[发明专利]一种高强度制动盘螺栓用钢及其热处理工艺

说明书

本发明提供了一种高强度制动盘螺栓用钢及其热处理工艺，与现有技术相比，本发明通过设计钢配方中加入W、Mo、V、Cr等元素，且控制0.40(％C)≤0.023(％V)+0.060(％Cr)+0.063(％Mo)+0.033(％W)≤0.75(％C)，配合正火+调质热处理工艺：900～1000℃正火，空冷后调质处理，调质工艺：860～960℃淬火，油冷，淬火介质温度18‑35℃；540～600℃回火，空冷。获得螺栓组织为回火索氏体，常温力学性能达到12.9级紧固件性能要求；500℃高温强度≥1100MPa；20℃～700℃导热系数为35～41W/(m·K)，具有优异的高温性能。

技术领域

本发明属于螺栓用钢技术领域，尤其涉及一种高强度制动盘螺栓用钢及其热处理工艺。

背景技术

随着高速列车速度的提高，对列车制动的及时性、安全性和稳定性提出了更高的要求，对列车制动盘螺栓和其材料的质量和性能需要满足更高的要求。高速列车速度高和运行条件恶劣的制动工况下，巨大的制动热负荷及热冲击会带来很高的热应力和温度梯度。因此螺栓材料必须在具有良好的常温强韧性，同时具有优良的高温力学性能和导热性能。

《大连交通大学学报》论文《高速动车组制动盘螺栓断裂分析及优化方案》，针对高速动车组运用中出现制动盘螺栓断裂问题，选取典型断裂螺栓进行失效分析，并在振动和热负荷环境下对制动盘紧固结构受力状态进行试验和分析。针对制动盘螺栓受力情况，提出了变截面螺栓的改进方案，新结构螺栓弯曲疲劳性能显著增强，可用于既有动车组轴盘螺栓的替换。但此论文仅针对螺栓结构进行改进设计，未从材料上进行改进。

中国专利CN 106929623B公开了一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其钢的化学成分为C 0.24～0.28wt％、Si 0.17～0.27wt％、Mn 0.30～0.50wt％、Cr0.35～0.45wt％、B0.0065～0.0085wt％、S≤0.010wt％、P≤0.015wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。通过合理的制备方法，该专利生产的高强度紧固件螺栓用钢热轧圆盘条具有洁净度高、淬透性好、合适的强度和硬度以及优异的塑韧性和冷镦顶锻变形能力。不足之处时该钢并不具有显著的耐热性能，不适用于需经历高温条件的紧固件。

中国专利CN 103173694B公开了一种耐高温紧固件的制作方法，本发明公开了一种耐高温紧固件的制作方法，其中耐高温紧固件由合金材料制成，该合金材料的组份和含量为：碳0.06％～0.08％，硅0.8％～1％，锰1.8％～2％，磷0.015％～0.035％，硫0.01％～0.03％，镍24％～27％，铬13.5％～16％，钒0.1％～0.5％，钼1％～1.5％，钛1.9％～2.35％，铝0.15％～0.35％，硼0.001％～0.01％，其余为铁。该发明同时介绍了耐高温紧固件的制作方法，生产出来的紧固件塑性好，硬度大，强度高。但该方法添加了大量的贵金属元素，制作成本极高，不适合轨道交通行业批量的推广使用。

目前的研究大部分集中在创新制动盘螺栓结构，提高其散热性方面，对材质的创新性研究相对较少。而在列车制动时，特别是紧急制动时，制动盘螺栓瞬时热能量很难快速释放出去，因此，提高制动盘螺栓材料的高温性能和导热性能对提高制动盘寿命具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度制动盘螺栓用钢，通过设计加入W、Mo、V、Cr等元素，具有优异的常温和高温力学性能。

本发明另一目的在于提供一种高强度制动盘螺栓用钢的热处理工艺，根据设计的配方设计匹配的热处理方法，获得的盘螺栓常温力学性能达到12.9级，且具有优异的高温性能。

本发明具体技术方案如下：