CN103045952A

CN103045952A - 变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料及生产方法

Info

Publication number: CN103045952A
Application number: CN2012105891766A
Authority: CN
Inventors: 赵建; 江国固
Original assignee: XIANGTAN HIGH-RESISTANT ALLOY MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: XIANGTAN HIGH-RESISTANT ALLOY MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明提供一种变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料及生产方法。所述合金材料的主材料为≥97%的工业冶金纯铁，其余合金材料包括铬Cr、锰Mn、钼Mo、硅Si、镍Ni、铜Cu、微量烯土、其它细化组织的金属材料。所述合金材料经冶炼工艺的熔铸、高速离心铸造、冷挤压加工、热处理工艺后生产的吸能压溃钢筒能在高速、重载机车紧急制动时冲击力大于1500KN情况下不规则弯曲变形后不产生裂纹与断裂等现象。

Description

变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料及生产方法

技术领域

本发明涉及一种合金材料及生产方法，特别涉及一种变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料及生产方法。

背景技术

变形单元中的吸能压溃钢筒是机车车钩缓冲装置变形单元中的关键部件。在进行紧急制动、制动不同步或发生意外的情况下，吸能压溃钢筒能吸收大量的冲击能量，起到很好的缓冲作用，从而保护机车车钩与车体的安全。然而，现有的变形单元中的吸能压溃钢筒在使用过程中发生接近0半径弯曲变形的180°弯曲屈服变形时容易产生裂纹与掉块，使得屈服弯曲变形后的吸能压溃钢筒不能满足产品的使用要求，尤其影响产品的更换与安装，甚至会造成其他配套产品也由此损坏。

因此，有必要提出一种创新的用于变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料及生产方法，使得生产的吸能压溃钢筒不仅能满足高强度与高韧性的机械性能，而且能满足均匀性与一致性的机械性能。此外，使得生产的吸能压溃钢筒在不规则弯曲变形后能够不产生裂纹与掉块。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料与生产方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案：一种变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料，包括：铬Cr、锰Mn、钼Mo、硅Si、镍Ni、铜Cu、微量烯土及工业冶金纯铁Fe；其中，按质量百分比，工业冶金纯铁Fe为≥97%、铬Cr为0.15-0.20%、锰Mn为0.50-0.65%、钼Mo为0.25-0.35%、硅Si为0.20-0.40%、镍Ni为0.25-0.35%、铜Cu为0.20-0.30%、碳C为0.11-0.13%、硫S≤0.020%、磷P≤0.015%。

上述的变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料，按质量百分比，铁Fe为97.82%、铬Cr为 0.18%、锰Mn为0.62 %、钼Mo为0.30 %、硅Si 为0.35 %、镍Ni为0.31 %、铜Cu为0.27%、碳C为0.12%、硫S≤0.015%、磷P≤0.015%。

上述的变形单元中的吸能压溃钢筒的生产方法，包括如下步骤：

1）根据配比将材料中的工业冶金纯铁Fe、镍Ni、铜Cu、铬Cr加入到中频炉内熔炼，待工业冶金纯铁Fe、镍Ni、铜Cu、铬Cr熔化后，钢温在1350～1370℃时进行第一次脱氧处理，时间3～5分种，然后根据配比加入硅Si、锰Mn进行第二次脱氧处理，时间2-3分种，渣料变成白色时脱氧完成，即可排渣出炉，得钢水；

2）用高达2000r／min高速离心铸造所产生的离心力均匀压制钢水制成的毛坯；

3）进行三次冷挤压加工；

4）将冷挤压后的粗成品均匀固定放置在炉膛内，加温至750℃，保持恒温3小时，自然冷却至500℃，保持恒温2小时，再加温至600℃，保持恒温2小时，加温至700℃，保持恒温3小时，加温至800℃，保持恒温4小时，加温至840℃，保持恒温4小时；上述步骤结束后，关闭电源，吸能压溃钢筒随炉冷却，低于200～250℃即可出炉。

