制动盘用合金钢制造技术

本发明专利技术涉及一种制动盘用合金钢。该合金钢的化学组成包括，以重量百分比计：碳：０．２１－０．２６％，硅：０．８－１．０％，锰：０．５－１．０％，铬：１．２－１．５５％，镍：１．９５－１．９９％，钼：０．３４－０．４１％，钒：０．１－０．２％，铌：０．０５－０．０６％，钨：＜０．０１％，钛：＜０．０２％，铝：＜０．０２％，铜：０．０５－０．０９％，锆：０．０２－０．０３％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术提供的合金钢是一种铸造用钢，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导热性，尤其适合用于制造供轨道交通车辆，例如城市轨道交通车辆、铁道机车车辆、动车及高速列车等使用的制动盘。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制动盘用合金钢以及由这种合金钢制成的制动盘，属 于金属材料冶金领域。
技术介绍
车辆制动盘，特别是高速列车等的制动盘，均是在强摩擦、高热负荷 以及较大制动力和离心力等复杂工况下工作，制动盘工作的可靠性几乎决 定了整个基础制动装置的可靠性水平，直接影响列车的行车安全。目前，世界铁路机车车辆制动盘材料基本上都是采用铸铁，这种材料 具有成本低、耐磨性好等优点，在铁路机车车辆上发挥着重要的作用。随着高速铁路飞速发展，通常采用的铸铁制动盘的机械强度及摩擦性 能难以满足高速紧急制动时所需消耗的制动能，不适合用于高速列车。高 速列车制动盘必须采用机械强度高、抗热疲劳性能好的钢制动盘，同时， 制动盘的材质还必须具有好的抗热裂性、稳定的摩擦性能和良好的散热性 (导热性)。中国专利申请01137007.6号中公开了一种用于盘式制动器制动盘的不锈钢，该不锈钢的成分主要包括(质量百分比)C: 0.04-0.10%， Si:最多1.0%, Mn: 0.1-2.0%， P:最多0.04%， S:最多0.01%， Cr:大于11.5到 13.5%， Al:最多0.1%, N:最多0.04%， Cu: 0-1.0%， Ni: 0-1.0%， Ti: 0-0.03%，还包括如下一种或多种Nb: 0.01-0.08%和V: 0.05-0.5%。上述不锈钢是一种马氏体不锈钢，存在耐磨性差、易出现热裂纹等缺陷，利用 这种不锈钢材料制造的制动盘，容易产生热疲劳。中国专利申请02103951.8号中公开了一种用于高速列车制动盘的合金 结构钢，该合金结构钢包括以下一些组成(重量百分比)C: 0.25-0.35%，Si: 0.4-0.70/o， Ni: 0.2-0.5o/o， Cr: 1.0-1.9， Mn: 0.5-1.2%， Mo: 0.5-1.00/o， V: 0.1-0,3%， S: <0.007°/。， P: <0.015%，其余成分为Fe。上述合金结构 钢是一种锻钢材料，利用这种材料制成的锻钢制动盘的散热速度比较慢， 高速制动时摩擦表面温度较高，易形成热斑，抗热疲劳能力较低。而从国内外的经验来看，热疲劳是造成制动盘失效破坏的主要原因， 因此，为保证制动装置的高可靠性以及列车运行的安全性，对制动盘材料 进行研究具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种制动盘用新型合金钢材料，利 用该材料制造的制动盘具有较高的机械强度和抗热疲劳性能，能够在强摩 擦和高热负荷的复杂工况下连续工作而不出现热疲劳等情况。本专利技术所解决的技术问题还在于提供一种采用上述合金钢材料制成的 制动盘。首先，本专利技术提供了一种制动盘用合金钢，其化学组成包括，以重量碳(C): 0.21-0.26%，硅(Si): 0.8-1.0%，锰(Mn): 0.5-1.0%,铬(Cr): 1.2-1.55%，镍(Ni): 1.95-1.99%,钼(Mo): 0.34-0.41%，钒(V): 0.1-0.2%， 铌(Nb): 0.05-0.06%，鸽(W): $0,01%，钛(Ti): 铝(Al): S0.02%，铜(Cu): 0.05-0.09%，锆(Zr): 0.02-0.03°/。，其余为铁和不可避免的杂质。本专利技术所提供的合金钢的主要成分包括碳、铁、硅、锰、铬、镍、钼、 钒等；提高性能的成分包括铌、钨、铜等；钛、锆可以起到脱氧、脱气、 净化、细化晶粒成分的作用。