[发明专利]合金锻钢及其生产方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锻钢以及该锻钢的生产工艺，尤其是一种用于高速列车制动盘的合金锻钢的化学成分和热处理方法。

背景技术

制动盘是动车组制动系统的重要部件，尤其是250Km/h及更高速的动车组，制动盘的质量性能直接影响着动车组的各项性能指标，而对于制动盘质量性能影响最大的是制动盘所使用的合金锻钢材料的各项力学性能指标。由于制动盘在制动过程中会产生大量的摩擦热，使得盘体温度上升（摩擦盘表面温度可达500℃以上），制动盘在运行中承受着交变的热应力作用，因此制动盘的材料必须具备较高的热疲劳强度和良好的热传导能力，并且在较高的温度下其组织和性能仍能够相对稳定。目前，国内现有高速列车锻钢制动盘用合金锻钢材料的不足之处主要有：

（1）现有合金锻钢的各成分匹配不尽合理，综合力学性能尤其是高温下的力学性能不是很理想。例如，中国专利文献CN1385628公开了一种用于高速列车制动盘的材料，为了满足高速列车制动盘材料性能的要求，添加了铬、镍、钼、钒等合金成分，添加铬和钼在增加材料强度的同时，却带来了材料塑性和韧性的明显降低；虽然添加镍对材料的低温塑性和韧性有一定的改善作用，但是添加镍会形成残余奥氏体，对材料在高温下的抗蠕变(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)性能非但没有促进作用，反而对材料的高温性能产生负面的影响。又例如，材料牌号为25Cr2Mo1VA的合金锻钢，在500℃时抗拉强度为837MPa，屈服强度为782MPa，抗拉强度的富余量不足（列车制动盘技术要求≥800MPa），屈服强度略低，安全性能难以保证。

（2）现有得合金锻钢的热传导系数较低。制动盘在制动过程中产生大量的摩擦热，需要迅速将热量进行传递，以减少制动盘的温升，现有合金锻钢的热传导系数较低，导热性能较差。例如材料牌号为25Cr2Mo1VA的合金锻钢，在500℃时热传导系数为13.9W/m·k。

（3）现有合金锻钢采用淬火加回火处理的热处理方法不尽合理，未能充分进一步地优化、提升材料的性能；导致所制得的制动盘容易产生变形和裂纹，影响制动盘的使用寿命。

因此，我国国内现有高速列车锻钢制动盘用合金锻钢主要依赖进口，价格昂贵，为满足我国高速铁路发展的需要，开发一种综合力学性能优良、制造容易，且性价比高的高速列车制动盘用材料显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种常温状态和高温状态综合力学性能十分优良，且热传导系数较高的合金锻钢。

本发明的另一个目的是提供一种生产工艺相对简单，能生产出常温状态和高温状态综合力学性能优良，热传导系数较高的合金锻钢的生产方法。

本发明的再一个目的是提供一种常温状态和高温状态综合力学性能十分优良，且热传导系数较高的合金锻钢的应用。

实现本发明目的的技术方案是一种合金锻钢，合金的组分及其质量百分比为：碳0.24%～0.31%、硅0.20%～0.50%、锰0.50%～0.90%、铬1.10%～1.50%、钼0.50%～0.89%、钒0.20%～0.40%、磷小于等于0.015%、硫小于等于0.012%，余量为铁和不可避免的杂质。

上述技术方案的一种优选是：上述硅的质量百分比含量为0.20%～0.39%。

上述技术方案的一种优选是：上述锰的质量百分比含量为0.65%～0.90%，铬的质量百分比含量为1.11%～1.45%，钼的质量百分比含量为0.55%～0.85%，钒的质量百分比含量为0.20%～0.30%。

上述技术方案的一种进一步优选是：上述锰的质量百分比含量为0.72%～0.85%，铬的质量百分比含量为1.15%～1.40%，所述钼的质量百分比含量为0.66%～0.80%；钒的质量百分比含量为0.26%～0.30%。

上述技术方案的一种更进一步优选是：上述钼的质量百分比含量为0.70%～0.80%。

上述技术方案的另一种优选是：合金的组分中还包括钛、钨、铌中的一种或二种或三种；当合金的组分中包括钛时，钛的质量百分比含量小于等于0.01%；当合金的组分中包括钨时，钨的质量百分比含量小于等于0.01%；当合金的组分中包括铌时，铌的质量百分比含量小于等于0.01%。