优选地，热处理步骤中需确保炉膛温度均匀性温度误差不超过±3℃，以使得通过退火处理工艺消除冷加工所产生的表面硬化与应力，保证产品材料力学性能的均匀性。

本发明的技术效果在于：采用本发明所生产制造的变形单元中的吸能压溃钢筒具有优良的综合机械性能，是高强度与高韧性的有机结合，其抗拉强度σ_b≥550MPa, 屈服强度σ_0.2≥435 MPa,延伸率δ≥28%，经热处理后的材料表面硬度HB≤160；具有非常优良的韧性。能实现在高速、重载机车紧急制动时冲击力大于1500KN，具有在180°的弯曲变形情况下其表面既不产生裂纹或掉块，又能在屈服弯曲变形过程完全对称、均匀。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明生产方法的流程图。

具体实施方式

实施例1：吸能压溃钢筒的合金材料包括：铬Cr、锰Mn、钼Mo、硅Si、镍Ni、铜Cu、微量烯土及工业冶金纯铁Fe；其中，按质量百分比，工业冶金纯铁Fe为≥97%，铬Cr为0.15-0.20%、锰Mn为0.50-0.65%、钼Mo为0.25-0.35%、硅Si为0.20-0.40%、镍Ni为0.25-0.35%、铜Cu为0.20-0.30%、碳C为0.11-0.13%、硫S≤0.020%、磷P≤0.015%。

实施例2：

吸能压溃钢筒的合金材料包括：铬Cr、锰Mn、钼Mo、硅Si、镍Ni、铜Cu、微量烯土及工业冶金纯铁Fe；其中，按质量百分比，铁Fe为97.82%、铬Cr为 0.18%、锰Mn为0.62 %、钼Mo为0.30 %、硅Si 为0.35 %、镍Ni为0.31 %、铜Cu为0.27%、碳C为0.12%、硫S≤0.015%、磷P≤0.015%。

实施例3：

参见图1，图1为为本发明实施例提出的吸能压溃钢筒的生产方法的流程图。其中，吸能压溃钢筒的生产方法采用如下步骤：

A．合金材料配方（即合金钢配方）

生产该吸能压溃钢筒所用的材料包括：铬Cr、锰Mn、钼Mo、硅Si、镍Ni、铜Cu、微量烯土及工业冶金纯铁Fe。其中，按质量百分比，铁Fe为97.82%、铬Cr为0.15-0.20%、锰Mn为0.50-0.65%、钼Mo为0.25-0.35%、硅Si为0.20-0.40%、镍Ni为0.25-0.35%、铜Cu为0.20-0.30%、碳C为0.11-0.13%、硫S≤0.020%、磷P≤0.015%。

B．冶炼工艺的控制

冶炼工艺的控制原理是严格按配比材料量与纯金属、合金的熔点高低、材料性质实时加入。根据配比先将材料中的工业冶金纯铁Fe、镍Ni、铜Cu、铬Cr加入到中频炉内熔炼，待工业冶金纯铁Fe、镍Ni、铜Cu、铬Cr熔化后，钢温在1350～1370℃时进行第一次脱氧处理，时间3～5分种，然后根据配比加入硅Si、锰Mn进行第二次脱氧处理，时间2-3分种，渣料变成白色时脱氧完成，即可排渣出炉，得钢水。

C．高速离心铸造

通过高达2000r／min高速离心铸造所产生的离心力均匀加压制造吸能压溃钢筒的毛坯，确保材料组织的致密性与均匀性。

D．冷挤压加工

通过特殊的冷挤压工艺方法进行三次冷挤压加工，以细化处理材料组织从而增强材料的综合机械性能（例如，提高材料组织的致密性与均匀性）。根据该吸能压溃钢筒粗加工后的工艺加工余量，采用自行设计的冷挤压模具通过5000kPa压力机分三次对钢筒进行冷挤压拉伸加工，进一步提高材料组织的致密性与均匀性，从而提高其综合机械性能。

E．热处理

吸能压溃钢筒的粗成品必须采用专用工装固定均匀放置在炉膛内，以保证钢筒退火温度的均匀与不变形。将吸能压溃钢筒的粗成品加温至750℃，保持恒温3小时，自然冷却至500℃，保持恒温2小时，再加温至600℃，保持恒温2小时，加温至700℃，保持恒温3小时，加温至800℃，保持恒温4小时，然后按技术要求温度加至840℃，保持恒温4小时；上述步骤结束后，关闭电源，吸能压溃钢筒随炉冷却，低于200～250℃即可出炉。

