CN105624545B - 一种高碳当量制动盘及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高碳当量制动盘，包括3.85wt％～4.00wt％的C、1.45wt％～1.65wt％的Si、0.60wt％～0.80wt％的Mn、0.02wt％～0.04％的V、0.02wt％～0.07wt％的Ce、90～140ppm的N、0～0.10wt％的P、0～0.10wt％的S、0～0.50wt％的Cu、0～0.25wt％的Cr、0～0.10wt％的Ni、0～0.10wt％的Mo、0～0.04wt％的Ti、0～0.01wt％的Nb和余量的Fe。本发明通过特定的元素组成和比例，使得制动盘的导热能力更强，寿命更长，而且具有较高的抗拉强度和芯部硬度，使制动盘具有较好的力学性能或承载能力。

Description

一种高碳当量制动盘及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车制动系统技术领域，具体涉及一种高碳当量制动盘及其制备方法。
背景技术
汽车制动系统是指对汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置。制动系统的作用是使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。
通常来说，制动系统分为鼓式制动器和盘式制动器，而相对于鼓式刹车，盘式刹车在技术上更为先进，质量上更为轻量化，散热性能、制动性能及复杂天气、路况的适应性能更为优良，因而得到了更广泛的应用。近年来，随着汽车速度在不断提高，轿车的重心普遍降低和广泛采用小直径宽断面的轮胎，使制动器安装位置受到限制，而货车和大客车的总重在不断增加，因此，在重型货车和轿车上采用制动热稳定能较好的盘式制动器的日益增多。
盘式制动器通常由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等，盘式制动器摩擦幅中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，称为刹车盘，制动钳从两侧夹紧刹车盘而产生制动。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便，特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车。所以，在挂车和半挂车等重型货车上得到了广泛的应用。
在盘式制动器中，最重要的元件之一就是制动盘，制动盘是盘式制动器的摩擦偶件，起刹车作用，承受着蹄片的挤压力和摩擦力，除应具有作为构件所需要的强度和刚度外，还应有尽可能高而稳定的摩擦系数，以及适当的耐磨性、耐热性、散热性和热容量等。因此，制动盘作为重型货车，尤其是半挂车刹车结构中重要的安全件，对导热和耐磨性能要求较高，且具备一定的强度和硬度等物理性能。
随着上述行业对制动盘的要求日益提高，现有技术通常采用提高高碳当量，使制动盘拥有较高的热导率，但相比低碳当量，其石墨数量更多、更长、更粗，对基体割裂更为严重，导致抗拉强度下降。虽然可加入合金元素，提高抗拉强度，尽管作用较为明显，但容易产生碳化物，导致产品的抗热裂能力下降。
因此，如何得到一种具有较好的导热能力，同时兼具较高的抗拉强度和硬度制动盘，可及时有效地将刹车过程中产生的高温热量传导出去的制动盘，已成为业内诸多生产和使用企业亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高碳当量制动盘及其制备方法，本发明提供的高碳当量制动盘具有超高碳当量的特点，导热能力更强，寿命更长，能及时有效地将刹车过程中产生的高温热量传导出去；而且具有较高的抗拉强度和芯部硬度，使制动盘具有较好的力学性能或承载能力。
本发明提供了一种高碳当量制动盘，包括，
3.85wt％～4.00wt％的C；
1.45wt％～1.65wt％的Si；
0.60wt％～0.80wt％的Mn；
0.02wt％～0.04wt％的V；
0.02wt％～0.07wt％的Ce；
90～140ppm的N；
0～0.10wt％的P；
0～0.10wt％的S；
0～0.50wt％的Cu；
0～0.25wt％的Cr；
0～0.10wt％的Ni；
0～0.10wt％的Mo；
0～0.04wt％的Ti；
0～0.01wt％的Nb；
余量的Fe。
优选的，所述制动盘的碳当量为4.35wt％～4.55wt％。
本发明提供了一种高碳当量制动盘的制备方法，包括以下步骤：
A)将原料钢进行增碳熔炼后，得到铁液，再配制成如下成分的原铁液：3.85wt％～4.00wt％的C、1.00wt％～1.10wt％的Si、0.60wt％～0.80wt％的Mn、0.02wt％～0.04wt％的V、0.02wt％～0.07wt％的Ce、90～140ppm的N、0～0.10wt％的P、0～0.10wt％的S、0～0.50wt％的Cu、0～0.25wt％的Cr、0～0.10wt％的Ni、0～0.10wt％的Mo、0～0.04wt％的Ti和0～0.01wt％的Nb；
