Los diferentes elementos tienen diferentes funciones y efectos en las piezas de desgaste de fundición de acero al manganeso.
Elemento de carbono. El carbono es uno de los dos elementos más importantes en los aceros al manganeso junto con el manganeso. Los aceros al manganeso son una solución sobresaturada de carbono. Para la mayoría de los grados de acero al manganeso estándar, el carbono y el manganeso se encuentran en una proporción aproximada de Mn / C = 10. Por lo tanto, estos aceros tienen típicamente un 12% de Mn y un 1.2% de C. Esta relación se estableció principalmente por las limitaciones iniciales de la fabricación de acero y la relación fija no tiene una importancia real. El aumento del contenido de carbono aumenta el límite elástico y reduce la ductilidad. Consulte la siguiente imagen para ver los efectos del aumento del contenido de carbono en las propiedades del acero al manganeso al 13%.

Efecto del carbono sobre las propiedades de tracción del acero al manganeso.
La mayoría de los aceros al manganeso se utilizan en situaciones de desgaste por abrasión y alto impacto, por lo que los fabricantes intentan maximizar el contenido de carbono. Existen límites prácticos y, a medida que el contenido de carbono excede el 1.3%, el agrietamiento y los carburos del límite de grano sin disolver se vuelven más frecuentes. Las calidades premium de aceros al manganeso, aquellos con alto contenido de manganeso, han empujado el límite superior de carbono mucho más allá del 1.3%.
Elemento manganeso. El manganeso es un estabilizador de austenita y hace posible esta familia de aleaciones. Disminuye la temperatura de transformación de austenita a ferrita y, por lo tanto, ayuda a retener una estructura completamente austenítica a temperatura ambiente. Las aleaciones con 13% Mn y 1.1% C tienen temperaturas de inicio de martensita por debajo de -328 ° F. El límite inferior para el contenido de manganeso en el acero al manganeso austenítico simple es cercano al 10%. El aumento de los niveles de manganeso tiende a incrementar la solubilidad del nitrógeno y el hidrógeno en el acero. Existen aleaciones premium con mayor contenido de carbono y elementos de aleación adicionales con niveles de manganeso de 16-25% de manganeso. Estas aleaciones son propiedad de su fabricante.
Elemento de silicona. El contenido de especificación de silicio en acero con alto contenido de manganeso es 0.3% ± 0.8%. El silicio reducirá la solubilidad del carbono en austenita, promoverá la precipitación del carburo y reducirá la resistencia al desgaste y la tenacidad al impacto del acero. Por lo tanto, el contenido de silicio debe controlarse en el límite de especificación inferior.
Elemento fósforo. El contenido de especificación del acero con alto contenido de manganeso es P ≤ 0.7%. Al fundir acero con alto contenido de manganeso, debido al alto contenido de fósforo en el ferromanganeso, el contenido de fósforo en el acero es generalmente alto. Debido a que el fósforo reducirá la tenacidad del acero al impacto y hará que la fundición sea fácil de agrietar, el contenido de fósforo del acero debe reducirse tanto como sea posible.
Elemento de azufre. La especificación de acero con alto contenido de manganeso requiere S ≤ 0.05%. Debido al alto contenido de manganeso, la mayor parte del azufre y el manganeso del acero se combinan entre sí para formar sulfuro de manganeso (MNS) y entrar en la escoria. Por lo tanto, el contenido de azufre en el acero suele ser bajo (generalmente no más del 0.03%). Por lo tanto, el efecto nocivo del azufre en el acero con alto contenido de manganeso es mayor que el del fósforo.
Elemento de cromo. El cromo se utiliza para aumentar la resistencia a la tracción y la resistencia al flujo de los aceros al manganeso. A menudo se utilizan adiciones de hasta el 3.0%. El cromo aumenta la dureza recocida en solución y disminuye la tenacidad del acero al manganeso. El cromo no aumenta el nivel máximo de dureza endurecida por trabajo ni la tasa de endurecimiento por deformación. Los grados que contienen cromo requieren temperaturas de tratamiento térmico más altas, ya que los carburos de cromo son más difíciles de disolver en solución. En algunas aplicaciones, el cromo puede ser beneficioso, pero en muchas aplicaciones, agregar cromo al acero al manganeso no tiene ningún beneficio.
Elemento de molibdeno. Las adiciones de molibdeno a los aceros al manganeso provocan varios cambios. Primero, la temperatura de inicio de la martensita se reduce, lo que estabiliza aún más la austenita y retarda la precipitación del carburo. A continuación, las adiciones de molibdeno cambian la morfología de los carburos que se forman durante el recalentamiento después de que el material ha recibido un tratamiento en solución. Típicamente se forman películas limítrofes de grano de carburos aciculares, pero después de agregar molibdeno, los carburos que precipitan se fusionan y se dispersan a través de los granos. El resultado de estos cambios es que la tenacidad del acero mejora mediante la adición de molibdeno. Otro beneficio de las adiciones de molibdeno se pueden mejorar las propiedades mecánicas recién fundidas. Esto puede ser un beneficio real durante la producción de fundición. En grados de carbono más altos, el molibdeno aumentará la tendencia a la fusión incipiente, por lo que se debe tener cuidado para evitar esto ya que las propiedades mecánicas resultantes se verán severamente disminuidas.
Elemento de níquel. El níquel es un fuerte estabilizador de austenita. El níquel puede prevenir las transformaciones y la precipitación de carburo incluso a velocidades de enfriamiento reducidas durante el enfriamiento. Esto puede hacer que una moneda de cinco centavos sea una adición útil en productos que tienen secciones de gran tamaño. El aumento del contenido de níquel se asocia con una mayor tenacidad, una ligera caída en la resistencia a la tracción y no tiene ningún efecto sobre el límite elástico. El níquel también se utiliza en materiales de relleno de soldadura para aceros al manganeso para permitir que el material depositado esté libre de carburos. Es típico tener niveles de carbono más bajos en estos materiales junto con el níquel elevado para producir el resultado deseado.
Elemento de aluminio. El aluminio se utiliza para desoxidar el acero al manganeso, lo que puede prevenir agujeros de alfiler y otros defectos de gas. Es típico usar adiciones de 3 libras / tonelada en la cuchara. El aumento del contenido de aluminio disminuye las propiedades mecánicas del acero al manganeso al tiempo que aumenta la fragilidad y el desgarro en caliente. En la práctica, es aconsejable mantener los residuos de aluminio bastante bajos para la mayoría de los grados de acero al manganeso.
Elemento de titanio. El titanio se puede utilizar para desoxidar el acero al manganeso. Además, el titanio puede atar el nitrógeno en nitruros de titanio. Estos nitruros son compuestos estables a temperaturas de fabricación de acero. Una vez que se retiene, el nitrógeno ya no está disponible para causar la perforación de los pasadores en las piezas fundidas. El titanio también se puede usar para refinar el tamaño del grano, pero el efecto es mínimo en las secciones más pesadas.