CN111304524A - 一种高铁闸片钢背及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铁闸片钢背及其制备方法，属于材料制备领域，其技术方案要点是，原材料包括：生铁、废钢、电解铜、钼铁、硅铁和增碳剂；其各元素的质量百分比计的组分构成为：C3.5～3.75％，Si2.4～2.8％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg0.03～0.06％，Re≤0.0001，Cu0.4～1％，Mo0.1～0.3％，余量为铁。本发明高铁闸片钢背能够获得稳定的力学性能：屈服强度(R0.2/MPa)为580‑700、抗拉强度(Rm/MPa)为770‑840、延伸率(A％)为9‑11，使得该种高铁闸片钢背相对与现有的国内的钢背，强度高出几个等级，延伸率大幅增加，使得产品既有高强度又有高韧性。本发明高铁闸片钢背能稳定地获得珠光体组织，按照GB9441‑2009可得钢背材料的球化等级为3‑4；石墨大小为7‑8；珠光体含量为70％‑76％。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，具体而言，涉及一种高铁闸片钢背及其制备方法。
背景技术
在21世纪，随着经济的快速发展，促进了我国高速铁路的现代化建设，高速铁路在我国快速发展，出于安全的角度考虑，对高铁钢背材料提出了更高的要求。
国内钢铁行业正在发展新一代钢铁材料，并采用新一代材料尤其是球墨铸铁作为高铁钢背材料，增加使用寿命，保证安全，降低成本。球墨铸铁作为一种同时具备钢材和铸铁优良特性的材料而被广泛关注，但国内现已存在的各类球墨铸铁的抗拉强度(Rm/MPa)为600-700、延伸率(A％)为7，不能很好的满足高铁钢背材料所需的性能要求，因此，国内尚缺少一种具备高强度、高韧性的球墨铸铁来适应我国高铁的快速发展。
为此，提出一种高铁闸片钢背及其制备方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高铁闸片钢背及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高铁闸片钢背，原材料包括：生铁、废钢、电解铜、钼铁、硅铁和增碳剂；其各元素的质量百分比计的组分构成为：
C3.5～3.75％，Si2.4～2.8％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg0.03～0.06％，Re≤0.0001，Cu0.4～1％，Mo0.1～0.3％，余量为铁。
进一步地，所述钢背采用的增碳剂为低硫低氮高标增碳剂。
进一步地，所述废钢为Q235废钢料。
进一步地，该种高铁闸片钢背的制备方法，包括如下步骤：
1、铸件生产铁水熔炼工艺
S1、配料：配置各种原料；
S2、熔炼：中频炉熔炼，出铁水温度1510-1540℃；
S3、炉前取样：对原铁水的化学成分进行炉前检测；
S4、球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s。
S5、孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；；
S6、化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水；
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺；
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试。
进一步地，在完成浇注工艺后，对所述铸件进行抛丸处理和喷砂处理，表面按图纸要求镀铜。
进一步地，所述检验测试的原件为随同铸件一起浇注并加工好的检验试棒。
应用本发明的技术方案，有益效果是：
1、本发明高铁闸片钢背能够获得稳定的力学性能：屈服强度(R0.2/MPa)为580-700、抗拉强度(Rm/MPa)为770-840、延伸率(A％)为9-11，使得该种高铁闸片钢背相对与现有的国内的钢背，强度高出几个等级，延伸率大幅增加，使得产品达到高强度、高韧性；
2、本发明高铁闸片钢背能稳定地获得珠光体组织，按照GB9441-2009可得钢背材料的球化等级为3-4；石墨大小为7-8；珠光体含量为70％-76％；
3、本发明高铁闸片钢背的整体制备工艺简洁，设备需求量少，从而降低了生产成本，使得经济效益提高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了一种高铁闸片钢背的制备流程框图；
图2示出了一种高铁闸片钢背的光谱仪检测成分图；
图3示出了本发明的样件检测数据表格图；
图4示出了本发明的各样件的金相图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-2所示，本发明提供了一种高铁闸片钢背，原材料包括：生铁、废钢、电解铜、钼铁、硅铁和增碳剂；其各元素的质量百分比计的组分构成为：
C3.5～3.75％，Si2.4～2.8％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg0.03～0.06％，Re≤0.0001，Cu0.4～1％，Mo0.1～0.3％，余量为铁。
具体地，所述钢背采用的增碳剂为低硫低氮高标增碳剂，(其中，固定碳>98.5％，硫<0.05％)。
具体地，所述废钢为Q235废钢料。
该种高铁闸片钢背的制备方法，包括如下步骤：
1、铸件生产铁水熔炼工艺
S1、配料：配置各种原料，根据产品的重量和使用要求来计算各材料的配比，配料的百分比如下：C3.5～3.75％，Si2.4～2.8％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg0.03～0.06％，Re≤0.0001，Cu0.4～1％，Mo0.1～0.3％，余量为铁；
S2、熔炼：将生铁、废钢、电解铜、钼铁和硅铁逐一添加到中频电阻感应熔炼炉中，将炉温升至1550℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉中的原材料能全部成熔融状态；
S3、炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水；
S4、球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s；
S5、孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；
S6、化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水，该种方式确保铁水均衡凝固，有利于防止铸件产生缩松。
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺，平板装夹有利于确保铸件浇注完不产生膨胀，防止铸件产生缩松
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试。
进一步地，在完成浇注工艺后，对所述铸件进行抛丸处理和喷砂处理，表面按图纸要求镀铜，能够使得钢背产品在恶劣的环境条件下确保了它长期使用的可靠性。