B)将上述步骤A)得到的原铁液升温并静置后，得到待出炉原铁液；
C)将上述步骤得到的待出炉原铁液，出炉后进行包内孕育，得到包内原铁液；
D)将上述步骤得到的包内原铁液进行浇注并同时进行随流孕育后，得到制动盘。
优选的，所述原料钢为废钢；
所述废钢包括60wt％～80wt％的低合金结构钢和20wt％～40wt％的普通结构钢。
优选的，所述升温的温度为1500～1550℃；所述静置的时间为5～7分钟。
优选的，所述出炉的温度为1500～1530℃。
优选的，所述包内孕育的孕育剂为硅钡孕育剂；所述硅钡孕育剂的加入量为0.3wt％～0.5wt％。
优选的，所述浇注的温度为1320～1430℃。
优选的，所述随流孕育的孕育剂为硅钡合金；所述硅钡合金的粒度小于等于1.5mm，所述随流孕育剂保持干燥。
优选的，所述随流孕育剂的加入量为0.03wt％～0.07wt％。
本发明提供了一种高碳当量制动盘，包括3.85wt％～4.00wt％的C、1.45wt％～1.65wt％的Si、0.60wt％～0.80wt％的Mn、0.02wt％～0.04％的V、0.02wt％～0.07wt％的Ce、90～140ppm的N、0～0.10wt％的P、0～0.10wt％的S、0～0.50wt％的Cu、0～0.25wt％的Cr、0～0.10wt％的Ni、0～0.10wt％的Mo、0～0.04wt％的Ti、0～0.01wt％的Nb和余量的Fe。与现有技术相比，本发明以铁为基，添加了多种微量元素，通过特定的元素组成和比例，得到了一种具有超高碳当量的制动盘，本发明提供的制动盘导热能力更强，寿命更长，能及时有效地将刹车过程中产生的高温热量传导出去，而且具有较高的抗拉强度和芯部硬度，使制动盘具有较好的力学性能或承载能力。实验结果表明，本发明提供的高碳当量制动盘，金相组织中珠光体含量＞95％，碳化物、磷共晶的含量≤1％，抗拉强度为170～210MPa，芯部硬度为160～200HB。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的制动盘腐蚀前的金相图(100倍)；
图2为本发明实施例1制备的制动盘经3％硝酸酒精腐蚀后的金相图(100倍)。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所用原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选为分析纯或工业纯。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了一种高碳当量制动盘，包括，
3.85wt％～4.00wt％的C；
1.45wt％～1.65wt％的Si；
0.60wt％～0.80wt％的Mn；
0.02wt％～0.04wt％的V；
0.02wt％～0.07wt％的Ce；
90～140ppm的N；
0～0.10wt％的P；
0～0.10wt％的S；
0～0.50wt％的Cu；
0～0.25wt％的Cr；
0～0.10wt％的Ni；
0～0.10wt％的Mo；
0～0.04wt％的Ti；
0～0.01wt％的Nb；
余量的Fe。
本发明所述C的含量优选为3.85wt％～4.00wt％，更优选为3.88wt％～3.98wt％，更优选为3.90wt％～3.95wt％，最优选为3.91wt％～3.94wt％；本发明所述S i的含量优选为1.45wt％～1.65wt％，更优选为1.48wt％～1.62wt％，更优选为1.50wt％～1.60wt％，最优选为1.53wt％～1.57wt％；本发明所述Mn的含量优选为0.6wt％～0.8wt％，更优选为0.63wt％～0.77wt％，更优选为0.65wt％～0.75wt％，最优选为0.68wt％～0.72wt％；本发明所述V的含量优选为0.02wt％～0.04wt％，更优选为0.022wt％～0.038wt％，更优选为0.025wt％～0.035wt％，最优选为0.028wt％～0.032wt％；本发明所述Ce的含量优选为0.02wt％～0.07wt％，更优选为0.025wt％～0.065wt％，更优选为0.03wt％～0.06wt％，最优选为0.04wt％～0.05wt％；本发明所述N的含量优选为90～140ppm，更优选为100～130ppm，更优选为105～125ppm，最优选为110～120ppm；本发明所述P的含量优选为0～0.1wt％，更优选为0.01wt％～0.09wt％，更优选为0.03wt％～0.07wt％，最优选为0.04wt％～0.06wt％；本发明所述S的含量优选为0～0.1wt％，更优选为0.01wt％～0.09wt％，更优选为0.03wt％～0.07wt％，最优选为0.04wt％～0.06wt％；本发明所述Cu的含量优选为0～0.5wt％，更优选为0.05wt％～0.45wt％，更优选为0.1wt％～0.4wt％，最优选为0.2wt％～0.3wt％；本发明所述Cr的含量优选为0～0.25wt％，更优选为0.05wt％～0.2wt％，更优选为0.08wt％～0.17wt％，最优选为0.1wt％～0.15wt％；本发明所述Ni的