高锰钢焊接

高锰钢Mn13 焊接工艺

高锰钢是指含碳量为0.9% ～1.3% ，含锰量为11.0% ～14.0% 的铸钢，即

ZGMn13 。

此材料在1000 ～1100 ℃之间为单一奥氏体组织，为保持此组织，需高温淬火，

即在1100 ～1050 ℃间的温度内立即水淬至常温。经过热处理后的高锰钢，如果

再加热到250 ℃以上，

就会有碳化物析出，其脆性增加，再有此材料的线胀系数大，易出现较大内应力，如果采取常规焊接工艺焊接会出现开裂现象，原因是焊后缓冷到950 ～250 ℃的温度区间内，

会有大量碳化物析出，使母材变脆，再有内应力大，冷却后检查焊缝与母材间已开裂。解决此问题，

就要根据此材料的特殊性质，采取特殊焊接工艺，采取间断焊接、焊后立即水冷至常温的办法，使焊缝避开那段温度区。

结果是成功的.ZGMn13 高锰钢的焊接较差，焊接时的主要问题是：⑴热影响区碳化物的析出高锰钢经1050 ℃水韧处理后，

碳全部固溶于奥氏体中，室温下呈单相奥氏体组织，具有良好的韧性，但当重新加热超过250 ℃时，碳就会沿晶界析出碳化物，

使材料的韧性大大下降，因此焊补后，在热影响区的一个区段内会不同程度地析出碳化物，不仅失去韧性变脆，

而且还会降低耐磨性和冲击韧度。解决的措施是加快施焊时焊件的冷却速度，缩短在高温下停留的时间，以减少碳化物的析出。

⑵热裂纹倾向严重ZGMn13 高锰钢的线膨胀系数是低碳钢的 1.6 倍，但热导率

仅是低碳钢的1/6 ，所以焊接时会产生很大的应力，

在S、P 有害杂质的作用下，产生焊缝热裂纹和热影响区的液化裂纹。解决的措

施是严格控制母材中的S、P 含量，

特别是焊接材料中的S、P 含量；其次是采用锤击焊缝等工艺措施，减少焊接应力。

如何正确地选用ZGMn13 奥氏体高锰钢焊接时的焊接材料？⑴焊条用于

ZGMn13 奥氏体高锰钢焊接的焊条为低碳钢焊芯

，并在药皮中加入适量合金元素，使熔敷金属得到高锰钢的化学成分和力学性能。

用于焊接ZGMn13 奥氏体高锰钢的焊条有两种类型：

一种是高锰钢型焊条D256（EDMn-A-16 ）和（EDMn-B-16 ），主要用于堆焊受严重冲击磨料磨损零件，如碎石机颚板等；

另一种是Cr-Mn 型焊条D276 （EDCrMo-B-16 ）和D277 （EDCrMo-B-15 ），其堆焊金属处于介稳定状态的高锰奥氏体，

当受到强烈冲击后转变为马氏体，主要用于耐气蚀的堆焊或高锰钢堆焊，如水轮机叶片、挖掘机斗齿等。

⑵焊丝焊接ZGMn13 奥氏体高锰钢用焊丝有Mn-Ni 、Mn-Cr 、Mn-Mo 、Mo-Ni-Cr 系高锰钢焊丝和Cr-Ni 、Cr-Ni-Mn 系合金钢焊丝，

其化学成分，见表31。Cr-Ni 系焊丝不仅具有较高的耐腐蚀性能，能冲击载荷下

能声速被加工硬化，

而且还在焊接高锰钢与碳钢或低合金钢的异种钢时容许有较高的稀释，可用来作为高锰钢与碳钢焊接时的填充材料。

ZGMn13 奥氏体高锰钢的焊接工艺。焊补或焊接ZGMn13 奥氏体高锰钢时，应

该采用热源集中、线能量小的焊接方法，

如手弧焊、熔化极气体保护焊等，不推荐使用气焊和钨极氩弧焊。焊补或焊接工艺：1）焊前必须清理焊补处的泥垢、

油垢和铁锈，仔细检查有无起层、裂纹、夹砂、气孔和缩孔等缺陷。若有这些缺陷，必须用砂轮或电弧气刨铲出。

磨损的部位必须用砂轮磨去硬化层，因为硬化层的金属对裂纹十分敏感。2）焊前不应预热，多层焊时层间温度不应超过300 ℃，

以防止过热使热影响区脆化。3）焊接时要尽可能地采用小线能量，尽量减少基

本金属受热，采取措施为尽可能地加快接头的冷却。

为此，用短弧、直流反极性、跳焊、短段焊、间隙焊、脉冲焊等工艺措施，采用

这些措施能在一定程度上减少碳化物的析出。

4）为防止产生热裂纹，可采用Cr-Mn 或Cr-Ni 奥氏体钢焊条打底。如果在低碳钢或低合金钢上堆焊ZGMn13 奥氏体高锰钢时，

可以先焊一层Cr-Ni 或Cr-Mn 奥氏体钢作隔离焊道，以防产生裂纹。5）焊后为消除焊接应力，可用尖锤锤击焊接区。

为使熔敷金属得到奥氏体组织，锤击后要迅速将焊接区进行喷水冷却。

Mn13 、X120Mn12 钢板常用规格6-30 厚度，特殊规格最薄可达 1.0mm,

最厚100.0mm 。圆钢少量现货。可顶扎方钢等高锰钢型钢。

1、铁路道岔的补焊

铁路道岔采用w(C)=1%~1.3%,w(Mn) ≥12%, w(Si) ≥1.0%, w(P) ≤0.07% 的铸

造高锰钢。美国Lincoln Electric 公司对早期失效的道岔进行补焊修复工艺研究，先用碳弧气刨方法清除裂纹及加工硬化层，后用奥氏体不锈钢AWSE308L 或W309Mo-16 焊条打底，封闭可能残存的裂纹。否则残存裂纹在焊接结束前会扩展。从裂纹沿晶界扩展的性质表明这类裂纹属于热裂纹。用Ni-Cr 奥氏体焊条打底后，即使有裂纹扩展也将受到该焊层的阻挡，然后采用高锰奥氏体焊条进行小热输入、不摆动的快速焊接。尽量采用多层焊接。最好用半自动焊等高效焊接方法。不预热，控制层间温度小于300 ℃或在所有焊接时间每距焊缝150mm 左右处用手触焊件而不被烫伤。采用短弧焊，直流反接或采用间歇焊。

45 试述奥氏体高锰钢的特点及其焊接性。

奥氏体高锰钢是指碳的质量分数为0.9% ～1.3% 、、锰的为11% ～14% 的铸钢。这种钢在1000 ～1100 ℃范围内加热时，可以得到单一的奥氏体组

织，然后迅速在水中冷却淬火（水韧处理）能保持单相奥氏体状态。奥氏体高锰钢具有很高的韧性，是一种非常强韧的非磁性合金，在冲击载荷作

用下，表面层将发生加工硬化而具有高耐磨性，但切削加工困难，仅限于作铸件使用，广泛用于制造要求高耐磨性并承受冲击载荷的零件，牌号为

ZGMn13 ，其化学成分，见表30。

表30 ZGMn13 钢的化学成分（质量分数）（% ）

牌号

C

Mn

Si

S

P