高速列車制動盤用低合金鑄鋼及其熱處理方法與制動盤技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于軌道交通的金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速列車制動盤用低合金鑄鋼及其熱處理方法與制動盤。其組分及其各組分的重量百分含量為：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；鋁0.01～0.05％；鈦0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；錳1.0～1.8％；鉻0.10～0.30％；鉬0.20～0.40％；鎳0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他組分的含量總和≤0.1％，余量為鐵。本發(fā)明專利技術(shù)提供的低合金鑄鋼化學(xué)組分和配比合理、綜合力學(xué)性能優(yōu)異且性價(jià)比高，制備的制動盤性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，能夠滿足高速列車用制動盤的使用要求。

Low alloy cast steel for brake disc of high speed train and its heat treatment method and brake disc

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
高速列車制動盤用低合金鑄鋼及其熱處理方法與制動盤
本專利技術(shù)屬于軌道交通的金屬材料
，具體涉及一種高速列車制動盤用低合金鑄鋼及其熱處理方法。
技術(shù)介紹
制動盤是高速列車制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，通過與閘片的摩擦實(shí)現(xiàn)列車的調(diào)速與停車。在制動過程中，制動盤與閘片摩擦?xí)a(chǎn)生巨大的熱量，大部分熱量被制動盤吸收，然后通過制動盤的散熱筋將熱量散發(fā)到空氣中。在反復(fù)的吸熱和散熱過程中，制動盤摩擦面很容易產(chǎn)生熱裂紋。因此，制動盤的可靠性直接關(guān)系到列車的運(yùn)行安全。目前，國內(nèi)高速列車鑄鋼制動盤技術(shù)被國外少數(shù)供應(yīng)商壟斷，國內(nèi)供應(yīng)商鑄鋼制動盤技術(shù)還不成熟，其產(chǎn)品仍處在試驗(yàn)驗(yàn)證或小批量裝車運(yùn)用的階段。中國專利申請?zhí)枮?01210217930.3和201610235376.X的專利公開了一種用于高速列車制動盤的合金鑄鋼及其熱處理方法以及由該合金鑄鋼制造的高速列車制動盤，通過錳、鉻、鉬、鎳和釩等合金成分的選擇及其和碳、硅等其它化學(xué)成分的配比以及對其它元素的控制，使合金鑄鋼的各種化學(xué)成分獲得較合理的匹配，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅Я＜?xì)化，提高了淬透性和熱強(qiáng)性能，所制得的合金鑄鋼綜合力學(xué)性能優(yōu)于當(dāng)時(shí)的國內(nèi)技術(shù)。但所公開的合金鑄鋼材料抗熱裂紋性能難以令人滿意，僅僅154次1:1制動動力試驗(yàn)后就產(chǎn)生了熱裂紋，雖然優(yōu)于當(dāng)時(shí)的國內(nèi)技術(shù)，但離國外技術(shù)以及批量運(yùn)用還有一定的差距。中國專利申請?zhí)枮?00810227749.4的專利公開了一種制動盤用合金鋼，該合金鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱疲勞性能，同時(shí)還具有較好的抗熱裂性、穩(wěn)定的摩擦性能和良好的散熱性，適用于制造軌道車輛用制動盤。但所公開的合金鋼需要增加太多的合金元素，鈮、鎢、銅、鈦、鋯和鋁元素都需要添加，且昂貴的鎳元素含量要求達(dá)到1.95～1.99％，雖然上述合金元素的添加可以改善合金鋼的力學(xué)性能，但是導(dǎo)致制動盤產(chǎn)品價(jià)格昂貴，很難與國外進(jìn)口成熟產(chǎn)品進(jìn)行競爭，也難以滿足高速列車降低運(yùn)營成本的要求。因此，為了實(shí)現(xiàn)我國高鐵核心技術(shù)及關(guān)鍵部件完全自主化的戰(zhàn)略需要，需要開發(fā)一種綜合力學(xué)性能優(yōu)異，可以形成產(chǎn)業(yè)化，且性價(jià)比高的高速列車制動盤用低合金鑄鋼及其熱處理方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的之一在于提供一種化學(xué)組分和配比合理、綜合力學(xué)性能優(yōu)異且性價(jià)比高的低合金鑄鋼，用于鑄造高速列車用制動盤。