[发明专利]一种高速列车制动盘

说明书

技术领域

本发明为一种高速列车制动盘。涉及到制动盘盘体材质的组分构成和制备方法。

背景技术

在高速列车速度高和运行条件恶劣的制动工况下，巨大的制动热负荷及热冲击引起很高的温度梯度，从而带来很高的热应力，因此导致应力集中现象，产生裂纹并扩展。同时，高速制动时摩擦副表面温度很高，会导致盘体的变形。现有的高速列车制动盘在服役过程中会出现磨耗严重、辋裂等问题，直接影响到列车制动性能和安全性能。同时高速列车制动盘主要依赖进口，这种局面已经严重制约了铁路机车检修质量和使用效率的提高。

发明内容

本发明通过控制高速列车制动盘材料组分配比，使其具有有较高的力学性能、耐热疲劳性能、耐摩擦磨损性能和快速热导性能等综合性能，从总体上改善其服役性能，达到磷、硫含量≤0.010%，碳含量≥0.03%，制动盘常温抗拉强度≥1100MPa，制动盘屈服强度≥1000MPa，布氏硬度≥300HB，导热系数≥40W/m·K，摩擦系数达到0.40，制动盘常温冲击韧性≥40J的关键指标。

本发明涉及的高速列车制动盘材料组分及其质量百分比如下：碳含量0.25-0.50%，硅含量0.6-1.0%，锰含量0.4-0.8%，钨含量0.01-0.02%，钒含量0.1- 0.9%，钼含量0.3-0.7%，镍含量1.0-1.5%，铬含量0.9-1.2%，钛含量0.01-0.02%，铝含量0.020-0.035%，锆含量0.035-0.050%，铌含量0.045-0.060%，同时磷，硫含量之和小于等于0.01%，铁余量。

由于铁的熔点高，它的强度、硬度、塑性、耐热强度和抗氧化性可以通过添加各种元素使其合金化而加以调整。以下列举了所述制动盘材料添加的不同元素对合金性能的影响。

1）碳(C)：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击韧性降低。

2）镍(Ni)：不形成碳化物，固溶强化及提高淬透性的作用中等；细化铁素体晶粒，在强度相同的条件下，镍能提高钢塑性和韧性，特别是低温韧性；为主要奥氏体形成元素并改善钢的耐腐蚀性能。与Cr、Mo 等联合使用，可提高钢的热强性和常温强度以及耐蚀性。

3) 钨(W)：是强碳化物形成元素，钢中加入适量的钨可细化组织晶粒，提高强度和韧性。碳化钨熔点高，在高温下阻止晶粒长大，从而提高材料的高温强度。

4) 铬(Cr)：增加钢的淬透性并有二次硬化作用，能提高钢的强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬还能提高钢的高温强度，是耐热钢的重要合金元素。

5) 钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加入适量的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物在高温高压下可提高钢的抗氢腐蚀能力。

6) 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和红硬性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。钼还可以抑制合金钢由于回火而引起的脆性。

7) 钛(Ti)：钛是强碳化物形成元素，钢中加入适量的钛可显著细化组织晶粒，提高强度和韧性，尤其对提高冲击韧性贡献较为明显。

8）锆(Zr)：锆合金塑性好，焊接性也好，可用以进行焊接加工。具有脱氧、除氮、去硫的作用。且微量的锆就会使合金的硬度和强度大幅提高。

9）铌(Nb)：铌可以提高钢的强度，韧性、抗高温氧化性和耐蚀性，降低钢脆性转变温度，获得好的焊接性能和成型性能。在锆铌系合金中，铌的添加量达到使用温度下锆的晶体结构的固溶极限时，合金的耐蚀性最好。

10)锰(Mn) 铝(Al)：上述各种元素的加入降低了材料的摩擦系数，锰、铝可以提高材料的耐磨性。

本发明还提供了一种上述高速列车制动盘的制备方法，该所述制备法为重熔法。

本发明涉及的高速列车制动盘，其铸钢盘体材料按如下步骤制备：

1）采用真空熔炼。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。

2）出钢时采用包内冲入法在钢水包中冲入Re-Ti-Si蠕变质剂，目的是脱气、脱硫和吸出其他有害杂质，还能改善夹杂物的形态和分布，改善钢的铸态组织，从而提高钢的质量。

3）采用包内吹氩净化工艺，减少钢水中的夹杂物和气体含量，提高材料的强度和韧性，尤其是韧性提高较为明显。

4）吹气时在钢液表面加一层聚渣剂，使钢水表面形成一层合成渣，避免钢水与空气直接接触氧化，减少钢水中气体含量。

进一步优选的方案是，本发明所述的真空熔炼，温度为1500℃-2000℃，真空度达到10Pa以上、浇注温度为1630-1860℃。