CN111910133A - 一种高速列车制动承载梁用钢及铸件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高速列车制动承载梁用钢及铸件，该高速列车制动承载梁用钢采用加入稀土元素组合及双熔炼技术，对钢的成分进行优化，实现韧性和强度最优组合，提升产品的性能指标；且将成分控制、熔体处理与凝固过程控制结合，调控制动承载粱铸件的工业规模生产，控制P含量不高于0.02%，S含量不高于0.02%，保证铸件凝固组织均匀；获得的承载粱抗拉强度：Rm≥350MPa，屈服强度≥210MPa；延伸率：≥32%，断面收缩率：≥60%。

Description

一种高速列车制动承载梁用钢及铸件
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体的是一种高速列车制动承载梁用钢及铸件。
背景技术
列车高速化涉及到列车的驱动和制动两个关键问题。其中高速列车的制动尤应给以足够的重视，高速列车制动的基本思路与目前常规速度下的列车制动一样，即消耗列车运动的动能，使列车减速或制停。由于高速列车的动能比普通列车大很多，而高速下轮轨间的粘着系数以及闸瓦与动轮之间的摩擦系数都大大降低，故高速列车必须采用新的制动体系。根据已有资料分析，高速列车的制动采用再生制动、涡流制动为主、摩擦制动为补充的联合制动系统，是一种经济效益和技术性能较好的制动系统。涡流制动有旋转涡流制动与轨道涡流制动两种形式。其中轨道涡流制动属于非粘着制动，其优点是当列车速度在80～400km/h范围内，制动特性平坦，制动力大。上述两种涡流制动形式均有一组电磁铁和具有相对运动的电磁感应体——钢轨，通过电磁感应，使列车的动能转化为钢轨中的涡流，并以热的形式向周围耗散掉，以此达到制动的目的。
在高速列车制动领域，400km/h高速列车制动用承载梁，是高速列车涡流制动装置系统中的重要部件，它装备在列车转向架两侧的车轮之间，钢轨作为电磁感应体，在列车相对高速运转时，产生的磁场涡流将列车的动能转化成热能到钢轨上，进而产生较大的制动力；高速列车紧急制动时，巨大的制动热负荷使制动承载粱产生很大的温度梯度，由此产生的热应力使产品可能产生热裂纹，高温状态下，制动承载粱的金相组织、力学性能、摩擦性能都会产生变化；选用何种材质的钢材和何种工艺制作高速列车制动用承载梁，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合力学性能优越、铸造成型容易、生产工序少的高速列车制动承载梁用钢及铸件，该高速列车制动承载梁用钢的抗拉强度不低于350 MPa。
本发明的技术方案是，一种高速列车制动承载梁用钢，其成分重量百分比包括：
C：0.07%~0.13%；
Si：0.17%~0.37%；
Mn：0.35%~0.65%；
Cr ：≤0.15%；
Ni ：≤0.30%；
Al：0.020%~0.060%；
Cu：≤0.25%；
P≤0.020%；
S≤0.020%；
稀土元素Re：0.05%~0.10%；
余量为铁和不可避免的杂质。
进一步，所述稀土元素为铽、镝、 钬、铒中的至少一种。
确定上述主要化学成分的理由如下：
碳：C含量太高，则会形成较脆的组织，降低钢的低温冲击韧性；另一方面，C含量太低，容易形成铁素体等强度较低的组织；因此碳含量的优选为0.07%～0.13%。
硅：硅可以显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，作为铬当量的形成元素，和铬结合，可以提高钢的抗腐蚀性和抗氧化性，因此将硅含量控制在0.17%~0.37%。
锰：Mn是弱碳化物形成元素，通常固溶在钢中，起到固溶强化的效果。增加锰含量可以提高钢的硬度，但锰含量过高，会影响钢的韧性，因此将锰含量优选为0.35%~0.65%。
硫、磷：控制P含量不高于0.02%，S含量不高于0.02%，保证铸件凝固组织均匀。
