[发明专利]铁路车辆高锰钢心盘磨耗盘及其锻造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料的锻造方法，具体涉及一种铁路车辆高锰钢心盘磨耗盘的锻造方法。

背景技术

转向架心盘磨耗盘是铁路车辆转向架上的重要零件，位于车辆上心盘与转向架下心盘之间，外圆直径一般在300mm以上，壁厚10～15mm,要求耐磨、耐冲击。其材料目前多采用普通钢或非金属材料或铸造高锰钢(ZGMn13-2)，普通钢或非金属材料制造的转向架心盘磨耗盘均不耐用，更换率非常高，应用很不方便。

普遍采用的铸造高锰钢(ZGMn13-2)制造的转向架心盘磨耗盘，耐磨和耐冲击性能均高于普通钢和非金属材料，在国外应用率很高。但铸造高锰钢心盘磨耗盘在铸造过程中，由于受铸造工艺局限性的影响，壁厚较薄，钢水冷却快，流动性较差，其组织疏松、缩孔、晶粒粗大、组织偏析及网状微裂纹等铸造缺陷很难避免，造成铸造毛坯的废品率极高，而且高锰钢的高耐磨及铸造组织中存在的缺陷，使其切削加工的效率非常低，导致心盘磨耗盘在使用过程中磨损加快、磨损不均匀，降低使用寿命。

为了进一步提高高锰钢心盘磨耗盘的使用寿命，需要对铸造高锰钢钢锭进行锻造，制备高锰钢心盘磨耗盘的锻造毛坯。目前国内学者在铸造高锰钢的锻造方面进行了试验研究工作，工程技术人员也在生产中获得锻造高锰钢锻材，但是对铸造高锰钢钢锭中硫、磷杂质的含量控制太严格，使铸造高锰钢钢锭成本上升，也使锻造高锰钢在生产中没有得到广泛应用。

目前公开的所有关于锻造高锰钢的工艺专利中，都对高锰钢铸锭硫、磷的含量进行了限定，要求其含量都不超过0.01％，如果超过，根本无法锻造。并认为铸态高锰钢中的磷和硫的量超过0.01％，磷、硫和氧等杂质元素在奥氏体晶界偏析，并与锰形成低熔点的化合物甚至共晶物，从而使高锰钢在高温锻造过程中的晶界过早熔化，其热塑性急剧下降。众所周知，磷、硫在钢锭铸造过程中，都是有害元素，降低钢中磷的含量较困难，降低硫的含量相对较容易，只要保证磷、硫的含量不影响铸造高锰钢锭的锻造性能即可。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使心盘磨耗盘的机械性能、使用寿命及产品的成品率得到大幅度提高的高锰钢心盘磨耗盘及其锻造方法。

为达到上述目的，本发明的锻造方法如下：

1)首先，采用电炉经对高锰钢进行脱氧、脱硫、去气、细化晶粒制得高锰钢铸锭，制备过程中控制高锰钢中的磷、硫的质量含量小于S<0.03％,P<0.04％，外加小于高锰钢质量0.5％的钒、钛、钙、铝、铈、硼和稀土变质剂；

2)其次，将高锰钢铸锭加热到1040-1070℃，保温3～5小时，进行固溶处理；

3)然后，以＜250℃/h的加热速率自室温加热至800℃后随炉加热直至1170℃～1200℃，至1150～950℃进行锻造，锻造完成后进行水韧热处理，制得含单一奥氏体的锻造高锰钢坯料；

4)采用自由锻、模锻的方法进行心盘磨耗盘毛坯锻造成型。

所述的高锰钢的化学成分的质量百分比为：C：1.00～1.35％、Mn：11.00～14.00％、Si<0.60％、S<0.03％、P<0.04％，余量为Fe。

按以上锻造方法制成的铁路车辆高锰钢心盘磨耗盘，常规力学性能为：σb≥950MPa、σs≥350MPa、δ5≥40％、ψ≥35％、Aku2≥260J/cm²；晶粒度达到5级以上。

本发明在高锰钢中加入钒、钛、钙、铝、铈、硼和稀土变质剂，在适当放宽磷和硫含量后，使高锰钢热塑性得到了明显改善，采用本发明的方法锻造的高锰钢心盘磨耗盘，具有高耐磨、高强度、高韧性的综合性能。其机加工性能远高于铸造高锰钢心盘磨耗盘，成品率高。锻造高锰钢心盘磨耗盘综合性能优越，且成本低，使用寿命长。

本发明采用自由锻、模锻的方法进行心盘磨耗盘毛坯锻造成型后直接进行热处理，防止重新加热过程中晶粒快速长大，降低锻造心盘磨耗盘的综合机械性能。

具体实施方式