《一種低合金鑄鋼》是南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司於2008年6月27日申請的專利，該專利的申請號為2008100222266，公布號為CN101343716，公布日為2009年1月14日，發明人是錢坤才。
《一種低合金鑄鋼》涉及一種能滿足200千米/時以上高速動車組制動夾鉗要求的鑄鋼，該鑄鋼具有如下的化學成分：碳0.26～0.31％、矽0.20～0.60％、錳0.85～1.20％、磷小於等於0.03％、硫小於等於0.03％，鎳0.50～0.70％，釩0.13～0.16％，殘餘元素含量小於等於0.30％，餘量為鐵。
2011年，《一種低合金鑄鋼》獲得第七屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
（概述圖為《一種低合金鑄鋼》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種低合金鑄鋼
- 公布號：CN101343716
- 公布日：2009年1月14日
- 申請號：2008100222266
- 申請日：2008年6月27日
- 申請人：南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司
- 地址：江蘇省常州市戚墅堰五一路1號
- 發明人：錢坤才
- 分類號：C22C38/60（2006.01）、C22C38/12（2006.01）、C21D5/00（2006.01）、C21D1/28（2006.01）
- 代理機構：無錫市大為專利商標事務所
- 類別：發明專利
- 代理人：曹祖良
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
200千米/時動車組制動夾鉗技術是200千米/時鐵路動車組制動系統的重要部件，其質量性能直接影響著動車組的各項性能指標。日本標準規定製動夾鉗鑄鋼件的力學性能滿足以下要求：抗拉強度大於等於690兆帕，屈服強度大於等於490兆帕，延伸率大於等於13％，斷面收縮率大於等於30％，布氏硬度值≥197HBW。2008年6月前的產品主要依賴進口，這意味著需要花費大量的外匯。
此外，按照中國國外的方法生產時，通常還存在下述問題：鑄鋼的成分不易控制，合金添加量多，生產成本較高，冶煉工藝複雜，可焊性差，鑄造工藝性能不太理想。
發明內容
專利目的
《一種低合金鑄鋼》的目的是提供一種低合金鑄鋼，該鑄鋼具有成分容易控制、合金增添少、生產成本較低、冶煉工藝簡單、可焊性好、鑄造工藝性能優良。該鑄鋼可以用於鐵路部件，也可用於其他工程領域。
技術方案
《一種低合金鑄鋼》所述低合金鑄鋼具有如下的化學成分：碳0.26～0.31％、矽0.20～0.60％、錳0.85～1.20％、磷小於等於0.03％、硫小於等於0.03％，鎳0.50～0.70％，釩0.13～0.16％，殘餘元素含量小於等於0.30％，餘量為鐵；單位為重量百分數。
這種低合金鑄鋼可用於鑄造鐵路部件，所述鐵路部件主要是制動夾鉗等。
這種低合金鑄鋼的熱處理方法包括，先進行正火處理：升溫至930～960℃後保溫3～5小時，吹風冷卻至常溫，然後再進行回火處理：升溫至580～620℃後保溫3～5小時，自然冷卻至常溫；經正火+回火處理後的力學性能為：抗拉強度大於等於690兆帕，屈服強度大於等於490兆帕，延伸率大於等於16％，斷面收縮率大於等於35％，布氏硬度值為200～255HBW。
當所用的熱處理設備具有調節升溫速度的功能時，高溫正火升溫速度為120～200℃/小時；當所用的熱處理設備沒有調節升溫速度的功能且升溫速度較快時，在高溫正火升溫至650～700℃後保溫1～2小時，然後再升溫至930～960℃。
改善效果
