本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，具體地說涉及一種高速列車制動盤合金鋼材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，國內(nèi)使用的高速列車制動盤，是高速列車主要的消耗件，主要依靠進(jìn)口。高速列車制動盤存在不耐磨、韌性差、易產(chǎn)生裂紋，使用周期短，成本高等缺點(diǎn)。公開號為cn103215523a的中國發(fā)明專利申請公開了一種高速列車合金鑄鋼制動盤材料及熔煉工藝，由鐵、碳、硅、錳、鉻、鎳、鉬、釩、鈮、鎢、鈦、鋁、銅、鋯、磷、硫等組成，制動盤的化學(xué)組分的重量百分比為：0.25—0.28c、0.48—0.52si、1—1.03mn、0.8—0.85cr、0.95—1ni、0.54—0.6mo、0.07—0.08v、0.05—0.06nb、0.005—0.01w、<0.01ti、<0.02al、0.01—0.015co、0.07—0.09cu、0.01—0.02zr、0.007p、0.007s，其余為fe和不可避免的微量雜質(zhì)。將各組分按配比混合，通過酸性的高頻或中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉。該發(fā)明通過熱處理后的工件，其硬度是hrc39—45，抗拉強(qiáng)度1100—1200mpa，屈服強(qiáng)度1000—1100mpa，具有良好的沖擊韌性和良好的耐磨性，且生產(chǎn)成本低，可鑄造性能好。該發(fā)明采用優(yōu)質(zhì)鋼錠，在中頻爐中熔煉，控制磷、硫的含量，達(dá)到所需要的機(jī)械性能，其延伸率≥6.5％，材料的沖擊功為≥17％，材料的抗疲勞、抗裂紋性能有待進(jìn)一步提高，成本也較高。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有材料延伸率、材料的沖擊功、抗疲勞、抗裂紋性能有待進(jìn)一步提高、成本較高的技術(shù)問題，提供一種材料延伸率、沖擊功、抗疲勞、抗裂紋性能都有顯著提高、成本較低的高速列車制動盤合金鋼材料及其制備方法。為此，本發(fā)明提供一種高速列車制動盤合金鋼材料，其化學(xué)組份的重量百分比為：碳0.2～0.28、硅0.3～0.6、錳0.6～1.4、鉻0.8～1.3、鎳0.85～1.5、鉬0.55～1.05、釩0.07～0.08、鈦<0.01、鈮0.05～0.06、鎢0.005～0.01、鋁≤0.03、銅0.07～0.09、鋯0.01～0.02、鈷0.01～0.015、磷≤0.01、硫≤0.01、氧≤0.003、氮≤0.007、氫≤0.00025，余量為鐵和微量雜質(zhì)。本發(fā)明同時提供一種高速列車制動盤合金鋼材料的制備方法，其包括如下步驟：步驟1：將a3鋼材下腳料，裝入中頻感應(yīng)電爐，同時加入jss2#脫磷劑，脫磷劑的加入量占鋼水重量的1.5％，通電熔化；步驟2：當(dāng)溫度達(dá)到1550℃～1560℃，加入碳、鉻鐵、鎳、鉬鐵；步驟3：當(dāng)溫度達(dá)到1590℃～1600℃，加入硅鐵、錳鐵，取樣化驗成分；步驟4：當(dāng)溫度達(dá)到1640℃～1650℃，扒渣出爐，轉(zhuǎn)入lf爐；步驟5：在lf爐中，加入石灰石造還原性渣，吹氬氣，除去夾雜物，去氧、去硫、去磷；測溫、取樣化驗，加入合金，調(diào)整成分；繼續(xù)升溫至1670～1690℃，喂絲機(jī)加硅鈣線，脫氧；步驟6：轉(zhuǎn)入vod爐，吹氬氣，抽真空，在真空狀態(tài)下有效去除鋼中的氮、氫、夾雜物及部分有害元素鉛、銻、鉍、錫，使鋼水純凈；步驟7：保真空66.7pa，加入預(yù)先烘烤好的釩、鈦、鈮、鎢合金，測溫、取樣化驗，微調(diào)成分；步驟8：測溫、取樣測氧、氮、氫的含量；步驟9：成分、溫度符合后，加鋁吹氬攪拌幾分鐘后，破真空澆注；各組分的重量百分比為：碳0.2～0.28、硅0.3～0.6、錳0.6～1.4、鉻0.8～1.3、鎳0.85～1.5、鉬0.55～1.05、釩0.07～0.08、鈦<0.01、鈮0.05～0.06、鎢0.005～0.01、鋁≤0.03、銅0.07～0.09、鋯0.01～0.02、鈷0.01～0.015、磷≤0.01、硫≤0.01、氧≤0.003、氮≤0.007、氫≤0.00025，余量為鐵和微量雜質(zhì)。本發(fā)明工藝操作簡單，通過熱處理后的制動盤，硬度是hbw290～360，抗拉強(qiáng)度≥1050mpa,屈服強(qiáng)度≥900mpa,延伸率≥8％，沖擊功kv2≥27j,具有良好的綜合機(jī)械性能；本發(fā)明中，原料經(jīng)過lf、vod爐精煉后，夾雜物的含量大大降低，氧小于30ppm、氫小于2.5ppm、氮小于70ppm，提高了鋼水的純凈度，提高工件的耐磨性、沖擊韌性、抗裂紋性能；本發(fā)明材料來源廣泛，成分范圍可以變寬，降低了生產(chǎn)成本。