CN102120253B

CN102120253B - 零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法

Info

Publication number: CN102120253B
Application number: CN 201010610288
Authority: CN
Inventors: 丁建中; 丁杰; 刘兴艳; 尤其光; 孙一; 彭路辉; 毛利平; 孙冬玲
Original assignee: CHANGZHOU HUADE MACHINERY Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU HUADE MACHINERY Co Ltd
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102120253A

Abstract

本发明公开了一种零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法。按重量配比：生铁88％～92％，废钢8％～11％，硅铁1.7％～2.0％，增碳剂0.2％～0.24％进行备料，采用中频感应电炉熔炼成铁水，调整其重量成分C3.6～3.8、Si1.9～2.5、Mn≤0.05、P≤0.02、S≤0.01、其余为Fe，然后在炉温达1550℃时，将净化处理后铁水进行球化、浇注、充型并打箱，并在球化和浇注过程中分三次进行孕育加工。由该铸造方法制得的球墨铸铁轴箱，抗拉强度达到400MPa，屈服强度260MPa，伸长率18％以上，-40℃下冲击功将达12J以上，可为寒冷地区高铁提供性能更加持续稳定、质量优良的轴箱。

Description

零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法

技术领域：

本发明涉及一种动车组转向架用轴箱的铸造方法，尤其涉及一种适用于零下40℃下运行的动车组的转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法。

背景技术：

转向架轴箱是动车组一个关键部件，转向架轴箱通过弹簧承载全车重量，同时行走的车轮和轴承安装在转向架轴箱上，所以在车辆运行过程中承受复杂的受力状态，它的材质性能及质量直接关系到客车的运行安全。

由于球墨铸铁具有优良的力学性能、加工性能、耐磨性能、吸震性能及制造成本低等优点，因而被广泛使用，例如重要的机车结构件、汽车结构件、远洋集装箱锁具以及风电设备等都优先选用球墨铸铁，这些零部件不仅要具有较高的常温冲击性能，而且要有良好的低温冲击性能，以避免在低温环境下运行时发生脆性断裂。

众所周知，普通的球墨铸铁的冲击韧性较低，如何提高球墨铸铁的冲击韧性，尤其是提高低温冲击韧性已成为近年来人们关注的热点。近年来，我国的高速铁路快速发展，最新型的动车组CRH3-380以其486.6Km/H的试验速度刷新了世界记录。CRH3-380将在京沪、京广和哈大等高铁线上广泛使用。

CRH3-380的转向架轴箱的材料是低温铁素体球墨铸铁。目前已成功试制并批量生产的包括CRH3-300转向架轴箱和CRH3-380转向架轴箱(以下简称轴箱)，这两种轴箱的球墨铸铁牌号均为QT400-18LT，这是-20℃为低温下限的球墨铸铁。然而动车组经常在-20℃乃至-40℃的低温环境中行驶，这就要求轴箱的材料性能在-40℃时依然要全面达到-20℃时QT400-18LT的要求。目前本领域低温至-40℃的QT400-18LT的研制尚无成果。现在的国标或欧标虽然有-40℃的低温球墨铸铁，但牌号是QT350-22LT的，即抗拉强度为350N·mm^-2，伸长率为22％。

虽然已有相关机构开始对-40℃低温球墨铸铁进行试验和研究，可以查到的主要通过控制化学成分(C：3.4％～3.7％，Si：1.9％～2.4％，Mn＜0.15％，P＜0.03％，S＜0.02％)，以及应用镍(Ni)然后进行热处理。但是Ni增加屈服强度，需要进行热处理才能获得完整的铁素体结构，无论是Ni的原材料成本以及对其含量的控制的难度，都会造成生产成本的增加，目前尚无较为完善稳定的铸造生产工艺可进行大批量生产。

发明内容：

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法，以避免加Ni铸造的难度以及对转向架轴箱低温性能造成的不足。

本发明上述目的技术解决方法之一是：

零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法，包括以下步骤：

Ⅰ、按重量配比：生铁89％～92％，废钢8％～11％，硅铁1.7％～2.0％，增碳剂0.2％～0.24％进行备料；

Ⅱ、采用中频感应电炉熔炼所述备料，铁水熔化后取样检验、净化处理，控制铁水化学成分为C：3.6％～3.8％；Si：1.9％～2.5％；Mn≤0.05％；P≤0.02；S≤0.05％，在球化包内加入铁水总质量1％～1.1％的球化剂和3％的孕育剂，并且另外单独装存铁水总质量3％的孕育剂；

Ⅲ、当炉温达到1550℃时，将净化处理后的铁水倒入球化包用冲入法进行球化加工，倒入过程中将所述单独装存的孕育剂随铁水流一起倒下进行随铁水流孕育，铁水进入球化包后再进行包内孕育，控制球化加工时间60sec～90sec；

