铁路货车用钢材现状与发展(第一版)下载

1、1 1 概述概述 随着铁路车辆工业的发展和钢材生产能力的提高随着铁路车辆工业的发展和钢材生产能力的提高, ,我国铁路我国铁路货车已从钢木混合结构进入全钢结构时代货车已从钢木混合结构进入全钢结构时代, ,由焊接结构大量地代由焊接结构大量地代替了铆接结构，铁路货车技术水平有了很大提高替了铆接结构，铁路货车技术水平有了很大提高,1998,199820082008十十年间，我国铁路货车技术水平快速提升，实现了提速、重载两年间，我国铁路货车技术水平快速提升，实现了提速、重载两大跨越，走出了一条独具中国特色的提速、重载发展之路。通大跨越，走出了一条独具中国特色的提速、重载发展之路。通用货车由用货车由60t

2、60t级向级向70t70t级升级换代，完成了既有货车级升级换代，完成了既有货车120km/h120km/h提速提速改造，专用货车的载重达到了改造，专用货车的载重达到了80t,80t,大秦线顺利开行大秦线顺利开行2 2万吨重载列万吨重载列车。货车的厂修周期得以延长车。货车的厂修周期得以延长, ,货车检修工作量有所减少货车检修工作量有所减少, ,综合综合使用性能有了很大提高，对此，钢铁行业起了很大作用。使用性能有了很大提高，对此，钢铁行业起了很大作用。 按照按照中长期铁路网规划中长期铁路网规划和铁路技术政策，和铁路技术政策，20122012年前，年前，我国部分铁路将陆续实现客货分线，为大轴重货车的

3、发展创造我国部分铁路将陆续实现客货分线，为大轴重货车的发展创造了极为有利条件，届时，中国铁路将全面跨入世界重载铁路行了极为有利条件，届时，中国铁路将全面跨入世界重载铁路行业，达到或接近世界先进水平。而大轴重货车的发展需要开发业，达到或接近世界先进水平。而大轴重货车的发展需要开发更为优质的材料，以提高车辆可靠性、实现轻量化设计、减少更为优质的材料，以提高车辆可靠性、实现轻量化设计、减少磨耗、主要零部件实现寿命管理等，为此，在提高设计、工艺磨耗、主要零部件实现寿命管理等，为此，在提高设计、工艺水平的同时，应充分认识货车用钢材的现状和发展趋势，进一水平的同时，应充分认识货车用钢材的现状和发展趋势，进

4、一步加强铁路与冶金行业的合作，以优质的材料来促进铁路车辆步加强铁路与冶金行业的合作，以优质的材料来促进铁路车辆工业的迅速发展。工业的迅速发展。2 2 货车用钢材概况货车用钢材概况2.1 2.1 国外铁路货车用钢材概况国外铁路货车用钢材概况 重载运输比较发达的国家主要是：重载运输比较发达的国家主要是：美国、加拿大、澳大利亚、南美国、加拿大、澳大利亚、南非、巴西非、巴西等国，其中主要以美国为代表，其铁路货车技术一直都代表等国，其中主要以美国为代表，其铁路货车技术一直都代表着世界最先进的水平。美国在上世纪着世界最先进的水平。美国在上世纪3030年代就开始研究耐候钢并在铁年代就开始研究耐候钢并在铁路货

5、车上进行了应用，随着铁路货车技术水平的不断发展，为了提高路货车上进行了应用，随着铁路货车技术水平的不断发展，为了提高运能，最大可能的降低车辆自重，提高载重，近十几年来美国在铁路运能，最大可能的降低车辆自重，提高载重，近十几年来美国在铁路货车上大量采用了铝合金和不锈钢材料，但其主要受力部件仍采用高货车上大量采用了铝合金和不锈钢材料，但其主要受力部件仍采用高强度耐候钢和高强度低合金钢强度耐候钢和高强度低合金钢, ,主要以高强度耐候钢为主。美国铁路主要以高强度耐候钢为主。美国铁路货车采用的耐候钢屈服强度一般都不超过货车采用的耐候钢屈服强度一般都不超过345MPa,345MPa,结构钢符合结构钢符合A

