專(zhuān)利名稱(chēng)：鈮合金鑄鋼心盤(pán)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種我國(guó)鐵路貨車(chē)通用的鈮合金鑄鋼心盤(pán)及其制造方法，屬于低鈮合金鑄鋼在鐵道車(chē)輛承載部件上的應(yīng)用。
我國(guó)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)中的五十多萬(wàn)輛貨車(chē)，多數(shù)參考原蘇聯(lián)貨車(chē)的結(jié)構(gòu)采用三大件式轉(zhuǎn)向架，車(chē)體的載荷通過(guò)心盤(pán)傳至輪對(duì)。作為貨車(chē)主承載部件的心盤(pán)，其完好性在車(chē)輛整個(gè)運(yùn)用期間是極其重要的，是保證行車(chē)安全，實(shí)現(xiàn)重載、提速和擴(kuò)能的關(guān)鍵部件?，F(xiàn)用心盤(pán)大多采用低碳鑄鋼ZG25制作。這種鑄鋼心盤(pán)在廠、段修期內(nèi)裂損率高達(dá)50％，大大增加了現(xiàn)場(chǎng)維修工作量，提高了修車(chē)成本，影響運(yùn)營(yíng)安全，已成為當(dāng)前貨車(chē)突出的慣性故障。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種既具有良好焊接修復(fù)性，又有較高完好性壽命的貨車(chē)通用心盤(pán)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案在低碳鑄鋼中加入微量合金元素鈮，并通過(guò)對(duì)化學(xué)組成及配比優(yōu)化選擇，配制一種綜合性能優(yōu)良的低鈮高強(qiáng)度合金鑄鋼，采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒庸こ删哂休^高強(qiáng)度和焊接性?xún)?yōu)良的貨車(chē)通用心盤(pán)。具體技術(shù)方案為心盤(pán)的化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))為C 0.15-0.32，Nb 0.015-0.050，Mn 1.00-1.40，Si 0.20-0.60，P≤0.045，S≤0.045，余量為Fe。將各組分經(jīng)計(jì)量熔煉成坯盤(pán)后，采用880-900℃溫度，保溫1.5h進(jìn)行正火熱處理后出爐，經(jīng)空冷或風(fēng)冷后按心盤(pán)設(shè)計(jì)要求精加工成心盤(pán)成品。
由于現(xiàn)運(yùn)營(yíng)的近五十萬(wàn)輛貨車(chē)其結(jié)構(gòu)已定型，由改變其心盤(pán)結(jié)構(gòu)、受力面積或受力形式的辦法來(lái)提高壽命顯然是十分困難和很不經(jīng)濟(jì)的。通過(guò)對(duì)大量破損鑄鋼心盤(pán)的分析，大多為疲勞裂損，裂紋為表面非穿透性，裂紋發(fā)展較快。因此采用提高現(xiàn)用心盤(pán)材質(zhì)的抗疲勞性的辦法是降低心盤(pán)裂損率最簡(jiǎn)易可行的方法。微量的鈮加入到鑄鋼中能抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，顯著地使鑄鋼晶粒細(xì)化，鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性同時(shí)提高；鈮又是強(qiáng)烈的碳化物形成元素，形成的碳化鈮(及氮化鈮)沉淀強(qiáng)化了鐵素體，在材質(zhì)的抗張強(qiáng)度提高的同時(shí)，材質(zhì)的屈服強(qiáng)度、沖擊韌性和焊接修復(fù)性也得到了相應(yīng)的改善。這是一般鑄鋼不具有的特性。一般碳素鋼雖然可以用增加含碳量的方法大幅度提高強(qiáng)度，但隨著含碳量的提高，焊接修復(fù)性會(huì)顯著變壞。因此采用高碳高強(qiáng)鑄鋼來(lái)提高心盤(pán)完好性壽命是行不通的。本發(fā)明根據(jù)多元微量元素復(fù)合強(qiáng)韌化原理設(shè)計(jì)的低鈮合金鑄鋼心盤(pán)，強(qiáng)度高、焊接性能優(yōu)良，用于制得的貨車(chē)心盤(pán)是一種碳含量低，抗疲勞強(qiáng)度高，焊接性能好的低合金高強(qiáng)度鑄鋼心盤(pán)，可顯著提高心盤(pán)的完好性壽命。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例1-7
實(shí)施例1-7