Ⅳ、从球化包将铁水浇注入型腔，且使用漏斗随浇注加入铁水总质量0.15％的孕育剂进行随浇注孕育，控制浇注时间6min以内，充型时间25sec以内，打箱时间大于24小时。

优选地，所述球化剂为埃肯低镁低稀土球化剂，其中含Mg：5.5％～6.2％；Re：0.4％～0.6％；所述孕育剂为埃肯低镁孕育剂，其中含Ba：2％～3％；Ca：1％～2％；Ae_Max：1.5％。

更优选地，备料中所述生铁含C：3.0～4.0％；Si：0～0.02％；Mn：0％；P：0～0.02％；S：0～0.01％；Cr：0～0.02％；Ti：0；

所述废钢含C：0.06～0.6％；Si≤0.06％；Mn≤0.3％；P≤0.06％；S≤0.05％；所述硅铁含Si：70～80％。

本发明上述目的另一技术解决方法是：

零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法，利用上述铸造方法的回炉料，包括以下步骤：

Ⅰ、按重量配比：生铁55％～60％，回炉料38％～42％，废钢9％～12％，硅铁为：0.3％～0.4％进行备料；

再优选地，备料中所述生铁含C：3.0～4.0％；Si：0～0.02％；Mn：0％；P：0～0.02％；S：0～0.01％；Cr：0～0.02％；Ti：0；

本发明铸造方法的应用，其突出效果为：该铸造方法采用生铁作为原材料之一，减少了铁水净化处理的成本，使生产质量持续稳定；并且，选择合适的原料配比，避免了镍作为原料参与铸造，进一步降低了铸造原料配比和控制的难度；此外，选择三次控制剂量的孕育处理，由此制得的低温球墨铸铁动车组转向架轴箱的抗拉强度达到400MPa，屈服强度260MPa，伸长率18％以上，-40℃下冲击功将达12J以上。

具体实施方式：

实施例一

1、原材料准备

①、生铁、废钢、硅铁：

②、增碳剂：现有市售材料；

③、球化剂：埃肯低镁低稀土球化剂，其中含Mg：5.5％～6.2％，Re：0.4％～0.6％；

④、孕育剂：埃肯低镁孕育剂，其中含Ba：2％～3％，Ca：1％～2％，Ae_Max：1.5％。

2、铸件牌号：QT400-18LT(-40℃)

3、所要求达到的化学成分(质量百分比)

C：3.6％～3.8％；Si：1.9％～2.5％；Mn≤0.05％；P≤0.02；S≤0.05％。

4、铸件所达到的机械性能

抗拉强度400MPa以上，屈服强度260MPa以上，伸长率18％以上，-40℃下冲击功平均值不低于12J。

5、具体铸造工艺：

①、熔炼铁水

a、采用中频感应电炉熔炼；

b、炉料配比(％)：生铁89％～92％，废钢8％～11％，硅铁1.7％～1.9％，增碳剂0.2％～0.24％；

c、熔炼：按序加入上述炉料，炉体加温使铁料熔化，升温至1550℃±10℃，稍停一段时间，将铁水液面上的炉渣扒净，并取样进行碳量、硅量的检测，通过添加不同的炉料成分，调整铁水中各元素的含量，待达到所需化学成分，保持炉温并扒渣后静置几分钟。

②、球化处理

a、准备球化包：选用堤坝式球化盖包，堤坝应有足够高度，以保证球化材料加入后不外溢，包内温度不低于800℃；

b、在球化包内预先装填铁水总质量1％～1.1％的球化剂和3％的孕育剂，再另外单独装存铁水总质量3％的孕育剂以作备用；

c、将熔炼铁水倒入球化包内，并伴随倒入的过程将另外单独装存的孕育剂随铁水流混流，进行第一次的随铁水流孕育；

d、经第一次孕育的铁水进入球化包后，在球化剂催化下进行球化反应，同时在球化包内进行第二次的包内孕育；

e、球化完成后打开炉包盖，待铁水表面平静后进行两次以上扒渣，渣扒干净后，盖上包盖，吊运浇注处。

③、浇注加工

从球化包将铁水浇注入型腔，且使用漏斗随浇注加入0.15％的孕育剂进行第三次的随浇注孕育，控制浇注时间6min以内，充型时间25sec以内，打箱时间大于24小时。

④、对产品进行机械性能与金相实验、拉升实验、冲击试验、硬度试验、超声波球化率检测等质量检测。经检测结果显示，该牌号为QT400-18LT(-40℃)符合上述所要求达到的机械性能。

实施例二

在该转向架用球墨铸铁的轴箱生产制造过程中，一般为批量多炉进行，也即若干炉产品连续生产的情况。为提高生产成本的利用率，本发明的铸造工艺可通过利用回炉料来有效降低生产成本，具体体现在原材料准备上，即：

