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钢的宏观组织，高锰钢铸件的组织与其一次结晶组织有不可分割的关系。一次结晶组织的特征和钢的强度性能、塑性、冲击韧性以及耐磨性有密切关系。因此有必要研究其特征以及影响它的因素。

高锰钢的铸态宏观组织往往是由3种结晶形态所构成，即细等轴晶、粗大的等轴晶和粗大的有方向的树枝晶，即柱状晶所组成。浇入型腔中的高锰钢水的结晶过程如图3-5所示。图3-5a表示锰含量为13%的钢的相图的一部分。若钢中碳含量为1.2%，当钢水温度降到液相线温度时，结晶开始。析出的晶体中碳含量为0.4%。相邻的液相中碳的含量则随固相的析出而增加。在型壁表面凝固了一定厚度以后的某一时刻钢水中和凝固层中碳含量的分布情况如图3-5b。在结晶前沿与固相接触的钢水中碳的含量根据相图应是3.2%。这样成分的钢水的液相线应是1210摄氏度。因此必然产生成分过冷现象。图3-5c表示的正是在金属中距型壁表面不同距离各点已析出晶体的碳含量和与其相邻的钢水中碳含量向钢水中心部位延伸时的变化规律。图3-5d表示的是与图3-5c对应的各点由于成分不同，液相线温度不同。图中也给出了金属中温度分布曲线。金属温度分布曲线和液相线温度分布曲线的交点处表示该点是处于液、固相平衡状态。金属温度分布曲线是处于运动之中。即随时间的推移，金属中各点温度不断下降。曲线上各点的斜率也在不断改变。图3-5e是与图3-5C、d两图相对应，金属中固相凝固层、固液相界面、钢水中析出的固相的生长趋势的示意图。从图中可看出凝固层的外表层是激冷层，它由细等轴晶粒所组成。其内树枝晶向液体中心生长，形成柱晶带。结晶前沿如何向内推进，则取决于具体条件。结晶前沿向内推进和钢水中晶核的形成都取决结晶前沿金属温度分布曲线和液相线温度曲线的位置。当液相线温度分布曲线低于钢水温度分布曲线时出现成分过冷。这时将有利于树枝晶的生长和柱状晶带的形成。这两条曲线的相互位置及其斜率受很多因素影响。液相线温度分布曲线的斜率和曲线形状主要决定于金属内成分扩散的速度。钢水中成分扩散速度愈快，成分愈趋于均匀，则曲线的倾斜部分长度愈短。钢水内温度分布曲线的形状则主要决定于钢水的导热能力、铸型的蓄热能力、铸型材料的导热能力、钢水的浇注温度以及型壁和凝固层之间气隙形成的快或慢。总之是决定于传热方面的因素。

当钢水中成分扩散快，液相线温度分布曲线斜率大而钢水温度分布曲线较平缓、斜率小，则不利于树枝晶长时间向内单方向生长，阻碍柱状晶带的发展。

若温度分布曲线较陡、斜率较大而液相线温度分布曲线较平缓、斜率较小时，有利于树枝晶向内生长。它将延续较长时间，有利于柱状晶带的形成。

由于高猛的碳含量高，钢的导热性差，钢水浇入型腔中，导热过程较慢，温度不易均匀，因而钢水内温差大，温度分布曲线斜率大，曲线形状变陡。另外，高锰钢结晶生长速度较快，加入树枝晶在液体中生长速度也较快等原因，容易产生粗大的结晶组织，即有利于柱状晶的形成。

另外，型腔的导热性能以及它的冷却能力，对结晶组织有很大的影响。导热快，冷却能力大，金属温度分布曲线就愈陡。这会使树枝晶主干沿与热流传递的相反方向生长更为容易，从而有利于柱状晶带的形成与生长。

因此，传导性能的不同，冷却条件的差别和合金结晶特性的不同，使3种结晶形态并非均衡发展。当冷却速度非常快时，造成体积结晶的条件，容易形成细的等轴晶。在冷却速度慢，传热的方向性很弱时，容易形成粗大的等轴晶。在其他的条件下可能使树枝晶主干沿与传热方向相反的方向生长，形成柱状晶。