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CN113652600A - 高铁制动盘用钢及其热处理方法 - Google Patents

高铁制动盘用钢及其热处理方法 Download PDF

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CN113652600A CN202110755026.7A CN202110755026A CN113652600A CN 113652600 A CN113652600 A CN 113652600A CN 202110755026 A CN202110755026 A CN 202110755026A CN 113652600 A CN113652600 A CN 113652600A
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文辉
李英奎
邓伟
于湛
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Abstract

本发明公开了一种高铁制动盘用钢及其热处理方法，该钢的成分以质量百分比计含有C：0.15‑0.20％、Si：0.35‑0.55％、Mn：0.75‑0.85％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr：0.70‑0.80％、Mo：0.70‑0.90％、Ni：0.25‑0.35％、V：0.15‑0.25％、N：100‑330ppm，余量的Fe和不可避免的杂质。其采用了全新的20CrMoV的成分设计，成本控制合理，有利于工业化生产推广应用。采用的热处理方法的工序包括正火、淬火以及回火，对温度的选择、保温时间的控制恰到好处，制备出的钢同时具有高屈服强度、高韧性的力学性能，充分满足高速动车的使用需要。

Description

高铁制动盘用钢及其热处理方法
技术领域
本发明涉及一种钢及其热处理工艺，具体涉及一种高铁制动盘用钢及其热处理方法。
背景技术
高铁动车组因速度快、运能大、能耗低、污染少和环境适应性强等优点，正日益受到国内外的广泛重视，高铁产业的快速发展也为各国带来了显著的经济效益和社会效益。
制动盘是高速列车制动装置中关键的零部件之一，其作用是使列车减速或者停车。高铁高速制动工况下，伴随着热应力和机械应力的强耦合作用，要求制动盘必须具有优异的综合力学性能。高铁制动盘用钢是制造动车组制动盘的基体材料，其经热处理后可实现高铁制动盘性能的大幅提升。其中，对于高铁制动盘用钢的成分设计以及热处理温度的选择、保温时间是高铁制动盘制造的技术难点。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种全新成分设计的高铁制动盘用钢。
本发明的另一目的是提供一种上述高铁制动盘用钢的热处理方法，使该钢同时具有较高的屈服强度和20℃纵向冲击吸收功。
技术方案：本发明所述的一种高铁制动盘用钢，成分以质量百分比计含有C：0.15-0.20％、Si：0.35-0.55％、Mn：0.75-0.85％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr：0.70-0.80％、Mo：0.70-0.90％、Ni：0.25-0.35％、V：0.15-0.25％、N：100-330ppm，余量的Fe和不可避免的杂质。
该钢的牌号为20CrMoV。
对应于上述高铁制动盘用钢的成分设计，本发明提供一种相匹配的热处理方法，其工序包括正火、淬火以及回火；
其中，正火工序的温度为840～900℃，保温时间为30～80min；
淬火工序选择水为淬火液，温度为860～915℃，保温时间为40～80min；
回火工序的温度为600～680℃，回火保温时间为60～150min。
有益效果：与现有技术相比，该高铁制动盘用钢采用了全新的20CrMoV的成分设计，成本控制合理，有利于工业化生产推广应用。所采用的热处理工艺对温度的选择、保温时间的控制恰到好处，先通过正火保证钢材内部组织平衡，然后通过淬火形成用于提高强度的马氏体组织，最后通过回火消除钢材内部应力，降低钢材的脆性。能够使钢同时具有高屈服强度、高韧性的力学性能，制备出的动车制动盘用钢的屈服强度在1000MPa以上并达到1180-1200MPa，20℃纵向冲击吸收功AKV在80J以上并达到95-110J。充分满足高速动车的使用需要。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：高铁制动盘用钢牌号为20CrMoV，元素组成以质量百分比计含有C：0.20％、Si：0.40％、Mn：0.80％、P：0.008％、S：0.003％、Cr：0.75％、Mo：0.89％、Ni：0.27％、V：0.25％、N：135ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按本发明的热处理方法进行热处理，采用的具体热处理工序如下：
(1)对毛坯先进行正火处理，控制正火温度840℃；
(2)控制正火保温时间为30min；
(3)对正火后的坯料进行淬火处理，控制淬火温度860℃，水冷；
(4)控制淬火保温时间为40min；
(5)对淬火后的坯料进行回火处理，控制回火温度为630℃；
(6)控制回火时间为60min，得到动车制动盘。
实施例2的钢牌号同样为20CrMoV，元素组成以质量百分比计含有C：0.17％、Si：0.37％、Mn：0.77％、P：0.008％、S：0.004％、Cr：0.78％、Mo：0.85％、Ni：0.35％、V：0.15％、N：180ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。热处理所采用的具体热处理工序如下：
(1)对毛坯先进行正火处理，控制正火温度900℃；
(2)控制正火保温时间为55min；
(3)对正火后的坯料进行淬火处理，控制淬火温度915℃，水冷；
(4)控制淬火保温时间为60min；
(5)对淬火后的坯料进行回火处理，控制回火温度为640℃；
(6)控制回火时间为115min，得到动车制动盘用钢。
实施例3的元素组成以质量百分比计含有C：0.19％、Si：0.36％、Mn：0.78％、P：0.007％、S：0.004％、Cr：0.70％、Mo：0.90％、Ni：0.25％、V：0.23％、N：120ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。热处理工序如下：
(1)对毛坯先进行正火处理，控制正火温度880℃；
(2)控制正火保温时间为60min；
(3)对正火后的坯料进行淬火处理，控制淬火温度860℃，水冷；
(4)控制淬火保温时间为70min；
(5)对淬火后的坯料进行回火处理，控制回火温度为650℃；
(6)控制回火时间为130min，得到动车制动盘用钢。
实施例4的钢牌号为20CrMoV，元素组成以质量百分比计含有C：0.15％、Si：0.35％、Mn：0.75％、P：0.007％、S：0.004％、Cr：0.80％、Mo：0.81％、Ni：0.30％、V：0.24％、N：210ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按本发明的热处理方法进行热处理，采用的具体热处理工序如下：
(1)对毛坯先进行正火处理，控制正火温度890℃；
(2)控制正火保温时间为60min；
(3)对正火后的坯料进行淬火处理，控制淬火温度900℃；，水冷
(4)控制淬火保温时间为70min；
(5)对淬火后的坯料进行回火处理，控制回火温度为600℃；
(6)控制回火时间为60min，得到动车制动盘用钢。
实施例5的钢牌号为20CrMoV，元素组成以质量百分比计含有C：0.20％、Si：0.55％、Mn：0.85％、P：0.007％、S：0.004％、Cr：0.76％、Mo：0.70％、Ni：0.28％、V：0.22％、N：330ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。
(1)对毛坯先进行正火处理，控制正火温度890℃；
(2)控制正火保温时间为80min；
(3)对正火后的坯料进行淬火处理，控制淬火温度900℃；，水冷
(4)控制淬火保温时间为80min；
(5)对淬火后的坯料进行回火处理，控制回火温度为680℃；
(6)控制回火时间为150min，得到动车制动盘用钢。
对上述的实施例制备的制动盘用钢进行力学性能测试，将相关数据列于表中。
屈服强度(MPa) 20℃纵向冲击吸收功AKV(J)
实施例1 1187 108
实施例2 1205 99
实施例3 1195 105
实施例4 1190 106
实施例5 1203 103
比较例1～5
比较例1～5生产的高铁制动盘用钢牌号为20CrMoV，元素组成与实施例4相同，经下表的热处理工艺，对比力学性能。
Figure BDA0003145048400000041
在各比较例的热处理工艺下，测定的高铁制动盘用钢屈服强度与冲击吸收功均未满足屈服强度≥1000MPa，同时20℃纵向冲击吸收功AKV≥80J的要求。可见，如果将20CrMoV的热处理工艺参数设置在本发明公开的之外。得到的高铁制动盘用钢屈服强度与冲击吸收功性能较本发明差。