具體實施方式根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所描述的本發(fā)明。實施例1用5000kg的中頻感應(yīng)電爐熔煉鋼水，制造工藝步驟為：1：將a3鋼材下腳料，裝入300hz中頻感應(yīng)電爐，同時加入中科院金屬研究所研發(fā)生產(chǎn)的jss2#脫磷劑，脫磷劑的加入量占鋼水重量的1.5％，通電熔化。2：隨著爐料的熔化，不斷搗打爐料，避免爐料搭橋。升溫達(dá)到1550℃～1560℃，加入碳、鉻鐵、鎳、鉬鐵。3：當(dāng)溫度達(dá)到1590℃～1600℃，加入硅鐵、錳鐵，取樣化驗成分。4：當(dāng)溫度達(dá)到1640℃～1650℃，出爐，轉(zhuǎn)入lf爐。5：在lf爐中，加入石灰石等造還原性渣，吹氬氣，除去夾雜物，去氧、去硫、去磷；測溫、取樣化驗,加入合金，調(diào)整成分；繼續(xù)升溫至1670～1690℃，喂絲機(jī)加硅鈣線，脫氧。6：轉(zhuǎn)入vod爐，吹氬氣，抽真空，在真空狀態(tài)下有效去除鋼中的氮、氫、夾雜物及部分有害元素鉛、銻、鉍、錫等，使鋼水純凈。7：保真空66.7pa，加入預(yù)先烘烤好的釩、鈦、鈮、鎢合金，測溫、取樣化驗，微調(diào)成分。8：測溫、取樣測氧、氮、氫的含量。9：成分、溫度符合后，加鋁吹氬攪拌幾分鐘后，破真空澆注。本發(fā)明高鐵制動盤的化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2:表1元素csimncrnimovtinbw成分0.210.350.680.850.870.560.070.0050.0520.005元素cucozrpsonhalfe成分0.0710.0110.0110.0090.0080.00270.00650.000230.03余量表2實施例2用8000kg的中頻感應(yīng)電爐熔煉鋼水，制造工藝步驟為：1：將a3鋼材下腳料，裝入300hz中頻感應(yīng)電爐，同時加入jss2#脫磷劑，脫磷劑的加入量占鋼水重量的1.5％，通電熔化。2：隨著爐料的熔化，不斷搗打爐料，避免爐料搭橋。升溫達(dá)到1550℃～1560℃，加入碳、鉻鐵、鎳、鉬鐵。3：當(dāng)溫度達(dá)到1590℃～1600℃，加入硅鐵、錳鐵，取樣化驗成分。4：當(dāng)溫度達(dá)到1640℃～1650℃，出爐，轉(zhuǎn)入lf爐。5：在lf爐中，加入石灰石等造還原性渣，吹氬氣，除去夾雜物，去氧、去硫、去磷；測溫、取樣化驗,加入合金，調(diào)整成分；繼續(xù)升溫至1670～1690℃，喂絲機(jī)加硅鈣線，脫氧。6：轉(zhuǎn)入vod爐，吹氬氣，抽真空，在真空狀態(tài)下有效去除鋼中的氮、氫、夾雜物及部分有害元素鉛、銻、鉍、錫等，使鋼水純凈。7：保真空66.7pa,加入預(yù)先烘烤好的釩、鈦、鈮、鎢合金，測溫、取樣化驗，微調(diào)成分。8：測溫、取樣測氧、氮、氫的含量。9：成分、溫度符合后，加鋁吹氬攪拌幾分鐘后，破真空澆注。本發(fā)明高鐵制動盤的化學(xué)成分見表3，力學(xué)性能見表4:表3元素csimncrnimovtinbw成分0.250.480.951.021.130.720.0750.0070.0560.008元素cucozrpsonhalfe成分0.0820.0130.0160.0070.0060.00210.00500.000210.02余量表4力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度mpa屈服強(qiáng)度mpa延伸率％沖擊功kv2j硬度hbw實例110899479.228.5337實施例3用15000kg的中頻感應(yīng)電爐熔煉鋼水，制造工藝步驟為：1：將a3鋼材下腳料，裝入300hz中頻感應(yīng)電爐，同時加入jss2#脫磷劑，脫磷劑的加入量占鋼水重量的1.5％，通電熔化。2：隨著爐料的熔化，不斷搗打爐料，避免爐料搭橋。升溫達(dá)到1550℃～1560℃，加入碳、鉻鐵、鎳、鉬鐵。3：當(dāng)溫度達(dá)到1590℃～1600℃，加入硅鐵、錳鐵，取樣化驗成分。4：當(dāng)溫度達(dá)到1640℃～1650℃，出爐，轉(zhuǎn)入lf爐。5：在lf爐中，加入石灰石等造還原性渣，吹氬氣，除去夾雜物，去氧、去硫、去磷；測溫、取樣化驗,加入合金，調(diào)整成分；繼續(xù)升溫至1670～1690℃，喂絲機(jī)加硅鈣線，脫氧。