[发明专利]制动盘用合金钢

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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：0.4-0.7％，Ni：0.2-0.5％，Cr：1.0-1.9，Mn：0.5-1.2％，Mo：0.5-1.0％，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。

发明内容

本发明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。

本发明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，本发明提供了一种制动盘用合金钢，其化学组成包括，以重量百分比计：

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％，钨(W)：≤0.01％，钛(Ti)：≤0.02％，铝(Al)：≤0.02％，铜(Cu)：0.05-0.09％，锆(Zr)：0.02-0.03％，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明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。本发明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，为保证利用本发明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，本发明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，本发明的发明人研究发现，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，本发明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，本发明提供的合金钢中将镍元素的含量控制为1.95-1.99％；