專利名稱：合金鑄鋼及其熱處理方法，及該合金鑄鋼制造的貨車牽引緩沖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金鑄鋼及其熱處理方法，還涉及一種由該合金鑄鋼制造的貨車牽引緩沖裝置。
背景技術(shù)：
隨著鐵路快速發(fā)展的需要，鐵路需實現(xiàn)客運高速化、快速化、輕量化，貨運重載化、快捷化。我國新一代大軸重貨車的研制，對新一代大軸重貨車牽引緩沖裝置提出了更高的要求，牽引緩沖裝置作為鐵路車輛連接系統(tǒng)的重要部件，其質(zhì)量性能直接影響著鐵路車輛的各項性能指標(biāo)。目前，國際上普遍米用美國AAR標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的E級鋼材料作為鐵路車輛牽引緩沖裝置用材料。
目前，E級鋼材料的各項性能要求達(dá)到抗拉強(qiáng)度大于等于820Mpa，屈服強(qiáng)度大于等于690Mpa，延伸率大于等于14%，斷面收縮率大于等于30%，_40°C下V型缺口沖擊吸收功大于等于27J。然而隨著鐵路貨車的重載化和快速化，重載貨車車鉤受力復(fù)雜，E級鋼材料的強(qiáng)度及塑韌性等已越來越不能滿足我國重載貨車牽引緩沖裝置的需要。比如，目前大秦線2萬噸編組的重載貨車17號車鉤鉤舌運行過程中S面出現(xiàn)無法修復(fù)的疲勞裂紋，這在一定程度上反映了 E級鋼鑄鋼材料不能很好的適用2萬噸以上編組的重載貨車。公開號為CN 101748338A的中國專利揭示了一種用于貨車牽引緩沖裝置的合金鑄鋼，但該合金鑄鋼的合金添加量較多，工業(yè)應(yīng)用成本高，特別是貴重金屬元素Ni的添加量高達(dá)O. 90 I. 10%，拉高了生產(chǎn)成本，直接導(dǎo)致該種合金鑄鋼及由其制作的貨車牽引緩沖裝置價格偏貴；而過量的錳增加了鑄鋼材料的成分偏析現(xiàn)象，增大了鑄鋼材料的熱裂傾向，同時還增加了鑄鋼材料過熱敏感性，使得鑄鋼材料在熱處理過程中晶粒長大傾向大大加強(qiáng)，從而使該種合金鑄鋼的熱處理溫度適應(yīng)范圍窄，穩(wěn)定性弱。晶粒過大直接使得鑄件低溫沖擊吸收功大幅下降，從而影響重載貨車牽引緩沖裝置的使用壽命。因此，為適應(yīng)鐵路重載運輸?shù)陌l(fā)展，為滿足新一代大軸重貨車設(shè)計的需要，開發(fā)新一代重載貨車牽引緩沖裝置用鑄鋼材料變得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種成本適中、綜合力學(xué)性能較好的合金鑄鋼。該合金鑄鋼適用于制造貨車牽引緩沖裝置，尤其適合制造重載貨車牽引緩沖裝置。本發(fā)明的目的通過以下一種合金鑄鋼來實現(xiàn)，其各組分及其重量百分比如下碳O. 24% O. 30% ;硅O. 20% O. 40% ;錳O. 80% I. 19% ;磷小于等于O. 030% ;硫小于等于
O.030% ;鉻 O. 70% O. 90% M O. 45% O. 65% ;鑰 O. 25% O. 45% ;銅小于等于 O. 30%,余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選,所述猛的重量百分比為O. 81% I. 18% ;進(jìn)一步優(yōu)選,所述猛的重量百分比為 O. 83% I. 10%O優(yōu)選，所述鑰的重量百分比為O. 28% O. 45%;進(jìn)一步優(yōu)選，所述鑰的重量百分比為O. 31% O. 45% ;更進(jìn)一步優(yōu)選 ，所述鑰的重量百分比為O. 35% O. 45%之間。優(yōu)選，所述鉻為O. 70% O. 89% ;進(jìn)一步優(yōu)選，所述鉻為O. 70% O. 80%。優(yōu)選,所述娃的重量百分比為O. 21% O. 39% ;進(jìn)一步優(yōu)選,所述娃的重量百分比位于O. 21% O. 35%。優(yōu)選，所述磷的重量百分比小于等于O. 019%，硫的重量百分比小于等于O. 010% ；進(jìn)一步優(yōu)選，所述磷的重量百分比小于等于O. 017%，硫的重量百分比小于等于O. 005%。優(yōu)選，所述合金鑄鋼的金相組織為回火索氏體組織。本發(fā)明的另一目的在于提供一種成本適中、綜合力學(xué)性能優(yōu)良的的貨車牽引緩沖
