CN107058883B - 一种高速列车制动盘合金钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高速列车制动盘合金钢材料及其制备方法,其解决了现有材料延伸率、材料的冲击功、抗疲劳、抗裂纹性能有待进一步提高的技术问题,其化学组份为碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、钛、铌、钨、铝、铜、锆、钴、磷、硫、氧、氮、氢及铁和微量杂质。本发明同时公布了其制备方法。本发明可广泛用于高速列车制动盘合金钢材料的制备领域。

Description

一种高速列车制动盘合金钢材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属材料领域,具体地说涉及一种高速列车制动盘合金钢材料及其制 备方法。
背景技术
[0002] 目前,国内使用的高速列车制动盘,是高速列车主要的消耗件,主要依靠进口。高 速列车制动盘存在不耐磨、韧性差、易产生裂纹,使用周期短,成本高等缺点。
[0003] 公开号为CN 103215523 A的中国发明专利申请公开了一种高速列车合金铸钢制 动盘材料及恪炼工艺,由铁、碳、娃、猛、络、镍、钼、银、银、妈、钛、错、铜、错、磷、硫等组成,制 动盘的化学组分的重量百分比为:· 25—0 · 28C、0 · 48—0 · 52Si、1 一1 · 03Mn、0 · 8—0 · 85Cr、 0.95—lNi、0.54—0.6Mo、0.07—0.08V、0.05—0.06Nb、0.005—0.01W、〈0.01Ti、〈0.02Al、 0.01—0.015(:〇、0.07—0.09(:11、0.01—0.022广0.007?、0.0075,其余为卩6和不可避免的微 量杂质。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。该发明通过热处 理后的工件,其硬度是HRC39—45,抗拉强度1100—1200MPa,屈服强度1000—I IOOMPa,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。
[0004] 该发明采用优质钢锭,在中频炉中熔炼,控制磷、硫的含量,达到所需要的机械性 能,其延伸率多6.5 %,材料的冲击功为多17 %,材料的抗疲劳、抗裂纹性能有待进一步提 高,成本也较高。
发明内容
[0005] 本发明就是为了解决现有材料延伸率、材料的冲击功、抗疲劳、抗裂纹性能有待进 一步提高、成本较高的技术问题,提供一种材料延伸率、冲击功、抗疲劳、抗裂纹性能都有显 著提高、成本较低的高速列车制动盘合金钢材料及其制备方法。
[0006] 为此,本发明提供一种高速列车制动盘合金钢材料,其化学组份的重量百分比为: 碳0.2〜0.28、硅0.3〜0.6、锰0.6 〜1.4、铬0.8〜1.3、镍0.85 〜1.5、钼0.55 〜1.05、钒0.07 〜0.08、钛〈0.01、铌 0.05 〜0.06、钨0.005 〜0.01、铝彡 0.03、铜0.07 〜0.09、锆0.01 〜0.02、 钴0.01〜0.015、磷彡0.01、硫彡0.01、氧彡0.003、氮彡0.007、氢彡0.00025,余量为铁和微 量杂质。