含量优选为0～0.1wt％，更优选为0.01wt％～0.09wt％，更优选为0.03wt％～0.07wt％，最优选为0.04wt％～0.06wt％；本发明所述Mo的含量优选为0～0.1wt％，更优选为0.01wt％～0.09wt％，更优选为0.03wt％～0.07wt％，最优选为0.04wt％～0.06wt％；本发明所述Ti的含量优选为0～0.04wt％，更优选为0.01wt％～0.03wt％，更优选为0.015wt％～0.025wt％，最优选为0.018wt％～0.023wt％；本发明所述Nb的含量优选为0～0.01wt％，更优选为0.001wt％～0.009wt％，更优选为0.003wt％～0.007wt％，最优选为0.004wt％～0.006wt％。
本发明对所述单位ppm没有特别限制，以本领域技术人员熟知的质量含量中ppm的定义即可，本发明所述1ppm是指总质量的百万分之一。本发明所述制动盘的碳当量优选为4.35wt％～4.55wt％，更优选为4.38wt％～4.52wt％，更优选为4.4wt％～4.5wt％，最优选为4.42wt％～4.48wt％。本领域中，高碳当量制动盘通常将碳当量控制在3.60wt％～4.00wt％之间，以保证必要的机械性能，因而，本发明属于超高碳当量范畴。
本发明提供了一种高碳当量制动盘的制备方法，包括以下步骤：
A)将原料钢进行增碳熔炼后，得到铁液，再配制成如下成分的原铁液：3.85wt％～4.00wt％的C、1.00wt％～1.10wt％的Si、0.60wt％～0.80wt％的Mn、0.02wt％～0.04wt％的V、0.02wt％～0.07wt％的Ce、90～140ppm的N、0～0.10wt％的P、0～0.10wt％的S、0～0.50wt％的Cu、0～0.25wt％的Cr、0～0.10wt％的Ni、0～0.10wt％的Mo、0～0.04wt％的Ti和0～0.01wt％的Nb。
B)将上述步骤A)得到的原铁液升温并静置后，得到待出炉原铁液；
C)将上述步骤得到的待出炉原铁液，出炉后进行包内孕育，得到包内原铁液；
D)将上述步骤得到的包内原铁液进行浇注并同时进行随流孕育后，得到制动盘。
本发明首先将原料钢进行增碳熔炼后，得到铁液，再配制成如下成分的原铁液：3.85wt％～4.00wt％的C、1.00wt％～1.10wt％的Si、0.60wt％～0.80wt％的Mn、0.02wt％～0.04wt％的V、0.02wt％～0.07wt％的Ce、90～140ppm的N、0～0.10wt％的P、0～0.10wt％的S、0～0.50wt％的Cu、0～0.25wt％的Cr、0～0.10wt％的Ni、0～0.10wt％的Mo、0～0.04wt％的Ti和0～0.01wt％的Nb。
本发明对所述原料钢没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或工艺要求进行选择和调整，可以选择不同的钢品质或铁品种，本发明为符合环保和可持续发展理念，提高废品再回收利用度，所述原料优选全部采用废钢，所述废钢更优选包括低合金结构钢和普通结构钢。本发明对所述低合金结构钢和普通结构钢的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的两者的定义即可；本发明对所述低合金结构钢和普通结构钢的比例没有特别限制，本领域技术人员可以自行选择，本发明所述低合金结构钢优选为60wt％～80wt％，更优选为65wt％～75wt％，最优选为68wt％～78wt％；所述普通结构钢优选为20wt％～40wt％，更优选为25wt％～35wt％，最优选为28wt％～32wt％。
本发明对所述增碳熔炼的条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知增碳熔炼的条件即可，本领域技术人员可以根据原料的不同进而选择不同的条件，本发明所述增碳熔炼的温度优选为1250～1350℃。本发明对所述增碳熔炼的增碳剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的增碳剂即可，本发明为更好的提高后续原铁液的碳含量，所述增碳剂优选具有以下成分要求，固定碳≥96％，含硫量≤0.03％，灰分≤0.5％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％。
本发明对所述配制成分的元素来源没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常用于铸造过程中的元素来源即可。本发明对所述配制的过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的配制过程即可，本发明优选通过光谱仪检测铁液成分，并依据检测结果补充所需化学成分，得到原铁液。
本发明将上述步骤得到的原铁液升温并静置后，得到待出炉原铁液；所述升温的温度优选为1500～1550℃，更优选为1510～1540℃；最优选为1520～1530℃；所述静置的时间优选为5～7分钟，更优选为5.5～6.5分钟，最优选5.8～6.2分钟.