如图3所示，所述检验测试的原件为随同铸件一起浇注并加工好的检验试棒，对铸件本体以及附铸检验试棒取样，通过光谱分析仪检测产品中的各成分含量，以及通过万能强度试验机对铸件本体以及附铸检验试棒进行强度测试。
实施例1
试棒取样，采用单独铸件-d14，配料为：生铁680kg，废钢120kg，电解铜6.5kg，钼铁2kg，硅铁21kg，增碳剂1.5kg；
配料的百分比如下：C3.74％，Si2.58％，Mn0.19％，P<0.02％，S0.0161％，Mg0.0449％，Re<0.0001，Cu0.9％，Mo0.128％，余量为铁；
1、铸件生产铁水熔炼工艺
熔炼：将生铁、废钢、电解铜、钼铁和硅铁逐一添加到中频电阻感应熔炼炉中，将炉温升至1550℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉中的原材料能全部成熔融状态；
炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水；
球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s；
孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；
化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水，该种方式确保铁水均衡凝固，有利于防止铸件产生缩松。
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺，平板装夹有利于确保铸件浇注完不产生膨胀，防止铸件产生缩松
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试：采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，所得金相组织结果如下(如图4所示)：球化等级3级，石墨大小8级，珠光体76％；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/MPa)为623.76、抗拉强度(Rm/MPa)为813.18、延伸率(A％)10.8。
实施例2
试棒取样，采用单独铸件-d10，配料为：生铁680kg，废钢120kg，电解铜6.5kg，钼铁2kg，硅铁21kg，增碳剂1.5kg；
配料的百分比如下：C3.74％，Si2.58％，Mn0.19％，P<0.02％，S0.0161％，Mg0.0449％，Re<0.0001，Cu0.9％，Mo0.128％，余量为铁；
1、铸件生产铁水熔炼工艺
熔炼：将生铁、废钢、电解铜、钼铁和硅铁逐一添加到中频电阻感应熔炼炉中，将炉温升至1550℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉中的原材料能全部成熔融状态；
炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水；
球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s；
孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；
化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水，该种方式确保铁水均衡凝固，有利于防止铸件产生缩松。
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺，平板装夹有利于确保铸件浇注完不产生膨胀，防止铸件产生缩松
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试：采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，所得金相组织结果如下(如图4所示)：球化等级3级，石墨大小7级，珠光体74.4％；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/MPa)为643.31、抗拉强度(Rm/MPa)为770.37、延伸率(A％)10.1。
实施例3
试棒取样，采用附加铸件-d10，配料为：生铁680kg，废钢120kg，电解铜6.5kg，钼铁2kg，硅铁21kg，增碳剂1.5kg；
配料的百分比如下：C3.74％，Si2.58％，Mn0.19％，P<0.02％，S0.0161％，Mg0.0449％，Re<0.0001，Cu0.9％，Mo0.128％，余量为铁；
1、铸件生产铁水熔炼工艺
熔炼：将生铁、废钢、电解铜、钼铁和硅铁逐一添加到中频电阻感应熔炼炉中，将炉温升至1550℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉中的原材料能全部成熔融状态；
炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水；
球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s；
孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；
化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水，该种方式确保铁水均衡凝固，有利于防止铸件产生缩松。
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺，平板装夹有利于确保铸件浇注完不产生膨胀，防止铸件产生缩松
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试：采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，所得金相组织结果如下(如图4所示)：球化等级3级，石墨大小8级，珠光体70.3％；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/MPa)为593.8、抗拉强度(Rm/MPa)为725.49、延伸率(A％)9.2。
实施例4
试棒取样，采用附加铸件-d12，配料为：生铁680kg，废钢120kg，电解铜6.5kg，钼铁2kg，硅铁21kg，增碳剂1.5kg；
配料的百分比如下：C3.74％，Si2.58％，Mn0.19％，P<0.02％，S0.0161％，Mg0.0449％，Re<0.0001，Cu0.9％，Mo0.128％，余量为铁；
1、铸件生产铁水熔炼工艺
熔炼：将生铁、废钢、电解铜、钼铁和硅铁逐一添加到中频电阻感应熔炼炉中，将炉温升至1550℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉中的原材料能全部成熔融状态；
炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水；
球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s；
孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；
