球磨机是应用于选矿、建材等行业中的重要粉碎设备,而衬板则是球磨机的核心零件,其主要失效形式是磨损。高锰钢作为重要的耐磨材料,常被用于制作球磨机衬板。随着球磨机大型化、高效化的发展,衬板服役的工况越发复杂,普通高锰钢衬板已经不能满足使用要求。长久以来高锰钢能一直被广泛应用,主要因为其具有良好的韧性,以及在强冲击载荷下具有出色的加工硬化能力而表现出较好的耐磨性,但当高锰钢受到的冲击较小时,其加工硬化效果不充分,导致耐磨性较差。本文分别通过V、Ti单元素合金化方案与V-Ti、V-Ti-RE多元合金化方案对高锰钢进行合金化处理,然后利用金相显微镜、扫描电镜、硬度试验机、拉伸试验机和摩擦磨损试验机等仪器对其进行微观分析和性能测试。研究不同合金类别及含量对高锰钢组织和性能的影响,并探讨合金元素的作用机理;确定使高锰钢耐磨性提高最显著的最佳元素含量。研究结论如下:（1）本研究中,水韧处理后高锰钢组织发生奥氏体向珠光体转变的现象,在普通高锰钢中出现了较多的珠光体,而合金化高锰钢中较少,基本呈单一奥氏体组织。高锰钢在经过V、Ti合金化处理后,合金析出物数量相比普通高锰钢有所增加,晶粒明显细化,且分布更加均匀;夹杂物尺寸有所减小,形状和分布状态得到改善。而在加入稀土元素后,夹杂物数量有所减少。（2）合金化处理后,高锰钢硬度得到很大提高,而强度提升不明显,甚至出现下降情况,但满足预期要求。其中,加入V后高锰钢的硬度、强度均有所提高,且二者都随V含量的增加而提升;Ti合金化处理使高锰钢硬度得到明显提高,但强度并未提升,且随Ti含量的增加而下降;V-Ti合金化方案使高锰钢的硬度提高,其强度也表现出随合金含量的增加而提高的特点;V-Ti-RE合金化试样硬度高于普通试样,但强度相对较低。（3）部分合金元素固溶于基体,提升了高锰钢基体的硬度;部分合金以第二相形式析出,从而细化晶粒,增强了高锰钢的加工硬化能力,提高了形变后的磨面硬度;使夹杂物尺寸减小,数量减少,改善其形状和分布,降低了剥落磨损的危害;增加了大量弥散硬质点,对基体起到保护作用,使高锰钢的耐磨性得到提升。与普通高锰钢相比,V合金化高锰钢的磨损率降低了5.6%～27.8%;Ti合金化方案使其磨损率降低了47.2%～61.1%;V-Ti合金化使高锰钢的磨损率降低了2.8%～44%;V-Ti-RE合金化方案中高锰钢磨损率降低了13.8%～33.3%。（4）通过单元素合金化试样与多元合金化试样的性能对比发现,只添加钒或钛的单元素合金化方案对高锰钢综合性能的提升效果更显著。单独添加Ti元素且含量为0.0073%时,高锰钢耐磨性最好,并且此种方案合金添加量少,生产成本小,更适合实际生产。