￣现场经验￣
高锰钢水韧处理效果的控制
王仲珏， 孙萍
（安徽工程科技学院机械系，安徽 芜湖 ２４１０００）
摘 要：简述了高锰钢和多元合金高锰钢的碳、硅、磷等化学成分和铸态组织的控制，根据铸态组织、性能要求和使用条件对热处理工艺的分类，以及高锰钢水韧处理工艺的控制。
关键词：高锰钢；水韧处理；工艺条件
中图分类号：ＴＧ１４２．７２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－１６９０（２００６）０１－００５９－００３
Control of Water Toughening Effect for High Manganese Steel
WANG Zhong-jue, SUN Ping
(The Department of Machinery, Anhui University of Technology and Science, Wuhu Anhui 241000)
Abstract: The control of chemical composition such as carbon, silicon and phosphorous in high manganese and complexhigh manganese steels and their as-cast structures, and classification of heat treatment processes as per as-cast structureand requirements for property and service conditions as well as the control of the water toughening process for the highmanganese steel were summarized.
Key Words: high manganese steel; water toughening; technological condition
前言
普通高锰钢和多元合金高锰钢在较大冲击、挤压压力下表面可获得良好的加工硬化效果，零件内部具有一定的强韧度，在冶金机械、矿山机械、水泥机械、建筑机械、电力、化工等领域一直得到较为广泛的使用。然而，普通高锰钢由于铸态组织通常由奥氏体＋网状渗碳体＋部分珠光体构成，大多数情况下，晶粒粗大，柱状晶生长态势强烈，给后续水韧处理带来较大难度，而多元合金高锰钢又常在水韧处理后出现大面积表面龟裂或其它由应力集中引起的缺陷［１］。 笔者认为高锰钢水韧处理的效果直接受到化学成分、铸造工艺、铸态组织和水韧处理制度与方式等综合动力学条件的制约。影响高锰钢水韧处理效果的工艺条件主要体现在：铸态渗碳体在奥氏体化过程中能否实现快速熔解；为防止渗碳体析出零件在水池内能否实现快速冷却。１ 基本成分设计与控制
热裂通常是高锰钢最常见的缺陷，其次是夹杂、冷裂和不致密组织。它在很大程度上受到材料基本成分的影响［２］。碳在０．８０％￣１．１５％的范围内对铸 收稿日期： ２００５－０９－１５
件产生热裂缺陷的影响很小，大于１．１５％冲击韧度即
降低为零。其含量建议控制在０．８５％￣１．１０％范围。一般讲，在碳量满足加工硬化要求的前提下，适当提高Ｍｎ／Ｃ比对单一奥氏体组织稳定性有利（特别是高温条件下），从而不但能在铸态下抑制碳化物析出、生长，加速渗碳体在热处理时充分溶解的过程，而且对材料的加工硬化特性无明显影响。建议Ｍｎ／Ｃ比为１０￣１４。研究表明，当碳含量取上限，Ｍｎ／Ｃ比小于９时，往往对Ｐ、Ｓ的含量较敏感，即材料易产生脆性［１］。
为了脱氧良好，通常高锰钢的硅量应不小于０．３％。为防止硅含量过高而引起的材料冲击韧度、耐磨性的下降，通常，建议其含量控制在０．３％￣０．６％范围。
磷在高锰钢中是非常有害的元素，其在钢液中溶解度极低，并常以磷化物薄膜出现在晶界上，使铸件易于产生裂纹，特别是碳含量高时，更加剧了磷的这一危害性。对于厚大铸件或重要铸件，磷量应严格按ＧＢ５６８０９８５ 标准控制。影响高锰钢零件使用寿命的关键问题是如何控制磷含量和削弱磷元