《一種低合金鑄鋼》僅增添了合金元素鎳和釩，就能滿足200千米/時以上高速動車組制動夾鉗要求。與日本制動夾鉗材料SCMn3B比較，SCMn3B鑄鋼具有如下的化學成分：碳0.30～0.40％、矽0.30～0.60％、錳1.00～1.60％、磷、硫小於等於0.04％。雖然日本制動夾鉗材料SCMn3B中未增添合金元素鎳和釩，但其含碳量和含錳量高，塑性和韌性差，裂紋傾向大，可焊性差；SCMn3B熱處理工藝為淬火加回火工藝，該熱處理工藝工序要求高，工藝操作複雜，而且鑄件熱處理變形和裂紋傾向大，給實際生產帶來了不便。該發明由於添加合金的數量和種類都較少，因此成本較低、冶煉工藝操作簡便，這給材料的冶煉帶來了方便，熱處理工藝簡單，有利於工業化實施和推廣。因此，該發明具有成分容易控制、合金增添少、生產成本較低、冶煉工藝和熱處理工藝簡單、裂紋傾向小、可焊性好、鑄造工藝性能優良，從而更有利於工業化套用等優點。
附圖說明
圖1為正火溫度對《一種低合金鑄鋼》抗拉和屈服強度的影響。
圖2為正火溫度對該發明塑性和衝擊韌性的影響。
圖3為該發明的材料經正火處理後的金相組織放大100倍時的圖片。
圖4為該發明的材料經正火處理後的金相組織放大500倍時的圖片。
權利要求
1.一種低合金鑄鋼的熱處理方法，其特徵在於，先進行高溫正火處理：升溫至930〜960℃後保溫3〜5小時，吹風冷卻至常溫，然後再進行回火處理：升溫至580〜620℃後保溫3〜5小時，自然冷卻至常溫；所述鑄鋼的化學成分為：碳0.26～0.31％、矽0.20～0.60％、錳0.85～1.20％、磷小於等於0.03％、硫小於等於0.03％，鎳0.50～0.70％，釩0.13～0.16％，殘餘元素含量小於等於0.30％，餘量為鐵；單位為重量百分數。
2.如權利要求1所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其特徵在於，當所用的熱處理設備具有調節升溫速度的功能時，在高溫正火時的升溫速度為120〜200℃/小時；當所用的熱處理設備沒有調節升溫速度的功能且升溫速度較快時，在高溫正火升溫至650〜700℃後保溫1〜2小時，然後再升溫至930〜960℃。
3.如權利要求1所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其特徵在於，這種低合金鑄鋼用於鑄造鐵路部件。
4.如權利要求3所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其特徵在於，所述鐵路部件為制動夾鉗。
5.如權利要求1所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其特徵在於，所述鑄鋼經高溫正火+回火處理後的力學性能為：抗拉強度大於等於690兆帕，屈服強度大於等於490兆帕，延伸率大於等於16%，斷面收縮率大於等於35%，布氏硬度值為200〜255HBW。
6.利用權利要求1所述方法獲得的低合金鑄鋼，其特徵在於，所述鑄鋼的化學成分為：碳0.26～0.31％、矽0.20～0.60％、錳0.85～1.20％、磷小於等於0.03％、硫小於等於0.03％，鎳0.50～0.70％，釩0.13～0.16％，殘餘元素含量小於等於0.30％，餘量為鐵；單位為重量百分數。
7.如權利要求6所述的低合金鑄鋼，其特徵在於，這種低合金鑄鋼用於鑄造鐵路部件。
8.如權利要求7所述的低合金鑄鋼，其特徵在於，所述鐵路部件為制動夾鉗。
9.如權利要求6所述的低合金鑄鋼，其特徵在於，所述鑄鋼經高溫正火+回火處理後的力學性能為：抗拉強度大於等於690兆帕，屈服強度大於等於490兆帕，延伸率大於等於16%，斷面收縮率大於等於35%，布氏硬度值為200〜255HBW。
實施方式
在《一種低合金鑄鋼》中，用來鑄造鐵路部件的低合金鑄鋼的化學成分範圍和所達到的力學性能見表1和表2。表1中的其餘成分為鐵，單位為重量百分數。
C | Si | Mn | P | S | Ni | V |
0.26〜0.31% | 0.20〜0.60% | 0.85〜1.20% | ≤0.030 | ≤0.030 | 0.50〜0.70% | 0.13〜0.16% |
抗拉強度 | 屈服強度 | 延伸率 | 斷面收縮率 | 布氏硬度值 |
≥690兆帕 | ≥490兆帕 | ≥16% | ≥35% | 200〜255HBW |
顯然，該發明符合200千米/時以上高速動車組制動夾鉗對鑄鋼力學性能的要求。該發明中，幾組典型實施例的化學成分和力學性能見表3和表4。
序號 | C | Si | Mn | P | S | Ni | V |
1 | 0.26 | 0.35 | 0.89 | 0.025 | 0.013 | 0.68 | 0.13 |
