不銹鋼客車以其經(jīng)濟耐用、美觀安全等一系列優(yōu)點,在時速200km以下的軌道交通中有廣闊的應(yīng)用前景。不銹鋼客車車貌,見圖6-4。
軌道車輛的表皮使用了不銹鋼鋼帶,所以被稱為半不銹鋼車輛(或者表皮不銹鋼車輛)。車體為鋼制,外皮使用了06Cr19Ni10(304)制的鋼板。用不銹鋼板是代替涂層鋼板使用的,主要目的是為了解決車皮的腐蝕以及通過無涂層化來降低保養(yǎng)費用。作為軌道車輛用不銹鋼,美國當時使用了AISI 200系,尤其是12Cr17Mn6Ni5N(201)鋼作為外層鋼板,為了進一步加強車輛的輕量化、提高“免保養(yǎng)”的效果,出現(xiàn)了“全不銹鋼”的車輛,車的骨架也使用了不銹鋼。通過對影響12Cr17Ni7(301)鋼強度的調(diào)質(zhì)輥壓、加工、焊接方法等進行改善,外表使用了06Cr19Ni10(304)或者12Cr17Ni7(301),并且進行波紋加工、排氣扇成形、焊接組裝等,除了底框的特殊部分,全都使用不銹鋼來制造。根據(jù)不銹鋼的不同鋼種,基于強度方面的考慮,全都采用12Cr17Ni7(301)冷軋帶鋼,電阻點焊的焊接熱影響不大,所以適合大多數(shù)情況下的焊接;但是局部組裝所使用的電弧焊接部分,由于使用環(huán)境的緣故以及用于清洗的清潔劑的原因,曾經(jīng)發(fā)生過晶間腐蝕和晶界應(yīng)力腐蝕斷裂。
通過對12Cr17Ni7(301)鋼的C、Ni、N等成分以及調(diào)質(zhì)輥壓的影響進行了研究,明確了C、N、Mn、Ni等含量對拉伸特征的影響,并且認為碳的含量在0.06%以下時晶間腐蝕就會變得緩慢,實施冷加工以后進行晶間腐蝕敏化處理的時候敏感性會增加,所以有必要將碳的含量進一步降低到0.03%以下。可有效防止上述的晶間腐蝕或者晶界應(yīng)力腐蝕斷裂,實現(xiàn)不銹鋼的高強度化。進一步明確了奧氏體穩(wěn)定度[Ma(30)]與調(diào)質(zhì)輥壓后的延展以及屈服比的關(guān)系。通過奧氏體對022Cr17Ni7(301L)鋼的拉伸特征的影響的分析,搞清楚了下列問題:拉伸強度在很大程度上取決于應(yīng)變致生馬氏體的量,并隨著Ni當量([Ni]+0.35[[Si]+0.4[Mn]+0.65[Cr]+12.6[C+N])的增加而降低;另外屈服強度幾乎不受Ni當量的影響,但會隨著氮含量而增大,相反的,延展性受Ni當量的影響比較大,等等。12Cr17Ni7(301)鋼的強度會隨著碳以及氮量的變化而增大,但氮的作用在奧氏體相時是碳的2倍。還有,拉伸強度隨著奧氏體穩(wěn)定度的上升而下降,同一奧氏體的穩(wěn)定度隨著碳以及氮量而增大;延展性隨著奧氏體穩(wěn)定度的上升而提高;從耐腐蝕性和強度兩方面來看最佳成分是022Cr17Ni7N(301LN)。
為了改善耐晶間腐蝕開裂,將碳量調(diào)整為0.03%以下,并通過氮的添加以及適當成分的比例調(diào)整開發(fā)出了能同時滿足強度需求的022Cr17Ni7(301LN)鋼,被軌道車輛廣泛采用。
車輛底座部位由于大量地進行電焊,而022Cr17Ni7(301LN)這樣的硬材會因焊接而導(dǎo)致強度的下降,所以不被采用?;谳p量化的考慮,開發(fā)出了雙相不銹鋼Cr19Ni5Cu2N,確保焊接部分也不會軟化。
不銹鋼在軌道交通中的應(yīng)用前景廣闊,不銹鋼的需求量將不斷增加。不銹鋼在軌道交通中除用作車站裝飾外,主要用于制造軌道車輛。目前,半不銹鋼車體,用不銹鋼制造車體的易腐蝕部件,如翻板、腳蹬、枕外平地板、空調(diào)平臺平頂板、洗臉室臺面、水箱、污物箱、逆變器箱、充電器箱、直流電源箱等。全不銹鋼客車車輛的車體除牽枕等少量結(jié)構(gòu)件用低合金鋼外,其余可全部用不銹鋼制造,鋼種為12CrNi7(301)和06Cr19Ni10(304)等不銹鋼,每輛車的不銹鋼板材用量為9~10噸。
不銹鋼車體用022Cr17Ni7(301L)和06Cr19Ni10(304)不銹鋼冷軋板(其中301L不銹鋼用量占70%),材料和等級分別是301L-LT、301L-DLT、301L-ST、301L-MT、301L-HT 和06Cr19Ni10(304),要求022Cr17Ni7(301L)的碳含量<0.03%。
表6-8是機車車輛用不銹鋼牌號和性能要求。