锰钢

锰钢（英语：Austenitic manganese steel castings）又称奥氏体锰钢、耐磨钢、哈德菲尔德锰钢，是一种性能优异的耐磨钢，该材料组织为单相奥氏体。^[2]

1882年，由罗伯特·哈德菲尔德（Robert Hadfield）发现高锰钢，1883年取得了高锰钢专利。^[2]1993年，美国clima铝业公司发布的ASTM A128中锰钢专利和标准。^[5]2023年2月，ISO/TC17/SC11铸钢件技术委员会发布，ISO13521：2023《奥氏体锰钢铸件》（第三版）。2023年5月23日，GB/T5680—2023《奥氏体锰钢铸件》中国国家标准发布并实施。^[2]

锰钢的主要化学成分包括碳、锰、硅、硫和磷等元素。根据锰含量的不同，锰钢可以细分为中锰耐磨钢（5%~9%Mn）、高锰耐磨钢（12%~14%Mn）和超高锰耐磨钢（15%~30%Mn）。锰钢的生产过程包括原料处理、冶炼、铸造和热处理等工序。锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成，有时还含有少量的磷共晶。^[2][6][7]锰钢具有生产工艺简单，制造成本低，具有高硬度、高强度、高韧性与塑性，易加工硬化，具有高耐磨性和具有一定强度等特点，适用于在磨损严重的工况下使用，如矿山机械、建筑机械等领域。此外，奥氏体锰钢铸件还具有较好的耐腐蚀性能。^[2]

在18世纪70年代之前，人们对锰还知之甚少。1770年，瑞典乌普萨拉大学的化学教授托伯恩·奥洛夫·伯格曼将软锰矿从石灰和白镁矿中分离出来，并将其描述为一种新金属的矿灰。后来他的朋友卡尔·威廉·舍勒经过3年研究，确定软锰矿为一种新金属的氧化物，他将这种新金属命名为锰（Manganese）。1774年，伯格曼的助手约翰·戈特利布·甘恩用提纯后的软锰矿粉和木炭在坩埚中加热一小时，最终分离出纯的金属锰，才得到如今人们所熟知的锰。^[8]

奥氏体高锰钢由罗伯特哈德菲尔德于1882年发明，是第一种取得商业成功且行为方式与碳钢截然不同的合金钢。因此，它通常被认为标志着合金钢的诞生。^[9]

本杰明·亨茨曼（Benjamin Huntsman）是最早在钢铁制造过程中引入其他金属的人之一。他在1740年发明的坩埚钢生产工艺标志着一个重要的技术进步，因为这是第一次能够将钢完全熔化在坩埚中。在此之前，亨茨曼已经利用多种熔剂来净化钢中的杂质。不久之后，他开始向钢中添加一种富含锰的特殊生铁——被称为“Spiegeleisen”（镜铁），这一做法显著降低了钢中的杂质含量。^[10]

1816年，德国研究员卡尔·J.B.·卡斯滕(Carl J.B. Karsten)观察到，在铁中加入相对大量的锰可以提高其硬度，同时并不损害其延展性和韧性。然而，当时这种合金化的尝试并不均匀，导致实验结果也不够稳定。实际上，并没有人意识到，诺里库姆地区开采的铁矿石之所以能产出高品质的钢铁，是因为这些矿石中含有少量未被磷、砷或硫等有害元素污染的锰，而这正是制造优质锰钢的关键成分。^{[11][12][13][14]}

1860年，亨利·贝塞麦爵士（Sir Henry Bessemer）在尝试改进他的贝塞麦炼钢法时发现，在吹炼钢的过程中加入镜铁（Spiegeleisen，一种富含锰的生铁）有助于去除多余的硫和氧。硫与铁形成的硫化物熔点较低，会在钢中造成薄弱点，从而妨碍热轧过程。由于锰具有很强的去杂能力，它通常会被添加到现代钢材中以改善其性能，即便是微量添加也能起到重要作用。^[15]

哈德菲尔德（Hadfield）在寻找一种既坚硬又具有良好韧性的钢材，用于制造有轨电车的车轮，因为普通的碳钢并不能满足这些要求。通过快速冷却可以使钢材硬化，但这会导致其韧性下降，变得脆裂。对于钢铸件来说，快速冷却通常是不可行的，因为这会导致不规则形状的部件发生变形或开裂。事实证明，含锰合金钢（Mangalloy）非常适合用于铸造。这种钢材在铸造过程中不会形成称为“气孔”的空洞，而且也没有一般铸件所具有的极端脆性问题。^[16][10]

