CN1050155C - 铌合金铸钢心盘及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种专用来制造我国铁路货车通用心盘的低铌合金铸钢及用其制造心盘的方法。本铌合金铸钢的化学成分(重量百分数)为：C0.15-0.32，Nb0.015-0.050，Mn1.00-1.40，Si0.20-0.60，P≤0.045，S≤0.045，余量为Fe。将各组分计量、熔炼成坯盘，在880-900℃保温1.5h进行正火热处理，冷却后按要求精加工成货车通用心盘。该心盘焊接修复性好，完好性寿命是铸钢ZG25心盘的2.5倍以上，这不仅降低了修车成本，提高了运行安全可靠性，对货车实现重载、提速亦有重大意义。

Description

铌合金铸钢心盘及其制造方法
本发明涉及一种我国铁路货车通用的铌合金铸钢心盘及其制造方法，属于低铌合金铸钢在铁道车辆承载部件上的应用。
我国现运营中的五十多万辆货车，多数参考原苏联货车的结构：采用三大件式转向架，车体的载荷通过心盘传至轮对。作为货车主承载部件的心盘，其完好性在车辆整个运用期间是极其重要的，是保证行车安全，实现重载、提速和扩能的关键部件。现用心盘大多采用低碳铸钢ZG25制作。这种铸钢心盘在厂、段修期内裂损率高达50％，大大增加了现场维修工作量，提高了修车成本，影响运营安全，已成为当前货车突出的惯性故障。
本发明的目的是设计一种既具有良好焊接修复性，又有较高完好性寿命的货车通用心盘。
为实现本发明的目的采用如下技术方案：在低碳铸钢中加入微量合金元素铌，并通过对化学组成及配比优化选择，配制一种综合性能优良的低铌高强度合金铸钢，采用适当的工艺方法加工成具有较高强度和焊接性优良的货车通用心盘。具体技术方案为：心盘的化学成分(重量百分数)为C 0.15-0.32，Nb 0.015-0.050，Mn 1.00-1.40，Si 0.20-0.60，P≤0.045，S≤0.045，余量为Fe。将各组分经计量熔炼成坯盘后，采用880-900℃温度，保温1.5h进行正火热处理后出炉，经空冷或风冷后按心盘设计要求精加工成心盘成品。
由于现运营的近五十万辆货车其结构已定型，由改变其心盘结构、受力面积或受力形式的办法来提高寿命显然是十分困难和很不经济的。通过对大量破损铸钢心盘的分析，大多为疲劳裂损，裂纹为表面非穿透性，裂纹发展较快。因此采用提高现用心盘材质的抗疲劳性的办法是降低心盘裂损率最简易可行的方法。微量的铌加入到铸钢中能抑制奥氏体晶粒长大，显著地使铸钢晶粒细化，钢的强度、塑性和韧性同时提高；铌又是强烈的碳化物形成元素，形成的碳化铌(及氮化铌)沉淀强化了铁素体，在材质的抗张强度提高的同时，材质的屈服强度、冲击韧性和焊接修复性也得到了相应的改善。这是一般铸钢不具有的特性。一般碳素钢虽然可以用增加含碳量的方法大幅度提高强度，但随着含碳量的提高，焊接修复性会显著变坏。因此采用高碳高强铸钢来提高心盘完好性寿命是行不通的。本发明根据多元微量元素复合强韧化原理设计的低铌合金铸钢心盘，强度高、焊接性能优良，用于制得的货车心盘是一种碳含量低，抗疲劳强度高，焊接性能好的低合金高强度铸钢心盘，可显著提高心盘的完好性寿命。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，实施例1-7
实施例1-7
    组分性能编号         化        学        成        分     (  重    量    百    分    数)     力            学            特           性
6b(Mpa) δ5(％) Ak(J) HB(布氏) 6s(MPa)
C           Nb             Si          Mn          Ss           Ps Fe
    1   0.15    0.015    0.40   1.05   0.032   0.041 余量     590     22     101     160     300
    2   0.18    0.016    0.60   1.04   0.032   0.041     580     22     88     181     329
    3   0.21    0.025    0.60   1.15   0.032   0.031     639     22     99     185     319
4 0.28 0.018 0.60 1.03 0.025 0.046 601 20 86 181 307
    5   0.32    0.020    0.44   1.13   0.027   0.041     677     21     80     175     363
    6   0.30    0.050    0.35   1.23   0.041   0.035     669     20     98     161     341
7 0.26 0.021 0.46 1.40 0.030 0.035 627 21 110 176 329
ZG25   0.22|0.32 0    0.20|0.45   0.50|0.80 0.050 0.050 ≥450 ≥20 ≥45 ≥131
    备注 *          6b抗拉强度，δ5伸长率，Ak冲击韧性，HB布氏硬度，6s屈服强度。*          测试方法：GB 228-87，GB/T229-94，GB/T231-91。
实践证明，在交变载荷作用下，上心盘因偏载及心盘座不平产生局部应力引起心盘裂损。要提高心盘的使用寿命，应在大幅度提高材质的抗拉强度、屈服强度和冲击韧性的同时，保持其优良焊接修复性。本发明在铸钢中加入微量合金化元素铌的同时，增大了锰的用量(1.00-1.40)。根据多元微量元素复合强韧化原理，部分锰作为微量合金化元素，具有复合增强效应；另一部分锰与组分中的硫生成硫化锰，可降低材料的脆性转变温度，因此这种铌合金铸钢材料在强度大幅度提高的同时焊接修复性也得到相应的改善。从实施例的力学性能可以看出，本合金铸钢的抗拉强度≥580MPa，延伸率≥20％，冲击韧性≥60J，屈服强度≥300MPa，布氏硬度≥160，是一种低碳低铌高强合金铸钢。将这种材料分别按实施例1-7的配比计量、熔炼成坯盘，在880-900℃，保温1.5h进行正火热处理，冷却后按机械设计要求加工成货车通用心盘。该批心盘经铁道部质检中心在模拟试验台进行疲劳强度实验(模拟60吨货车在不平工况条件下运行)结果如下：(加2.5mm垫)，本发明心盘106万次发生裂纹，而ZG25心盘32.3万次发生裂纹；(加1.5mm垫)本发明心盘156万次断裂，ZG25心盘71.7万次断裂。本发明心盘比原心盘平均寿命提高2.7倍。经装车运行考察，本发明心盘完好性寿命是ZG25铸钢心盘的2.5倍以上。这不仅降低了修车成本，提高了行车安全可靠性，对货车实现重载、提速亦有重大意义。

Claims (2)

1、一种铌合金铸钢货车通用心盘，其特征在于化学成分(重量百分数)为：C 0.15-0.32，Nb 0.01 5-0.050，Mn 1.00-1.40，Si 0.20-0.60，P≤0.045，S≤0.045，余量为Fe。
2、如权利要求1所述的铌合金铸钢心盘的制造方法，其特征在于将各组分按配比计量、熔炼成坯盘，在880-900℃保温1.5h进行正火热处理，出炉冷却后，按要求精加工成心盘。
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