安徽省教育厅自然科学研究项目资助 ２００４ｋｊ０４８ 作者简介： 王仲珏（１９５２．２－），男，安徽省安庆市人，教授，硕士生导师，主要从事金属材料工程和成型
技术的研究，获得省、市、厅级科技进步奖６项，完成科研项目１１项，发表专业论文８０多篇。电话： ０５５３－２２１００６０，１３５１５５３３１５７
《热处理》 ２００６年第２１卷第１期
• ５９ •
素对高锰钢零件使用寿命造成的不利影响。材料的起始硬度，服役条件，材料特性，铸造缺陷甚至零件安装的平整程度等虽然都对其使用寿命产生一定的影响，但研究表明，对高锰钢零件使用寿命影响最大的现象是热裂，影响最大的因素是化学成分，影响力度最强的是磷的含量。１．１ 控制磷含量
为削弱磷对零件使用寿命的不利影响，通过试验建立的高锰钢磷含量对材料正常使用寿命影响的状态判据［３］（％）：
Ｐ≤０．０４ 安全０．０６≥Ｐ≥０．０４ 介安全
０．０８≥Ｐ≥０．０６ 临界
Ｐ≥０．０８ 危险这意味着若要降低磷，其可选途径为：（１）精选炉料，尤其选择和控制锰铁种类和加入量；
（２）运用ＢａＣＯ３渣系工艺强化熔炼时的脱磷脱硫。
当温度达到１５００℃时，使用ＢａＯ．ＣａＯ复合剂，采用二次倒包法原理进行脱磷脱硫，其效率达４０％以上（也可用ＣａＣ＋ＣａＦ２的复合剂，以撒、冲结合法处理）。
为削弱磷的不利影响，在现有的生产条件下主要采用的措施为：
（１）完善和改进高锰钢冶炼工艺 控制返回料和低磷碳素钢的配比，返回料占70%左右为宜；控制浇注温度在1350℃左右；熔炼温度以1500℃~1550℃为宜。
（２）控制化学成分配比
硅含量一般为０．３％￣０．８％，硅含量高促使磷的析出；用铝脱氧并确保其在钢中有一定的残余量。当Ｐ＜０．０６％时，加入０．５ｋｇＡｌ／ｔ￣０．８ｋｇＡｌ／ｔ； 当Ｐ为０．０６％￣０．１０％时，加入１．２ｋｇＡｌ／ｔ￣１．６ｋｇＡｌ／ｔ。
（３）采用微合金化技术及加快冷却的铸造工艺对磷、碳含量高且大而厚的铸件可酌情加入微量钛铁、钒铁或铌铁来细化晶粒；采用稀土复合变质剂；小件采用温型，中、大件采用冷型浇注或配合使用内外冷铁。１．２ 对于加Ｃｒ高锰钢，铸件水轫处理后进行￣２５０℃的回火处理，可明显促进Ｃ－Ｍｎ原子簇的有序展开，通过这些有序微区的随机均匀分布而增加对位错的钉扎作用，从而可提高其耐磨性能。一般铸件回火时间为６ｈ以上。
• ６０ •
１．３ 在直浇道上安置泡沫陶瓷过滤片可有效地起过滤作用，并降低缩松倾向从而使致密度增加，提高了抗冲击和抗磨性能。２ 铸态组织控制
２．１ 进行分级复合化孕育和变质处理
加入０．０４％￣０．１０％Ｔｉ、０．２５％￣０．４０％Ｖ和微量氮化锰合金进行复合孕育。加入０．１０％￣０．２０％ＲＥ进行变质，能有效地减弱树枝晶的生长，缩小柱状晶比例，从而显著地提高钢的韧性。２．２ 加入微量元素进行合金化处理
为提高钢的屈服强度和抗磨性，可加入１．０％￣１．５％Ｃｒ和０．６％￣０．８％Ｍｎ。２．３ 实现同时凝固
采取合理的浇注系统设计配以冷铁和其它工艺措施，促使铸件整体同时凝固，局部顺序凝固，冒口补缩，内浇口分散而呈开放减压式的设计原则。３ 热处理工艺条件的控制
热处理工艺条件的控制效果取决于两方面，一方面它强烈地受到基本成分和铸态组织控制效果的影响，另一方面也受到其本身不同的处理条件的影响。近年来，高锰钢的研究和生产技术取得了很大进步。成熟的热处理工艺主要依据零件铸态组织、性能要求和使用工况分为三类：仅进行应力消除和细化晶粒的亚温处理；明显加快升温速度，实施高效水韧处理；对重要的大型复杂件或部分多元合金高锰钢增加予先退火工序，然后再进行水韧处理。
明显加快升温速度的理由是：（１）零件经稀土变质、多元复合孕育和合金化处理后铸态组织的变化使其力学性能明显提高［３］；（２）只有当≥７００℃时碳化物才开始溶解于奥氏体，且到９００℃时的溶解很漫，在９５０℃￣１０００℃区域，碳化物溶解量也有限。此外，在这一阶段材料处于塑性期，故应加快升温速度。
