CN103215523B - 高速列车合金铸钢制动盘材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速列车合金铸钢制动盘材料的制备方法，高速列车合金铸钢制动盘材料含有铁、碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、钨、钛、铝、铜、锆、磷、硫，将各组分按配比混合，通过酸性的高频或中频感应电炉进行熔炼。本发明的生产工艺简便，通过热处理后的工件，其硬度是HRC39—45，抗拉强度1100—1200Mpa，屈服强度1000—1100Mpa，伸长率是7%，具有良好的冲击韧性和良好的耐磨性，且生产成本低，可铸造性能好。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料的制备方法，具体地说是一种高速列车合金铸钢制动盘材料的制备方法。
背景技术
目前，国内的高速列车使用的制动盘，是高速列车的主要消耗件，其质量直接影响高速列车安全性能、经济效益。但目前生产的绝大部分的制动盘，还主要存在制动摩擦面不耐磨、韧性差、使用周期短、成本高等缺点。
发明内容
本发明就是为了克服现有高速列车制动盘韧性差、不耐磨的技术问题，提供一种具有较高韧性和耐磨性、使用周期长、成本较低的高速列车合金铸钢制动盘材料的制备方法。
为此，本发明提供一种高速列车合金铸钢制动盘材料的制备方法，其采用酸性的高频或中频感应电炉熔炼，包括如下步骤：
步骤1：在炉底装入一层石灰，石灰的重量为装炉金属料重的1%，这样随着熔化的进行，熔融金的出现，上升炉渣自始至终覆盖着钢液表面，炉渣起到保护钢液，防止钢液吸气，过分氧化，并能收集夹杂物，保温节能的作用。随着熔化的进行，可补加适量石灰，渣量以炉渣能全面覆盖钢液为宜，并适时添加一些氟石，俗称萤石。石灰与氟石的重量比约为4～5:1，可以降低炉渣熔点，调节炉渣粘度，便于扒渣；
步骤2：装炉选择优质低碳、低磷、低硫钢锭，尺寸不大于50—80 mm为宜；
步骤3：通电熔化，当熔炼钢液升温至1550—1660℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、锆、钒，然后继续升温；
步骤4：当熔炼钢液升温至1570—1580℃时，加入硅铁；
步骤5：当熔炼钢液升温至1590—1600℃时，加入锰铁；
步骤6：测量钢液温度，出炉温度为1650—1660℃；
步骤7：钢液温度及成分符合要求后，停止供电，每吨钢插铝0.5Kg，将其压到炉内深处，进行终脱氧，在钢水出炉期间，将浇包底部放入V—Fe4.5Kg、Ti—Fe2.6Kg，粒度不大于6—8mm，烘烤250℃以上，防止钢液大幅度降温，使其变质处理，作用是组织结晶细化，它对产品性能影响是至关重要的。
高速列车合金铸钢制动盘材料，其化学组分的重量百分比为：0.25—0.28C、0.48—0.52Si、1—1.03Mn、0.8—0.85Cr、0.95—1Ni、0.54—0.6Mo、0.07—0.08V、0.05—0.06Nb、0.005—0.01W、<0.01Ti、<0.02Al、0.01—0.015Co、0.07—0.09Cu、0.01—0.02Zr、0.007P、0.007S，其余为Fe和不可避免的微量杂质。
本发明采取上述制造工艺后，有以下效果：
1、本发明的生产工艺简便，通过热处理后的工件，其硬度是HRC39—45，抗拉强度1100—1200Mpa，屈服强度1000—1100Mpa，伸长率是7%，具有良好的冲击韧性和良好的耐磨性。
2、本发明主要的原材料是优质钢锭和少合金，不含价格昂贵的合金元素，具有较低的生产成本。
3、本发明经锰、铝的复合脱氧剂处理及钛、钒的复合变质处理后，杂物夹杂少，钢水流动性好，具有良好的铸造成形性能。
具体实施方案
下面结合实施案例对本发明作进一步描述。
实施例1：
用500Kg中频感应电炉熔炼钢水，其制造工艺步骤为：（1）装入优质钢锭，尺寸70cm2，分两次加入；（2）通电熔化，允许使用最大功率熔化钢锭，当熔化钢水升温至1500—1520℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、锆、钒，继续升温，随着钢锭熔化，随时捣打炉料，避免搭桥，并第二次加入钢锭；（3）当熔炼钢水升温至1550—1560℃时，加入硅铁；（4）当熔炼钢水升温至1580—1590℃时，加入锰铁；（5）取试样分析，并根据分析结果进行调整化学成分；（6）当熔炼钢水升温至为1650—1670℃时，停止供电，将铝块0.25Kg插入炉内深处进行最终脱氧，再将在浇包底部放入V—Fe2.25Kg、Ti—Fe1.3Kg，粒度不大于6—8mm，烘烤加热至250℃以上，防止钢水大幅度降温，使其变质处理。
本发明高铁制动盘的化学成分见表1，力学性能见表2。
表1高铁制动盘化学成分
| 元素 | C | Si | Mn | Cr | Wi | Mo | V | Nb | W |
| 成分 | 0.3 | 0.45 | 1.05 | 0.85 | 0.9 | 0.50 | 0.08 | 0.05 | 0.01 |
| 元素 | Ti | Al | Co | Cu | Zr | P | S | Fe | |
