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[摘 要]由于高锰钢具有生产工艺简单、力学性能优良、生产成本低廉的特点，在制造承受冲击磨损的零部件中应用较为广泛。在科学技术的带动下，高锰钢铸件质量也不断提升，但是高锰钢铸件裂纹缺陷尚未得到有效解决。本文针对高锰钢铸件裂纹缺陷原因进行了探析，并提出高锰钢裂纹缺陷控制措施，以期促进高锰钢铸件质量的进一步提高。
[关键词]高锰钢铸件 裂纹缺陷 控制措施
中图分类号：X593 文献标识码：X 文章编号：1009―914X（2013）34―0262―01
0、引言
高锰钢（high manganese steel）是指含锰量在10%以上的合金钢，是一种典型抗冲击磨损的耐磨钢，自19世纪80年代制成以来，高锰钢技术不断发展，高锰钢的任性和耐磨性表现更为突出。由于高锰钢具有生产工艺简单、力学性能优良、生产成本低廉的特点，在制造承受冲击磨损的零部件中应用较为广泛。虽然在科学技术的带动下，高锰钢铸件质量也不断提升，但是高锰钢比较容易产生裂纹特性仍未得到有效改善[1]。本文针对高锰钢铸件裂纹缺陷原因进行了探析，并提出高锰钢裂纹缺陷控制措施，以期促进高锰钢铸件质量的进一步提高。
1、高锰钢成分和性能
化学成分是高锰钢组织和性能的基本要素，随着对高锰钢研究工作的不断深入，高锰钢的化学成分也逐渐清晰和明确。作为耐磨材料的高锰钢化学成分主要分为：0.95%-1.55%的C，11%至15%的Mn，0.4%至1.0%的Si，小于0.05的S和小于0.1的P。碳（C）是高锰钢性能的主要影响因素，在高锰钢中，C能促进单相奥氏体组织的形成，保证钢具有较高的力学性能，提高耐磨性的作用。锰（Mn）是稳定奥氏体的主要原色，在高锰钢中，锰能够使钢的组织逐渐有珠光体型变为马氏体型并进一步转变为奥氏体型，使钢机体得到强化。锰碳比（Mn/C）能够使高锰钢冷却时间产生珠光体转变得以避免，并使奥氏体锰钢韧性得到保证。磷（P）是高锰钢中的有害原则，增加铸件的开裂倾向，必须降低。硅（Si）在高锰钢中具有辅助脱硫工作。高锰钢的主要特性主要有铸造性能、加工硬化性能、耐磨性能，并具有良好的力学性能，如硬度高、塑性强、韧性高[2]。
2、高锰钢铸件裂纹缺陷分析
造成高锰钢裂纹缺陷的原因主要有：首先，化学成分和组织的影响，高锰钢中的碳含量对钢的屈服点具有重要作用，碳含量的提高，则会降低钢延伸性，如果碳含量不在控制范围内，则会导致碳化物析出，使钢的韧性和延伸性降低，进而产生裂纹；磷含量对高锰钢的延伸性具有重要影响，往往引起铸件热裂纹产生。其次，铸造工艺是高锰钢铸件提高的关键，影响高锰钢产生裂纹缺陷的因素主要有逐漸结构、工艺参数、浇筑温度等。再次，高锰钢的热处理也会导致高锰钢裂纹的出现，高锰钢在热处理的过程中，如果未进行热处理或热处理条件控制不到位，则会导致高锰钢脆性增强，进而出现裂纹。此外，高锰钢清理切割不到位也会增加铸件产生裂纹的几率[3]。
3、高锰钢铸件裂纹缺陷控制措施
3.1合理控制高锰钢化学成分
高锰钢的主要化学成分是碳、锰、磷、硅等。随着高锰钢研究的深入，为了进一步提高钢的屈服强度和硬度，而增加了合金成分，控制一定范围内的合金成分能起提高性能的良好作用，但是对控制裂纹的作用并不明显。为了使高锰钢的延伸性和任性得到保证，避免裂纹的出现，则应在保证钢性能的前提下，使碳含量控制在中下限，使锰含量控制在中上限，并保持在狭小范围内，从而避免碳化物析出而出现裂纹。此外由于磷含量是高锰钢出现裂纹的显著影响因素，因此，要使高锰钢磷含量控制合理范围内，保持在0.06%以内，避免对钢延伸性的降低，而产生热裂纹。与此同时，为了使化学成分与机械制造相适应，除了要控制好高锰钢化学成分，好需要考虑机械性能，做到两者兼顾，避免化学成分差异产生的裂纹缺陷[4]。
3.2优化铸造工艺