稀土元素为铽、镝、 钬、铒：铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，利于提高承载梁的涡流感应性能；且具有较高的硬度。
一种高速列车制动承载梁用钢铸件，其采用上述钢制成。
上述高速列车制动承载梁用钢铸件的生产方法，包括如下步骤：
A、采用中频熔炼，将原料加入中频感应炉内，当钢液达到温度时，取样检测钢水化学成分，成分合格后，插铝脱氧出钢；再加入萤石进行除渣3-5次，除渣温度控制在1650℃±10℃；
B、除渣完成后继续升温至1700℃并保温静置精炼，取样进行炉前光谱检验，根据光谱检验结果，调整钢液成分，以使钢液满足中的合金元素成分满足C：0.07%~0.13%；Si：0.17%~0.37%；Mn：0.35%~0.65%； Cr ：≤0.15%；Ni ：≤0.30%； Al：0.020%~0.060%；Cu：≤0.025%；P≤0.020%；S≤0.020%；稀土元素Re：0.05%~0.10%；的要求；
C、调整至满足上述成分需求后，将钢液的出炉温度控制在1620-1640℃，将熔炼好的钢液全部出炉到钢包，测温使温度控制在1550～1570℃，然后进行砂型铸造；
D、浇注成型的铸件需进行正火热处理，从而得到高速列车制动承载梁。
进一步，所述步骤D中，热处理工艺为：正火温度控制在905至915℃。
本发明的高速列车制动承载梁用钢，采用加入稀土元素组合及双熔炼技术，对钢的成分进行优化，实现韧性和强度最优组合，提升产品的性能指标；且将成分控制、熔体处理与凝固过程控制结合，调控制动承载粱铸件的工业规模生产，控制P含量不高于0.02%，S含量不高于0.02%，保证铸件凝固组织均匀；获得的承载粱抗拉强度： Rm ≥350MPa，屈服强度≥210MPa；延伸率：≥32%，断面收缩率：≥60%。
通过加入微量的稀土元素，突破材料制备技术，通过稀土元素的加入，改善夹杂物形貌，提高钢水冶金质量，提升碳化物增强相，并结合钢的成分优化，有效提高钢的耐热耐磨性能；可以有效避免热应力产生的裂纹。
承载梁结构设计时，运用模拟仿真平台，综合高速列车制动承载粱的轻量化以及散热特性、气动力学特性，实现制动承载粱结构优化。制动承载粱散热效率提高20%。
具体实施方式
实施例1
利用中频感应炉制备的高速列车制动承载梁用钢铸件包括以下质量百分比的原料 ：碳 0.10%、锰0.50%、硅0.25%、铬0.05%、镍0.20%、铜0.10%、铝0.030%、铽0.08%、硫≤0.01%、磷≤0.01%，余量为铁和不可避免的杂质。
上述高速列车制动承载梁用钢铸件的生产方法，包括如下步骤：
A、采用中频熔炼，将原料加入中频感应炉内，当钢液达到温度时，取样检测钢水化学成分，成分合格后，插铝脱氧出钢；再加入萤石进行除渣5次，除渣温度控制在1650℃±10℃；
B、除渣完成后继续升温至1700℃并保温静置精炼，取样进行炉前光谱检验，根据光谱检验结果，调整钢液成分，以使钢液满足中的合金元素成分满足C：0.07%~0.13%；Si：0.17%~0.37%；Mn：0.35%~0.65%； Cr ：≤0.15%；Ni ：≤0.30%； Al：0.020%~0.060%；Cu：≤0.025%；P≤0.020%；S≤0.020%；Tb：0.05%~0.10%；的要求；
C、调整至满足上述成分需求后，将钢液的出炉温度控制在1620-1640℃，将熔炼好的钢液全部出炉到钢包，测温使温度控制在1550～1570℃，然后进行砂型铸造；
D、浇注成型的铸件需进行正火热处理，正火温度为910℃±5℃从而得到高速列车制动承载梁。
对制备得到的高速列车制动承载梁用钢铸件进行了性能检验，其抗拉强度362MPa，屈服强度221MPa；延伸率33%、断面收缩率为60.5%，其布氏硬度为HBW132。
实施例2
利用中频感应炉制备的高速列车制动承载梁用钢铸件包括以下质量百分比的原料 ：碳 0.12%、锰0.45%、硅0.20%、铬0.07%、镍0.15%、铜0.15%、铝0.035%、镝0.07%、硫≤0.01%、磷≤0.01%，余量为铁和不可避免的杂质。
