目前高锰钢现状及未来发展方向.doc
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老树新枝高锰钢——昨天与今天篇2009-8-516:
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上一个板块共五讲，朋友们以急行军的速度，了解了耐磨材料的一些基本知识。
有朋友问：
什么时候开讲钢球、衬板、锤头等具体产品？
栏主摆摆手:
别急，那是第三板块的内容。
自然科学有其内在规律，拔苗助长则欲速不达。
咱们不妨先打好基础，循序渐进。
本讲为第二板块：
五大典型耐磨材料介绍首讲-高锰钢。
高锰钢也叫哈德菲尔德钢。
它是英国人R.A.Hadfield教授于1883年发明的性能优良的耐磨钢，属Fe-Mn-C系奥氏体锰钢，经典高锰钢公称锰含量为13%。
ISO国际标准牌号为GX100Mn13，我国国标为ZGMn13系列，德国DIN标准为G-X120Mn13，俄罗斯国家标准为110Г13Л等。
高锰钢诞生至今120多年的漫长岁月里，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损，以其独特的“愈压愈坚”性能，在一个多世纪的耐磨材料领域里处于当仁不让的主角地位。
进入21世纪，信息大潮浩浩荡荡，高锰钢非但没有被其它钢种所取代，发展速度更快，已成为磁悬浮列车、新型主战坦克、矿山机器人等先进装备中的首选耐磨材料。
今日广义的高锰钢含锰量已拓宽至中锰钢、超高锰钢。
栏主有幸于2007年成为我国高锰钢最新国标修订者之一。
是年，在美丽的广州暨南大学，委员们抱着瞄准国际先进水平、对我国高锰钢行业负责的认真态度热烈讨论，最后正式将我国高锰钢更名为成分范围更宽、标准更高、更能体现时代科技与国际接轨的“奥氏体锰钢”。
遥想当年，栏主1983年大学毕业投身耐磨材料行业之年，恰是高锰钢诞生100周年之际，如今郑州鼎盛公司与西安交大、郑州大学、河南科大等诸多大学合作，发起新一代超级高锰钢的研究正方兴未艾,让人愈发感到其潜力巨大、魅力无限而唏嘘感叹。
高锰钢中究竟有多少奥妙，竟引无数英雄折腰?
多少年来，人们一直梦想着有一种理想的耐磨材料。
它既有坚硬的表面，耐磨性优良，又有柔韧的心部可以抵抗强烈冲击。
同时生产便捷，成本低廉。
现在看来：
这种鱼与熊掌兼得的好东西，目前在强冲击磨料磨损领域、成熟的大工业商品，非正确使用下的高锰钢莫属。
高锰钢在强大的冲击载荷和接触应力作用下，其表层迅速产生硬化，硬度可从HBS200急剧升高至400-500并有高密度位错和孪晶相继生成，从而产生高耐磨的表层，心部奥氏体却保持着极好的韧性。
就这样硬化一层、磨损一层、次表层又被硬化，连续不断、周而复始、层层抵抗。
直至磨损到失效状态，真是一个理想的好材料。
注意：
高锰钢一定是在剧烈冲击或是强大压力下才能充分硬化。
假如冲击力太弱，那就麻烦了。
未等表面充分硬化，便已被磨损掉了。
真个是“出师未捷身先死”。
在此服役条件下使用高锰钢，借用“范厨师”的一句话：
“真是白瞎了大哥你这个人了”。
为了解决这个问题，早年甚至有一种在新高锰钢部件表面粘贴炸药，引爆使之预硬化的技术，只是商品化生产有困难而未大面积推广。
所谓高锰钢不耐磨，大多属使用不当形成的不白之冤。
这也解答了为什么高锰钢衬板大磨表现比小磨好，衬板表现不如腭板，小锤头不如大锤头的诸多此类问题。
在日常机械设计中，涉及到耐磨零部件材质选用，许多设计人员往往不分什么场合、条件，一概选用高锰钢。
这就好比一个发烧39°C的病人，遇上一个庸医，不管是伤风、感冒，还是肺炎、败血症再或是SARS、猪流感，只管狠狠一退烧针下去，然后埋单走人。
这个倒霉蛋病号岂不呜呼哀哉？
许多职称评至机械设计高工、教授级高工却是一个材料选用的“庸医”。
“庸医误人”，“糊涂啊，糊涂”，栏主摇摇头，轻轻的叹了口气……在此向各位朋友倾情奉献一种时下当红的超高锰钢化学成分及生产要点：
元素
超高锰钢
作用、特点、要害
C
1.05~1.35
C量越高耐磨性越好，但韧性变差
Si
0.3~0.8
仅作为辅助脱氧用，越低越好
Mn
16~19