實(shí)踐證明，在交變載荷作用下，上心盤(pán)因偏載及心盤(pán)座不平產(chǎn)生局部應(yīng)力引起心盤(pán)裂損。要提高心盤(pán)的使用壽命，應(yīng)在大幅度提高材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和沖擊韌性的同時(shí)，保持其優(yōu)良焊接修復(fù)性。本發(fā)明在鑄鋼中加入微量合金化元素鈮的同時(shí)，增大了錳的用量(1.00-1.40)。根據(jù)多元微量元素復(fù)合強(qiáng)韌化原理，部分錳作為微量合金化元素，具有復(fù)合增強(qiáng)效應(yīng)；另一部分錳與組分中的硫生成硫化錳，可降低材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度，因此這種鈮合金鑄鋼材料在強(qiáng)度大幅度提高的同時(shí)焊接修復(fù)性也得到相應(yīng)的改善。從實(shí)施例的力學(xué)性能可以看出，本合金鑄鋼的抗拉強(qiáng)度≥580MPa，延伸率≥20％，沖擊韌性≥60j，屈服強(qiáng)度≥300MPa，布氏硬度≥160，是一種低碳低鈮高強(qiáng)合金鑄鋼。將這種材料分別按實(shí)施例1-7的配比計(jì)量、熔煉成坯盤(pán)，在880-900℃，保溫1.5h進(jìn)行正火熱處理，冷卻后按機(jī)械設(shè)計(jì)要求加工成貨車(chē)通用心盤(pán)。該批心盤(pán)經(jīng)鐵道部質(zhì)檢中心在模擬試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)(模擬60噸貨車(chē)在不平工況條件下運(yùn)行)結(jié)果如下(加2.5mm墊)，本發(fā)明心盤(pán)106萬(wàn)次發(fā)生裂紋，而ZG25心盤(pán)32.3萬(wàn)次發(fā)生裂紋；(加1.5mm墊)本發(fā)明心盤(pán)156萬(wàn)次斷裂，ZG25心盤(pán)71.7萬(wàn)次斷裂。本發(fā)明心盤(pán)比原心盤(pán)平均壽命提高2.7倍。經(jīng)裝車(chē)運(yùn)行考察，本發(fā)明心盤(pán)完好性壽命是ZG25鑄鋼心盤(pán)的2.5倍以上。這不僅降低了修車(chē)成本，提高了行車(chē)安全可靠性，對(duì)貨車(chē)實(shí)現(xiàn)重載、提速亦有重大意義。
權(quán)利要求
1.一種鈮合金鑄鋼貨車(chē)通用心盤(pán)，其特征在于化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))為C 0.15-0.32，Nb 0.015-0.050，Mn 1.00-1.40，Si 0.20-0.60，P≤0.045，S≤0.045，余量為Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的鈮合金鑄鋼心盤(pán)的制造方法，其特征在于將各組分按配比計(jì)量、熔煉成坯盤(pán)，在880-900℃保溫1.5h進(jìn)行正火熱處理，出爐冷卻后，按要求精加工成本發(fā)明心盤(pán)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種專(zhuān)用來(lái)制造我國(guó)鐵路貨車(chē)通用心盤(pán)的低鈮合金鑄鋼及用其制造心盤(pán)的方法。本鈮合金鑄鋼的化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))為C0.15-0.32，Nb0.015-0.050，Mn1.00-1.40，Si0.20-0.60，P≤0.045，S≤0.045，余量為Fe。將各組分計(jì)量、熔煉成坯盤(pán)，在880-900℃保溫1.5h進(jìn)行正火熱處理，冷卻后按要求精加工成貨車(chē)通用心盤(pán)。該心盤(pán)焊接修復(fù)性好，完好性壽命是鑄鋼ZG25心盤(pán)的2.5倍以上，這不僅降低了修車(chē)成本，提高了運(yùn)行安全可靠性，對(duì)貨車(chē)實(shí)現(xiàn)重載、提速亦有重大意義。
文檔編號(hào)C22C38/12GK1165202SQ9710057
公開(kāi)日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1997年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月4日
發(fā)明者王增義, 牟維川, 李貫潁, 王傳杰, 馬進(jìn)國(guó) 申請(qǐng)人:濟(jì)南鐵路局配件廠, 濟(jì)南鐵路局車(chē)輛處