6、STM ASTM A242A242的要求，板材符合的要求，板材符合ASTM A606ASTM A606的要求，其机械性能见表的要求，其机械性能见表1 1；高强度；高强度低合金钢板符合低合金钢板符合ASTM A607ASTM A607的要求，其机械性能见表的要求，其机械性能见表2 2。板材（厚度50mm）型材（厚度50mm）热轧冷轧定尺板带卷定尺和板带卷抗拉强度（MPa）480450450485屈服强度（MPa）340310310345延伸率（%）22222221耐大气腐蚀性约是普通碳素钢的两倍牌号45牌号50牌号55牌号60牌号65牌号70抗拉强度（MPa）380410450480520550

7、屈服强度（MPa）310340380410450480延伸率（%）热轧252220181614冷轧222018161514耐大气腐蚀性和普通碳素钢相当（如指定含铜钢，则是普通碳素钢两倍）表1：美国铁路货车用高强度耐候钢机械性能表2：美国铁路货车用高强度低合金钢机械性能 由表由表1 1、表、表2 2可以看出，随着强度的提高，材料的耐大气腐可以看出，随着强度的提高，材料的耐大气腐蚀性和延伸率会有所降低。蚀性和延伸率会有所降低。 加拿大铁路货车的发展趋势基本上和美国一致加拿大铁路货车的发展趋势基本上和美国一致, , 目前正在目前正在大力发展铝合金和不锈钢车；澳大利亚铁路货车已在逐步淘汰大力发展铝合金

8、和不锈钢车；澳大利亚铁路货车已在逐步淘汰耐候钢，向不锈钢发展；南非是采用不锈钢车体最早的国家之耐候钢，向不锈钢发展；南非是采用不锈钢车体最早的国家之一，目前也正在大力发展不锈钢车。一，目前也正在大力发展不锈钢车。 近几年来，俄罗斯铁路货车也得到了大力发展，现阶段其近几年来，俄罗斯铁路货车也得到了大力发展，现阶段其主要车型的轴重为主要车型的轴重为23t23t，已开发了，已开发了27t27t轴重货车，正在研制轴重货车，正在研制30t30t轴轴重货车。重货车。 俄罗斯铁路货车材料主要以耐候钢为主，俄罗斯铁路货车材料主要以耐候钢为主， 20012001年以年以前，俄罗斯铁路货车主要采用强度级为前，俄罗

9、斯铁路货车主要采用强度级为295295、325325、345345三种等级三种等级耐候钢，其屈服强度都不超过耐候钢，其屈服强度都不超过345 MPa345 MPa；20022002年研制了强度级为年研制了强度级为390390的耐候钢，其屈服强度为的耐候钢，其屈服强度为390 MPa390 MPa，在新造货车上以得到了，在新造货车上以得到了广泛应用，俄罗斯耐候钢的机械性能见表广泛应用，俄罗斯耐候钢的机械性能见表3 3。强度级295 强度级325 强度级345 强度级390强度极限（MPa）440450490530屈服极限（MPa）305325345390延伸率（%）21212119耐大气腐蚀性为

10、普通碳素钢的两倍以上不到普通碳素钢两倍表3：俄罗斯铁路货车用耐候钢机械性能 由表由表3 3可以看出，随着强度的提高，材料的耐大气腐蚀性和可以看出，随着强度的提高，材料的耐大气腐蚀性和延伸率会逐渐降低。延伸率会逐渐降低。 2002 2002年，俄罗斯钢铁公司开始为铁路货车研制强度级为年，俄罗斯钢铁公司开始为铁路货车研制强度级为400400500500的高强度耐候钢，目前该类型钢材的化学成分和机械性能的高强度耐候钢，目前该类型钢材的化学成分和机械性能都已确定，正在进行各项综合试验，其主要机械性能见表都已确定，正在进行各项综合试验，其主要机械性能见表4 4。用于车体承载部件用钢用于车体防护部件用钢牌

11、 号14 122082101214强度极限（MPa）530600600530530530屈服极限（MPa）410500500420420420延伸率（%）222218211919耐大气腐蚀性高于普通碳素钢表4：俄罗斯高强度耐候钢机械性能2.2 2.2 中国铁路货车用钢材现状中国铁路货车用钢材现状2.2.1 2.2.1 铁路货车用钢材发展历程铁路货车用钢材发展历程 19491949年新中国成立后，中国铁路货车主要经历了两个发展年新中国成立后，中国铁路货车主要经历了两个发展阶段，第一阶段是从阶段，第一阶段是从19491949年至年至19571957年的仿制国外产品阶段，第年的仿制国外产品阶段，第二