[0007] 本发明同时提供一种高速列车制动盘合金钢材料的制备方法,其包括如下步骤: 步骤1:将A3钢材下脚料,装入中频感应电炉,同时加入JSS2#脱磷剂,脱磷剂的加入量占钢 水重量的1.5 %,通电熔化;步骤2:当温度达到1550 °C〜1560°C,加入碳、铬铁、镍、钼铁;步 骤3:当温度达到1590 °C〜1600 °C,加入硅铁、锰铁,取样化验成分;步骤4:当温度达到1640 °C〜1650°C,扒渣出炉,转入LF炉;步骤5:在LF炉中,加入石灰石造还原性渣,吹氩气,除去 夹杂物,去氧、去硫、去磷;测温、取样化验,加入合金,调整成分;继续升温至1670〜1690Γ, 喂丝机加硅钙线,脱氧;步骤6:转入VOD炉,吹氩气,抽真空,在真空状态下有效去除钢中的 氮、氢、夹杂物及部分有害元素铅、锑、铋、锡,使钢水纯净;步骤7:保真空66.7Pa,加入预先 烘烤好的钒、钛、铌、钨合金,测温、取样化验,微调成分;步骤8:测温、取样测氧、氮、氢的含 量;步骤9:成分、温度符合后,加铝吹氩搅拌几分钟后,破真空浇注;各组分的重量百分比 为:碳0.2〜0.28、硅0.3〜O .6、锰0.6〜1.4、铬0.8〜1.3、镍0.85〜1.5、钼O .55〜1.05、钒 0.07 〜0.08、钛〈0.01、铌0.05 〜0.06、钨0.005 〜0.01、铝彡 0.03、铜0.07 〜0.09、锆0.01 〜 0.02、钴0.01〜0.015、磷彡0.01、硫彡0.01、氧彡0.003、氮彡0.007、氢彡0.00025,余量为铁 和微量杂质。
[0008] 本发明工艺操作简单,通过热处理后的制动盘,硬度是HBW290〜360,抗拉强度彡 1050MPa,屈服强度彡900MPa,延伸率彡8%,冲击功KV2彡27J,具有良好的综合机械性能;本 发明中,原料经过LF、V㈤炉精炼后,夹杂物的含量大大降低,氧小于30ppm、氢小于2.5ppm、 氮小于70ppm,提高了钢水的纯净度,提高工件的耐磨性、冲击韧性、抗裂纹性能;本发明材 料来源广泛,成分范围可以变宽,降低了生产成本。
具体实施方式
[0009] 根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,本领域的技术人员容易理解,实 施例所描述的内容仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本发 明。
[0010] 实施例1
[0011] 用5000Kg的中频感应电炉熔炼钢水,制造工艺步骤为:1:将A3钢材下脚料,装入 300HZ中频感应电炉,同时加入中科院金属研究所研发生产的JSS2#脱磷剂,脱磷剂的加入 量占钢水重量的1.5%,通电熔化。2:随着炉料的熔化,不断捣打炉料,避免炉料搭桥。升温 达到1550°C〜1560°C,加入碳、铬铁、镍、钼铁。3:当温度达到1590°C〜1600°C,加入硅铁、锰 铁,取样化验成分。4:当温度达到1640°C〜1650°C,出炉,转入LF炉。5:在LF炉中,加入石灰 石等造还原性渣,吹氩气,除去夹杂物,去氧、去硫、去磷;测温、取样化验,加入合金,调整成 分;继续升温至1670〜1690°C,喂丝机加硅钙线,脱氧。6:转入VOD炉,吹氩气,抽真空,在真 空状态下有效去除钢中的氮、氢、夹杂物及部分有害元素铅、锑、铋、锡等,使钢水纯净。7:保 真空66.7Pa,加入预先烘烤好的钒、钛、铌、钨合金,测温、取样化验,微调成分。8:测温、取样 测氧、氮、氢的含量。9:成分、温度符合后,加铝吹氩搅拌几分钟后,破真空浇注。
[0012] 本发明高铁制动盘的化学成分见表1,力学性能见表2:
[0013] 表 1
[0014]
Figure CN107058883BD00041
[0015] 表 2
[0016]
Figure CN107058883BD00042
[0018] 实施例2