本发明通过控制原铁液在特定的温度下静置特定的时间，有效的增加了原铁液的过冷度，而且期间还优选不断进行打渣，确保铁液纯净，以达到增加原铁液的过冷度，为孕育创造基础，同时降低铁液氧化程度，减少氧化夹渣，提高铁液纯净度。
本发明然后将上述步骤得到的待出炉原铁液，出炉后进行包内孕育，得到包内原铁液；所述出炉的温度优选为1500～1530℃，更优选为1505～1525℃，更优选为1510～1520℃，最优选为更优选为1512～1518℃。本发明对所述包内孕育的具体过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的包内孕育的具体过程即可；本发明对所述包内孕育的孕育剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的包内孕育的孕育剂即可，本发明优选为硅钡孕育剂；本发明对所述包内孕育剂的加入量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的包内孕育剂的加入量即可，本发明所述包内孕育剂的加入量优选为0.3wt％～0.5wt％，更优选为0.35wt％～0.45wt％，最优选为0.38wt％～0.42wt％。
本发明通过控制出炉温度，保证后续产品不出现缩松、浇不足等缺陷，本发明通过加入长效孕育剂并选用合理的加入方式，进一步提高孕育效果，形成更多的石墨核心，减少最终成品的白口倾向。本发明加入包内孕育剂还能够在生产过程中补充Si含量。
本发明经过上述步骤得到了包内原铁液，再进行浇注并同时进行随流孕育后，得到制动盘。
本发明所述浇注的温度优选为1320～1430℃，更优选为1350～1400℃，最优选为1370～1380℃。本发明对所述随流孕育的具体过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的随流孕育的具体过程即可；本发明对所述随流孕育的孕育剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的随流孕育的孕育剂即可，本发明优选为硅钡合金；本发明对所述硅钡合金的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅钡合金的条件即可，本发明所述硅钡合金优选为粒度小于等于1.5mm，更优选为小于等于1.0mm，更优选为0.05～1.0mm，最优选为0.1～0.5mm。本发明对所述随流孕育剂的加入量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的随流孕育剂的加入量即可，本发明所述随流孕育剂的加入量优选为0.03wt％～0.07wt％，更优选为0.35wt％～0.45wt％，最优选为0.38wt％～0.42wt％。
本发明通过控制出炉温度和浇注温度，保证后续产品不出现缩松、浇不足等缺陷，本发明通过加入长效孕育剂并选用合理的加入方式，进一步提高孕育效果，形成更多的石墨核心，减少最终成品的白口倾向。本发明加入包内孕育剂还能够在生产过程中补充Si含量。
本发明经过上述浇注步骤后，还优选再经过后处理后，得到高碳当量制动盘。本发明对所述后处理的具体工序和步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的后处理的工序和步骤即可，本发明优选在浇注完毕后，采用湿型砂造型，等待0.5～1.5小时(产品温度已降至350℃以下)进行开箱，进行冒口去除和清理抛丸工作。本发明对所述冒口去除和清理抛丸的具体步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的冒口去除和清理抛丸的操作工艺即可。
本发明经过上述步骤得到了超高碳当量制动盘，本发明通过高温静置，增加原铁液的过冷度，为孕育创造基础，同时降低铁液氧化程度，减少氧化夹渣，提高铁液纯净度；通过添加必要的微量元素和特定的比例，进行合金化，在保证基体的碳化物、磷共晶含量不超过1％的条件下，增加并细化珠光体组织，提高抗拉强度；通过加入长效孕育剂并选用合理的加入方式，形成更多的石墨核心，减少最终成品的白口倾向，提高孕育效果；有效的利用稀土元素，使石墨更细小和均匀，添加一定量的氮元素，使石墨片长度缩短、弯曲程度增加、端部钝化，共晶团细化和珠光体数量增多，提高力学性能；)控制出炉和浇注温度，保证产品不出现缩松、浇不足等缺陷，最终得到了具有超高碳当量的制动盘。
