本发明涉及高铁刹车盘制造技术领域，尤其涉及一种采用离心电渣熔铸生产高铁刹车盘的方法。
背景技术：
目前，高铁刹车盘普遍采用超纯铁素体不锈钢制作，超纯铁素体不绣钢含Cr量较高，并含有少量的Ni、Mo、Ti、Nb、W等元素,具有体心立方晶体结构，具有导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀和好的抗蠕变特性等特点。但是某些超纯铁素体不绣钢中铬含量高于24％，由于钢中铬含量很高而含碳量很低，造成了在铸造过程中易产生氧化夹渣；又由于高铬钢在高温时极易和空气中的氧固溶形成皮下气孔，在铸造生产过程中由于流动性差容易产生冷隔缺陷；另外，高铬钢在高温时易氧化，铸件表面易产生氧化膜褶皱，氧化膜卷入内部易形成氧化夹杂物夹渣、气孔、缩松、冷隔等缺陷；以上情况导致了高铁刹车盘制造工艺设计难度加大，尤其增加了铸造生产的难度。
技术实现要素：
本发明提供了一种离心电渣熔铸生产高铁刹车盘的方法，不仅能够解决铸造过程中易产生铸造缺陷的问题，而且能够提高高铁刹车盘的延伸率，并可细化晶粒，减少金属内部的夹渣物。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种离心电渣熔铸生产高铁刹车盘的方法，所述高铁刹车盘是中空的环状结构件，其生产过程如下：
1)钢水熔炼；高铁刹车盘的材质为超纯铁素体不锈钢，其化学成分组成按重量百分比为：其化学成分组成按重量百分比为：C≦0.02％、Si 0.2％～0.8％、Mn 0.4％～1.0％、P≦0.02％、S≦0.02％、Cr 21％～28％、Ni 1.5％～3.5％、Nb 0.2％～0.6％、V 0.4％～1.5％、W 1.0％～3.5％、Mo 1.5％～3.5％，其余为铁及不可避免的杂质；采用中频电炉+LF+VOD精炼工艺，中频电炉钢水熔炼时，炉前化学成分用光谱仪进行检验后，再转入LF炉、VOD精炼炉精炼；
2)电渣熔炼；
造渣剂由如下造渣原料按重量份组成：
莹石，CaF2≥95％，SiO2≤2％，S≤0.05％，P≤0.05％,粒度15～20mm；加入量40～60份；
氧化铝，Al2O3≥97％，粒度10～20mm；加入量为12～18份；
石灰，CaO≥90％,SiO2≤2.5％,S≤0.05％，P≤0.05％,粒度10～20mm；加入量为10～20份；
镁砂，MgO≥95％,SiO2≤2％,S≤0.01％，P≤0.01％,粒度3～5mm；加入量为8～12份；
硅石，SiO2≤95％，粒度1～5mm；加入量为5～15份；
将造渣原料在800～820℃温度下连续烘烤6小时以上制成渣料，烘烤后的渣料含水量≤0.5％；
将步骤1)制备的钢水经铸造、焊接后制得自耗电极；
在铜制水冷结晶器中加入渣料，将自耗电极插入渣料中通电，通过熔化自耗电极的方式进行电渣熔炼，自耗电极熔化后形成金属液滴，金属液滴和金属液熔池中的渣料发生反应，从而去除金属中有害杂质元素和非金属夹渣物，实现钢水提纯；
3)离心铸造；
将经步骤2)电渣熔炼后得到的渣铁混合液注入离心铸造机进行离心铸造，得到高铁刹车盘毛坯；
4)表面处理、热处理及机加工；
将经步骤3)制得的高铁刹车盘毛坯进行表面抛丸处理，再进行热处理，热处理具体过程为：先经950℃～970℃正火处理，再经570℃～590℃回火处理；最后经机加工达到图纸规定尺寸及形状精度，即得高铁刹车盘成品；
5)成品检验；
高铁刹车盘成品的金相组织为铁素铁+柱状碳化物，其力学性能指标为：抗拉强度≥600MPa；屈服强度≥430MPa；延伸率≥25％；硬度≥220HB；滑动摩擦系数≤0.2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用离心电渣熔铸的工艺方法生产高铁刹车盘铸件，其金相组织是铁素体+柱状碳化物，晶粒度达到8级；
2)自耗电极采用中频电炉+LF+VOD精炼炉精炼钢水，使电极母材的夹渣物和气体含量降到最低点。
3)根据本发明所述方法制造的高铁刹车盘比普通砂铸件的机械性能提高20％，且各项性能超过了德国进口的高铁刹车盘，用于时速300公里/小时以上的国内高速列车，完全可以取代进口产品。
具体实施方式
本发明是一种离心电渣熔铸生产高铁刹车盘的方法，所述高铁刹车盘是中空的环状结构件，其生产过程如下：
1)钢水熔炼；高铁刹车盘的材质为超纯铁素体不锈钢，其化学成分组成按重量百分比为：其化学成分组成按重量百分比为：C≦0.02％、Si 0.2％～0.8％、Mn 0.4％～1.0％、P≦0.02％、S≦0.02％、Cr 21％～28％、Ni 1.5％～3.5％、Nb 0.2％～0.6％、V 0.4％～1.5％、W 1.0％～3.5％、Mo 1.5％～3.5％，其余为铁及不可避免的杂质；采用中频电炉+LF+VOD精炼工艺，中频电炉钢水熔炼时，炉前化学成分用光谱仪进行检验后，再转入LF炉、VOD精炼炉精炼；
2)电渣熔炼；
造渣剂由如下造渣原料按重量份组成：