在19世纪80年代初，人们认为锰不会带来脆性可提高硬度和刚度，作为钢轨钢使用。美国在宾夕法尼亚使用的钢轨化学成分是0.35%C—0.5%Mn钢。^[17]

哈德菲尔德一直在研究前人的工作，包括本杰明·亨茨曼和A.H.艾伦等人的实验成果。当时，钢铁制造更像是一门艺术而非科学，由技艺高超的工匠掌握，他们往往对自己的方法守口如瓶。因此，在1860年之前几乎没有关于钢铁冶金的数据记录，关于各种合金的信息也十分零散且可靠性不高。哈德菲尔德对向钢中添加锰和硅产生了浓厚的兴趣。Terre Noire公司曾开发出一种名为“铁锰”的合金，其中锰的含量高达80%。哈德菲尔德最初尝试将这种铁锰与坩埚钢以及硅混合，制成了锰含量为7.45%的合金，但他发现这种材料并不符合他的需求。在接下来的尝试中，他去掉了硅，并增加了更多的铁锰，最终得到了一种含碳1.35%和锰13.76%的合金。制造出这种锰合金后，哈德菲尔德对其进行了测试，他对得到的结果感到惊讶，认为这不可能是真的。这种材料外观暗淡柔软，有着类似铅的亚金属光泽，但却异常坚硬，能够轻易地破坏锉刀的齿。它无法像普通工具那样保持锋利，也无法用锯子锯断或在车床上进行加工。尽管其铁含量超过80%，但它却不具有磁性，并且具有很高的电阻。尝试研磨只会使其表面变得光滑而光亮。最令人惊奇的是，当这种材料经过加热和淬火处理时，其性能表现几乎与普通碳钢相反。^[10]

1882年，锰钢由罗伯特·哈德菲尔德（Robert Hadfield）发现，化学成分为12.5%，该化学成分钢被命名为哈德菲尔德（Hadfield）锰钢。^[2]1883年，哈德菲尔德研制出含锰13%的高锰钢，^[18][19]

经过数百次的试验后，哈德菲尔德意识到这些测试结果确实是准确的，尽管当时还无法解释为何硬度和韧性能够如此完美地结合在一起。他写道：“如果可以使用‘合金’这个词的话，那么在其他的铁合金中是否也存在类似的情况呢，没有一篇冶金学论文提及过这些。也许，当人们对合金的规律有了更好的理解时，就会发现这只是一种众多情况中的一个而已。”^[16]

哈德菲尔德发明的合金钢是第一种性能明显区别于传统碳钢的合金钢。现代冶金学已经了解到，锰能够抑制可锻奥氏体相转变为硬而脆的马氏体，而这种转变通常发生在普通钢的淬火过程中。哈德菲尔德钢的奥氏体在热力学上是不稳定的，当受到机械冲击时，它会转变为马氏体，从而形成一个坚硬的表面层。哈德菲尔德在1883年为他的合金钢申请了专利，但随后又花了五年时间来进一步完善其配方，直到1887年才将其推向市场。他最终确定了一种含有12%至14%锰和1.0%碳的合金配方，这种合金具有足够的延展性，可以承受压痕，但硬度极高，以至于无法被切割。这种合金钢成为了第一种具有商业应用价值的合金钢。哈德菲尔德最初将这种合金钢用于铁路和电车领域，但很快就扩展到了更广泛的用途，从锯片到保险箱等多种产品都采用了这种新型合金钢。^[10][17]

1993年，美国clima铝业公司发布的ASTM A128中锰钢专利和标准。^[5]2023年2月，ISO/TC17/SC11铸钢件技术委员会发布，ISO13521：2023《奥氏体锰钢铸件》（第三版）。2023年5月23日，GB/T5680—2023《奥氏体锰钢铸件》中国国家标准发布并实施。GB/T5680—2023国家标准参考ISO13521：2015 Austenitic Manganese Steel Castings《奥氏体锰钢铸件》国际标准修改。^[2]

奥氏体锰钢根据锰在钢中的含量分为中锰耐磨钢（5%~9%Mn）、高锰耐磨钢（12%~14%Mn）和超高锰耐磨钢（15%~30%Mn）。^[2]