>J-U ρ α裝直。本發(fā)明的目的通過提供如下的一種貨車牽引緩沖裝置來實現(xiàn)其使用前述的合金鑄鋼制造而成。優(yōu)選的，所述貨車牽引緩沖裝置為車鉤鉤體、鉤舌或車鉤尾框等。本發(fā)明的另一目的在于提供一種處理工藝簡單、力學(xué)性能優(yōu)異的合金鑄鋼的熱處
理方法。本發(fā)明的目的通過提供如下的一種合金鑄鋼熱處理方法來實現(xiàn)，其包括以下步驟首先淬火處理升溫至900°C 920°C后保溫3 5小時，水淬；隨后進(jìn)行回火處理，升溫至580 600°C后保溫3 4小時，空冷或水冷，優(yōu)先水冷。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過合理設(shè)置較低的合金添加量，制造成本適中，并實現(xiàn)了較好的綜合力學(xué)性能。本發(fā)明通過改進(jìn)合金添加的配比和優(yōu)化熱處理方法和溫度控制，在其優(yōu)選的實施例中，所制得的合金鑄鋼的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度最低分別達(dá)到了 940Mpa和805Mpa，延伸率大于等于14. 5%，斷面收縮率大于等于37. 5%, -40°C下V型缺口沖擊吸收功大于等于28. 5J。完全滿足重載貨車牽引緩沖裝置力學(xué)性能要求，即抗拉強(qiáng)度大于等于930MPa，屈服強(qiáng)度大于等于795MPa，延伸率大于等于14%，斷面收縮率大于等于35%，_40°C下V型缺口沖擊吸收功大于等于27J。通過采用價格便宜的鉻元素，本發(fā)明的合金鑄鋼成本與E級鋼材料的制造成本相當(dāng)，且大大低于CN101748338A揭示的合金鑄鋼成本，同時Cr與C形成Cr的碳化物，起到表面強(qiáng)化作用，提高鑄件耐磨性。通過降低Mn的添加量，本發(fā)明的合金鑄鋼熱裂傾向降低，避免了在熱處理過程中晶粒長大傾向，從而擴(kuò)大了合金鑄鋼的熱處理溫度適應(yīng)范圍。另一方面，合金鑄鋼的低溫沖擊性能也大大提高，有利于延長采用本發(fā)明制作的重載貨車牽引緩沖裝置的使用壽命。與E級鋼相比，本發(fā)明的合金鑄鋼在材料的塑性及韌性方面略優(yōu)于E級鋼，而材料的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度指標(biāo)均得到了明顯的提升。因此，本發(fā)明的合金鑄鋼材料的綜合力學(xué)性能明顯優(yōu)于E級鋼。與公開號為CN 101748338A的中國專利申請相比，該專利申請公開的合金鑄鋼的合金添加量較多，工業(yè)應(yīng)用成本太高，貴重金屬元素Ni的添加量高達(dá)O. 90 I. 10%，直接導(dǎo)致該種合金鑄鋼及由其制作的貨車牽引緩沖裝置價格偏貴；而胞的含量達(dá)到了 I. 20
I.50%，過量的錳增加了鑄鋼材料的成分偏析現(xiàn)象，增大了鑄鋼材料的熱裂傾向，同時還增加了鑄鋼材料過熱敏感性，使得鑄鋼材料在熱處理過程中晶粒長大傾向大大加強(qiáng)，導(dǎo)致該合金鑄鋼的熱處理溫度適應(yīng)范圍窄，穩(wěn)定性弱。晶粒過大直接使得鑄件低溫沖擊吸收功大幅下降，從而導(dǎo)致采用該合金鑄鋼制作的重載貨車牽引緩沖裝置的使用壽命也明顯下降。而本發(fā)明由于各種添加合金和碳、硅等主要成分的配比合理，錳的添加量較少，能夠減少鑄鋼材料的成分偏析現(xiàn)象和熱裂傾向，降低鑄鋼材料的過熱敏感性，大大減少了鑄鋼材料在熱處理過程中晶粒長大傾向，擴(kuò)大了本發(fā)明材料的熱處理溫度適用范圍；且使得鑄件的低溫沖擊吸收功得到了大幅提升，有利于延長采用該材料制作的貨車牽引緩沖裝置的使用壽命。因此，本發(fā)明具有成分容易控制、合金增添少、生產(chǎn)成本適中、冶煉 工藝簡單、鑄造工藝性能優(yōu)良，有利于工業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點。本發(fā)明的合金鑄鋼可以作為貨車牽引緩沖裝置中的車鉤鉤體、鉤舌或車鉤尾框用材料，尤其適合作為高速重載貨車車鉤用材料。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖I為本發(fā)明的具體實施例的淬火溫度和合金鑄鋼抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度的關(guān)系圖。圖2為本發(fā)明的具體實施例的淬火溫度和合金鑄鋼塑性的關(guān)系圖。圖3為本發(fā)明的具體實施例的回火溫度和合金鑄鋼抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度的關(guān)系圖。圖4為本發(fā)明的具體實施例的回火溫度和合金鑄鋼塑性的關(guān)系圖。圖5為本發(fā)明的具體實施例的合金鑄鋼經(jīng)淬火、回火處理后的金相組織放大100倍時的圖片。圖6為本發(fā)明的具體實施例的合金鑄鋼經(jīng)淬火、回火處理后的金相組織放大500倍時的圖片。
