高速列车制动盘用低合金铸钢及其热处理方法与制动盘技术

本发明专利技术属于轨道交通的金属材料技术领域，具体涉及一种高速列车制动盘用低合金铸钢及其热处理方法与制动盘。其组分及其各组分的重量百分含量为：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；铝0.01～0.05％；钛0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；锰1.0～1.8％；铬0.10～0.30％；钼0.20～0.40％；镍0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他组分的含量总和≤0.1％，余量为铁。本发明专利技术提供的低合金铸钢化学组分和配比合理、综合力学性能优异且性价比高，制备的制动盘性能优于现有技术，能够满足高速列车用制动盘的使用要求。

Low alloy cast steel for brake disc of high speed train and its heat treatment method and brake disc

【技术实现步骤摘要】
高速列车制动盘用低合金铸钢及其热处理方法与制动盘
本专利技术属于轨道交通的金属材料
，具体涉及一种高速列车制动盘用低合金铸钢及其热处理方法。
技术介绍
制动盘是高速列车制动系统的关键部件，通过与闸片的摩擦实现列车的调速与停车。在制动过程中，制动盘与闸片摩擦会产生巨大的热量，大部分热量被制动盘吸收，然后通过制动盘的散热筋将热量散发到空气中。在反复的吸热和散热过程中，制动盘摩擦面很容易产生热裂纹。因此，制动盘的可靠性直接关系到列车的运行安全。目前，国内高速列车铸钢制动盘技术被国外少数供应商垄断，国内供应商铸钢制动盘技术还不成熟，其产品仍处在试验验证或小批量装车运用的阶段。中国专利申请号为201210217930.3和201610235376.X的专利公开了一种用于高速列车制动盘的合金铸钢及其热处理方法以及由该合金铸钢制造的高速列车制动盘，通过锰、铬、钼、镍和钒等合金成分的选择及其和碳、硅等其它化学成分的配比以及对其它元素的控制，使合金铸钢的各种化学成分获得较合理的匹配，经适当的热处理后，晶粒细化，提高了淬透性和热强性能，所制得的合金铸钢综合力学性能优于当时的国内技术。但所公开的合金铸钢材料抗热裂纹性能难以令人满意，仅仅154次1:1制动动力试验后就产生了热裂纹，虽然优于当时的国内技术，但离国外技术以及批量运用还有一定的差距。中国专利申请号为200810227749.4的专利公开了一种制动盘用合金钢，该合金钢具有较高的机械强度和抗热疲劳性能，同时还具有较好的抗热裂性、稳定的摩擦性能和良好的散热性，适用于制造轨道车辆用制动盘。但所公开的合金钢需要增加太多的合金元素，铌、钨、铜、钛、锆和铝元素都需要添加，且昂贵的镍元素含量要求达到1.95～1.99％，虽然上述合金元素的添加可以改善合金钢的力学性能，但是导致制动盘产品价格昂贵，很难与国外进口成熟产品进行竞争，也难以满足高速列车降低运营成本的要求。因此，为了实现我国高铁核心技术及关键部件完全自主化的战略需要，需要开发一种综合力学性能优异，可以形成产业化，且性价比高的高速列车制动盘用低合金铸钢及其热处理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种化学组分和配比合理、综合力学性能优异且性价比高的低合金铸钢，用于铸造高速列车用制动盘。为实现上述技术目的，本专利技术采用以下的技术方案：高速列车制动盘用低合金铸钢，其组分及其各组分的重量百分含量为：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；铝0.01～0.05％；钛0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；锰1.0～1.8％；铬0.10～0.30％；钼0.20～0.40％；镍0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他组分的含量总和≤0.1％，余量为铁。作为优选的技术方案，高速列车制动盘用低合金铸钢，其组分及其各组分的重量百分含量为：碳0.15～0.20％；硼0.001～0.003％；铝0.01～0.05％；钛0.04～0.07％；硅0.35～0.55％；锰1.2～1.8％；铬0.15～0.30％；钼0.20～0.40％；镍0.20～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他组分的含量总和≤0.1％，余量为铁。作为优选的技术方案，铸造时钛、铝和硼的添加顺序是：先添加铝、再添加钛、最后添加硼。本专利技术的低合金铸钢各种化学成分的作用和具体含量如下：硼可以细化钢的晶粒，显著提高钢的淬透性，还可以提高钢的耐磨性和强度。只需极少量的硼就可以大大提高钢的淬透性，硼提高钢淬透性的能力显著强于铬、钼和镍等贵重合金元素；而且硼适合于低碳、低合金钢，如果钢中碳及合金元素含量过高，硼就易与钢中的碳及合金元素相结合形成高硬度、低韧性的化合物，不但会降低了钢的淬透性还容易产生表面裂纹，所以本专利技术提供的低合金铸钢中碳和合金元素含量低于现有技术，可以显著降低成本；另外，硼也易与钢中的氧和氮相结合形成高硬度、低韧性的化合物，容易产生表面裂纹，所以要严格控制低合金铸钢的含氧量和含氮量。本专利技术的低合金铸钢中将硼含量控制在0.001～0.003％。钛与碳、氧、氮和硫都具有极大的亲和力，形成相应的碳化物、氧化物、氮化物和硫化物，其中钛与氧的亲和力最大；本专利技术的低合金铸钢中添加钛，主要是为了让钛与氮结合，降低合金铸钢的含氮量，避免硼与氮结合，其次让多余的钛与碳结合细化钢的晶粒。本专利技术的低合金铸钢中将钛含量控制在0.02～0.07％。铝是强脱氧剂，可以显著降低钢中的含氧量，但是过量的铝会降低钢的强度。本专利技术的低合金铸钢在添加锰、硅等常规脱氧剂后，又添加了一定量的铝进一步降低合金铸钢的含氧量，避免硼与氧结合。本专利技术的低合金铸钢中将铝含量控制在0.01～0.05％。碳是保证钢强度和硬度的必要元素，碳含量越高，钢的强度和硬度就越大，但是塑性和韧性就越差，由于本专利技术提供的低合金铸钢有硼元素，如前所述为了防止硼与碳结合，必须降低碳含量。由于硼可以提高钢的强度和硬度，所以碳含量降低不会影响钢的强度和硬度。本专利技术的低合金铸钢中将碳含量控制在0.12～0.20％。氧是合金铸钢不可避免的杂质元素，如前所述为了避免硼与氧结合形成过多的化合物，必须控制氧含量。本专利技术的低合金铸钢通过添加多种脱氧剂，可以将氧含量控制在50ppm以内。氮本来不是合金铸钢的杂质元素，相反氮还可以细化钢的晶粒，但如前所述为了防止硼与氮结合，必须控制氮含量。本专利技术的低合金铸钢通过添加钛，可以将氮含量控制在150ppm以内。锰也是良好的脱氧剂，可以降低钢中的含氧量，同时锰还可以提高硅的脱氧能力，从而进一步降低钢中的含氧量；锰还是良好的脱硫剂，可以降低钢中的含硫量；锰还可以提高钢的强度和淬透性，但是过量的锰会降低钢的抗腐蚀性和抗氧化能力。由于本专利技术提供的低合金铸钢要求较低的含氧量，所以本专利技术适当提高了锰的含量，本专利技术的低合金铸钢中将锰含量控制在1.0～1.8％。硅也可以提高钢的耐磨性和强度；另外硅与锰配合使用，还可以降低钢中的含氧量。本专利技术的低合金铸钢中将硅含量控制在0.35～0.55％。铬也可以提高钢的淬透性和耐磨性；在一定的含量范围之内，还可以提高钢的强度、塑性和韧性；铬还可以改善钢的抗腐蚀性和抗氧化能力，但是含过量铬的钢力学性能反而下降，而且过量的铬会与硼结合降低钢的韧性。本专利技术的低合金铸钢中将铬含量控制在0.10～0.30％，低于现有技术。钼也可以细化钢的晶粒，提高钢的淬透性和热强性能，在高温状态下，钼与铬或镍形成高温合金，共同提高钢的高温力学性能；钼还可以抑制钢的回火脆性。但是过量的钼会与硼结合降低钢的韧性。本专利技术的低合金铸钢中将钼含量控制在0.20～0.40％，低于现有技术。镍可以改善钢的抗腐蚀性和抗氧化能力，还可以同时提高钢的强度、塑性和韧性，尤其是高温条件下的力学性能。镍是非常优异的合金元素，但是镍属于稀缺资源且价格昂贵。过量的镍会与硼结合降低钢的韧性，本专利技术的低合金铸钢中将镍含量控制在0.15～0.35％，远低于现有技术。磷和硫是合金铸钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高速列车制动盘用低合金铸钢，其特征在于：其组分及其各组分的重量百分含量为：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；铝0.01～0.05％；钛0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；锰1.0～1.8％；铬0.10～0.30％；钼0.20～0.40％；镍0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他组分的含量总和≤0.1％，余量为铁。/n