首先，在高锰钢铸件结构形式上，应使铸件相连接壁的厚差最小，避免因温差过大而产生收缩应力，进而产生裂纹的缺陷，如果铸件设计结构固定不能变，则应在钢水冶炼时加入细化晶粒元素，从而使型芯的退让性得到增强，避免裂纹出现。由于铸造的毛坯在水韧处理前处于脆性状态，如果对铸件浇筑后的收缩性造成影响，则会导致铸件裂纹缺陷的产生，因此需要在芯中加入锯末、泡沫等，使砂芯的退让性得到保证，从减少型芯缝隙，提高型芯退让性，避免裂纹出现。此外，要合理控制浇注温度，使浇注温度控制在1450℃至1470℃之间，且浇注应一次性完成。
3.3热处理和切割清理
针对未进行热处理或热处理不当而产生的高锰钢铸件裂纹，生产时间证明固溶温度应控制在1070℃左右[5]。在进行固溶处理时，应采用慢加热，温度控制在650℃左右，防止裂纹的产生。由于高锰钢的导热性较差，铸件浇注后保温时间太短，冷却速度快，往往使铸件在收缩应力增加而导致高锰钢铸件裂纹的产生，对此应尽可能在砂型内缓慢冷却，使保温时间得到延长，并使热影响区温差控制在最小范围内，浇冒口和毛刺切割采用水池内淬水切割，进而防止裂纹产生。此外，在补焊中，补焊前不要预热，经水韧热处理后，方可进行焊补，在去除裂纹缺陷时，应采用风铲和砂轮，焊补的工艺方法应严格按照相应工艺来执行。
4、讨论
高锰钢铸件生产是一个复杂的过程，在此过程中，由于受到多种因素的影响，往往使高锰钢铸件出现裂纹缺陷，加强对高锰钢铸件裂纹的形成原因，并针对所出现的问题，采取相应的措施，从而避免高锰钢铸件裂纹的产生，提高高锰钢铸件质量。
参考文献
[1] 傅排先，张文宁，康秀红，夏立军，李殿中，李依依.厚大高锰钢铸件微裂纹形成机理研究[J].铸造.2011（04）：201-203.
[2] 江卫东.大型高锰钢齿板铸件齿面冷隔纹缺陷分析及预防措施[J].安徽冶金科技职业学院学报.2010（01）：107-108.
[3] 姜文辉，韩行霖，魏科弘，郭培善，管秀发.碳含量及水韧处理温度对Mn13Mo1钢机械性能的影响[J].沈阳工业大学学报.2012（02）：335-336.
[4] 张军强，张文斌，王红旗.高锰钢铸件裂纹产生的原因及预防措施[J].铸造技术.2012（04）；117-121.
[5] 傅排先，张文宁，康秀红，夏立军，李殿中，李依依.厚大高锰钢铸件微裂纹形成机理研究[J].铸造.2012（04）：258-261.
[关键词]高锰钢铸件 裂纹缺陷 控制措施
中图分类号：X593 文献标识码：X 文章编号：1009―914X（2013）34―0262―01
0、引言
高锰钢（high manganese steel）是指含锰量在10%以上的合金钢，是一种典型抗冲击磨损的耐磨钢，自19世纪80年代制成以来，高锰钢技术不断发展，高锰钢的任性和耐磨性表现更为突出。由于高锰钢具有生产工艺简单、力学性能优良、生产成本低廉的特点，在制造承受冲击磨损的零部件中应用较为广泛。虽然在科学技术的带动下，高锰钢铸件质量也不断提升，但是高锰钢比较容易产生裂纹特性仍未得到有效改善[1]。本文针对高锰钢铸件裂纹缺陷原因进行了探析，并提出高锰钢裂纹缺陷控制措施，以期促进高锰钢铸件质量的进一步提高。
1、高锰钢成分和性能
化学成分是高锰钢组织和性能的基本要素，随着对高锰钢研究工作的不断深入，高锰钢的化学成分也逐渐清晰和明确。作为耐磨材料的高锰钢化学成分主要分为：0.95%-1.55%的C，11%至15%的Mn，0.4%至1.0%的Si，小于0.05的S和小于0.1的P。碳（C）是高锰钢性能的主要影响因素，在高锰钢中，C能促进单相奥氏体组织的形成，保证钢具有较高的力学性能，提高耐磨性的作用。锰（Mn）是稳定奥氏体的主要原色，在高锰钢中，锰能够使钢的组织逐渐有珠光体型变为马氏体型并进一步转变为奥氏体型，使钢机体得到强化。锰碳比（Mn/C）能够使高锰钢冷却时间产生珠光体转变得以避免，并使奥氏体锰钢韧性得到保证。磷（P）是高锰钢中的有害原则，增加铸件的开裂倾向，必须降低。硅（Si）在高锰钢中具有辅助脱硫工作。高锰钢的主要特性主要有铸造性能、加工硬化性能、耐磨性能，并具有良好的力学性能，如硬度高、塑性强、韧性高[2]。