对本发明上述步骤制备的超高碳当量制动盘进行金相组织分析和性能检测，金相组织检验标准以及性能检测检验标准参照GB/T228、GB/T231.1和GB/T7216。检测结果表明，本发明提供的高碳当量制动盘，金相组织中珠光体含量≥95％，碳化物、磷共晶的含量≤1％，抗拉强度为170～210MPa，芯部硬度为160～200HB。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的高碳当量制动盘及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
熔炼工序
材料及熔化：
选用如下要求的废钢：60wt％低合金结构钢和40wt％的普通结构钢，外观方面，保证废钢干燥、清洁、不锈蚀，不允许废钢存在锈蚀致脱壳现象。选用如下要求的增碳剂:固定碳≥96％，含硫量≤0.03％，灰分≤0.5％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％。采用全废钢增碳熔炼方式制成铁液，熔炼温度为1300℃。
检测及调整
采用进口日本岛津PDA-7000光谱仪检测铁液成分，并依据检测结果补充所需化学成分，使原铁液成分控制在：C:3.95％，Si:1.10％(剩余由孕育工序添加)，Mn:0.70％，P：0.04％，S：0.05％，Cu：0.50％，Cr：0.15％，Ni：0.08％，Mo：0.10％，Ti：0.04％，Nb：0.01％，V:0.02％，Ce:0.02％，N:120ppm。
高温静置
待原铁液成分调整后，升温至1535℃，并停电静置6分钟，期间不断进行打渣，确保铁液纯净，以达到增加原铁液的过冷度，为孕育创造基础，同时降低铁液氧化程度，减少氧化夹渣的目的。
出炉工序和包内孕育序
将上述步骤得到的待出炉原铁液，在1510℃的条件下出炉后，加入0.4wt％的硅钡孕育剂进行包内孕育后，得到包内原铁液。
浇注工序和包内孕育序
将上述步骤得到的包内原铁液，在1380℃的条件下进行浇注，并同时加入0.05wt％，粒度1.5mm的硅钡合金进行随流孕育。注：随流孕育剂必须保持干燥。
生产过程中采用包内孕育和随流孕育方式补充Si含量，其中包内孕育剂为硅钡孕育剂，加入量为0.4wt％，随流孕育剂为硅钡合金，加入量为0.05wt％，粒度1.5mm。
后处理工序
在铁液浇注完毕后，采用湿型砂造型，等待1.5小时(产品温度已降至350℃以下)进行开箱，进行冒口去除和清理抛丸工作，最后得到高碳当量制动盘。
材质检验
对本发明上述步骤制备的超高碳当量制动盘进行金相组织分析和性能检测，产品本体取样，其中上下盘各取两条共四条拉棒，上下盘各取一块金相试样，金相组织检验标准以及性能检测检验标准参照GB/T228、GB/T231.1和GB/T7216。
力学性能检测结果：
具体抗拉强度性能结果参见表1
表1 本发明实施例1制备的制动盘的抗拉强度(MPa)
上盘 185 189 190
下盘 190 192 188
本发明实施例1制备的制动盘的芯部强度为174HB、178HB、170HB、180HB、178HB和175HB。
金相组织分析结果：
上盘：石墨以片状(A型)为主，石墨长度9-38(5-3级)，基体组织为：98％珠光体+铁素体，磷共晶、碳化物＜1％。
下盘：石墨以片状(A型)为主，石墨长度9-38(5-3级)，基体组织为：98％珠光体+铁素体，磷共晶、碳化物＜1％。
参见图1，图1为本发明实施例1制备的制动盘腐蚀前的金相图(100倍)。由图1可知，制动盘中石墨以片状(A型)为主，石墨长度9-38(5-3级)。
参见图2，图2为本发明实施例1制备的制动盘经3％硝酸酒精腐蚀后的金相图(100倍)。由图2可知，制动盘的基体组织中，含有98％珠光体+铁素体，磷共晶、碳化物＜1％。
因而，本发明实施例1制备的制动盘的珠光体含量≥95％，碳化物、磷共晶的含量≤1％。
实施例2
熔炼工序
材料及熔化：
选用如下要求的废钢：60wt％低合金结构钢和40wt％的普通结构钢，外观方面，保证废钢干燥、清洁、不锈蚀，不允许废钢存在锈蚀致脱壳现象。选用如下要求的增碳剂:固定碳≥96％，含硫量≤0.03％，灰分≤0.5％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％。采用全废钢增碳熔炼方式制成铁液，熔炼温度为1300℃。
