铁道车辆用高强度耐大气腐蚀钢的进展.

铁道车辆用高强度耐大气腐蚀钢的进展

为加快铁路现代化建设和全面建设小康社会的总的要求，同时为适应客货运市场的激烈竞争，满足铁路货运快捷、重载、安全、可靠、优质、环保的要求，随着国民经济的发展和技术进步，铁路车辆无论是品种、档次、还是质量都将会有一个较大的提高。铁道工业发展的战略重点是提速与重载，要求铁道车辆尤其是货车减轻车辆自重。减轻车辆自重的途径除了合理的设计参数选择，优化的结构设计，最重要的是钢材的品种、性能和质量。由于我国地域

为加快铁路现代化建设和全面建设小康社会的总的要求，同时为适应客货运市场的激烈竞争，满足铁路货运快捷、重载、安全、可靠、优质、环保的要求，随着国民经济的发展和技术进步，铁路车辆无论是品种、档次、还是质量都将会有一个较大的提高。

铁道工业发展的战略重点是提速与重载，要求铁道车辆尤其是货车减轻车辆自重。减轻车辆自重的途径除了合理的设计参数选择，优化的结构设计，最重要的是钢材的品种、性能和质量。

由于我国地域广阔，气候条件有较大差异，对材料的腐蚀问题也应予以足够重视。因腐蚀造成报废的金属材料设备相当于金属年产量的20-40％，全世界因腐蚀失效的年损耗金属超过一亿吨，由此带来的经济损失占1-3.5％GNP。由于腐蚀的原因使我国10－20％的钢铁结构成为废弃物。

因此需要从选择合理的设计参数、优化结构设计和提高铁路用钢（板材和型材）的使用性能（品种规格、力学性能、耐蚀性能）几方面联合攻关。

1 铁路车辆的现状和新形势下的要求

1．1 铁路车辆的现状

长期以来，我国铁道车辆的技术标准一直源于苏联五、六十年代标准。铁道车辆的技术进步，一定程度上依赖于我国钢材的品种、性能与质量。在上世纪80年代以前，钢结构基本上采用普碳钢、09Mn2等，耐大气腐蚀钢则一直以屈服强度为295MPa的09CuP Ti Re和屈服强度为345MPa的09CuPCrNi为主，而美国等一些国家耐候钢的强度水平已高达550MPa。这种铜磷系列的耐候钢，科学试验及运用试验都说明：其耐腐蚀性一般相当于普通碳素钢的2倍左右，在恶劣环境中相当于2-3倍。到2001年为止，铁路主型货车敞、棚车上都采用的是这种耐候钢。随着重载、提速的铁路主要技术政策的制定，选用高强度、高耐候的结构钢以降低车辆自重、提高整车性能问题显得尤为突出和迫切。

1．2提速、重载对铁路车辆技术装备提出新要求

我国铁路现保有客车3.8万辆，货车56万辆，每年新造客车约2000辆，货车约25000辆。对于新造车辆，要按高速、快速、快捷、重载的要求进行设计和

生产。对于现有的大量客货车辆，要使其达到上述技术政策，改造的任务也非常艰巨。由于货车的数量多，用钢量大，文中主要谈及货车的问题。

货车今后主要应发展自重轻、强度高、耐腐蚀的新型通用及专用货车，发展运行速度120km/h的快运货车,开发应用轴重25t低动力作用的大型四轴货车。

提高轴重是普遍提高货运能力和经济效益的途径，是世界大陆国家铁路货物运输共同的发展趋势。中国载重60t及以上的货车已达货车总数的95%以上，在站线长度难以继续延长又维持21t轴重不变条件下，继续增加列车重量的潜力很小，要进一步提高列车重量，开行重载列车，必须加快发展25t轴重低动力作用的货车。

发展专用货车势在必行。随着我国改革开放的深入，铁路货运已经进入买方市场。传统的大宗运输货物，如煤炭和油品，将随着坑口电站的建立，输油管路的铺设，铁路的运量逐渐减少。高附加值的货物，由于没有合适的运输车辆，或速度慢，或运输周期长，或不能做到门到门的运输，铁路运输在各种运输方式中所占的份额也在减少。应对这种情况，要提高铁路在运输市场的竞争能力，铁道车辆不应该再是敞、平、棚、罐通用车的一统天下，应该发展专用车辆，研制适应市场需要的新车种。目前我国铁路专用货车仅占货车总量的5%，而美国的专用货车占其货车总量60%以上，俄罗斯占32%，应该说我国专用货车的差距是大的。专用货车的发展对车辆设计制造部门和新材质、新外型的钢材研究生产部门都是大有作为的新课题。希望制造特种车辆（特种货车和专用客车）所需的高强度钢（屈服强度600MPa或以上），国内也可得到供应，减小和消除与国外车辆用钢技术水平的差距。

