我国动车组制动系统重要部件制动盘目前被国外所垄断,随着我国铁路网的迅速发展和能源环境问题的凸显,自主研发出一种性能优越的制动盘材料,实现其国产化和轻量化成为亟待解决的问题。本课题在已实现产业化的低合金高强度铸钢材料基础上开发出一种低密度铸钢Fe-15.8Mn-7.8Al-0.77C-5.1Ni作为制动盘材料,通过添加Al和Mn等轻量化元素降低其密度,添加Ni元素诱导纳米级B2第二相实现强化。其抗拉强度可达920MPa以上,伸长率高于15%,减重效果可达9.6%。通过OM、XRD、SEM和高温摩擦磨损试验等检测手段,研究了退火、固溶、时效等工艺对组织和力学性能的影响,并研究了其服役状态下的摩擦磨损性能,研究结果如下:设计双相低密度钢成分,进行相图计算为热处理工艺提供指导,由于无固态相变点,采用较宽的固溶温度进行试验,在850℃与900℃固溶后抗拉强度高于920MPa,屈服强度高于690MPa,伸长率仅为11%。随固溶温度继续升高强度下降而表现出良好的塑性。通过正交试验对固溶时效工艺进行优化,获得大量弥散分布的纳米级B2-Fe Al相实现强化,抗拉强度未降低而屈服强度高于800MPa,伸长率高于15%,与其他轧制低密度钢相比屈服强度高且成本低,而抗拉强度并无劣势,B2相作为强化相效果优于粗大κ-碳化物。通过分析B2纳米相的尺寸、含量等定量研究其强化机理,第二相强化对低密度钢屈服强度的贡献值为18～20%,而晶界强化仅为3%,通过固溶时效处理实现第二相强化是课题研究的低密度铸钢重要的强化手段。通过高温摩擦磨损试验研究了低密度铸钢用于高铁制动盘材料时的服役性能,试验钢摩擦系数均高于0.25,符合国际铁路联盟对制动盘的摩擦系数规定。实验表明在高温摩擦磨损过程中主要的磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损、黏着磨损,较高的强度和冲击功使材料的摩擦系数呈下降趋势,而磨损量相应下降,提高材料的强度和冲击功是减少磨损的有效方法。