12、阶段是从二阶段是从19571957年至今的自行设计、自主创新阶段。在这两个年至今的自行设计、自主创新阶段。在这两个阶段中，阶段中，我国铁路货车用钢材主要经历了钢木混合、碳素钢、我国铁路货车用钢材主要经历了钢木混合、碳素钢、低合金钢、耐候钢、高强度耐候钢等几个阶段，低合金钢、耐候钢、高强度耐候钢等几个阶段，20032003年以后，年以后，在专用货车上采用了铝合金和不锈钢材料，铁路货车用钢材发在专用货车上采用了铝合金和不锈钢材料，铁路货车用钢材发展历程展历程见表见表5 5。时 间(年)专用货车通用货车主要材料主要材料中梁主要型钢主要板材备注中梁主要型钢主要板材备注19491978A3A3A3同Q2

13、35-A1978198509VQ235-AF09MnCuPTi1985200309V09PCuXtQ235-AF09CuPCrNiC63型敞车09V09PCuXtQ235-AF09CuPTiRE2001200309VQ400NQR109CuPCrNiC76型敞车09V09PCuXtQ235-AF09CuPCrNi2 0 0 3 今Q450NQR1铝合金铝合金C80型敞车Q450NQR1主要用于70t级货车Q450NQR1不锈钢不锈钢C80B型敞车表5：我国铁路货车用材料统计表 美国早在美国早在3030年代就开始采用耐候钢，称为年代就开始采用耐候钢，称为CortenCorten钢。我国钢。我国从

14、从6060年代开始仿制耐候钢，年代开始仿制耐候钢，19671967年首次试用于铁路车辆制造。年首次试用于铁路车辆制造。19781978年前后，铁道部与冶金部合作，试验将铁路货车车体结构年前后，铁道部与冶金部合作，试验将铁路货车车体结构用金属材料由普通碳钢转为耐大气腐蚀钢，用金属材料由普通碳钢转为耐大气腐蚀钢，19851985年开始在铁路年开始在铁路货车上应用，货车上应用，19901990年起新造货车全部采用耐候钢。目前年起新造货车全部采用耐候钢。目前, ,我国铁我国铁路货车使用较多的耐候钢牌号有路货车使用较多的耐候钢牌号有09CuPTiRE09CuPTiRE、09CuPCrNi09CuPCrN

15、i和和Q450NQR1Q450NQR1等，屈服极限分别为等，屈服极限分别为295MPa295MPa、345MPa345MPa和和450MPa450MPa。09CuPTiRE09CuPTiRE从从19851985年开始在年开始在60t60t级通用货车上大批量应用；级通用货车上大批量应用；09CuPCrNi09CuPCrNi从从19881988年开始在年开始在C63AC63A型敞车上得到广泛应用，型敞车上得到广泛应用，20012001年年取代了取代了09CuPTiRE09CuPTiRE，主要应用于，主要应用于60t60t级通用货车；级通用货车；Q450NQR1Q450NQR1主要主要应用于应用于7

16、0t70t级铁路货车。级铁路货车。2.2.2 2.2.2 不同车型采用不同材料不同车型采用不同材料 铁路货车按用途主要分为通用货车、铁路货车按用途主要分为通用货车、 专用货车和长大货物专用货车和长大货物车，车， 由于不同车型的特点不同，由于不同车型的特点不同， 其一般所采用的钢材也不相其一般所采用的钢材也不相同，但不同车型采用的转向架、车钩等基本相同，现将我国现同，但不同车型采用的转向架、车钩等基本相同，现将我国现阶段不同车型的车体材料、转向架材料、车钩材料描述如下：阶段不同车型的车体材料、转向架材料、车钩材料描述如下： 2.2.2.12.2.2.1转向架转向架 转向架的车轮、车轴采用专用钢制

17、造，在此不再详述，主要转向架的车轮、车轴采用专用钢制造，在此不再详述，主要说明摇枕、侧架材料。说明摇枕、侧架材料。 目前，我国铁路货车转向架摇枕、侧架主要采用三种材质：目前，我国铁路货车转向架摇枕、侧架主要采用三种材质：B B级钢、级钢、B+B+级钢、级钢、C C级钢。级钢。C C级钢的强度级别较高，但由于其焊接性级钢的强度级别较高，但由于其焊接性能不良，焊接时所需额外附加条件多，因此未能在我国铁路货车能不良，焊接时所需额外附加条件多，因此未能在我国铁路货车中广泛应用；中广泛应用；B B级钢和级钢和B+B+级钢的焊接性能好，焊接附加条件少，在级钢的焊接性能好，焊接附加条件少，在我国铁路货车中得

