一种高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢及其制备方法技术

本发明专利技术为一种高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢及其制备方法。该铸钢的各组分的重量百分含量为：0.1％

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低合金铸钢材料，具体涉及一种高速列车制动盘低合金铸钢及其热处理方法。

技术介绍

[0002]近年来，世界高速铁路发展迅猛，高速化程度越来越高，高铁时速从1964年日本东海道新干线的210km逐渐向350km乃至更高发展。我国铁路也正在向高速化方面发展，不断开始建设时速300
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350公里的高速铁路网。时速的提升，与之带来的是对制动盘材料提出了更高的要求。
[0003]制动盘材料采用过普通铸钢、普通铸铁、低合金铸铁，此后，由于列车速度不断提高和轻量化的需要，又相继研发了特殊合金铸钢、低合金锻钢、铸铁
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铸钢(锻钢)组合材料、碳/碳纤维复合材料和铝合金基复合材料，列车的时速的不断提升，从制动盘的使用上看，其功能就是通过与制动闸片进行摩擦，将高速行驶车辆的动能转换成热能，其中大部分热能被制动盘本身吸收，还有一部分从散热孔通过热辐射传导的方式传导到空气中，减少盘体本身的热能吸收，因此列车运行速度越快，刹车越急，其动能变化就越大，制动盘瞬时升温也就越高，巨大的热冲击导致制动盘材料的要求越来越高，未来我国的高速列车再次提速，制动盘的材料与形状都需要进一步研究，为了保证制动盘的使用寿命，降低热冲击对于盘体的寿命的影响，会加多散热孔，形成复杂性状，因此需采用铸造的一体成型的工艺来制备复杂形状的制动盘盘体结构，同时铸钢材料价格低廉、工艺简单，因此铸钢的制动盘材料在未来的高铁行业的发展中会起到主导位置。
[0004]专利CN103215523B公开了一种高速列车制动盘低合金铸钢组分以及其热处理方法。该合金铸钢主要成分为0.25
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0.28C、0.48
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0.52Si、1
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1.03Mn、0.8
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0.85Cr、0.95
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1Ni、0.54
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0.6Mo、0.07
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0.08V、0.05
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0.06Nb、0.005
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0.01W、＜0.01Ti、＜0.02Al、0.01
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0.015Co、0.07
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0.09Cu、0.01
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0.02Zr、0.007P、0.007S，其余为Fe和不可避免的杂质。该合金的处理方法为通过酸性的高频或中频感应电炉进行熔炼，通过正火加调质处理后，抗拉强度为1100
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1200MPa，屈服强度1000
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1100MPa，伸长率为7％，硬度为39
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45HRC，具有良好的冲击韧性和耐磨性。但是随着高速列车的进一步提升，对材料提出了更高的性能要求，如根据标准性技术文件编号：TJ/CL310
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2014动车组制动盘暂行技术条件。对于铸钢制动盘的要求：室温抗拉强度≥1050MPa，规定塑性延伸率强度≥900MPa，断后延伸率≥8％，冲击吸收能量J(20℃)≥27J，硬度HBW≥290。由此可以看出，当前技术还无法满足相关要求，其中延伸率低于要求，同时室温冲击并未公开。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢及其热处理方法。该合金铸钢含有微量元素Nb、V、Ti以及稀土元素铈，在材料中起到细晶强化的作用。制备中，采取真空熔炼的方法，通过恰当的熔炼、真空参数来实现变
质处理的效果。本专利技术得到的材料与当前技术相比，力学性能得到了大幅度提升，可以满足国家2014年TJ/CL310
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2014动车组制动盘暂行技术条件中制动盘盘体铸钢材料要求。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢，其各组分的重量百分含量为：0.1％
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0.3％C，0.4％
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0.8％Si，0.5％
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1.0％Mn，0.4％
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0.8％Cr，0.4％
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0.7％Mo，0.3％
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0.7％Ni，0.02％
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0.08％V，0.02％
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0.08％Nb，0.02％
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0.08％Ti，0.01％
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0.05％Cu，0.02％
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0.1％Ce，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe。
[0008]所述的高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0009]步骤一：配料，按照配比称量原料，所述的原料包括：工业纯铁、纯硅、电解锰、电解镍、电解铜、金属铬、海绵钛、钼铁、钒铁、铌铁、纯铈；
[0010]步骤二：熔炼，利用真空熔炼炉熔炼，先合炉抽真空，真空度≤1pa，依次放入各合金原料，融化后在1550℃
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1700℃下精炼5min
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20min；
[0011]步骤三：浇铸，真空炉炉内浇注，1520℃
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1620℃，连续稳定地将钢液浇铸至准备好的模具中进行成型，整个浇铸过程在2～3分钟内完成，在真空状态下随炉冷却至室温，得到铸钢；
[0012]所述的高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢的制备方法，还包括：
[0013]步骤四：热处理，将步骤三得到的铸钢在800℃
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900℃下正火保温60
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120min，然后空冷；然后再升温到820℃
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940℃下保温30min
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120min，然后水冷淬火；最后再调整温度至560℃
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620℃回火，保温90min
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150min，再空冷。
[0014]所述的步骤四中，正火温度优选为Ac3温度点以上30℃
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60℃，淬火温度优选为Ac3温度以上50℃
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100℃。所述的Ac3温度点为加热时转变为奥氏体的终了温度。
[0015]本专利技术的实质性特点为：
[0016](1)传统的合金成分优化，大多以经验式进行元素种类以及含量的搭配。而复合微合金化，需要对元素间的相互作用进行搭配，同时需要对平衡相以及平衡析出相进行预测。本专利技术通过大量分析、实验，结合Thermo
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Calc软件的相图计算，发现了适合的合金元素以及含量搭配，能够更好地发挥合金元素的相互作用，能有效的结合后续的热处理工艺，得到正火+调制处理后的最佳相组织，有利于对合金钢进行强化。另外，成分上通过复合
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微元合金化的方式进行强化，同时添加适量稀土元素(铈)也可以达到变质处理的效果；
[0017](2)制备过程方面：制备过程中采用真空熔炼炉熔炼，重要的步骤为：
[0018]1)真空熔炼过程中真空度小于1pa，实际真空度控制在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢，其特征为该铸钢各组分的重量百分含量为：0.1％
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0.3％C，0.4％
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0.8％Si，0.5％
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1.0％Mn，0.4％
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08％Cr，0.4％
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0.7％Mo，0.3％
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0.7％Ni，0.02％
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0.08％V，0.02％
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0.08％Nb，0.02％
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0.08％Ti，0.01％
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0.05％Cu，0.02％
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0.1％Ce，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe。2.如权利要求1所述的高速列车制动盘用稀土系低合金铸钢的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：步骤一：配料，按照配比称量原料，所述的原料包括：工业纯铁、纯硅、电解锰、电解镍、电解铜、金属铬、海绵钛、钼铁、钒铁、铌铁、纯铈；步骤二：熔炼，利用真空熔炼炉熔炼，先合炉抽真空，真空度≤1pa，依次放入各合金原料，融化后在1550℃

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维民，董立山，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：