[0019] 用8000Kg的中频感应电炉熔炼钢水,制造工艺步骤为:I:将A3钢材下脚料,装入 300HZ中频感应电炉,同时加入JSS2#脱磷剂,脱磷剂的加入量占钢水重量的1.5 %,通电熔 化。2:随着炉料的熔化,不断捣打炉料,避免炉料搭桥。升温达到1550°C〜1560°C,加入碳、 铬铁、镍、钼铁。3:当温度达到1590°C〜1600°C,加入硅铁、锰铁,取样化验成分。4:当温度达 到1640°C〜1650°C,出炉,转入LF炉。5:在LF炉中,加入石灰石等造还原性渣,吹氩气,除去 夹杂物,去氧、去硫、去磷;测温、取样化验,加入合金,调整成分;继续升温至1670〜1690Γ, 喂丝机加硅钙线,脱氧。6:转入VOD炉,吹氩气,抽真空,在真空状态下有效去除钢中的氮、 氢、夹杂物及部分有害元素铅、锑、铋、锡等,使钢水纯净。7:保真空66.7Pa,加入预先烘烤好 的钒、钛、铌、钨合金,测温、取样化验,微调成分。8:测温、取样测氧、氮、氢的含量。9:成分、 温度符合后,加铝吹氩搅拌几分钟后,破真空浇注。
[0020] 本发明高铁制动盘的化学成分见表3,力学性能见表4:
[0021] 表3
[0022]
Figure CN107058883BD00051
[0023]表 4 「00241
Figure CN107058883BD00052
[0025] 实施例3
[0026] 用15000Kg的中频感应电炉熔炼钢水,制造工艺步骤为:1:将A3钢材下脚料,装入 300HZ中频感应电炉,同时加入JSS2#脱磷剂,脱磷剂的加入量占钢水重量的1.5 %,通电熔 化。2:随着炉料的熔化,不断捣打炉料,避免炉料搭桥。升温达到1550°C〜1560°C,加入碳、 铬铁、镍、钼铁。3:当温度达到1590°C〜1600°C,加入硅铁、锰铁,取样化验成分。4:当温度达 到1640°C〜1650°C,出炉,转入LF炉。5:在LF炉中,加入石灰石等造还原性渣,吹氩气,除去 夹杂物,去氧、去硫、去磷;测温、取样化验,加入合金,调整成分;继续升温至1670〜1690Γ, 喂丝机加硅钙线,脱氧。6:转入VOD炉,吹氩气,抽真空,在真空状态下有效去除钢中的氧、 氮、氢、夹杂物及部分有害元素铅、锑、铋、锡等,使钢水纯净。7:保真空66.7Pa,加入预先烘 烤好的钒、钛、铌、钨合金,测温、取样化验,微调成分。8:测温、取样测氮、氢的含量。9:成分、 温度符合后,加铝吹氩搅拌几分钟后,破真空浇注。
[0027] 本发明高铁制动盘的化学成分见表5,力学性能见表6:
[0028] 表5
[0029]
Figure CN107058883BD00053
[0030] 表6
[0031]
Figure CN107058883BD00061
[0032] 本发明通过电炉熔炼,再经过LF+V0D精炼炉相配合,可以把钢中的有害元素脱除 到如下范围:
[0033] 表 7
[0034]
Figure CN107058883BD00062
[0035] 表8制动性能方面的数据:
[0036] 表8制动盘与进口铜合金制动片匹配台架试验结果
[0037]
Figure CN107058883BD00063
[0039] 利用限定的制动盘材料成分和先进的生产工艺得到的制动盘,与进口铜合金制动 片配套装在台架试验机上,进行台架试验,通过先期的磨合试验,常用停车制动试验、紧急 停车制动试验、连续制动试验和静摩擦试验,结果证明铸造所得的制动盘与进口铜合金制 动片匹配良好,制动性能优良,能充分保证刹车时的有效性和安全性,各项技术指标达到 “高速动车组制动盘技术”要求,其制动性能能满足200Km/h至350Km/h高速列车运行要求。
[0040] 对比例