检测及调整
采用进口日本岛津PDA-7000光谱仪检测铁液成分，并依据检测结果补充所需化学成分，使原铁液成分控制在：C:3.98％，Si:1.05％(剩余由孕育工序添加)，Mn:0.70％，P：0.04％，S：0.05％，Cu：0.50％，Cr：0.18％，Ni：0.08％，Mo：0.10％，Ti：0.04％，Nb：0.01％，V:0.02％，Ce:0.02％，N:120ppm。
高温静置
待原铁液成分调整后，升温至1540℃，并停电静置5分钟，期间不断进行打渣，确保铁液纯净，以达到增加原铁液的过冷度，为孕育创造基础，同时降低铁液氧化程度，减少氧化夹渣的目的。
出炉工序和包内孕育序
将上述步骤得到的待出炉原铁液，在1510℃的条件下出炉后，加入0.4wt％的硅钡孕育剂进行包内孕育后，得到包内原铁液。
浇注工序和包内孕育序
将上述步骤得到的包内原铁液，在1380℃的条件下进行浇注，并同时加入0.05wt％，粒度1.5mm的硅钡合金进行随流孕育。注：随流孕育剂必须保持干燥。
生产过程中采用包内孕育和随流孕育方式补充Si含量，其中包内孕育剂为SiBa，加入量为0.4wt％，随流孕育剂为硅钡合金，加入量为0.05wt％，粒度1.0mm。
后处理工序
在铁液浇注完毕后，采用湿型砂造型，等待1.5小时(产品温度已降至350℃以下)进行开箱，进行冒口去除和清理抛丸工作，最后得到高碳当量制动盘。
材质检验
对本发明上述步骤制备的超高碳当量制动盘进行金相组织分析和性能检测，产品本体取样，其中上下盘各取两条共四条拉棒，上下盘各取一块金相试样，金相组织检验标准以及性能检测检验标准参照GB/T228、GB/T231.1和GB/T7216。
力学性能检测结果：
具体抗拉强度性能结果参见表2
表2 本发明实施例2制备的制动盘的抗拉强度(MPa)
上盘 188 192 183
下盘 178 184 180
本发明实施例2制备的制动盘的芯部强度为：177HB、175HB、173HB、175HB、176HB和175HB。
金相组织分析结果：
上盘：石墨以片状(A型)为主，石墨长度9-38(5-3级)，基体组织为：98％珠光体+铁素体，磷共晶、碳化物＜1％。
下盘：石墨以片状(A型)为主，石墨长度9-38(5-3级)，基体组织为：98％珠光体+铁素体，磷共晶、碳化物＜1％。
实施例3
熔炼工序
材料及熔化：
选用如下要求的废钢：60wt％低合金结构钢和40wt％的普通结构钢，外观方面，保证废钢干燥、清洁、不锈蚀，不允许废钢存在锈蚀致脱壳现象。选用如下要求的增碳剂:固定碳≥96％，含硫量≤0.03％，灰分≤0.5％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％。采用全废钢增碳熔炼方式制成铁液，熔炼温度为1300℃。
检测及调整
采用进口日本岛津PDA-7000光谱仪检测铁液成分，并依据检测结果补充所需化学成分，使原铁液成分控制在：C:3.92％，Si:1.05％(剩余由孕育工序添加)，Mn:0.65％，P：0.04％，S：0.05％，Cu：0.50％，Cr：0.18％，Ni：0.10％，Mo：0.10％，Ti：0.02％，Nb：0.01％，V:0.02％，Ce:0.02％，N:130ppm。
高温静置
待原铁液成分调整后，升温至1542℃，并停电静置6分钟，期间不断进行打渣，确保铁液纯净，以达到增加原铁液的过冷度，为孕育创造基础，同时降低铁液氧化程度，减少氧化夹渣的目的。
出炉工序和包内孕育序
将上述步骤得到的待出炉原铁液，在1515℃的条件下出炉后，加入0.4wt％的硅钡孕育剂进行包内孕育后，得到包内原铁液。
浇注工序和包内孕育序
将上述步骤得到的包内原铁液，在1400℃的条件下进行浇注，并同时加入0.05wt％，粒度1.5mm的硅钡合金进行随流孕育。注：随流孕育剂必须保持干燥。
生产过程中采用包内孕育和随流孕育方式补充Si含量，其中包内孕育剂为硅钡孕育剂，加入量为0.4wt％，随流孕育剂为硅钡合金，加入量为0.05wt％，粒度1.5mm。
后处理工序
在铁液浇注完毕后，采用湿型砂造型，等待1.5小时(产品温度已降至350℃以下)进行开箱，进行冒口去除和清理抛丸工作，最后得到高碳当量制动盘。
材质检验