根据本发明的设计变化，优选地，实施例1中热处理步骤中炉膛温度均匀性温度误差不超过±3℃，以使得通过退火处理工艺消除冷加工所产生的表面硬化与应力，保证产品材料力学性能的均匀性。

实施例4：

实施例4与实施例3大致相同。为求简洁，与实施例3相同的步骤在此省略，不同之处在于：变形单元中的吸能压溃钢筒的生产方法中A步骤的合金材料配方（即合金钢配方）采用以下配方：

生产该吸能压溃钢筒所用的材料的质量百分比分别为：铁Fe为97.82%、铬Cr 0.18%、锰Mn 0.62 %、钼Mo 0.30 %、硅Si 0.35 %、镍Ni 0.31 %、铜Cu 0.27%、碳C 0.12%、硫S≤0.015%、磷P≤0.015%。

在此实施例中，根据本发明提出的吸能压溃钢筒的合金材料配方与生产方法所生产的吸能压溃钢筒经抽样检测得到其具体机械性能为：抗拉强度σb575MPa, 屈服强度σ0.2450 MPa，延伸率δ＝31%，表面硬度HB147，满足设计要求。通过型式试验，可以得知该吸能压溃钢筒全部满足设计规范。

本发明提出的变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料及生产方法的优点在于，通过配料、冶炼工艺的控制、高速离心铸造、冷挤压加工、热处理等工艺过程保证吸能压溃钢筒材料的综合机械性能满足技术条件，即抗拉强度σb≥550MPa, 屈服强度σ0.2≥435 MPa,延伸率δ≥28%，经热处理后的材料表面硬度HB≤160；具有非常优良的韧性。

此外，根据本发明提出的变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料及生产方法所制造的钩缓装置的变形单元中的吸能压溃钢筒经本体取样进行机械性能检测完全满足技术条件要求，精加工后的钢筒产品进行正压力屈服弯曲变形试验，其承受的变形压力、弯曲屈服变形形状、变形后的波形直径与变形位移量等关键技术指标全部符合技术要求的规定，进行静态压力变形试验、动态压力变形试验、疲劳试验、低温静态压力变形试验等全部满足要求。即在屈服弯曲变形过程中该吸能压溃钢筒是完全对称与均匀的，且变形后的钢筒产品经超声波探伤检查无任何变形裂纹存在。

Claims

1.一种变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料，包括：铬Cr、锰Mn、钼Mo、硅Si、镍Ni、铜Cu、微量烯土及工业冶金纯铁Fe；其中，按质量百分比，工业冶金纯铁Fe≥97%、铬Cr为0.15-0.20%、锰Mn为0.50-0.65%、钼Mo为0.25-0.35%、硅Si为0.20-0.40%、镍Ni为0.25-0.35%、铜Cu为0.20-0.30%、碳C为0.11-0.13%、硫S≤0.020%、磷P≤0.015%。

2.根据权利要求1所述的变形单元中的吸能压溃钢筒的合金材料，按质量百分比，铁Fe为97.82%、铬Cr为 0.18%、锰Mn为0.62 %、钼Mo为0.30 %、硅Si 为0.35 %、镍Ni为0.31 %、铜Cu为0.27%、碳C为0.12%、硫S≤0.015%、磷P≤0.015%。

3.如权利要求1所述的变形单元中的吸能压溃钢筒的生产方法，包括如下步骤：

3）进行三次冷挤压加工；

4.根据权利要求3所述的变形单元中的吸能压溃钢筒的生产方法，所述步骤3）为：根据毛坯钢筒粗加工后的工艺加工余量，采用冷挤压模具用5000kPa压力机分三次对钢筒进行冷挤压拉伸加工。

5.根据权利要求3所述的变形单元中的吸能压溃钢筒的生产方法，所述步骤4）热处理步骤中炉膛温度均匀性温度误差不超过±3℃。