良好的水韧处理工艺控制还表现在下列二个方面［４］（如图１所示）：
（１）应保证合适的水、钢比，Ｇ水／Ｇ钢≥１０。（２）在水池侧面和底部按装多个均布压力喷口使之在处理过程中对零件产生强烈的均匀搅动；安装进、排水泵，通过控制进、排水量使水温不高于４０℃。
对于含磷量在０．０６％￣０．１０％的铸件，生产中发现热处理温度过高会导致磷共晶的产生。实质上这种磷共晶是铸态磷共晶遗留或变形的产物。为此，在略低于二元和三元磷共晶熔点的温度增设二个保温阶段使磷共晶固溶，即，第一保温阶段７００℃￣７５０℃
《热处理》 ２００６年第２１卷第１期
４ 结论
控制高锰钢热处理动力学条件，实质就是针对具体零件、性能要求和使用工况，在保证基本成分的控制和获得良好的铸态组织的前提下，合理确定热处理工艺，使碳化物快速有效地溶解于奥氏体；水韧处理时快速冷却防止渗碳体析出，在铸造和热处理这两个生产环节创造合理的工艺条件。
参 考 文 献
［１］王仲珏． 稀土变质多元化微合金化的高锰钢淬火工艺［Ｊ］．中国
铸造装备与技术， １９９９， （５）：４０－４１．［２］陆文华． 铸造合金熔炼［Ｍ］．北京： 机械工业出版社， ２００４：２１０－
２１４．［３］王仲珏． 稀土变质处理高锰钢性能［Ｊ］．新技术新工艺， ２００１， （４）：
２８－２９．［４］许忠胜， 王仲珏． 高锰钢零件质量与水韧处理工艺的关系［Ｊ］．
机械研究与应用， １９９７， （２）：３３．
图１ 水韧处理池示意图
１护框架及网 ２压力喷口 ３总管道Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ｐｏｏｌ
１ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｆｒａｍｅ ２ ｓｐｒａｙ ｎｏｚｚｌｅ ３ ｔｏｔａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ
（￣２ｈ），第二保温阶段１０２０℃￣１０５０℃（￣３ｈ）； 然后视高锰钢合金化程度升温至１０８０℃￣１１００℃后，进行水韧处理
。
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
（上接第５８页）
冷却速率，降低分级冷却温度，以减少钢中孪晶马氏体的形成，从而提高其抗疲劳性能。
Ｂ３１８钢含有较多的Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ碳化物形成元素，经１２００℃奥氏体化后，淬火组织中尚残留着少量细小的碳化物颗粒，使组织细化，这可能与碳化物颗粒邻近的溶质富集区提供较多的奥氏体形核位置有关［６］。淬火前的分级冷却，使马氏体基体体积收缩，导致Ｆｅ的晶格常数缩小，一方面产生很大的微观内应力以及微变形，使晶体缺陷显著增加；另一方面使过饱和碳引发的点阵畸变增大，导致碳化物析出热力学驱动力增大，使碳化物在低温下的扩散难度增大，在淬火速率高的情况下，不易析出。回火后，有足够的固溶的Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ从马氏体基体中析出，减少了固溶强化效果，改善了韧性，同时析出的弥散分布的碳化物又造成二次硬化效果，能弥补固溶强化效果减弱所造成的强度下降，使钢在强度基本不下降的情况下，达到强韧性的较好配合，提高了抗疲劳性能。４ 结论
（１） Ｂ３１８钢疲劳裂纹出现早晚与冷处理温度有很大关系，冷处理温度越低，分级淬火前的冷却速率越高，使Ｂ３１８钢的抗疲劳裂纹扩展能力明显提高，抗疲劳性能明显增强。
（２） 尽量减小冷处理温度的波动幅度，以确保产品有稳定的疲劳性能。
参 考 文 献
［１］章四琪， 卢斌， 等． 载荷对双金属锯条切削寿命及断口特征的
影［Ｊ］． 《中国矿业大学学报》， １９９５， ２６（３）： ３６９．
［２］Ｗｏｏｄ Ｗ． Ｅ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｒａｃｔｕｒｅ
Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ Ｌｏｗ Ａｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌｓ ［Ｊ］． Ｅｎｇ Ｆｒａｃｔ Ｍｅｃｈ， １９７５， ７：２１９．
［３］Ｐａｒｋｅｒ Ｅ． Ｒ， Ｚａｃｋａｙ Ｖ Ｆ． Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｆｅａｔｕｒｅｓ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌｓ ［Ｊ］． Ｅｎｇ ＦｒａｃｔＭｅｃｈ， １９７５， ７： ３７１．
［４］Ｗｏｏｄ Ｗ Ｅ． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎ ＡＩＳＩ４３４０
Ａｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌ Ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｅｄ ａｔ Ｌｏｗ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ［Ｊ］．Ｍｅｔａｌ Ｔｒａｎｓ （Ａ）， １９７７， ８Ａ： １１９５．
［５］Ｙｏｕｎｇｂｌｏｏｄ Ｊ Ｌ， Ｒａｇｈａｖａｎ Ｍ． Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｗｉｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ３００Ｍ Ｓｔｅｅｌ ［Ｊ］． Ｍｅｔａｌ Ｔｒａｎｓ（Ａ）， １９７７， ８Ａ： １４３９．［６］张树松， 等． 材料科学进展［Ｊ］． １９８８， ４（８）： ３４．
《热处理》 ２００６年第２１卷第１期
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￣现场经验￣
高锰钢水韧处理效果的控制
王仲珏， 孙萍
（安徽工程科技学院机械系，安徽 芜湖 ２４１０００）
摘 要：简述了高锰钢和多元合金高锰钢的碳、硅、磷等化学成分和铸态组织的控制，根据铸态组织、性能要求和使用条件对热处理工艺的分类，以及高锰钢水韧处理工艺的控制。
关键词：高锰钢；水韧处理；工艺条件
中图分类号：ＴＧ１４２．７２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－１６９０（２００６）０１－００５９－００３
Control of Water Toughening Effect for High Manganese Steel
WANG Zhong-jue, SUN Ping
(The Department of Machinery, Anhui University of Technology and Science, Wuhu Anhui 241000)
Abstract: The control of chemical composition such as carbon, silicon and phosphorous in high manganese and complexhigh manganese steels and their as-cast structures, and classification of heat treatment processes as per as-cast structureand requirements for property and service conditions as well as the control of the water toughening process for the highmanganese steel were summarized.