2 | 0.26 | 0.40 | 0.91 | 0.028 | 0.015 | 0.65 | 0.13 |
3 | 0.27 | 0.40 | 1.03 | 0.027 | 0.018 | 0.58 | 0.14 |
4 | 0.27 | 0.36 | 1.03 | 0.027 | 0.016 | 0.55 | 0.14 |
5 | 0.28 | 0.46 | 0.97 | 0.025 | 0.011 | 0.60 | 0.15 |
6 | 0.28 | 0.42 | 1.00 | 0.029 | 0.015 | 0.55 | 0.15 |
7 | 0.29 | 0.42 | 1.05 | 0.028 | 0.017 | 0.58 | 0.16 |
8 | 0.30 | 0.38 | 0.96 | 0.030 | 0.022 | 0.52 | 0.14 |
9 | 0.31 | 0.48 | 1.07 | 0.030 | 0.022 | 0.60 | 0.16 |
序號 | 抗拉強度兆帕 | 屈服強度兆帕 | 延伸率％ | 斷面收縮率% | 布氏硬度值 |
1 | 755 | 530 | 21.5 | 38.5 | 233 |
2 | 745 | 535 | 22.0 | 45.0 | 221 |
3 | 740 | 545 | 21.0 | 41.5 | 217 |
4 | 770 | 540 | 22.0 | 44.5 | 236 |
5 | 765 | 570 | 21.0 | 40.0 | 230 |
6 | 725 | 520 | 22.5 | 39 | 226 |
7 | 795 | 580 | 20.5 | 42.5 | 242 |
8 | 745 | 540 | 21.0 | 40.0 | 225 |
9 | 760 | 560 | 22.0 | 46.5 | 229 |
《一種低合金鑄鋼》在850～1050℃範圍內進行正火熱處理，正火溫度對該發明力學性能的影響見圖1和圖2。
由圖1、圖2可知，隨正火溫度的提高，該發明的強度略有提高，而塑性先升後降，在930～960℃範圍內正火，該發明的力學性能均能滿足200千米/時以上高速動車組制動夾鉗對力學性能要求，即抗拉強度大於等於690兆帕，屈服強度大於等於490兆帕，延伸率大於等於16％，斷面收縮率大於等於35％，布氏硬度值為200～255HBW。
該發明經正火處理後的金相組織為鐵素體+珠光體組織，具體形態見圖3、圖4。
制動夾鉗原來採用的材料SCMn3B熱處理方法：先進行正火處理：升溫至870～890℃後保溫3～4小時，油冷，然後再進行回火處理：升溫至580～600℃後保溫3～4小時，自然冷卻至常溫。這種熱處理方法的缺陷是：鑄件裂紋傾向大，溫度控制範圍小，工藝操作複雜，污染較大，生產成本高。
而採用該發明的低合金鑄鋼後，其熱處理方法，先進行正火處理：升溫至930～960℃後保溫3～5小時，吹風冷卻至常溫，然後再進行回火處理：升溫至580～620℃後保溫3～5小時，自然冷卻至常溫。該熱處理方法，鑄件裂紋傾向小，溫度控制範圍大，工藝操作簡單，污染小，生產成本低。
上述鑄鋼成分和性能完全滿足200千米/時以上高速動車組制動夾鉗要求，並且具有更好的強韌性能。與日本制動夾鉗材料SCMn3B相比，該發明由於添加了合金元素，使晶粒細化，強化了鐵素體，強度和塑性大幅度提高，具有優良的綜合力學性能；由於該發明添加的合金元素種類、數量都較少，焊接碳當量較低，鑄件裂紋傾向小，具有優良的可焊性和鑄造工藝性能，熱處理工藝簡單，便於該材料在鐵路工業以及其他工程領域的套用；該發明只添加了兩種合金元素Ni和V，製造成本比較低，便於工業套用時降低生產成本，進一步擴大其套用領域；同時該發明添加的Ni和V在熔煉過程中燒損少，元素成分較易控制，工藝性能好，便於工業化生產套用和控制。
該發明的材料可用來鑄造鐵路部件，如制動夾鉗等低合金鑄鋼件，也可以用來鑄造其他有相似力學性能要求的部件，如制動槓桿、齒輪芯、車鉤附屬檔案等。
榮譽表彰
2011年，《一種低合金鑄鋼》獲得第七屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
