的比表面形貌十分敏感，因此，能非常有效地顯示樣品的表面形貌，把未腐蝕的六個(gè)樣品進(jìn)行掃描電鏡觀察以進(jìn)一步確定高錳鋼中的夾雜物，斷口以及試樣的表面形貌。第 三 章 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 分 析、 組 織 分 析不同稀土加入量的高錳鋼將經(jīng)過水韌處理后試樣和未經(jīng)熱水韌理試樣，磨樣拋光，用 4%硝酸酒精腐蝕，在蔡氏光學(xué)顯微鏡下觀察其組織。從圖 對(duì)比 1和 2可以看出隨著稀土加入量的增大，晶界碳化物數(shù)量減少，晶內(nèi)碳化物形狀為不連續(xù)的團(tuán)塊狀。圖 中可以清晰地看到片狀珠光體。在經(jīng)過了水韌處理后，在高錳鋼中依然有少量碳化物沒有溶于基體。、 夾 雜 物 分 析 圖 相同稀土加入量不同熱處理狀態(tài)高猛鋼的夾雜物 500 倍掃描照片圖 為相同稀土加入量不同熱處理狀態(tài)高猛鋼的夾雜物 500 倍掃描照片，1，3，5分別為加入稀土硅鐵合金為 %,%,%的鑄態(tài)高錳鋼，2，4，6分別為加入稀土硅鐵合金 % ,%, %的水韌態(tài)高錳鋼。 稀土氧化物 稀土氧化物與疏松伴隨 圖 稀土夾雜物的形態(tài)分布及稀土夾雜物元素而分布圖鋁，鈦與稀土這些元素都在一定程度上具有脫氧，脫硫，形成氮化物和碳氮化物等作用。加入稀土后非金屬夾雜物 MnO, 、鐵錳硅酸鹽等的熔點(diǎn)提高。為了均勻夾雜物控制其尺寸不超標(biāo)就要控制稀土元素的加入量及加入方式使雜質(zhì)元素不過分集中在一個(gè)晶核上，采取措施使其多處形核，彌散分布，使其不能聚集長大。達(dá)到最高強(qiáng)度后馬上失效,基本無頸縮,這種現(xiàn)象取決于高錳鋼的變形機(jī)制:TRIP2TWIP 效應(yīng)。由于 TWIP 鋼具有穩(wěn)定的奧氏體組織和低的層錯(cuò)能，因而其變形機(jī)制以孿生為主。另一方面，孿生變形通過改變晶體位向?yàn)槲幌虿焕螂y滑移的滑移系的運(yùn)動(dòng)提供了可能，孿生變形增加了塑性變形方式，更利于基體金屬均勻變形，而目孿生本身也有一定的塑性形變量，故孿生變形對(duì)基體金屬塑性的增加有著積極的作用，推遲頸縮的形成，極大提高了斷后仲長率。由于晶粒細(xì)化，晶界增多，加上鋼液被凈化，夾雜分布改善，使晶界夾雜物數(shù)量明顯減少，少量的細(xì)小的圓粒狀?yuàn)A雜彌散分布于奧氏體晶內(nèi)，使夾雜對(duì)沖擊韌性的危害降低到最低程度。稀土加入，降低了層錯(cuò)能，層錯(cuò)能的降低必然促使大量孿晶形成，大量的孿晶變形使全位錯(cuò)和不全位錯(cuò)在共格的孿晶面上受阻。 圖 5 晶界析出的網(wǎng)狀碳化物 圖 6 晶界析出的魚針狀碳化物為進(jìn)一步判定碳化物的形態(tài)及明確碳化物的性質(zhì)，對(duì)浸蝕后的金相試樣進(jìn)行掃描分析，用 WDS 判定晶界析出物為網(wǎng)狀碳化物，晶內(nèi)的析出物為針狀碳化物。（3）稀土能有效地改善高錳鋼的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等綜合力學(xué)性能，當(dāng)稀土硅鐵加入量為 %，高錳鋼達(dá)到最佳綜合力學(xué)性能。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)過程中，給予我大力支持的實(shí)驗(yàn)王玉芬老師、任慧平老師、趙勇桃老師、孫昊老師和馮佃臣老師表示由衷的