厚壁件、强烈冲击时取上限
S
≤0.04
有害元素，越低越好
P
≤0.04
极其有害元素，应想方设法降低
Cr
1.5~2.5
提高强度，但降低韧性
Mo
0.5~0.8
全面提高综合性能，但成本昂贵
Ni
0.8~1.2
可抑制高温脆化，适用于篦冷机锤头
Ti
0.1~0.15
提高耐磨性，但超过0.2%变脆
Re
0.35%
细化晶粒、净化晶界
其它如V、Nb等都是很好的元素，就是成本贵了。
特别要提的是B，这个东西即是蜜糖，又是毒药。
栏主虽然吃了它不少亏，但至今仍无怨无悔、不弃不离。
有兴趣的朋友我们以后可以单独交流……有朋友问：
高锰钢水韧处理是怎么回事？
大凡合金钢淬火后都变的硬而脆，而高锰钢在淬火前却是很脆的，只有将其加热至1050°C至1100°C保温一定时间后快速淬入水中后，其韧性变得极高，这种工艺就叫水韧处理。
注意入水温度一定要大于950°C，且水温绝不可超过45°C。
另一关键温度为浇注温度：
T=1485-0.3×壁厚（mm）°C。
特别要提醒的是：
高锰钢铸件有其非常独特的规律，一味生搬硬套，就容易吃亏。
比如高锰钢性能与壁厚有极大关系。
工具书上的性能指标一般是指25mm壁厚，当壁厚达到120mm以上时，因碳原子严重偏析将导致性能急剧恶化，一般人往往不注意这一点。
例如在生产DPC2022破碎机锤头时（壁厚为157mm），屡屡发生断裂等恶性事故原因多在于此。
此外，在高锰钢认识上有许多误区，栏主帮你勘误一二。
如许多人津津乐道的高锰钢余热淬火问题，要么极其危险，要么纯属多余，总之不如不搞。
再如许多专家“有鼻子有眼”的提出加铬提高耐磨性，其实加铬的主要目的是为了提高材料的强度，控制它的流变性，而对耐磨性贡献目前尚未观察到。
又譬如硅在高锰钢中的有害作用，不像磷那样受人注意，但在厚断面铸件中，硅对韧性的危害可能会是灾难性的。
仅有的一点硅也只是为了辅助脱氧和提高流动性。
因此硅量不宜高，甚至可以看成杂质。
解放前在我国东北、华东、华南地区，有许多企业都能生产不错的高锰钢。
其中尤以衡阳有色冶金机械厂与上海重型机器厂最为着名。
栏主手头珍藏有份纸已发黄的衡冶七十年代的内部高锰钢生产技术资料，真可谓是行行金玉、字字珠玑，放在案头，时常翻阅，常有感悟。
有道是开卷有益、好书育人。
哪像现今动辄大厚精装本，看似吓人，满目所至多为七拼八凑的“剪刀浆糊”功夫。
所谓的一些新理论，极端缺乏生产应用实践，云里雾里、空话、废话连篇，更有弄虚作假之嫌。
这等滥竽充“书”端的是误人子弟，无端增加“碳排放”。
遗憾的是许多当年优秀企业因各种原因而今风光不再，这是后话。
“沉船侧畔千帆过，病树前头万木春。
”三十年改革大潮造就了一代优秀民营企业。
广西钟山长城矿山机械厂和浙江麻阳精密铸造厂便是其中的两个典型。
广西长城生产的高锰钢腭板，在竞争激烈的珠三角市场，非但产品价格比同行硬生生高出10%，且现金买卖，赊账免谈，整日车水马龙、供不应求。
生意做的是风声水响、红红火火。
，“自古八桂多好汉！
”公司总裁姓周名亿平。
二十余年咬定青山不悔不倦，痴迷于高锰钢从一而终。
其专注执着精神令人由衷敬佩。
栏主与老周每每重逢，总是兄弟相见甚欢，不免开怀畅饮，情到深处，掏心窝子相互学习交流，此时端出的全是真东西。
我知老周有一独门绝招，钢包包龄竟至一千炉以上，这相当于水泥厂球磨机运转率干到了99.9%。
那日栏主一壶“忘情水”搞掂老周，这位大哥醉眼朦胧，趴在栏主耳朵边：
“兄弟，全告诉你了，你可要保密啊……”日后干脆又派了技术副厂长千里迢迢来到郑州，手把手交了郑州鼎盛弟兄们三天……谁说同行是冤家？
浙江麻阳精密铸造厂确也令人尊重。
一是年产能大到三万吨，二是产品90%出口技术质量要求苛刻的欧美市场。
栏主参观时，见它的耐磨件加工面银光闪亮，有道是内行看门道，做到这真的是不容易。
公司老总李来龙，人如其名，在市场经济的大潮中，既赚钱发财，又为国争光。
真如一条上下翻腾、搏击风云的蛟龙。
不过去年，老李见了栏主和“老大”（中国磨损失效专业委员会主任委员周平安教授），三人七瓶红酒入肚，老李幽幽的抱怨道：
最近右眼皮有点跳……（开个玩笑）。