Claims (7)

1.一种高铁制动盘用钢，其特征在于，成分以质量百分比计含有C：0.15-0.20％、Si：0.35-0.55％、Mn：0.75-0.85％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr：0.70-0.80％、Mo：0.70-0.90％、Ni：0.25-0.35％、V：0.15-0.25％、N：100-330ppm，余量的Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高铁制动盘用钢，其特征在于，成分以质量百分比计含有C：0.17-0.19％、Si：0.37-0.40％、Mn：0.78-0.80％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr：0.75-0.78％、Mo：0.81-0.85％、Ni：0.28-0.30％、V：0.22-0.24％、N：120-210ppm，余量的Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高铁制动盘用钢，其特征在于，钢的牌号为20CrMoV。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的高铁制动盘用钢的热处理方法，其特征在于，工序包括正火、淬火以及回火；
其中，正火工序的温度为840～900℃，保温时间为30～80min；
淬火工序选择水为淬火液，温度为860～915℃，保温时间为40～80min；
回火工序的温度为600～680℃，回火保温时间为60～150min。
5.根据权利要求4所述的高铁制动盘用钢的热处理方法，其特征在于，通过淬火工序后，钢中形成马氏体组织。
6.根据权利要求4所述的高铁制动盘用钢的热处理方法，其特征在于，经过热处理后该钢的屈服强度≥1000Mpa，20℃纵向冲击吸收功≥80J。
7.根据权利要求6所述的的高铁制动盘用钢的热处理方法，其特征在于，经过热处理后该钢的屈服强度为1180-1200MPa，20℃纵向冲击吸收功为95-110J。
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