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用以下的技術(shù)方案：高速列車制動盤用低合金鑄鋼，其組分及其各組分的重量百分含量為：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；鋁0.01～0.05％；鈦0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；錳1.0～1.8％；鉻0.10～0.30％；鉬0.20～0.40％；鎳0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他組分的含量總和≤0.1％，余量為鐵。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，高速列車制動盤用低合金鑄鋼，其組分及其各組分的重量百分含量為：碳0.15～0.20％；硼0.001～0.003％；鋁0.01～0.05％；鈦0.04～0.07％；硅0.35～0.55％；錳1.2～1.8％；鉻0.15～0.30％；鉬0.20～0.40％；鎳0.20～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他組分的含量總和≤0.1％，余量為鐵。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，鑄造時(shí)鈦、鋁和硼的添加順序是：先添加鋁、再添加鈦、最后添加硼。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼各種化學(xué)成分的作用和具體含量如下：硼可以細(xì)化鋼的晶粒，顯著提高鋼的淬透性，還可以提高鋼的耐磨性和強(qiáng)度。只需極少量的硼就可以大大提高鋼的淬透性，硼提高鋼淬透性的能力顯著強(qiáng)于鉻、鉬和鎳等貴重合金元素；而且硼適合于低碳、低合金鋼，如果鋼中碳及合金元素含量過高，硼就易與鋼中的碳及合金元素相結(jié)合形成高硬度、低韌性的化合物，不但會降低了鋼的淬透性還容易產(chǎn)生表面裂紋，所以本專利技術(shù)提供的低合金鑄鋼中碳和合金元素含量低于現(xiàn)有技術(shù)，可以顯著降低成本；另外，硼也易與鋼中的氧和氮相結(jié)合形成高硬度、低韌性的化合物，容易產(chǎn)生表面裂紋，所以要嚴(yán)格控制低合金鑄鋼的含氧量和含氮量。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將硼含量控制在0.001～0.003％。鈦與碳、氧、氮和硫都具有極大的親和力，形成相應(yīng)的碳化物、氧化物、氮化物和硫化物，其中鈦與氧的親和力最大；本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中添加鈦，主要是為了讓鈦與氮結(jié)合，降低合金鑄鋼的含氮量，避免硼與氮結(jié)合，其次讓多余的鈦與碳結(jié)合細(xì)化鋼的晶粒。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將鈦含量控制在0.02～0.07％。鋁是強(qiáng)脫氧劑，可以顯著降低鋼中的含氧量，但是過量的鋁會降低鋼的強(qiáng)度。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼在添加錳、硅等常規(guī)脫氧劑后，又添加了一定量的鋁進(jìn)一步降低合金鑄鋼的含氧量，避免硼與氧結(jié)合。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將鋁含量控制在0.01～0.05％。碳是保證鋼強(qiáng)度和硬度的必要元素，碳含量越高，鋼的強(qiáng)度和硬度就越大，但是塑性和韌性就越差，由于本專利技術(shù)提供的低合金鑄鋼有硼元素，如前所述為了防止硼與碳結(jié)合，必須降低碳含量。由于硼可以提高鋼的強(qiáng)度和硬度，所以碳含量降低不會影響鋼的強(qiáng)度和硬度。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將碳含量控制在0.12～0.20％。氧是合金鑄鋼不可避免的雜質(zhì)元素，如前所述為了避免硼與氧結(jié)合形成過多的化合物，必須控制氧含量。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼通過添加多種脫氧劑，可以將氧含量控制在50ppm以內(nèi)。氮本來不是合金鑄鋼的雜質(zhì)元素，相反氮還可以細(xì)化鋼的晶粒，但如前所述為了防止硼與氮結(jié)合，必須控制氮含量。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼通過添加鈦，可以將氮含量控制在150ppm以內(nèi)。