莹石，CaF2≥95％，SiO2≤2％，S≤0.05％，P≤0.05％,粒度15～20mm；加入量40～60份；
氧化铝，Al2O3≥97％，粒度10～20mm；加入量为12～18份；
石灰，CaO≥90％,SiO2≤2.5％,S≤0.05％，P≤0.05％,粒度10～20mm；加入量为10～20份；
镁砂，MgO≥95％,SiO2≤2％,S≤0.01％，P≤0.01％,粒度3～5mm；加入量为8～12份；
硅石，SiO2≤95％，粒度1～5mm；加入量为5～15份；
将造渣原料在800～820℃温度下连续烘烤6小时以上制成渣料，烘烤后的渣料含水量≤0.5％；
将步骤1)制备的钢水经铸造、焊接后制得自耗电极；
在铜制水冷结晶器中加入渣料，将自耗电极插入渣料中通电，通过熔化自耗电极的方式进行电渣熔炼，自耗电极熔化后形成金属液滴，金属液滴和金属液熔池中的渣料发生反应，从而去除金属中有害杂质元素和非金属夹渣物，实现钢水提纯；
3)离心铸造；
将经步骤2)电渣熔炼后得到的渣铁混合液注入离心铸造机进行离心铸造，得到高铁刹车盘毛坯；
4)表面处理、热处理及机加工；
将经步骤3)制得的高铁刹车盘毛坯进行表面抛丸处理，再进行热处理，热处理具体过程为：先经950℃～970℃正火处理，再经570℃～590℃回火处理；最后经机加工达到图纸规定尺寸及形状精度，即得高铁刹车盘成品；
5)成品检验；
高铁刹车盘成品的金相组织为铁素铁+柱状碳化物，其力学性能指标为：抗拉强度≥600MPa；屈服强度≥430MPa；延伸率≥25％；硬度≥220HB；滑动摩擦系数≤0.2。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
本实施例中所述高铁刹车盘是中空的环状结构件，外轮廓尺寸是内孔尺寸是其生产过程如下：
1)钢水熔炼；高铁刹车盘的材质为超纯铁素体不锈钢，其化学成分组成按重量百分比为：C 0.016％、Si 0.46％、Mn 0.67％、P 0.012％、S 0.016％、Cr 27.2％、Ni 2.61％、Nb 0.43％、V 0.75％、W 2.36％、Mo 3.14％，其余为铁及不可避免的杂质；采用中频电炉+LF+VOD精炼工艺，其中中频电炉炼钢采用精纯炉料配料熔化钢水，主要原材料是纯铁、微C铬铁，MO铁，Ni板，Nb,Ti,W铁等原材料，中频电炉钢水熔炼时，炉前化学成分用光谱仪来检验化学成分，每一炉取2快试样，每次用光谱仪检验化学成分都要作记录存档。LF炉精炼后再转入VOD精炼炉精炼并进一步调整化学成分；
2)电渣熔炼；
电渣熔铸的主要目地是提纯金属，并得到结晶组织均匀的钢锭；
本实施例中所采用的造渣剂由如下造渣原料按重量份组成：
莹石，CaF2 96.2％，SiO2 1.83％，S 0.043％，P 0.048％,粒度15～20mm；加入量为42份；
氧化铝，Al2O3 97.8％，粒度10～20mm；加入量为17份；
石灰，CaO 91.2％,SiO2 2.3％,S 0.044％，P 0.037％,粒度10～20mm；加入量为18份；
镁砂，MgO 95.8％,SiO2 1.89％,S 0.008％，P 0.009％,粒度3～5mm；加入量为11份；
硅石，SiO2 94.5％，粒度1～5mm；加入量为7份；
将造渣原料在800～820℃温度下连续烘烤6小时制成渣料，烘烤后的渣料含水量≤0.5％；
将步骤1)制备的钢水经铸造、焊接后制得自耗电极；
在铜制水冷结晶器中加入渣料，将自耗电极插入渣料中通电，通过熔化自耗电极的方式进行电渣熔炼，自耗电极熔化后形成金属液滴，金属液滴和金属液熔池中的渣料发生反应，从而去除金属中有害杂质元素和非金属夹渣物，实现钢水提纯；
3)离心铸造；
将经步骤2)电渣熔炼后得到的渣铁混合液注入离心铸造机进行离心铸造，得到高铁刹车盘毛坯；离心铸造机的旋转轴竖直设置，转速为400转/min。
4)表面处理、热处理及机加工；
将经步骤3)制得的高铁刹车盘毛坯进行表面抛丸处理，再进行热处理，热处理具体过程为：先经950℃～970℃正火处理，再经570℃～590℃回火处理；最后经机加工达到图纸规定尺寸及形状精度，即得高铁刹车盘成品；
5)成品检验；
高铁刹车盘成品的金相组织为铁素铁+柱状碳化物，其內部夹渣物经检测达到ASTM标准1.5级别。
本实施例采用离心电渣熔铸方法所生产的高铁刹车盘，与常规砂铸方法生产的高铁刹车盘的力学性能检测结果比较如下表所示：
本实施例采用离心电渣熔铸方法所生产的高铁刹车盘，与常规砂铸方法生产的高铁刹车盘的其它性能指标比较如下表所示：
结论：采用本发明所述离心电渣熔铸方法生产超纯铁素体不锈钢高铁刹车盘铸件，可将O含量降低到10PPm以下、H含量降低到0.8PPm以下，N含量降低到1.0PPm以下,铸件夹杂物含量达到ASTM标准1.5级。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。