2、高锰钢铸件裂纹缺陷分析
造成高锰钢裂纹缺陷的原因主要有：首先，化学成分和组织的影响，高锰钢中的碳含量对钢的屈服点具有重要作用，碳含量的提高，则会降低钢延伸性，如果碳含量不在控制范围内，则会导致碳化物析出，使钢的韧性和延伸性降低，进而产生裂纹；磷含量对高锰钢的延伸性具有重要影响，往往引起铸件热裂纹产生。其次，铸造工艺是高锰钢铸件提高的关键，影响高锰钢产生裂纹缺陷的因素主要有逐漸结构、工艺参数、浇筑温度等。再次，高锰钢的热处理也会导致高锰钢裂纹的出现，高锰钢在热处理的过程中，如果未进行热处理或热处理条件控制不到位，则会导致高锰钢脆性增强，进而出现裂纹。此外，高锰钢清理切割不到位也会增加铸件产生裂纹的几率[3]。
3、高锰钢铸件裂纹缺陷控制措施
3.1合理控制高锰钢化学成分
高锰钢的主要化学成分是碳、锰、磷、硅等。随着高锰钢研究的深入，为了进一步提高钢的屈服强度和硬度，而增加了合金成分，控制一定范围内的合金成分能起提高性能的良好作用，但是对控制裂纹的作用并不明显。为了使高锰钢的延伸性和任性得到保证，避免裂纹的出现，则应在保证钢性能的前提下，使碳含量控制在中下限，使锰含量控制在中上限，并保持在狭小范围内，从而避免碳化物析出而出现裂纹。此外由于磷含量是高锰钢出现裂纹的显著影响因素，因此，要使高锰钢磷含量控制合理范围内，保持在0.06%以内，避免对钢延伸性的降低，而产生热裂纹。与此同时，为了使化学成分与机械制造相适应，除了要控制好高锰钢化学成分，好需要考虑机械性能，做到两者兼顾，避免化学成分差异产生的裂纹缺陷[4]。
3.2优化铸造工艺
首先，在高锰钢铸件结构形式上，应使铸件相连接壁的厚差最小，避免因温差过大而产生收缩应力，进而产生裂纹的缺陷，如果铸件设计结构固定不能变，则应在钢水冶炼时加入细化晶粒元素，从而使型芯的退让性得到增强，避免裂纹出现。由于铸造的毛坯在水韧处理前处于脆性状态，如果对铸件浇筑后的收缩性造成影响，则会导致铸件裂纹缺陷的产生，因此需要在芯中加入锯末、泡沫等，使砂芯的退让性得到保证，从减少型芯缝隙，提高型芯退让性，避免裂纹出现。此外，要合理控制浇注温度，使浇注温度控制在1450℃至1470℃之间，且浇注应一次性完成。
3.3热处理和切割清理
针对未进行热处理或热处理不当而产生的高锰钢铸件裂纹，生产时间证明固溶温度应控制在1070℃左右[5]。在进行固溶处理时，应采用慢加热，温度控制在650℃左右，防止裂纹的产生。由于高锰钢的导热性较差，铸件浇注后保温时间太短，冷却速度快，往往使铸件在收缩应力增加而导致高锰钢铸件裂纹的产生，对此应尽可能在砂型内缓慢冷却，使保温时间得到延长，并使热影响区温差控制在最小范围内，浇冒口和毛刺切割采用水池内淬水切割，进而防止裂纹产生。此外，在补焊中，补焊前不要预热，经水韧热处理后，方可进行焊补，在去除裂纹缺陷时，应采用风铲和砂轮，焊补的工艺方法应严格按照相应工艺来执行。
4、讨论
高锰钢铸件生产是一个复杂的过程，在此过程中，由于受到多种因素的影响，往往使高锰钢铸件出现裂纹缺陷，加强对高锰钢铸件裂纹的形成原因，并针对所出现的问题，采取相应的措施，从而避免高锰钢铸件裂纹的产生，提高高锰钢铸件质量。
参考文献
[1] 傅排先，张文宁，康秀红，夏立军，李殿中，李依依.厚大高锰钢铸件微裂纹形成机理研究[J].铸造.2011（04）：201-203.
[2] 江卫东.大型高锰钢齿板铸件齿面冷隔纹缺陷分析及预防措施[J].安徽冶金科技职业学院学报.2010（01）：107-108.
[3] 姜文辉，韩行霖，魏科弘，郭培善，管秀发.碳含量及水韧处理温度对Mn13Mo1钢机械性能的影响[J].沈阳工业大学学报.2012（02）：335-336.
[4] 张军强，张文斌，王红旗.高锰钢铸件裂纹产生的原因及预防措施[J].铸造技术.2012（04）；117-121.
[5] 傅排先，张文宁，康秀红，夏立军，李殿中，李依依.厚大高锰钢铸件微裂纹形成机理研究[J].铸造.2012（04）：258-261.