錳也是良好的脫氧劑，可以降低鋼中的含氧量，同時(shí)錳還可以提高硅的脫氧能力，從而進(jìn)一步降低鋼中的含氧量；錳還是良好的脫硫劑，可以降低鋼中的含硫量；錳還可以提高鋼的強(qiáng)度和淬透性，但是過量的錳會降低鋼的抗腐蝕性和抗氧化能力。由于本專利技術(shù)提供的低合金鑄鋼要求較低的含氧量，所以本專利技術(shù)適當(dāng)提高了錳的含量，本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將錳含量控制在1.0～1.8％。硅也可以提高鋼的耐磨性和強(qiáng)度；另外硅與錳配合使用，還可以降低鋼中的含氧量。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將硅含量控制在0.35～0.55％。鉻也可以提高鋼的淬透性和耐磨性；在一定的含量范圍之內(nèi)，還可以提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性；鉻還可以改善鋼的抗腐蝕性和抗氧化能力，但是含過量鉻的鋼力學(xué)性能反而下降，而且過量的鉻會與硼結(jié)合降低鋼的韌性。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將鉻含量控制在0.10～0.30％，低于現(xiàn)有技術(shù)。鉬也可以細(xì)化鋼的晶粒，提高鋼的淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫狀態(tài)下，鉬與鉻或鎳形成高溫合金，共同提高鋼的高溫力學(xué)性能；鉬還可以抑制鋼的回火脆性。但是過量的鉬會與硼結(jié)合降低鋼的韌性。本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將鉬含量控制在0.20～0.40％，低于現(xiàn)有技術(shù)。鎳可以改善鋼的抗腐蝕性和抗氧化能力，還可以同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性，尤其是高溫條件下的力學(xué)性能。鎳是非常優(yōu)異的合金元素，但是鎳屬于稀缺資源且價(jià)格昂貴。過量的鎳會與硼結(jié)合降低鋼的韌性，本專利技術(shù)的低合金鑄鋼中將鎳含量控制在0.15～0.35％，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)。磷和硫是合金鑄鋼本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.高速列車制動盤用低合金鑄鋼，其特征在于：其組分及其各組分的重量百分含量為：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；鋁0.01～0.05％；鈦0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；錳1.0～1.8％；鉻0.10～0.30％；鉬0.20～0.40％；鎳0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他組分的含量總和≤0.1％，余量為鐵。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.高速列車制動盤用低合金鑄鋼，其特征在于：其組分及其各組分的重量百分含量為：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；鋁0.01～0.05％；鈦0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；錳1.0～1.8％；鉻0.10～0.30％；鉬0.20～0.40％；鎳0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他組分的含量總和≤0.1％，余量為鐵。


2.如權(quán)利要求1所述的高速列車制動盤用低合金鑄鋼，其特征在于：其組分及其各組分的重量百分含量為：碳0.15～0.20％；硼0.001～0.003％；鋁0.01～0.05％；鈦0.04～0.07％；硅0.35～0.55％；錳1.2～1.8％；鉻0.15～0.30％；鉬0.20～0.40％；鎳0.20～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他組分的含量總和≤0.1％，余量為鐵。


3.如權(quán)利要求1所述的高速列車制動盤用低合金鑄鋼，其特征在于，氧和氮的重量百分含量為：氧≤50ppm，氮≤150ppm。


4.如權(quán)利要求1所述的高速列車制動盤用低合金鑄鋼，其特征在于，鑄造時(shí)鈦、鋁和硼的添加順序是：先添加鋁、再...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡謙，
申請(專利權(quán))人：南京中盛鐵路車輛配件有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32