在水泥、金属矿山、冶金、能源、化工、铁道等诸多领域均需要使用和耗费大量的耐磨材料,而在严重的凿碎和大冲击应力条件下,高锰钢作为耐磨材料表现突出。因此,高锰钢在承受较高冲击磨损的部件上应用较多,如破碎机锤头、(半)自磨机衬板、挖掘机铲斗等易磨损的部件。随着科学技术的不断发展,国内耐磨材料领域对高锰钢的使用要求越来越严苛,在冶金、金属矿山等行业陆续出现大型设备,如选矿、凿碎、挖掘大型设备,其抗磨部件能够高达十几吨,有效厚度常超过100毫米,耐磨件的磨损越来越严重,传统的高锰钢无论从生产技术还是使用性能要求上均难以满足日常使用需要。超高锰钢成为替代传统的高锰钢并且满足抗磨件大型化,在高应力、高冲击工况条件下具备优异的抗磨性能,超高锰钢具有比传统高锰钢更高的奥氏体稳定性和水韧处理固溶能力,更快的加工硬化速率,较好的耐磨性。本文通过设计超高锰钢化学成分范围,利用微合金元素钒在钢中的作用设计了三种不同钒含量的超高锰钢,并制定了五种不同时效温度的热处理工艺,研究钒含量和时效温度对合金化超高锰钢的组织和性能的变化规律,实验结果表明:在钒含量为0.1%～0.3%范围时,增加钒含量能增加碳化物钉扎晶界作用力,增大晶粒运动的阻力,从而使超高锰钢水韧处理和时效处理组织奥氏体晶粒细化,钒含量的提高使碳化物数量得以增加。随着钒含量的提升,超高锰钢硬度、冲击韧性、强度等力学性能均得到提升,当钒含量为0.3%时强化效果最佳。在时效温度为400～600℃内,随着时效温度的升高,碳化物数量增多,碳化物钉扎晶界的作用力提高,但钉扎力小于温度升高的晶粒长大驱动力,因此超高锰钢奥氏体晶粒逐渐增大。在400～450℃内,随着时效温度的升高,碳化物逐渐增多,大部分处于晶粒内部,少量位于奥氏体晶界处,在500～600℃内,500℃时碳化物逐渐析出于晶界处,到600℃时碳化物大量存在于晶界处,少量存在于晶粒内。因此硬度逐渐增加,冲击韧性先增大后减小,屈服强度、抗拉强度、断后延伸率均呈先增加后减小的趋势,时效温度为450℃时力学性能最好,初始硬度230HBW,冲击韧性91.2J/cm~2,屈服强度546MPa,抗拉强度688MPa,断后延伸率28.5%,较其他温度耐磨性最高,最大显微硬度519HV,硬化层数深度1.5mm左右。