化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水，该种方式确保铁水均衡凝固，有利于防止铸件产生缩松。
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺，平板装夹有利于确保铸件浇注完不产生膨胀，防止铸件产生缩松
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试：采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，所得金相组织结果如下(如图4所示)：球化等级4级，石墨大小8级，珠光体75.7％；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/MPa)为586.22、抗拉强度(Rm/MPa)为770.58、延伸率(A％)9.3。
实施例5
试棒取样，采用附加铸件-d14，配料为：生铁680kg，废钢120kg，电解铜6.5kg，钼铁2kg，硅铁21kg，增碳剂1.5kg；
配料的百分比如下：C3.74％，Si2.58％，Mn0.19％，P<0.02％，S0.0161％，Mg0.0449％，Re<0.0001，Cu0.9％，Mo0.128％，余量为铁；
1、铸件生产铁水熔炼工艺
熔炼：将生铁、废钢、电解铜、钼铁和硅铁逐一添加到中频电阻感应熔炼炉中，将炉温升至1550℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉中的原材料能全部成熔融状态；
炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水；
球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s；
孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；
化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水，该种方式确保铁水均衡凝固，有利于防止铸件产生缩松。
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺，平板装夹有利于确保铸件浇注完不产生膨胀，防止铸件产生缩松
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试：采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，所得金相组织结果如下(如图4所示)：球化等级3级，石墨大小8级，珠光体75.6％；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/MPa)为507、抗拉强度(Rm/MPa)为632.72、延伸率(A％)9.0。
实施例6
试棒取样，采用本体取样-d10，配料为：生铁680kg，废钢120kg，电解铜6.5kg，钼铁2kg，硅铁21kg，增碳剂1.5kg；
配料的百分比如下：C3.74％，Si2.58％，Mn0.19％，P<0.02％，S0.0161％，Mg0.0449％，Re<0.0001，Cu0.9％，Mo0.128％，余量为铁；
1、铸件生产铁水熔炼工艺
熔炼：将生铁、废钢、电解铜、钼铁和硅铁逐一添加到中频电阻感应熔炼炉中，将炉温升至1550℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉中的原材料能全部成熔融状态；
炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水；
球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s；
孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；
化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水，该种方式确保铁水均衡凝固，有利于防止铸件产生缩松。
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺，平板装夹有利于确保铸件浇注完不产生膨胀，防止铸件产生缩松
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试：采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，所得金相组织结果如下(如图4所示)：球化等级3级，石墨大小7级，珠光体75.4％；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/MPa)为697.29、抗拉强度(Rm/MPa)为834.99、延伸率(A％)9.5。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高铁闸片钢背，其特征在于，
原材料包括：生铁、废钢、电解铜、钼铁、硅铁和增碳剂；
其各元素的质量百分比计的组分构成为：
C3.5～3.75％，Si2.4～2.8％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Mg0.03～0.06％，Re≤0.0001，Cu0.4～1％，Mo0.1～0.3％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种高铁闸片钢背，其特征在于：所述钢背采用的增碳剂为低硫低氮高标增碳剂。
3.根据权利要求1所述的一种高铁闸片钢背，其特征在于：所述废钢为Q235废钢料。
4.根据权利要求1所述的一种高铁闸片钢背的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1、铸件生产铁水熔炼工艺
S1、配料：配置各种原料；
S2、熔炼：中频炉熔炼，出铁水温度1510-1540℃；
S3、炉前取样：对原铁水的化学成分进行炉前检测；
S4、球化：采用冲水法加入与原铁水质量的0.9％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，球化时间60s。
S5、孕育：采用随流孕育的方式保温球化效果；；
S6、化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
2、铸造工艺
S7、采用全覆膜砂工艺，铸件前后两凹下小覆膜砂泥芯，减少热节，水平分型，水平浇注，两端进铁水；
3、浇注工艺
S8、采用叠浇装夹后浇注工艺；
4、检验测试
S9、对铸件进行金相检测及力学性能测试。
5.根据权利要求4所述的一种高铁闸片钢背的制备方法，其特征在于：在完成浇注工艺后，对所述铸件进行抛丸处理和喷砂处理，表面按图纸要求镀铜。
6.根据权利要求4所述的一种高铁闸片钢背的制备方法，其特征在于：所述检验测试的原件为随同铸件一起浇注并加工好的检验试棒。
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