| 成分 | 0.01 | 0.025 | 0.010 | 0.08 | 0.015 | 0.006 | 0.005 | 余量 |
表2高铁制动盘力学性能
| 抗拉强度Mpa | 屈服强度Mpa | 伸长率s/% | 硬度HRC |
| 1100 | 1000 | 6.5% | 40 |
实施例2：
用1000Kg中频感应电炉熔炼钢水，其制造工艺步骤为:（1）装入优质钢锭，尺寸大于80mm2,分两次加入；（2）通电熔化，允许使用最大功率熔化钢锭，当熔炼钢水升温至1550—1560℃时，分别加入元素:碳、钼铁、铬铁、镍、锆、钒，然后继续升温，随着钢锭熔化，随时捣打炉料，避免搭桥，并第二次加入钢锭；（3）当熔炼钢水升温至1570—1580℃时，加入硅铁；（4）当熔炼钢水升温至1590—1600℃时，加入锰铁；（5）取试样分析，并根据分析结果进行调整化学成分；（6）当熔炼钢水升温至为1650—1660℃时，停止供电，将铝块0.5Kg插入炉内深处进行最终脱氧，再将在浇包底部放入V—Fe4.5Kg、Ti—Fe2.6Kg，粒度不大于6—8mm，烘烤250℃以上，防止钢水大幅度降温，使其变质处理。
本发明高铁制动盘的化学成分见表3，力学性能见表4。
表3高铁制动盘的化学成分
| 元素 | C | Si | Mn | Cr | Wi | Mo | V | Nb | W |
| 成分 | 0.25 | 0.5 | 1 | 0.8 | 0.96 | 0.55 | 0.075 | 0.055 | 0.01 |
| 元素 | Ti | Al | Co | Cu | Zr | P | S | Fe | |
| 成分 | 0.012 | 0.025 | 0.012 | 0.08 | 0.015 | 0.005 | 0.006 | 余量 |
表4高铁制动盘力学性能
| 抗拉强度Mpa | 屈服强度Mpa | 伸长率s/% | 硬度HRC |
| 1060 | 990 | 6.6% | 40 |
实施例3：
用5000Kg中频感应电炉炼钢水，其制造工艺步骤为：（1）装入优质钢锭，其尺寸不大于120mm2,分两次加入；（2）通电熔化，允许使用最大功率熔化钢锭，当熔化钢水升温至1540—1550℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、锆、钒，然后继续升温，随着钢锭熔化，随时捣打炉料，避免搭桥，并第二次加入钢锭；（3）当熔炼钢水升温至1560—1570℃时，加入硅铁；（4）当熔炼钢水升温至1580—1590℃时，加入锰铁；（5）取试样分析，并根据分析结果进行调整化学成分；（6）当熔炼钢水升温至为1640—1650℃时，停止供电，将铝块2Kg插入炉内深处进行最终脱氧，再将浇包底部放入V—Fe9Kg、Ti—Fe5.2Kg，粒度不大于6—8mm，烘烤250℃以上，防止钢水温度大幅度降温，使其变质处理。
本发明高铁制动盘的化学成分见表5，力学性能见表6。
表5高铁制动盘化学成分
| 元素 | C | Si | Mn | Cr | Wi | Mo | V | Nb | W |
| 成分 | 0.26 | 0.46 | 1.05 | 0.81 | 0.92 | 0.52 | 0.078 | 0.053 | 0.075 |
| 元素 | Ti | Al | Co | Cu | Zr | P | S | Fe | |
| 成分 | 0.011 | 0.022 | 0.015 | 0.076 | 0.012 | 0.0065 | 0.006 | 余量 |
表6高铁制动盘力学性能
| 抗拉强度Mpa | 屈服强度Mpa | 伸长率s/% | 硬度HRC |
| 1060 | 1000 | 7% | 41 |
Claims (1)
1.一种高速列车合金铸钢制动盘材料的制备方法，其特征在于：采用酸性的高频或中频感应电炉熔炼，包括如下步骤：
步骤1：在炉底装入一层石灰，石灰的重量为装炉金属料重的1%；随着熔化的进行，补加石灰，渣量以炉渣能全面覆盖钢液为宜，并适时添加氟石，石灰与氟石的重量比为4～5:1；
步骤2：装炉选择低碳、低磷、低硫钢锭，尺寸不大于50—80 mm；
步骤3：通电熔化，当熔炼钢液升温至1550—1660℃时，分别加入元素碳、钼铁、铬铁、镍、锆、钒，然后继续升温；
步骤4：当熔炼钢液升温至1570—1580℃时，加入硅铁；
步骤5：当熔炼钢液升温至1590—1600℃时，加入锰铁；
步骤6：测量钢液温度，出炉温度为1650—1660℃；
步骤7：钢液温度及成分符合要求后，停止供电，每吨钢插铝0.5Kg，将其压到炉内深处，进行终脱氧，在钢水出炉期间，将浇包底部放入V—Fe4.5Kg、Ti—Fe2.6Kg，粒度不大于6—8mm，烘烤250℃以上；
所述制动盘材料的化学组分的重量百分比为：0.25—0.28C、0.48—0.52Si、1—1.03Mn、0.8—0.85Cr、0.95—1Ni、0.54—0.6Mo、0.07—0.08V、0.05—0.06Nb、0.005—0.01W、<0.01Ti、<0.02Al、0.01—0.015Co、0.07—0.09Cu、0.01—0.02Zr、0.007P、0.007S，其余为Fe和不可避免的微量杂质。
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