具體實施例方式有關(guān)本發(fā)明之前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下具體實施方式
的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到此處的參考了附圖的具體描述僅僅用于示例目的，本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明的合金鑄鋼具有如下的化學(xué)成分碳O. 24% O. 30% ;硅0. 20% O. 40% ;錳O. 80% I. 19% ;磷小于等于O. 030% ;硫小于等于O. 030% ;鉻O. 70% O. 90% ;鎳O. 45%
O.65% ;鑰O. 25% O. 45% ;銅小于等于O. 30%，余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。單位為重量
百分?jǐn)?shù)。在本發(fā)明中，碳的重量百分比為O. 24% O. 30%，含碳量決定了鋼的強(qiáng)度和塑性，在工作狀態(tài)下，鑄鋼的抗拉強(qiáng)度隨著含碳量的增加而不斷提高，塑性隨著含碳量的增加而逐漸減低。含碳量在上述范圍內(nèi)，能夠確保鑄鋼同時具有合適的強(qiáng)度和韌性。在本發(fā)明中，硅的重量百分比為O. 20% O. 40%,在該范圍內(nèi)，可以降低鋼的熔點，改善流動性，同時可以改善鋼的熱裂傾向。進(jìn)一步優(yōu)選，所述硅的重量百分比位于O. 21%
0.39% ;更進(jìn)一步優(yōu)選，所述硅的重量百分比位于O. 21% O. 35%。在本發(fā)明中，錳的重量百分比為O. 80% I. 19% ;錳適量增加能夠提高鑄鋼的強(qiáng)度和硬度，但錳還增加了鑄鋼的過熱敏感性，使熱處理時晶粒容易長大，影響沖擊韌性。因而，本發(fā)明控制錳的重量百分比最好小于I. 20%。進(jìn)一步優(yōu)選，錳的重量百分比為O. 81%
1.18% ;更進(jìn)一步優(yōu)選，錳的重量百分比為O. 83% I. 10%。在本發(fā)明中，所述鑰的重量百分比為O. 25% O. 45%,優(yōu)選,所述鑰的重量百分比
O.28% O. 45% ;進(jìn)一步優(yōu)選，所述鑰的重量百分比O. 31% O. 45% ;更進(jìn)一步優(yōu)選，鑰的重量百分比為O. 36% O. 45% ;鑰作為強(qiáng)碳化合物形成元素，可以提高材料的淬透性，增加材料的回火抗力。因此本發(fā)明適當(dāng)添加鑰元素，提高材料的強(qiáng)度等級。 在本發(fā)明中，鉻的重量百分比為O. 70% O. 90%,優(yōu)選，鉻的重量百分比為O. 70%
O.89% ;進(jìn)一步優(yōu)選，鉻的重量百分比為O. 70% O. 80% ;采用鉻作為強(qiáng)碳化物形成元素，可以提高材料的耐磨性，同時，鉻含量越高，強(qiáng)度越高、塑性越低，因此適當(dāng)調(diào)整鉻的加入量，將在不降低塑性的前提下，提高材料的強(qiáng)度等級，提高材料的耐磨性。在本發(fā)明中，鎳的重量百分比為O. 45% O. 65%，鎳對鋼的強(qiáng)化效果較弱，但可顯著提高鋼的低溫韌性，對于低溫用鋼應(yīng)適當(dāng)添加。重載貨車車鉤由于工況惡劣，所受的沖擊力很大，因此本發(fā)明對鎳含量進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。在本發(fā)明中，磷的重量百分比為小于等于O. 03%，硫的重量百分比為小于等于
O.03% ；