中锰耐磨钢是在高锰钢的基础上发展起来的耐磨钢种，降低了Mn的含量，通过添加合金化元素以弥补力学性能的不足，在非强烈冲击工况条件下即可表现出良好的耐磨性能。中锰耐磨钢板化学组成（%）为0.9C（碳），0.6Si（硅），9.0Mn（锰），2.0Cr（铬），0.5Mo（钼），<0.2Ti（钛），<0.05V（钒），<0.02RE（稀土元素），水冷固溶处理，热处理组织为单相亚稳奥氏体组织，在奥氏体晶内和晶界上存在少量颗粒状的黑色碳化物，呈离散分布，这对提高材料的耐磨损性能是有利的。中锰钢的抗拉强度(σt)646 MPa，屈服强度(σs)436MPa，冲击韧性（Ak）140J/cm2，HRC值硬度24.7。^[20]

中锰耐磨钢由于锰含量较低，其组织稳定性较差，使用过程中易诱发马氏体转变，耐磨性比高锰钢好，但韧性较低，主要在冲击载荷较小的工况下使用。^[2]

中锰钢的抗冲击滚动复合磨损性能优于Hardox400和Hardox500耐磨钢，良好的中低冲击载荷的加工硬化效应有效提高了中锰钢的抗磨损性能。冲击滚动复合磨损后热轧中锰钢表面存在一定厚度的硬化层，深度接近1000μm。亚表层的最高显微硬度达到HV490，洛氏HRC硬度值达53。形变孪晶和马氏体相变是中锰钢硬化和抗磨损性能改善的主要原因，其磨损机制以凿削破坏为主，伴随局部的疲劳剥落破坏。Hardox500的磨损以多次塑变导致的疲劳剥落破坏为主，伴随局部的凿削破坏。^[20]

高锰耐磨钢为传统的耐磨材料，其C含量为1.0%~1.4%，Mn含量为11%~14%。在外部冲击载荷的作用下，形变层出现显著的加工硬化现象，而内部依然为奥氏体组织。当高锰钢组分和外部载荷条件确定，其硬度变化规律就确定，且不受表层磨损的影响而一直延续下去。这种高硬度和韧性的匹配，使得高锰钢表现出良好的抗冲击疲劳和磨料磨损性能。虽然高锰钢具有众多的优点，但由于高锰钢的加工性能差，长期以来主要以铸件的形式被使用，同时在中、低冲击磨料磨损的条件下，工件表面的加工硬化程度低，高的耐磨性能难以发挥。^[20]

高锰耐磨钢锰含量较高，其组织稳定性较中锰钢好，冲击韧性高，适用于冲击载荷较高的工况下使用。^[2]高锰耐磨钢是抵抗强冲击、大压力物料磨损等耐磨材料中的最佳选择，具有其它耐磨材料无法比拟的加工硬化特性。在较大冲击或较大接触应力的作用下，高锰钢板表层产生加工硬化，表面硬度由HB200迅速提升到HB500以上，从而产生高耐磨的表面层，而钢板内层奥氏体仍保持良好的冲击韧性。^[21]

高锰钢最大的特点有两个：一是外来冲击越大，其自身表层耐磨性越高；二是随着表面硬化层的逐渐磨损，新的加工硬化层会连续不断形成。高锰钢这一特殊的性能，适于制作长时间经受高冲击物料磨损的耐磨构件，长期以来广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭、水泥等机械设备中。尤其是近年来，随着现代工业的高速发展和科学技术的突飞猛进，高锰钢已成为磁悬浮列车、凿岩机器人、新型坦克等先进设备中首选的耐磨材料。许多新型材料和现代表面工程技术在性能价格比上无法与高锰钢相比。^[21]

采用高锰耐磨钢Mn13轧制钢板。高锰耐磨钢Mn13轧制钢板以其优良的耐磨性能，广泛用于抛丸机、球磨机、粉碎机等易被强冲击磨损的部位，已在造船、汽车、机械、发电、水泥、矿山、煤炭等外资、合资企业中高端用户中得到广泛应用，已成为新一代耐磨钢选材的必然发展趋势。^[21]

超高锰钢是在普通高锰钢标准成分的基础上通过提高碳、锰含量发展而来的。它既具有较高的加工硬化速率，又保持了高韧性的奥氏体组织，在中、低冲击工况下，具有良好的耐磨性。在国外，超高锰钢作为耐磨材料已形成产品，但国内的研究还较少。超高锰耐磨钢其硬度与普通高锰钢的硬度相差不大。^[22]