【技术特征摘要】
1.高速列车制动盘用低合金铸钢，其特征在于：其组分及其各组分的重量百分含量为：碳0.12～0.20％；硼0.001～0.003％；铝0.01～0.05％；钛0.02～0.07％；硅0.35～0.55％；锰1.0～1.8％；铬0.10～0.30％；钼0.20～0.40％；镍0.15～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他组分的含量总和≤0.1％，余量为铁。


2.如权利要求1所述的高速列车制动盘用低合金铸钢，其特征在于：其组分及其各组分的重量百分含量为：碳0.15～0.20％；硼0.001～0.003％；铝0.01～0.05％；钛0.04～0.07％；硅0.35～0.55％；锰1.2～1.8％；铬0.15～0.30％；钼0.20～0.40％；镍0.20～0.35％；磷≤0.01％，硫≤0.01％，其他组分的含量总和≤0.1％，余量为铁。


3.如权利要求1所述的高速列车制动盘用低合金铸钢，其特征在于，氧和氮的重量百分含量为：氧≤50ppm，氮≤150ppm。


4.如权利要求1所述的高速列车制动盘用低合金铸钢，其特征在于，铸造时钛、铝和硼的添加顺序是：先添加铝、再...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡谦，
申请(专利权)人：南京中盛铁路车辆配件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32