專利名稱：鈮合金鑄鋼心盤及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種我國鐵路貨車通用的鈮合金鑄鋼心盤及其制造方法，屬于低鈮合金鑄鋼在鐵道車輛承載部件上的應(yīng)用。
我國現(xiàn)運營中的五十多萬輛貨車，多數(shù)參考原蘇聯(lián)貨車的結(jié)構(gòu)采用三大件式轉(zhuǎn)向架，車體的載荷通過心盤傳至輪對。作為貨車主承載部件的心盤，其完好性在車輛整個運用期間是極其重要的，是保證行車安全，實現(xiàn)重載、提速和擴能的關(guān)鍵部件。現(xiàn)用心盤大多采用低碳鑄鋼ZG25制作。這種鑄鋼心盤在廠、段修期內(nèi)裂損率高達50％，大大增加了現(xiàn)場維修工作量，提高了修車成本，影響運營安全，已成為當(dāng)前貨車突出的慣性故障。
本發(fā)明的目的是設(shè)計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通用心盤。
為實現(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，并通過對化學(xué)組成及配比優(yōu)化選擇，配制一種綜合性能優(yōu)良的低鈮高強度合金鑄鋼，采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒庸こ删哂休^高強度和焊接性優(yōu)良的貨車通用心盤。具體技術(shù)方案為心盤的化學(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)計量熔煉成坯盤后，采用880-900℃溫度，保溫1.5h進行正火熱處理后出爐，經(jīng)空冷或風(fēng)冷后按心盤設(shè)計要求精加工成心盤成品。
由于現(xiàn)運營的近五十萬輛貨車其結(jié)構(gòu)已定型，由改變其心盤結(jié)構(gòu)、受力面積或受力形式的辦法來提高壽命顯然是十分困難和很不經(jīng)濟的。通過對大量破損鑄鋼心盤的分析，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)用心盤材質(zhì)的抗疲勞性的辦法是降低心盤裂損率最簡易可行的方法。微量的鈮加入到鑄鋼中能抑制奧氏體晶粒長大，顯著地使鑄鋼晶粒細(xì)化，鋼的強度、塑性和韌性同時提高；鈮又是強烈的碳化物形成元素，形成的碳化鈮(及氮化鈮)沉淀強化了鐵素體，在材質(zhì)的抗張強度提高的同時，材質(zhì)的屈服強度、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度，但隨著含碳量的提高，焊接修復(fù)性會顯著變壞。因此采用高碳高強鑄鋼來提高心盤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)合強韌化原理設(shè)計的低鈮合金鑄鋼心盤，強度高、焊接性能優(yōu)良，用于制得的貨車心盤是一種碳含量低，抗疲勞強度高，焊接性能好的低合金高強度鑄鋼心盤，可顯著提高心盤的完好性壽命。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，實施例1-7
實施例1-7
實踐證明，在交變載荷作用下，上心盤因偏載及心盤座不平產(chǎn)生局部應(yīng)力引起心盤裂損。要提高心盤的使用壽命，應(yīng)在大幅度提高材質(zhì)的抗拉強度、屈服強度和沖擊韌性的同時，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，增大了錳的用量(1.00-1.40)。根據(jù)多元微量元素復(fù)合強韌化原理，部分錳作為微量合金化元素，具有復(fù)合增強效應(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度大幅度提高的同時焊接修復(fù)性也得到相應(yīng)的改善。從實施例的力學(xué)性能可以看出，本合金鑄鋼的抗拉強度≥580MPa，延伸率≥20％，沖擊韌性≥60j，屈服強度≥300MPa，布氏硬度≥160，是一種低碳低鈮高強合金鑄鋼。將這種材料分別按實施例1-7的配比計量、熔煉成坯盤，在880-900℃，保溫1.5h進行正火熱處理，冷卻后按機械設(shè)計要求加工成貨車通用心盤。該批心盤經(jīng)鐵道部質(zhì)檢中心在模擬試驗臺進行疲勞強度實驗(模擬60噸貨車在不平工況條件下運行)結(jié)果如下(加2.5mm墊)，本發(fā)明心盤106萬次發(fā)生裂紋，而ZG25心盤32.3萬次發(fā)生裂紋；(加1.5mm墊)本發(fā)明心盤156萬次斷裂，ZG25心盤71.7萬次斷裂。本發(fā)明心盤比原心盤平均壽命提高2.7倍。經(jīng)裝車運行考察，本發(fā)明心盤完好性壽命是ZG25鑄鋼心盤的2.5倍以上。這不僅降低了修車成本，提高了行車安全可靠性，對貨車實現(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通用心盤，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的制造方法，其特征在于將各組分按配比計量、熔煉成坯盤，在880-900℃保溫1.5h進行正火熱處理，出爐冷卻后，按要求精加工成本發(fā)明心盤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種專用來制造我國鐵路貨車通用心盤的低鈮合金鑄鋼及用其制造心盤的方法。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。將各組分計量、熔煉成坯盤，在880-900℃保溫1.5h進行正火熱處理，冷卻后按要求精加工成貨車通用心盤。該心盤焊接修復(fù)性好，完好性壽命是鑄鋼ZG25心盤的2.5倍以上，這不僅降低了修車成本，提高了運行安全可靠性，對貨車實現(xiàn)重載、提速亦有重大意義。
文檔編號C22C38/12GK1165202SQ9710057
公開日1997年11月19日 申請日期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, 馬進國 申請人:濟南鐵路局配件廠, 濟南鐵路局車輛處