超高锰钢水韧后的组织为奥氏体，基体上弥散分布有细小的碳化物颗粒和球形夹杂，变质处理使组织中的碳化物颗粒细化，且其分布更加均匀弥散。随C、Mn含量的提高，超高锰钢的硬度提高，冲击韧性降低。变质处理提高Mn14和Mn17的冲击韧性，但降低Mn20的冲击韧性。在0.5J冲击功下，Mn20（SR）Mn17（SR）的耐磨性分别比Mn12（SR）提高50%和28%以上；在1.0J的冲击功下，Mn17（SR）的耐磨性比Mn12提高40%以上。^[22]

超高锰钢锰含量一般在15%以上，主要用于改善厚大铸件中心组织均匀性，使厚大铸件中心部位获得完全奥氏体组织，提高其加工硬化能力。^[2]

锰钢的化学成分主要包括碳、锰、硅、硫和磷等元素。其中，碳的含量通常在0.9%至1.3%之间，锰的含量则较高，一般在10%至14%左右。硅的含量通常在0.3%至1.0%之间，磷的含量一般都小于0.10%，硫的含量一般都小于0.06%。^[7][6]ISO13521：2023规定了9个牌号的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo和Ni的化学成分范围。Mn元素为扩大奥氏体相区的元素，较高的锰含量对单一奥氏体组织稳定性有利，在不影响材料加工硬化特征的情况下，可以有效抑制铸态下碳化物的析出和生长，加速渗碳体在热处理时充分溶解的过程。^[2]

GB/T5680—2023规定了11个牌号奥氏体锰钢铸件的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni和W元素的化学成分范围，并规定可加入微量V、Ti、Nb、B和RE等元素，见下表。与ISO13521：2023相比，中国标准降低了奥氏体锰钢铸件中有害元素S含量，各牌号含S量最大值为0.040%，提高含S量技术要求，可以更好规范和控制奥氏体锰钢铸件的质量。^[2]

锰钢是一种重要的合金钢，其生产工艺较为复杂，以下是一般的锰钢生产工艺流程，以高锰钢为例^[25]：

化学成分设计高锰钢按照国家标准通常含有较高的锰含量（11.0％－14.0％之间，一般不应低于13％），碳含量范围是0.75％－1.45％。硅含量一般不大于0.5％，低磷低硫也是基本要求，磷应低于0.07％，还可加入约2.0％的铬提高抗磨性。对于超高锰钢，目前尚无国标，但其锰含量应大于18％。^[26][25]炉料准备入炉材料主要包括优质碳素钢（或钢锭）、高碳锰铁、中碳锰铁、高碳铬铁及高锰钢回炉料等。需注意，回炉料不可过多使用，一般不应超过25％。^[26][25]熔炼无论使用中频炉还是电弧炉熔炼，先熔炼碳素钢。各类锰铁和其他贵重合金材料要分多次少量入炉，以减少烧损，料块以50－80mm为宜。熔清后，炉温达到1580－1600℃时进行脱氧、脱氢、脱氮处理，可使用铝丝、si-ca合金或sic等材料，并将脱氧剂压到炉内深处，然后用覆盖剂盖严金属液面，使氧化物、夹杂物有充足时间上浮。在此期间，及时用中碳锰铁调整锰与碳的含量。钢液出炉前，需将浇包烘烤到400℃以上。出炉期间可用v-fe、ti-fe、稀土等多种微量元素做变质处理，使一次结晶细化。^[25]炉衬与造型材料选择锰钢属碱性，炉衬应选用镁质材料。捣打炉衬时要轮番换位操作，每次添加炉衬材料不宜过厚（约80厘米），捣毕需低温长时间烘烤。也可采用成型坩埚，能提高生产效率并有利于防穿炉。造型材料和涂料应与金属液属性相一致，如采用蓄热量大的铬铁矿砂可细化一次结晶，尤其适用于消失模生产。^[27][26]铸造工艺设计锰钢凝固收缩大、散热性差，铸造收缩率一般取2.5％－2.7％，铸件越大，收缩率应取上限。型砂与砂芯的退让性要好，浇注系统采用开放式。多个分散的内浇道从铸件薄壁处引入，呈扁而宽的喇叭状，靠近铸件处的截面积大于与横浇道相联的截面积，使金属液快速平稳地注入铸型，防止温差过大。冒口直径要大于热节直径，紧靠热节，高度是直径的2.5－3.0倍，采用热冒口甚至浇冒口合一，以补充铸件凝固收缩时的空位。直浇道和冒口位于高处（砂箱有5－8°的斜度）。^[28]