本發(fā)明合金的添加含量總體較少，與E級鋼材料的制造成本相當(dāng)，塑性及韌性略優(yōu)于E級鋼，但材料的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度高于E級鋼10%以上。因此，材料的綜合力學(xué)性能明顯優(yōu)于E級鋼，能夠更好地滿足我國高速重載貨車牽引緩沖裝置的需要。為了進(jìn)一步提高合金鑄鋼的性能，本發(fā)明還提供了一些優(yōu)選的實施例，各個優(yōu)選實施例按序號排列，依次為I 12。它們的組成成分如下表I所示，其對應(yīng)的機(jī)械力學(xué)性能如下表2所示。表I化學(xué)成分(%)，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種合金鑄鋼，其特征在于，其各組分及其重量百分比如下碳O. 24% O. 30% ;硅O. 20% O. 40% M O. 80% I. 19% ;磷小于等于O. 030% ;硫小于等于O. 030% ;鉻O. 70% 0.90% M O. 45% O. 65% ;鑰O. 25% O. 45% ;銅小于等于O. 30%,余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于所述錳的重量百分比為O.81% 1.18%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于錳的重量百分比為O.83% 1.10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于所述鑰的重量百分比為O.28% O. 45%ο
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于所述鑰的重量百分比為O.31% O. 45%ο
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于前述鉻的重量百分比位于O.70 O. 89%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于所述鉻為0.70% 0.80%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于所述硅的重量百分比位于O.21% O. 39%ο
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于所述硅的重量百分比位于O.21% O. 35%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合金鑄鋼，其特征在于所述合金鑄鋼的金相組織為回火索氏體組織。
11.一種貨車牽引緩沖裝置，其特征在于，其使用I 10任一權(quán)利要求所述的合金鑄鋼制造而成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的貨車牽引緩沖裝置，其特征在于，所述貨車牽引緩沖裝置為車鉤鉤體、鉤舌或車鉤尾框。
13.根據(jù)權(quán)利要求I 10任一所述的合金鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟 首先淬火處理升溫至900°C 920°C后保溫3 5小時，水淬；隨后進(jìn)行回火處理，升溫至580 600°C后保溫3 4小時，空冷。
14.根據(jù)權(quán)利要求I 10任一所述的合金鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟 首先淬火處理升溫至900°C 920°C后保溫3 5小時，水淬；隨后進(jìn)行回火處理，升溫至580 600°C后保溫3 4小時，水冷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種合金鑄鋼，其各組分及其重量百分比如下碳0.24%～0.30%；硅0.20%～0.40%；錳0.80%～1.19%；磷小于等于0.030%；硫小于等于0.030%；鉻0.70%～0.90%；鎳0.45%～0.65%；鉬0.25%～0.45%；銅小于等于0.30%，余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過合理設(shè)置較低的合金添加量，降低了制造成本，并實現(xiàn)了較好的綜合力學(xué)性能，適用于制造貨車的牽引緩沖裝置。
文檔編號C21D1/18GK102953007SQ20111024476
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者朱正鋒, 張俊新, 曹健峰, 徐貴寶 申請人:南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司