Key Words: high manganese steel; water toughening; technological condition
前言
普通高锰钢和多元合金高锰钢在较大冲击、挤压压力下表面可获得良好的加工硬化效果，零件内部具有一定的强韧度，在冶金机械、矿山机械、水泥机械、建筑机械、电力、化工等领域一直得到较为广泛的使用。然而，普通高锰钢由于铸态组织通常由奥氏体＋网状渗碳体＋部分珠光体构成，大多数情况下，晶粒粗大，柱状晶生长态势强烈，给后续水韧处理带来较大难度，而多元合金高锰钢又常在水韧处理后出现大面积表面龟裂或其它由应力集中引起的缺陷［１］。 笔者认为高锰钢水韧处理的效果直接受到化学成分、铸造工艺、铸态组织和水韧处理制度与方式等综合动力学条件的制约。影响高锰钢水韧处理效果的工艺条件主要体现在：铸态渗碳体在奥氏体化过程中能否实现快速熔解；为防止渗碳体析出零件在水池内能否实现快速冷却。１ 基本成分设计与控制
热裂通常是高锰钢最常见的缺陷，其次是夹杂、冷裂和不致密组织。它在很大程度上受到材料基本成分的影响［２］。碳在０．８０％￣１．１５％的范围内对铸 收稿日期： ２００５－０９－１５
件产生热裂缺陷的影响很小，大于１．１５％冲击韧度即
降低为零。其含量建议控制在０．８５％￣１．１０％范围。一般讲，在碳量满足加工硬化要求的前提下，适当提高Ｍｎ／Ｃ比对单一奥氏体组织稳定性有利（特别是高温条件下），从而不但能在铸态下抑制碳化物析出、生长，加速渗碳体在热处理时充分溶解的过程，而且对材料的加工硬化特性无明显影响。建议Ｍｎ／Ｃ比为１０￣１４。研究表明，当碳含量取上限，Ｍｎ／Ｃ比小于９时，往往对Ｐ、Ｓ的含量较敏感，即材料易产生脆性［１］。
为了脱氧良好，通常高锰钢的硅量应不小于０．３％。为防止硅含量过高而引起的材料冲击韧度、耐磨性的下降，通常，建议其含量控制在０．３％￣０．６％范围。
磷在高锰钢中是非常有害的元素，其在钢液中溶解度极低，并常以磷化物薄膜出现在晶界上，使铸件易于产生裂纹，特别是碳含量高时，更加剧了磷的这一危害性。对于厚大铸件或重要铸件，磷量应严格按ＧＢ５６８０９８５ 标准控制。影响高锰钢零件使用寿命的关键问题是如何控制磷含量和削弱磷元
安徽省教育厅自然科学研究项目资助 ２００４ｋｊ０４８ 作者简介： 王仲珏（１９５２．２－），男，安徽省安庆市人，教授，硕士生导师，主要从事金属材料工程和成型
技术的研究，获得省、市、厅级科技进步奖６项，完成科研项目１１项，发表专业论文８０多篇。电话： ０５５３－２２１００６０，１３５１５５３３１５７
《热处理》 ２００６年第２１卷第１期
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素对高锰钢零件使用寿命造成的不利影响。材料的起始硬度，服役条件，材料特性，铸造缺陷甚至零件安装的平整程度等虽然都对其使用寿命产生一定的影响，但研究表明，对高锰钢零件使用寿命影响最大的现象是热裂，影响最大的因素是化学成分，影响力度最强的是磷的含量。１．１ 控制磷含量
为削弱磷对零件使用寿命的不利影响，通过试验建立的高锰钢磷含量对材料正常使用寿命影响的状态判据［３］（％）：
Ｐ≤０．０４ 安全０．０６≥Ｐ≥０．０４ 介安全
０．０８≥Ｐ≥０．０６ 临界
Ｐ≥０．０８ 危险这意味着若要降低磷，其可选途径为：（１）精选炉料，尤其选择和控制锰铁种类和加入量；
（２）运用ＢａＣＯ３渣系工艺强化熔炼时的脱磷脱硫。
当温度达到１５００℃时，使用ＢａＯ．ＣａＯ复合剂，采用二次倒包法原理进行脱磷脱硫，其效率达４０％以上（也可用ＣａＣ＋ＣａＦ２的复合剂，以撒、冲结合法处理）。
为削弱磷的不利影响，在现有的生产条件下主要采用的措施为：
（１）完善和改进高锰钢冶炼工艺 控制返回料和低磷碳素钢的配比，返回料占70%左右为宜；控制浇注温度在1350℃左右；熔炼温度以1500℃~1550℃为宜。
（２）控制化学成分配比
硅含量一般为０．３％￣０．８％，硅含量高促使磷的析出；用铝脱氧并确保其在钢中有一定的残余量。当Ｐ＜０．０６％时，加入０．５ｋｇＡｌ／ｔ￣０．８ｋｇＡｌ／ｔ； 当Ｐ为０．０６％￣０．１０％时，加入１．２ｋｇＡｌ／ｔ￣１．６ｋｇＡｌ／ｔ。