浇注时尽量低温快浇，凝固后及时松砂箱。可适当使用冷铁，包括内冷铁和外冷铁，以细化一次结晶、消除缩孔和缩松，并提高工艺出品率，但需注意适宜的用量和规格。内冷铁要干净、易熔，用量以少为宜。外冷铁的三维尺寸与冷却物的三维尺寸一般为0.6－0.7倍的函数关系。过小不起作用，过大造成铸件开裂。铸件在型内要长时间保温，直到低于200℃再开箱。^[28]

热处理

热处理开裂可能是低温阶段升温过快导致。正确操作是350℃以下升温速度小于80℃/h，750℃以下小于100℃/h，且在不同时期进行保温。当温度超过750℃时，铸件呈塑性状态，可快速升温。达到1050℃时根据铸件厚度确定保温时间，然后再升到1100℃以上。出炉降温要留有余地，随后尽快入水。入水温度应低于30℃，淬火后水温低于50℃，水量不小于铸件重量的8倍。铸件在水池中要三个方向不停地移动。^[28]

切割与焊接（若需要）

锰钢热传导性能差，切割浇冒口时，可将铸件置于水中，使被切割部分露在水外，切割时留一定量的茬，热处理后磨掉。焊接时选用奥氏体基的锰镍焊条（如d256或d266型），规格细长（如φ3.2mm×350mm），外层药皮为碱性。操作时采用小电流、弱电弧、小焊道多层焊，始终保持低温度少热量的操作方法，并一边焊接一边击打以消除应力。^[26][29]

检验

重要铸件必须探伤，进行屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等力学性能检验。检验不合格时，允许对该批试块及铸件重新热处理，然后进行标准所要求的所有力学性能检验。重新热处理后力学性能检验合格，则该批试块及铸件仍为合格。但是，未经需方同意，不允许对试块及铸件进行多于两次的重新热处理。^[29]

高锰钢是一种耐磨钢，经过水韧处理后可以得到较好的塑性和冲击韧性，其HBW硬度大于210。按照ISO6506（系列部分）的规定。高锰钢的硬度测试，其HBW硬度应不高于300。ISO13521：2023规定：弯曲试验应按照ISO7438的规定。弯曲试样的类型和取样位置应由供需双方商定。在室温条件下（18~28℃），试样弯曲150°后不应断裂成两块或两块以上。若弯曲试验后试样表面有裂纹，但试样仍保持在一块上，视为合格。^[2]

锰钢的密度是指单位体积内的质量，常用单位是克/立方厘米。锰钢的密度一般在7.65~7.85g/cm³之间，具体数值取决于锰钢的成分和热处理工艺等因素。^[3]

锰的加入不仅可以改变锰钢的化学成分，也会对其物理性能产生影响，熔点就是其中的一个方面。锰对钢的熔点有着一定的影响。一般来说，锰钢的熔点在1200℃以上，比一般钢材高。这是因为锰对钢的晶体结构有着影响，使其具有更加紧密、有序的排列方式，从而提高了钢的熔点。^[30]

锰成分对锰钢的熔点也有着一定的影响。当锰含量增加到一定程度时，其会对钢的熔点产生影响。一般而言，锰的含量越高，钢的熔点就越高。这是因为锰对钢的结构和性能有着重要的影响，锰含量的增加会使钢的晶体结构更加紧密有序，并且形成更多的化合物，从而提高钢的熔点。^[30]

通常情况下，锰钢的硬度在200至500HB之间，其中300至400HB的锰钢最为常见。不同类型的锰钢其硬度范围可能会有所不同，例如高锰钢的硬度要比普通锰钢大得多。^[4]