对本发明上述步骤制备的超高碳当量制动盘进行金相组织分析和性能检测，产品本体取样，其中上下盘各取两条共四条拉棒，上下盘各取一块金相试样，金相组织检验标准以及性能检测检验标准参照GB/T228、GB/T231.1和GB/T7216。
具体抗拉强度性能结果参见表3
表3本发明实施例3制备的制动盘的抗拉强度(MPa)
上盘 180 183 189
下盘 185 180 188
本发明实施例3制备的制动盘的芯部强度为：179HB、177HB、173HB、172HB、176HB和174HB。
金相组织分析结果：
上盘：石墨以片状(A型)为主，石墨长度9-38(5-3级)，基体组织为：98％珠光体+铁素体，磷共晶、碳化物＜1％。
下盘：石墨以片状(A型)为主，石墨长度9-38(5-3级)，基体组织为：98％珠光体+铁素体，磷共晶、碳化物＜1％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种高碳当量制动盘，其特征在于，包括，
3.85wt%~4.00wt%的C；
1.45wt%~1.65wt%的Si；
0.60wt%~0.80wt%的Mn；
0.02wt%~0.04wt%的V；
0.02wt%~0.07wt%的Ce；
90~140ppm的N；
0~0.10wt%的P；
0~0.10wt%的S；
大于0且小于等于0.50wt%的Cu；
大于0且小于等于0.25wt%的Cr；
大于0且小于等于0.10wt%的Ni；
大于0且小于等于0.10wt%的Mo；
大于0且小于等于0.04wt%的Ti；
大于0且小于等于0.01wt%的Nb；
余量的Fe；
所述制动盘的碳当量为4.35wt%~4.55wt%。
2.一种如权利要求1所述的高碳当量制动盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）将原料钢进行增碳熔炼后，得到铁液，再配制成如下成分的原铁液：3.85wt%~4.00wt%的C、1.00wt%~1.10wt%的Si、0.60wt%~0.80wt%的Mn、0.02wt%~0.04wt%的V、0.02wt%~0.07wt%的Ce、90~140ppm的N、0~0.10wt%的P、0~0.10wt%的S、大于0且小于等于0.50wt%的Cu、大于0且小于等于0.25wt%的Cr、大于0且小于等于0.10wt%的Ni、大于0且小于等于0.10wt%的Mo、大于0且小于等于0.04wt%的Ti和大于0且小于等于0.01wt%的Nb；
其中，Si的剩余含量采用包内孕育和随流孕育方式补充加入；
B）将上述步骤A）得到的原铁液升温并静置后，得到待出炉原铁液；
C）将上述步骤得到的待出炉原铁液，出炉后进行包内孕育，得到包内原铁液；
D）将上述步骤得到的包内原铁液进行浇注并同时进行随流孕育后，得到制动盘。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述原料钢为废钢；
所述废钢包括60wt%~80wt%的低合金结构钢和20wt%~40wt%的普通结构钢。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述升温的温度为1500~1550℃；所述静置的时间为5~7分钟。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述出炉的温度为1500~1530℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述包内孕育的孕育剂为硅钡孕育剂；所述硅钡孕育剂的加入量为0.3wt%~0.5wt%。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述浇注的温度为1320~1430℃。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述随流孕育的孕育剂为硅钡合金；所述硅钡合金的粒度小于等于1.5mm，所述随流孕育剂保持干燥。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述随流孕育剂的加入量为0.03wt%~0.07wt%。
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