上述高速列车制动承载梁用钢铸件的生产方法，包括如下步骤：
A、采用中频熔炼，将原料加入中频感应炉内，当钢液达到温度时，取样检测钢水化学成分，成分合格后，插铝脱氧出钢；再加入萤石进行除渣5次，除渣温度控制在1650℃±10℃；
B、除渣完成后继续升温至1700℃并保温静置精炼，取样进行炉前光谱检验，根据光谱检验结果，调整钢液成分，以使钢液满足中的合金元素成分满足C：0.07%~0.13%；Si：0.17%~0.37%；Mn：0.35%~0.65%； Cr ：≤0.15%；Ni ：≤0.30%； Al：0.020%~0.060%；Cu：≤0.025%；P≤0.020%；S≤0.020%；Dy：0.05%~0.10%；的要求；
C、调整至满足上述成分需求后，将钢液的出炉温度控制在1620-1640℃，将熔炼好的钢液全部出炉到钢包，测温使温度控制在1550～1570℃，然后进行砂型铸造；
D、浇注成型的铸件需进行正火热处理，正火温度为910℃±5℃从而得到高速列车制动承载梁。
对制备得到的高速列车制动承载梁用钢铸件进行了性能检验，其抗拉强度364MPa，屈服强度222MPa；延伸率34%、断面收缩率为61.5%，其布氏硬度为HBW131。
实施例3
利用中频感应炉制备的高速列车制动承载梁用钢铸件包括以下质量百分比的原料 ：碳 0.07%、锰0.55%、硅0.30%、铬0.10%、镍0.25%、铜0.20%、铝0.040%、钬和铒合计0.09%、硫≤0.01%、磷≤0.01%，余量为铁和不可避免的杂质。
上述高速列车制动承载梁用钢铸件的生产方法，包括如下步骤：
A、采用中频熔炼，将原料加入中频感应炉内，当钢液达到温度时，取样检测钢水化学成分，成分合格后，插铝脱氧出钢；再加入萤石进行除渣5次，除渣温度控制在1650℃±10℃；
B、除渣完成后继续升温至1700℃并保温静置精炼，取样进行炉前光谱检验，根据光谱检验结果，调整钢液成分，以使钢液满足中的合金元素成分满足C：0.07%~0.13%；Si：0.17%~0.37%；Mn：0.35%~0.65%； Cr ：≤0.15%；Ni ：≤0.30%； Al：0.020%~0.060%；Cu：≤0.025%；P≤0.020%；S≤0.020%；Ho和Er：0.05%~0.10%；的要求；
C、调整至满足上述成分需求后，将钢液的出炉温度控制在1620-1640℃，将熔炼好的钢液全部出炉到钢包，测温使温度控制在1550～1570℃，然后进行砂型铸造；
D、浇注成型的铸件需进行正火热处理，正火温度为910℃±5℃从而得到高速列车制动承载梁。
对制备得到的高速列车制动承载梁用钢铸件进行了性能检验，其抗拉强度365MPa，屈服强度224MPa；延伸率34%、断面收缩率为62.0%，其布氏硬度为HBW130。
在其他实施方式中，上述砂型铸造可以改为熔模离心铸造。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。

Claims (3)

1.一种高速列车制动承载梁用钢，其特征在于，化学成分及其质量百分比包括：
C：0.07%~0.13%；
Si：0.17%~0.37%；
Mn：0.35%~0.65%；
Cr ：≤0.15%；
Ni ：≤0.30%；
Al：0.020%~0.060%；
Cu：≤0.25%；
P≤0.020%；
S≤0.020%；
稀土元素Re：0.05%~0.10%；
余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高速列车制动承载梁用钢，其特征在于，所述稀土元素为铽、镝、 钬、铒中的至少一种。
3.一种高速列车制动承载梁用钢的铸件，其特征在于，其采用权利要求1或2所述的钢制成。
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