（３）采用微合金化技术及加快冷却的铸造工艺对磷、碳含量高且大而厚的铸件可酌情加入微量钛铁、钒铁或铌铁来细化晶粒；采用稀土复合变质剂；小件采用温型，中、大件采用冷型浇注或配合使用内外冷铁。１．２ 对于加Ｃｒ高锰钢，铸件水轫处理后进行￣２５０℃的回火处理，可明显促进Ｃ－Ｍｎ原子簇的有序展开，通过这些有序微区的随机均匀分布而增加对位错的钉扎作用，从而可提高其耐磨性能。一般铸件回火时间为６ｈ以上。
• ６０ •
１．３ 在直浇道上安置泡沫陶瓷过滤片可有效地起过滤作用，并降低缩松倾向从而使致密度增加，提高了抗冲击和抗磨性能。２ 铸态组织控制
２．１ 进行分级复合化孕育和变质处理
加入０．０４％￣０．１０％Ｔｉ、０．２５％￣０．４０％Ｖ和微量氮化锰合金进行复合孕育。加入０．１０％￣０．２０％ＲＥ进行变质，能有效地减弱树枝晶的生长，缩小柱状晶比例，从而显著地提高钢的韧性。２．２ 加入微量元素进行合金化处理
为提高钢的屈服强度和抗磨性，可加入１．０％￣１．５％Ｃｒ和０．６％￣０．８％Ｍｎ。２．３ 实现同时凝固
采取合理的浇注系统设计配以冷铁和其它工艺措施，促使铸件整体同时凝固，局部顺序凝固，冒口补缩，内浇口分散而呈开放减压式的设计原则。３ 热处理工艺条件的控制
热处理工艺条件的控制效果取决于两方面，一方面它强烈地受到基本成分和铸态组织控制效果的影响，另一方面也受到其本身不同的处理条件的影响。近年来，高锰钢的研究和生产技术取得了很大进步。成熟的热处理工艺主要依据零件铸态组织、性能要求和使用工况分为三类：仅进行应力消除和细化晶粒的亚温处理；明显加快升温速度，实施高效水韧处理；对重要的大型复杂件或部分多元合金高锰钢增加予先退火工序，然后再进行水韧处理。
明显加快升温速度的理由是：（１）零件经稀土变质、多元复合孕育和合金化处理后铸态组织的变化使其力学性能明显提高［３］；（２）只有当≥７００℃时碳化物才开始溶解于奥氏体，且到９００℃时的溶解很漫，在９５０℃￣１０００℃区域，碳化物溶解量也有限。此外，在这一阶段材料处于塑性期，故应加快升温速度。
良好的水韧处理工艺控制还表现在下列二个方面［４］（如图１所示）：
（１）应保证合适的水、钢比，Ｇ水／Ｇ钢≥１０。（２）在水池侧面和底部按装多个均布压力喷口使之在处理过程中对零件产生强烈的均匀搅动；安装进、排水泵，通过控制进、排水量使水温不高于４０℃。
对于含磷量在０．０６％￣０．１０％的铸件，生产中发现热处理温度过高会导致磷共晶的产生。实质上这种磷共晶是铸态磷共晶遗留或变形的产物。为此，在略低于二元和三元磷共晶熔点的温度增设二个保温阶段使磷共晶固溶，即，第一保温阶段７００℃￣７５０℃
《热处理》 ２００６年第２１卷第１期
４ 结论
控制高锰钢热处理动力学条件，实质就是针对具体零件、性能要求和使用工况，在保证基本成分的控制和获得良好的铸态组织的前提下，合理确定热处理工艺，使碳化物快速有效地溶解于奥氏体；水韧处理时快速冷却防止渗碳体析出，在铸造和热处理这两个生产环节创造合理的工艺条件。
参 考 文 献
［１］王仲珏． 稀土变质多元化微合金化的高锰钢淬火工艺［Ｊ］．中国
铸造装备与技术， １９９９， （５）：４０－４１．［２］陆文华． 铸造合金熔炼［Ｍ］．北京： 机械工业出版社， ２００４：２１０－
２１４．［３］王仲珏． 稀土变质处理高锰钢性能［Ｊ］．新技术新工艺， ２００１， （４）：
２８－２９．［４］许忠胜， 王仲珏． 高锰钢零件质量与水韧处理工艺的关系［Ｊ］．
机械研究与应用， １９９７， （２）：３３．
图１ 水韧处理池示意图
１护框架及网 ２压力喷口 ３总管道Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ｐｏｏｌ
１ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｆｒａｍｅ ２ ｓｐｒａｙ ｎｏｚｚｌｅ ３ ｔｏｔａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ
（￣２ｈ），第二保温阶段１０２０℃￣１０５０℃（￣３ｈ）； 然后视高锰钢合金化程度升温至１０８０℃￣１１００℃后，进行水韧处理
。
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（上接第５８页）
冷却速率，降低分级冷却温度，以减少钢中孪晶马氏体的形成，从而提高其抗疲劳性能。
Ｂ３１８钢含有较多的Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ碳化物形成元素，经１２００℃奥氏体化后，淬火组织中尚残留着少量细小的碳化物颗粒，使组织细化，这可能与碳化物颗粒邻近的溶质富集区提供较多的奥氏体形核位置有关［６］。淬火前的分级冷却，使马氏体基体体积收缩，导致Ｆｅ的晶格常数缩小，一方面产生很大的微观内应力以及微变形，使晶体缺陷显著增加；另一方面使过饱和碳引发的点阵畸变增大，导致碳化物析出热力学驱动力增大，使碳化物在低温下的扩散难度增大，在淬火速率高的情况下，不易析出。回火后，有足够的固溶的Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ从马氏体基体中析出，减少了固溶强化效果，改善了韧性，同时析出的弥散分布的碳化物又造成二次硬化效果，能弥补固溶强化效果减弱所造成的强度下降，使钢在强度基本不下降的情况下，达到强韧性的较好配合，提高了抗疲劳性能。４ 结论
（１） Ｂ３１８钢疲劳裂纹出现早晚与冷处理温度有很大关系，冷处理温度越低，分级淬火前的冷却速率越高，使Ｂ３１８钢的抗疲劳裂纹扩展能力明显提高，抗疲劳性能明显增强。
（２） 尽量减小冷处理温度的波动幅度，以确保产品有稳定的疲劳性能。
参 考 文 献
［１］章四琪， 卢斌， 等． 载荷对双金属锯条切削寿命及断口特征的
影［Ｊ］． 《中国矿业大学学报》， １９９５， ２６（３）： ３６９．
［２］Ｗｏｏｄ Ｗ． Ｅ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｒａｃｔｕｒｅ
Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ Ｌｏｗ Ａｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌｓ ［Ｊ］． Ｅｎｇ Ｆｒａｃｔ Ｍｅｃｈ， １９７５， ７：２１９．
［３］Ｐａｒｋｅｒ Ｅ． Ｒ， Ｚａｃｋａｙ Ｖ Ｆ． Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｆｅａｔｕｒｅｓ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌｓ ［Ｊ］． Ｅｎｇ ＦｒａｃｔＭｅｃｈ， １９７５， ７： ３７１．
［４］Ｗｏｏｄ Ｗ Ｅ． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎ ＡＩＳＩ４３４０
Ａｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌ Ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｅｄ ａｔ Ｌｏｗ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ［Ｊ］．Ｍｅｔａｌ Ｔｒａｎｓ （Ａ）， １９７７， ８Ａ： １１９５．
［５］Ｙｏｕｎｇｂｌｏｏｄ Ｊ Ｌ， Ｒａｇｈａｖａｎ Ｍ． Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｗｉｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ３００Ｍ Ｓｔｅｅｌ ［Ｊ］． Ｍｅｔａｌ Ｔｒａｎｓ（Ａ）， １９７７， ８Ａ： １４３９．［６］张树松， 等． 材料科学进展［Ｊ］． １９８８， ４（８）： ３４．
《热处理》 ２００６年第２１卷第１期
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