[0041] 将本发明与专利号为:ZL 2013 1 0055205.5的中国发明专利(以下称原发明)进 行对比,本发明与原发明的区别在于:原发明采用优质钢锭,在中频炉中熔炼,控制磷、硫的 含量,达到所需要的机械性能。
[0042] 本发明采用普通钢材下脚料,在中频炉中脱磷,然后经过LF+V0D炉,精炼去气,控 制磷、硫的含量,特别是控制氧、氮、氢及杂质的含量,具有良好的综合机械性能,特别是延 伸率、冲击功明显提高。
[0043] 原发明材料的延伸率多6.5%,现发明材料延伸率多8% ;原发明材料的冲击功为 多17%,现发明材料的冲击功为多27%,提高了材料的抗疲劳、抗裂纹性能。
[0044] 表9所示为本发明与原发明冷热疲劳试验结果,模拟制动盘使用状况,将同样缺口 的本发明试样和原发明试样加热到620Γ,快速放入20°C的水中,如此反复进行试验500次 后,在金相显微镜下看缺口裂纹扩展情况。表中的数据表明,本发明的裂纹扩展性能明显低 于原发明。
[0045] 表9本发明与原发明冷热疲劳试验结果对比 「00461
Figure CN107058883BD00071
[0047] 表10所示为本发明与原发明抗裂纹试验结果,按照使用状态的制动动力试验台制 动试验,直到裂纹的产生,记录制动试验次数。表中的数据表明,本发明的抗裂纹性能明显 优于原发明。
[0048] 表10本发明与原发明抗裂纹性能试验结果对比
[0049]
Figure CN107058883BD00072
[0050] 通过上述试验,本发明通过中频炉熔炼脱磷、硫,再加上LF炉二次精炼和VOD炉真 空去气,提尚钢水的纯净度和控制钢水中气体含量,提尚材料的综合机械性能,克服以往材 料的强度高,塑性、韧性明显下降的不足,与原发明对比,盘的机械性能明显提高。
[0051] 与原发明对比,合金的成分范围变宽,且容易控制;钢水流动性好,成型能力好;成 分均匀,气体、夹杂物含量少,裂纹倾向小;材料来源广泛,有利于生产过程控制,生产效率 高,降低了制造成本,节能降耗,增加了社会效益。

Claims (2)

1. 一种高速列车制动盘合金钢材料的制备方法,其特征是包括如下步骤: 步骤1:将A3钢材下脚料,装入中频感应电炉,同时加入脱磷剂,脱磷剂的加入量占钢水 重量的1.5%,通电熔化; 步骤2:当温度达到1550 °C〜1560 °C,加入碳、铬铁、镍、钼铁; 步骤3:当温度达到1590 °C〜1600 °C,加入硅铁、锰铁,取样化验成分; 步骤4:当温度达到1640°C〜1650°C,扒渣出炉,转入LF炉; 步骤5:在LF炉中,加入石灰石造还原性渣,吹氩气,除去夹杂物,去氧、去硫、去磷;测 温、取样化验,加入合金,调整成分;继续升温至1670〜1690°C,喂丝机加硅钙线,脱氧; 步骤6:转入VOD炉,吹氩气,抽真空,在真空状态下有效去除钢中的氮、氢、夹杂物及部 分有害元素铅、锑、铋、锡,使钢水纯净; 步骤7:保真空66.7Pa,加入预先烘烤好的钒、钛、铌、钨合金,测温、取样化验,微调成 分; 步骤8:测温、取样测氧、氮、氢的含量; 步骤9:成分、温度符合后,加铝吹氩搅拌几分钟后,破真空浇注; 各组分的重量百分比为:碳0.2〜0.28、硅0.3〜0.6、锰0.6〜1.4、铬0.8〜1.3、镍0.85 〜1.5、钼0.55〜1.05、钒0.07〜0.08、钛〈0.01、铌0.05〜0.06、钨0.005〜0.01、铝彡0.03、 铜0.07 〜0.09、锆0.01 〜0.02、钴0.01 〜0.015、磷彡 0.01、硫彡 0.01、氧彡 0.003、氮彡
0.007、氢<0.00025,余量为铁和微量杂质。
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