本专利技术的合金钢中各种成分的作用和具体含 量如下碳(C)是保证钢的强度和硬度等性能必不可少的元素，为保证利用本 专利技术提供的合金钢铸造获得的制动盘的强度和硬度等性能满足复杂工况下 的使用要求，本专利技术的合金钢中将碳的含量控制在0.21-0.26%;硅(Si)、锰(Mn)元素的加入，可在合金钢中生成硬质点相，从而提 高合金钢的耐磨性能，同时提高基体的热强性及冲击韧性，但二者需要满 足一定的配比，否则将会相互影响，本专利技术的专利技术人研究发现，将合金钢 中的硅元素和锰元素分别控制在0.8-1.0%和0.5-1.0%，可以使制造得到的制 动盘具有最佳的性能；铬(Cr)能增加钢的淬透性，提高钢的耐磨性，并且具有良好的高温 抗氧化性和耐氧化介质腐蚀作用，本专利技术的合金钢中将铬的含量控制在 1.2-1.55%;镍(Ni)可增强合金钢的淬透性，提高钢的强度、耐磨性、抗脆断裂 性，使合金钢具有良好的冷加工成型性，本专利技术提供的合金钢中将镍元素 的含量控制为1.95-1.99%;钼(Mo)能提高钢的淬透性、热强性和蠕变强度，本专利技术的合金钢中 将钼的含量控制在0.34-0.41%;钒(V)能够细化晶粒，提高钢的强度和韧性，降低钢的过热敏性，同 时钒还能增加钢的回火稳定性，并有强烈的二次硬化作用，能提高合金钢 的耐磨性，延长其使用寿命，本专利技术的合金钢中将钒的含量控制在0.1-0.2%;铌(Nb)可增加回火稳定性，有二次硬化作用，具有固定碳和沉淀硬 化作用，可以提高钢的蠕变性能，同时铌具有细化晶粒的作用，能够提高 钢的冲击韧性并降低脆性转变温度，微量铌还可以提高强度，因此，本发 明添加一定量的铌以提高合金钢的性能，铌的含量可控制在0.05-0.06%;钨(W)能提高钢在高温下的蠕变拉力与热强化，在本专利技术提供的合 金钢中，钨的含量可控制在^).01%;铜(Cu)在热处理时可产生沉淀强化，可提高钢耐大气腐蚀的性能， 在本专利技术提供的合金钢中，铜的含量可控制为0.05-0.09%;锆(Zr)有脱气、净化和细化晶粒作用，能提高钢的低温性能，在本 专利技术提供的合金钢中，锆的含量可控制在0.02-0.03%;铝(Al)有脱气、细化晶粒作用，在本专利技术提供的合金钢中，铝的含 量可控制在<0.02%;硫(S)、磷(P)为合金钢中不可避免的杂质，其含量越低越好，在本专利技术的合金钢中，其含量分别控制为磷(P): <0.01，硫(S): <0.01 。本专利技术提供的合金钢中，对于钨、钛、铝等元素仅限定了其含量的上 限，这并不代表本专利技术的合金钢中可以不含有上述元素，而是指只要含有 少量上述元素就可以起到其所对应的作用，例如低至痕迹量或者0.001% (重量百分比)的含量。与现有技术相比，本专利技术提供的合金钢具有全新的成分组成，到目前 还没有见到相关的应用和报道。该合金钢是一种铸造用钢，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、稳定的摩擦性能和白力；的執#1杜_ ;s^田qp生ii浩^t本細田的法ii^舟.f苴话会午法ii浩^tt妫憎k、 H J 、、 , /sti I~I / l-J一 ' |一 J *^Ci |/、 I'H'J/ W HW ,|_7V .....乂 Z 、 I~I 一 ' I* J |/ ' -^-交通车辆，例如城市轨道交通车辆、铁道机车车辆、动车组、高速列车等 所使用的制动盘。因此，本专利技术还提供了一种制动盘，该制动盘是采用上述的合金钢制 造的。优选地，本专利技术的制动盘可以是釆用上述合金钢通过铸造的工艺制 造的。本专利技术提供的制动盘适合用于各种轨道交通车辆；优选地，本专利技术提 供的制动盘具有较佳的性能，是一种高速列车用制动盘；更优选地，本发 明提供的制动盘是一种速度在200-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制动盘用合金钢，其化学组成包括，以重量百分比计：碳：０．２１－０．２６％，硅：０．８－１．０％，锰：０．５－１．０％，铬：１．２－１．５５％，镍：１．９５－１．９９％，钼：０．３４－０．４１％，钒：０．１－０．２％，铌：０．０５－０．０６％，钨：≤０．０１％，钛：≤０．０２％，铝：≤０．０２％，铜：０．０５－０．０９％，锆：０．０２－０．０３％，其余为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1、一种制动盘用合金钢，其化学组成包括，以重量百分比计碳0. 21-0.26％，硅0.8-1.0％，锰0.5-1.0％，铬1.2-1.55％，镍1.95-1.99％，钼0.34-0.41％，钒0.1-0.2％，铌0.05-0.06％，钨≤0.01％，钛≤0.02％，铝≤0.02％，铜0.05-0.09％，锆0.02-0.03％，其余为铁和不可避免的杂质。2、 如权利要求l所述的合金钢，其中，所述不可避免的杂质包括，以重量百分比计磷<0.01%，硫<0.01%。3、 如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李和平，李继山，
申请(专利权)人：北京纵横机电技术开发公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]