На рисунке 1 представлена диаграмма, на которой показаны семь различных структурных областей, соответствующих сталям, содержащими 0,10—1,8% углерода и 2—17% марганца и имеющими резко различные свойства.
Рис. 1 Схема основных структурных различий марганцевых сталей
Область 1. К ней относятся углеродистые стали с повышенным содержанием марганца. Эти стали имеют лучшую прокаливаемость, чем обычные углеродистые стали, и более склонны к образованию дендритной структуры. С увеличением содержания марганца перлитные колонии приобретают форму сферолитов.
Область 2. К ней относятся мартенситные стали, причем мартенсит образуется при любых скоростях охлаждения и даже при закалке в воде не удается зафиксировать чисто аустенитную структуру. Стали этой группы обладают высокой твердостью и хрупки.
Область 3. Стали этой группы имеют чисто аустенитную структуру. Эти стали, содержащие меньше чем 0,9% углерода, по своим свойствам немногим отличаются от стали Гадфильда, которая содержит больше углерода, но лучше закаливается, чем сталь Гадфильда.
Область 4. К ней относятся стали, которые являются переходными между второй и третьей группами. Эти стали структурно очень сложны и не имеют практического применения, так как при любых режимах термической обработки они имеют очень низкие показатели механических свойств.
Область 5. К этой группе относятся стали, имеющие свойства, сходные со сталями третьей или шестой области, в зависимости от их доэвтектоидного или заэвтектоидного состава соответственно.
Область 6. Эту часть диаграммы можно назвать карбидной областью. Аустенит в этих сталях очень стабилен, однако критическая скорость выделения карбидов настолько велика, что для получения чисто аустенитной структуры стали требуются высокие скорости ее охлаждения; при этом отливки должны иметь более или менее равномерное сечение. Сталь, имеющая чисто аустенитную структуру без карбидов, вязка и трудно деформируема в холодном, состоянии. Присутствие же карбидов значительно ухудшает ее механические свойства. К этой группе относится классическая сталь Гадфильда.
Область 7. Аустенит в сталях этой группы менее стабилен, чем в сталях предыдущей группы. При обычной термической обработке значительная часть аустенита распадается на троостит и мартенсит. Эту область следует назвать трооститной. Чаще всего троостит выпадает на границе между зернами аустенита и выделившихся карбидов. Карбиды выделяются из раствора в таком большом количестве, что и в хорошо закаленных отливках очень часто присутствуют элементарные кристаллы карбидов, которые являются центрами кристаллизации троостита. Стали такого химического состава применяются только в отожженном состоянии (например, сталь «Марс»).