6：轉(zhuǎn)入vod爐，吹氬氣，抽真空，在真空狀態(tài)下有效去除鋼中的氧、氮、氫、夾雜物及部分有害元素鉛、銻、鉍、錫等，使鋼水純凈。7：保真空66.7pa,加入預(yù)先烘烤好的釩、鈦、鈮、鎢合金，測溫、取樣化驗，微調(diào)成分。8：測溫、取樣測氮、氫的含量。9：成分、溫度符合后，加鋁吹氬攪拌幾分鐘后，破真空澆注。本發(fā)明高鐵制動盤的化學(xué)成分見表5，力學(xué)性能見表6:表5元素csimncrnimovtinbw成分0.280.581.381.291.461.050.080.0090.0590.009元素cucozrpsonhalfe成分0.0890.0150.020.0060.0050.00150.00380.000180.025余量表6力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度mpa屈服強(qiáng)度mpa延伸率％沖擊功kv2j硬度hbw實例1113110458.427.7352本發(fā)明通過電爐熔煉，再經(jīng)過lf+vod精煉爐相配合，可以把鋼中的有害元素脫除到如下范圍：表7元素[o][h][n][p][s]范圍×10～4≤30≤2.5≤70≤100≤100表8制動性能方面的數(shù)據(jù)：表8制動盤與進(jìn)口銅合金制動片匹配臺架試驗結(jié)果利用限定的制動盤材料成分和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝得到的制動盤，與進(jìn)口銅合金制動片配套裝在臺架試驗機(jī)上，進(jìn)行臺架試驗，通過先期的磨合試驗，常用停車制動試驗、緊急停車制動試驗、連續(xù)制動試驗和靜摩擦試驗，結(jié)果證明鑄造所得的制動盤與進(jìn)口銅合金制動片匹配良好，制動性能優(yōu)良，能充分保證剎車時的有效性和安全性，各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到“高速動車組制動盤技術(shù)”要求，其制動性能能滿足200km/h至350km/h高速列車運(yùn)行要求。對比例將本發(fā)明與專利號為：zl201310055205.5的中國發(fā)明專利(以下稱原發(fā)明)進(jìn)行對比，本發(fā)明與原發(fā)明的區(qū)別在于：原發(fā)明采用優(yōu)質(zhì)鋼錠，在中頻爐中熔煉，控制磷、硫的含量，達(dá)到所需要的機(jī)械性能。本發(fā)明采用普通鋼材下腳料，在中頻爐中脫磷，然后經(jīng)過lf+vod爐，精煉去氣，控制磷、硫的含量，特別是控制氧、氮、氫及雜質(zhì)的含量，具有良好的綜合機(jī)械性能，特別是延伸率、沖擊功明顯提高。原發(fā)明材料的延伸率≥6.5％，現(xiàn)發(fā)明材料延伸率≥8％；原發(fā)明材料的沖擊功為≥17％，現(xiàn)發(fā)明材料的沖擊功為≥27％，提高了材料的抗疲勞、抗裂紋性能。表9所示為本發(fā)明與原發(fā)明冷熱疲勞試驗結(jié)果，模擬制動盤使用狀況，將同樣缺口的本發(fā)明試樣和原發(fā)明試樣加熱到620℃，快速放入20℃的水中，如此反復(fù)進(jìn)行試驗500次后，在金相顯微鏡下看缺口裂紋擴(kuò)展情況。表中的數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的裂紋擴(kuò)展性能明顯低于原發(fā)明。表9本發(fā)明與原發(fā)明冷熱疲勞試驗結(jié)果對比試樣缺口裂紋長度本發(fā)明0.26原發(fā)明0.41表10所示為本發(fā)明與原發(fā)明抗裂紋試驗結(jié)果，按照使用狀態(tài)的制動動力試驗臺制動試驗，直到裂紋的產(chǎn)生，記錄制動試驗次數(shù)。表中的數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的抗裂紋性能明顯優(yōu)于原發(fā)明。表10本發(fā)明與原發(fā)明抗裂紋性能試驗結(jié)果對比試樣產(chǎn)生裂紋的制動次數(shù)本發(fā)明3560原發(fā)明2740通過上述試驗，本發(fā)明通過中頻爐熔煉脫磷、硫，再加上lf爐二次精煉和vod爐真空去氣，提高鋼水的純凈度和控制鋼水中氣體含量，提高材料的綜合機(jī)械性能，克服以往材料的強(qiáng)度高，塑性、韌性明顯下降的不足，與原發(fā)明對比，盤的機(jī)械性能明顯提高。與原發(fā)明對比，合金的成分范圍變寬，且容易控制；鋼水流動性好，成型能力好；成分均勻，氣體、夾雜物含量少，裂紋傾向??；材料來源廣泛，有利于生產(chǎn)過程控制，生產(chǎn)效率高，降低了制造成本，節(jié)能降耗，增加了社會效益。當(dāng)前第1頁12