未曾想今年金融海啸着实让这老哥呛了一口咸水，不过这点风浪对久经沙场的李来龙实在算不了什么，顶多是让老李打个盹歇歇脚而已。
栏主在此真诚遥祝“冤家”一路走向更加辉煌的明天。
各位朋友，有是高锰钢发烧友的，这两家企业真是值得一看，若缘分到时，你我结伴一同前往，纵横捭阖高锰钢，把酒当歌笑论今，岂不快哉。
欲知高锰钢的未来，且看下讲《老树新枝高锰钢-明天篇》。
老树新枝高锰钢—明天篇2009-8-516:
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下笔之际，才发觉“明天”这个题目有点大了。
高锰钢这“棵”耐磨材料的“常青树”，明天何时是头？
谁知道会不会再续个百年辉煌呢？
栏主脸红了…无奈只有硬着头皮，就目前可预见的商业化技术前景做一展望。
假如把目前的经典高锰钢比作“立窑小水泥”，那么高锰钢的“新型干法水泥”是个什么概念呢？
乌克兰科学家提出了震撼世人的超级高锰钢概念，其性能指标大大超过现今ISO标准高锰钢。
朋友们以往大多熟悉三天、二十八天抗压、抗折强度或是筛余、比表面积，再不就是各个率值等。
在看两种高锰钢性能对比之前，需要先熟悉一下金属材料机械性能的代号及意义。
（1）屈服强度σ0.2
强度是指金属材料在载荷作用下,抵抗塑性变形和断裂的能力。
国标中规定，以试样塑性变形量为试样标距长度的0.2%时,材料承受的应力称为“条件屈服强度”,并以符号σ0.2表示。
（2）抗拉强度σb
金属材料在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。
（3）伸长率d
试样拉断后，标距长度的增加量与原标距长度的百分比称为伸长率，用d表示。
（4）断面收缩率y
试样拉断后，标距横截面积的缩减量与原横截面积的百分比称为断面收缩率，用y表示。
金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。
d、y是衡量材料塑性变形能力大小的指标，d、y大，表示材料塑性好。
（5）冲击韧性AK
生产中许多机器零件，都是在冲击载荷（载荷以很快的速度作用于机件）下工作。
因此，使用的材料就不能用静载荷下的性能来衡量，而必须用抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力，即冲击韧性来衡量。
金属的冲击韧性AK就是冲断试样时在缺口处单位面积所消耗的功。
（6）布氏硬度HBS
硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
它是指金属表面抵抗局部塑性变形或破坏的能力。
布氏硬度值HBS是试验力F除以压痕球形表面积所得的商。
（7）疲劳强度σ-1
零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度,但在长时间运转后也会发生断裂,这种现象叫疲劳断裂。
当应力低于某一值时，即使循环次数无穷多也不发生断裂，此应力值称为疲劳强度或疲劳极限。
光滑试样的对称弯曲疲劳极限用σ-1表示。
现在可以请朋友们来看两种高锰钢的性能比，见下表：
性能
品种
σ0.2
（MPa）
σb
（MPa）
δ
（%）
Ψ
（%）
硬度
AK（J/cm2）
20°C
-60°C
ISO高锰钢
375
900
40
45
200
157
20
超级高锰钢
1375
1700
57
75
>550
290
196
从上表可以看出，两种高锰钢性能差别，用“新型干法水泥”与“立窑小水泥”做对比怕是不足以说明差距了，更何况超级高锰钢还有极优的抗疲劳性能与抗裂纹扩展性能和极佳的铸造性能。
具体参数如下：
σ-1=105MPa，接触疲劳负荷时的寿命为9×106次，接触冲击负荷时的寿命为25.5×106。
流动性螺旋试样长度586mm，抗裂性（沿试样裂纹总宽度）4.2mm。
“天那，吓死人了！
”栏主闭紧了眼睛……这么“雷人”的高锰钢是如何制备的呢？
乌克兰人神秘兮兮透漏一个细节：
晶粒度为7～8级（相当于晶粒尺寸5.5~10μm）。
常言道：
外行看热闹，
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