锰是高锰钢的主要合金元素，它的添加可以增加钢的强度，弱化硫对材料性能的不利影响，且多固溶于奥氏体中，可提升材料性能的稳定性。锰含量的增加可以优化材料的强度以及冲击韧性，但含量过高则会造成奥氏体枝晶体不断生长，使得金属的导热性弱化，也会破坏晶体组织，出现裂纹。通常，高锰钢中的锰含量在11.0%-14.0%之间，一般不应低于13%；碳也是重要的硬化元素，其作用主要是扩大奥氏体区以及强化固溶作用，可促进单相奥氏体组织的形成，使材料具有较强的塑性以及韧性，保证材料具有较好的力学性能。然而，碳含量过低不能顺利形成单一奥氏体组织，力学性能弱化，加工硬化效果不理想；碳含量过高，则在铸态组织中会形成大量的碳化物，尤其是会出现较多粗大的碳化物。为避免碳化物析出，需对碳含量进行严格控制。^[31][29]

高锰钢在常温下较易氧化。^[32]

虽然高锰钢在常温下较易氧化，但它仍能在许多腐蚀性液体中保持稳定，并具有一定程度的耐腐蚀性。^[32]

高锰钢中的锰是变价元素，主要氧化价态有多种，使其能形成多种化合物。在一些条件下，高锰钢可与强酸等发生反应。例如，在强烈的冲击、挤压条件下，其表层会迅速发生加工硬化现象，这是由于位错密度大量增加，以及高锰奥氏体的层错能低，形变时容易出现堆垛层错，从而为ε马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。^[33][34][35]

高锰钢具有特殊性质：在常温条件下冷却时它和玻璃一样脆，但将高锰钢加热到1000℃，再进行水中淬火生成奥氏体结构后将具有很好的韧性；抗张强度波动于80～100千克/平方毫米，延伸率大于40%，布氏硬度（HB）约为200；具有很大的冷加工硬化性能，提高了钢的耐磨性。^[7]

锰钢具有高硬度、高强度、高韧性与塑性、易加工硬化，具有高耐磨性和具有一定强度的特点，是冲击磨损条件下使用的钢种。它的耐磨性优良，适用于在磨损严重的工况下使用，如矿山机械、建筑机械等领域。此外，奥氏体锰钢铸件还具有较好的耐腐蚀性能，可以在恶劣的工作环境中长期使用。在冲击磨损条件下，奥氏体高锰钢具有极大的表面加工硬化能力，形成硬化层，提高了硬度，抗磨损能力增强。同时，高锰钢水韧处理后具有优异的韧性和塑性，适用于承受大冲击载荷的挖掘、破碎等设备。^[2]

高硬度：通常情况下，锰钢的硬度在200至500HB之间，其中300至400HB的锰钢最为常见。^[4]

高强度：锰钢件具有较高的抗拉强度和屈服强度，能够承受较大的载荷和压力。^[36]高韧性：锰钢件具有较好的冲击韧性和断裂韧性，能够承受冲击和振动荷载。^[36]高耐磨性：锰钢件具有较好的耐磨性能，能够抵抗磨损和摩擦负荷。^[36]良好的焊接性能：锰钢件可采用焊接工艺进行连接和修补，具有较好的焊接性能。^[36]耐腐蚀性：锰钢件对腐蚀性介质具有一定的抵抗能力，能够适应一定的腐蚀环境。^[36]

在非强烈冲击载荷条件下，奥氏体高锰钢不能发挥其加工硬化特性，因为其较软的奥氏体基体，钢的耐磨性不如一般的铸铁。^[2]

脆性大

锰钢的碳含量较低，容易出现脆性。尤其是在强度要求高的条件下，难以进行足够的热处理，所以锰钢的脆性较大。当受到冲击或者弯曲时，容易发生破裂现象。^[37]

加工难度大

由于锰钢硬度高、强度大，它的加工难度也相应增加。加工锰钢需要选用高强度的刀具，并要对刀具进行特殊的刀具涂层处理，以避免刀具的过度磨损和加工效率的下降。^[37]

变形难以控制

由于锰钢硬度高、强度大，它的形变难度也较大。在加工时需要对它进行加热，使其变得稍微软化，以便减少形变难度。^[37]

锰钢表现出与碳钢截然不同的特性使得它在商业上取得了成功与认可。实践证明锰钢能够承受巨大的冲击和挤压并且能经受住长期的磨损，此后被常用于运输行业的铁轨、桥梁，以及军事行业的军盔、坦克钢甲、枪管等多种用途。由于锰自身特性，如纯净的金属锰比铁稍软且脆，潮湿处会氧化，一般不会让其“单打独斗”，在炼钢中，通常以锰制合金、锰金属、优质锰矿石等形式加入钢水中形成特殊结构的钢材使用，具有脱氧、脱硫及阻止钢的粒缘碳化物形成等作用，可以提高和改善钢材的硬度、强度、耐磨性、韧性和可淬性。坐落于上海市中心的文化广场观众厅网架结构和上海体育馆，就是由锰钢钢管焊接而成。中锰钢是近年来出现的新型钢铁材料，因为其优异的力学性能被认为是第三代汽车用钢。中锰钢作为一种先进轻质高强钢，主要应用于汽车结构件、安全件和加强件，这为汽车轻量化提供了更多潜力，并使汽车降低能耗减少排放成为可能。^[38]