1、生铁55％～60％，回炉料38％～42％，废钢9％～12％，硅铁0.3％～0.4％：

2、球化剂：埃肯低镁低稀土球化剂，其中含Mg：5.5％～6.2％，Re：0.4％～0.6％；

3、孕育剂：埃肯低镁孕育剂，其中含Ba：2％～3％，Ca：1％～2％，Ae_Max：1.5％。

显见：较之于实施例一，非但生铁这一高成本原料的配比比例得以大幅降低，而且将不再需要使用增碳剂。

除上述备料工序外，该铸造工艺的后续制程均与实施例一相近，所需注意的是在铁水熔炼时，要求将硅含量控制在一定范围内，且铁水的净化处理需符合一定程度的洁净度要求。通过如实施例一的球化处理、三次孕育处理、扒渣及浇注等工艺，制得符合机械性能要求、牌号为QT400-18LT(-40℃)的球墨铸铁轴箱。

同样地，对产品进行机械性能与金相实验、拉升实验、冲击试验、硬度试验、超声波球化率检测等质量检测必不可少。经检测结果显示，该牌号为QT400-18LT(-40℃)符合上述所要求达到的机械性能。

综上所述可见，该铸造工艺采用生铁作为原材料之一，减少了铁水净化处理的成本，使生产质量持续稳定；并且，选择合适的原料配比，避免了镍作为原料参与铸造，进一步降低了铸造原料配比和控制的难度；此外，选择三次控制剂量的孕育处理，由此制得的低温球墨铸铁动车组转向架轴箱的抗拉强度达到400MPa，屈服强度260MPa，伸长率18％以上，-40℃下冲击功将达12J以上。

Claims

1.零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法，其特征是，它包括以下步骤：

I、按重量配比：生铁89％～92％，废钢8％～11％，硅铁1.7％～2.0％，增碳剂0.2％～0.24％进行备料；

II、采用中频感应电炉熔炼所述备料，铁水熔化后取样检验、净化处理，控制铁水化学成分为：C3.6％～3.8％；Si1.9％～2.5％；Mn≤0.05％；P≤0.02；S≤0.05％，在球化包内加入铁水总质量1％～1.1％的球化剂和3％的孕育剂，并且另外单独装存铁水总质量3％的孕育剂；

III、当炉温达到1550℃时，将净化处理后的铁水倒入球化包用冲入法进行球化加工，倒入过程中将所述单独装存的孕育剂随铁水流一起倒下进行随铁水流孕育，铁水进入球化包后再进行包内孕育，控制球化加工时间60sec～90sec；

IV、从球化包将铁水浇注入型腔，且使用漏斗随浇注加入铁水总质量0.15％的孕育剂进行随浇注孕育，控制浇注时间6min以内，充型时间25sec以内，打箱时间大于24小时；

所述球化剂之一为埃肯低镁低稀土球化剂，其中含Mg：5.5％～6.2％；Re：0.4％～0.6％；

所述孕育剂之一为埃肯低镁孕育剂，其中含Ba2％～3％；Ca：1％～2％；Ae_Max：1.5％。

2.根据权利要求1所述的零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法，其特征是：备料中所述生铁含C：3.0～4.0％；Si：0～0.02％；Mn：0％；P：0～0.02％；S：0～0.01％；Cr：0～0.02％；Ti：0；所述废钢含C：0.06～0.6％；Si≤0.06％；Mn≤0.3％；P≤0.06％；S≤0.05％；所述硅铁含Si：70～80％。

3.零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法，利用权利要求1所述铸造方法的回炉料，其特征是：它包括以下步骤：

I、按重量配比：生铁55％～60％；回炉料38％～42％；废钢9％～12％；硅铁0.3％～0.4％进行备料；

II、采用中频感应电炉熔炼所述备料，铁水熔化后取样检验、净化处理，控制铁水化学成分为C：3.6％～3.8％；Si：1.9％～2.5％；Mn≤0.05％；P≤0.02；S≤0.05％，在球化包内加入铁水总质量1％～1.1％的球化剂和3％的孕育剂，并且另外单独装存铁水总质量3％的孕育剂；

所述孕育剂之一为埃肯低镁孕育剂，其中含Ba：2％～3％；Ca：1％～2％；Ae_Max：1.5％。

4.根据权利要求3所述的零下40℃下动车组转向架用球墨铸铁轴箱的铸造方法，其特征是：备料中所述生铁含C：3.0～4.0％；Si：0～0.02％；Mn：0％；P：0～0.02％；S：0～0.01％；Cr：0～0.02％，Ti：0；所述废钢含C：0.06～0.6％；Si≤0.06％；Mn≤0.3％；P≤0.06％；S≤0.05％；所述硅铁含Si：70～80％。