2 高强度耐大气腐蚀钢的开发

2．1 钢铁企业的技术进步

进入“十五”期间，我国钢铁工业得到持续的快速发展，2002年粗钢产量近1.81亿吨，钢材1.92亿吨，进口钢材近2500万吨，中国不仅是世界第一产钢大国，也是世界第一钢材进口大国。加入WTO后，在激烈的国内与国际竞争中，给我国钢铁工业带来了机遇和新的希望。当前钢铁工业结构调整已取得显著成就，尤其是近年来钢铁工业利用国债技改使投资规模扩大了约1370亿元。冶金装备更新和技术进步为生产国家亟需的高技术钢材如高强度耐候钢、管线钢、汽车用钢等创造了条件。无论是轧机能力还是冶炼水平都有大幅度提

高。

近20年来，钢材质量的提高得益于全连铸技术的推广和炉外精炼技术的发展，钢的洁净度在不断提高。国内各钢铁企业把建立洁净钢生产体系列为技术改造的首项任务，起码都设置有ＬＦ等钢包精炼炉，在第二或第三期改造项目中再添置ＲＨ或ＶＤ炉。宝钢、武钢、鞍钢及舞钢等企业都已完善了S＋P＋N＋H＋T.O≤50ppm的生产流程。

在钢的微合金化和超细晶粒钢的研究中，肯定了杂质元素存在某些有利作用，如拖曳晶界移动、晶界钉扎、抑制再结晶等等。

洁净度提高对钢材性能尤其是冲击韧性和耐蚀性的大幅度改善是众所周知的，典型的转炉冶炼洁净钢生产流程（铁水预处理、转炉顶底复吹、LF精炼）可生产C≤0.03%、S≤0.005%、P≤0.005%、N≤0.003%、T.O≤0.002%的钢水。增置ＲＨ精炼、脱碳、深脱硫的效果显著，可生产C≤0.002%、S≤0.001%、

P≤0.003%、N≤0.003%、T.O≤0.0015%的洁净钢水。当代世界超洁净的控制水平在（S＋P＋N＋H＋T.O）≤50ppm。

目前，我国已投入生产的带钢轧机共15套，其中：连轧及半连轧机9套，薄板坯连铸连轧机5套，炉卷轧机1套。在建和续建的热轧宽带钢轧机有9套，其中热连轧机3套，薄板坯连铸连轧机5套，炉卷轧机1套。预计到2005年，我国热轧宽带钢生产能力将超过5000万吨，生产质量也将大大提高。

2．2 高强度耐大气腐蚀钢的生产试制

众所周知，提高钢的强度的主要机制有：固溶强化、析出强化或沉淀强化、位错与亚结构强化、细晶强化等。在这些强化机制中，只有细晶强化是既提高强度又提高韧性的唯一有效的方法。依靠合理有效的合金设计和优化的TMCP工艺，不改变现行耐大气腐蚀钢的成分体系，添加少量微合金元素Nb、V、Ti，采取控制轧制工艺，得到细晶组织，依靠细晶强化作用提高强度和韧性。

选用目前最常用的两种耐候钢09CuPCrNi和09CuPTiRE，添加微合金元素Nb,采用变形诱导铁素体相变（DIFT）原理，得到细晶组织，使强度有较大提高，同时韧性、焊接性和腐蚀性与原耐候钢09CuPCrNi和09CuPTiRE相当或提高。有关这方面的研究工作，钢铁研究总院在理论基础研究和工业性试制方面取得了较大进展，同时宝钢、武钢、本钢、攀钢、马钢等钢厂也在耐候钢的开发和生产上积累较多的经验。

2.2.1实验室研究情况

在国家973 “新一代钢铁材料重大基础研究”项目中，以晶粒细化为主要手段来提高钢的性能，在研究过程中发现DIFT机制对组织和晶粒细化的作用十分明显，这一细化方法和原理已在我国几家钢厂进行了生产并供货，主要品种为普通碳素钢和微合金钢，目前已应用在汽车等行业。但变形诱导铁素体相变机制以及微合金元素Nb对耐候钢特别是铜磷系的耐候钢其晶粒细化作用如何以前研究的不是很多，本文试将近阶段的研究成果进行总结。

试验选用本钢生产的在铁道车辆和集装箱行业大量使用的两种耐候钢，即工业大生产的09CuPCrNi和09CuPTiRE，同时分别在钢中添加微合金元素Nb，添加的Nb含量分别为（wt%）：09CuPCrNiNb钢－0.021～0.03%，09CuPTiRENb钢－0.017～0.03%。