2023年2月，ISO/TC17/SC11铸钢件技术委员会发布，ISO13521：2023Austeniticmanganesesteelcastings《奥氏体锰钢铸件》（第三版）。ISO13521：2015Austeniticmanganesesteelcastings《奥氏体锰钢铸件》国际标准。^[2]

2023年5月23日，GB/T5680—2023《奥氏体锰钢铸件》中国国家标准发布并实施。规定了奥氏体锰钢铸件的订单信息、制造工艺、材料牌号、技术要求、试验方法、检验规则及标志、合格证、包装、运输和贮存。GB/T5680—2023标准适用于受冲击负荷的耐磨损奥氏体锰钢铸件。其他工况的耐磨损奥氏体锰钢铸件也可参照执行。中国发布的有关锰钢铸件的行业标准有：JB/T6404—2017《大型高锰钢铸件技术条件》、JB/T5940—2018《工程机械高锰钢铸件通用技术条件》、JC/T401.1—2011《建材机械用铸钢件第1部分：高锰钢铸件技术条件》等。^[2]

在高锰钢中，碳和磷对裂纹的产生影响最大。含碳量越高，铸件越容易产生裂纹。钢液的还原精炼对高锰钢铸件裂纹的影响也要引起重视。在高锰钢的冶炼过程中应严格控制炉渣中FeO+MnO之和不大于1.2%，因为随着渣中FeO+MnO之和的提高，钢液中FeO+MnO也必升高，凝固后在晶界上析出，会使钢变脆。控制浇注温度及开箱温度也是防止高锰钢铸件产生裂纹的有效措施。随着浇注温度的升高，铸件收缩应力增大，更重要的是晶粒粗大，柱状晶严重，大大削弱了钢的强度。另外，高锰钢铸件不应在红热时打箱，把铸件暴露在空气中骤冷，而应在铸型中缓慢冷却，对复杂的铸件应当在温度降低至200℃左右才宜打箱。^[39]

在铸造工艺各因素中最重要的是铸型的退让性，其次是砂箱设计不合理。例如箱筋阻碍收缩可以产生裂纹，因此，箱筋距铸件及冒口要有一定的距离。浇注系统设计不当，分散导入的多条内浇道往往因阻碍铸件收缩，而在与内浇道联结处开裂。应该特别指出，在铸件内浇道导入处，局部温度高而最后凝固，由于得不到足够的补缩，收缩应力使铸件开裂，所以一般在内浇道处要设置冒口补缩。^[39]

在制作炼钢用锰钢时，需要严格控制原料的比例，以保证成品质量；在熔炼和浇注过程中，需要注意控制温度和熔体流动速度，以保证成品外观质量和物理性能；需要对成品进行热处理，以优化晶粒结构和消除内部应力，从而达到提高锰钢性能和延长使用寿命的目的。^[40]

预热温度

锰钢的预热温度应根据工作温度、焊接方法、板厚等因素进行调整。一般来说，锰钢板厚度大于20mm时需要预热。预热温度一般在200℃至400℃之间，过低会导致焊接接头冷裂，过高会降低焊接金属的强度。^[41]

焊接电流

焊接电流要根据锰钢的厚度、板的尺寸和形状、焊缝的长度和要求以及焊接位置等因素进行调整。一般来说，焊接电流越小，焊接速度越慢，焊接质量越好。^[41]

注意焊接过程中可能出现的问题^[41]

（1）气孔：在焊接过程中可能会产生气孔。气孔的产生原因是焊接材料中的氢气过多或在焊接过程中没有消除污染物。^[41]

（2）裂纹：在焊接过程中可能会产生裂纹。裂纹的产生原因是锰钢具有低凝固点和高收缩率，在焊接时易产生内应力和变形。^[41]

（3）未熔透：在焊接过程中可能会出现未熔透现象。未熔透的产生原因是电流过小或焊缝宽度窄。^[41]