18、到了大量应用。我国铁路货车中得到了大量应用。 由于由于B B级钢和级钢和B+B+级钢的强度级别不是很高，在一定程度上限制级钢的强度级别不是很高，在一定程度上限制了我国铁路货车转向架轻量化的发展。了我国铁路货车转向架轻量化的发展。因此，研制高强度、焊接因此，研制高强度、焊接性能好、焊接附加条件少的优良铸钢材质，是铁路货车转向架用性能好、焊接附加条件少的优良铸钢材质，是铁路货车转向架用钢材的一个主要发展方向。钢材的一个主要发展方向。2.2.2.22.2.2.2车钩车钩 车钩对材料的要求是强度高、耐磨性好、较好的焊接性能，目车钩对材料的要求是强度高、耐磨性好、较好的焊接性能，目前，我国铁路货车车钩主

19、要采用前，我国铁路货车车钩主要采用E E级钢，该材料较好的满足了我国级钢，该材料较好的满足了我国铁路货车的运用要求，但还是经常出现钩舌断裂、钩体磨耗严重等铁路货车的运用要求，但还是经常出现钩舌断裂、钩体磨耗严重等质量问题，而在质量问题，而在E E级钢基础上要进一步提高强度和耐磨性，只能增级钢基础上要进一步提高强度和耐磨性，只能增加热处理的次数，但热处理次数的增加又会导致材料焊接性能的进加热处理的次数，但热处理次数的增加又会导致材料焊接性能的进一步的恶化。一步的恶化。因此，是否能够研制出在既有因此，是否能够研制出在既有E E级钢基础上强度、耐级钢基础上强度、耐磨性提高磨性提高10%10%以上且焊

20、接性能不变或能够进一步改善的新型钢材，以上且焊接性能不变或能够进一步改善的新型钢材，是铁路货车车钩用钢材的一个主要发展方向。是铁路货车车钩用钢材的一个主要发展方向。2.2.2.3 2.2.2.3 通用货车车体通用货车车体 我国现有通用货车我国现有通用货车6060多万辆，占所有铁路货车的多万辆，占所有铁路货车的95%95%以上，以上，其中敞车约占其中敞车约占60%60%。我国既有通用货车车体材料主要以耐候钢为。我国既有通用货车车体材料主要以耐候钢为主，主，60t60t级通用货车车体材料主要采用级通用货车车体材料主要采用09CuPTiRE09CuPTiRE和和09CuPCrNi09CuPCrNi耐

21、耐候钢，候钢，60t60t级通用货车目前已全面停产；级通用货车目前已全面停产；70t70t级通用货车车体材料级通用货车车体材料主要采用主要采用Q450NQR1Q450NQR1高强度耐候钢。高强度耐候钢。 20072007年，研制了年，研制了C70BC70B型不锈钢通用敞车，已投入运用考验，型不锈钢通用敞车，已投入运用考验，但未进行批量生产。但未进行批量生产。 由于通用货车装、卸货条件复杂，运用条件恶劣，车体腐蚀由于通用货车装、卸货条件复杂，运用条件恶劣，车体腐蚀严重，维修工作量大，目前正在探讨通用货车采用不锈钢材料的严重，维修工作量大，目前正在探讨通用货车采用不锈钢材料的可行性。可行性。2.2

22、.2.4 2.2.2.4 专用货车车体专用货车车体 我国专用货车主要用于大秦线，目前保有我国专用货车主要用于大秦线，目前保有C80BC80B型敞车型敞车2.32.3万万辆、辆、C80C80型敞车型敞车54005400辆，专用货车共计近辆，专用货车共计近2.92.9万辆。其中万辆。其中C80BC80B型敞型敞车车体与货物接触部位采用不锈钢材料，主要承载部位采用车车体与货物接触部位采用不锈钢材料，主要承载部位采用Q450NQR1Q450NQR1高强度耐候钢；高强度耐候钢；C80C80型敞车车体与货物接触部位采用铝型敞车车体与货物接触部位采用铝合金材料，主要承载部位采用合金材料，主要承载部位采用Q4

23、50NQR1Q450NQR1高强度耐候钢。高强度耐候钢。2.2.2.5 2.2.2.5 长大货物车长大货物车 我国长大货物车的整体水平已经达到了世界先进水平，长大货物车我国长大货物车的整体水平已经达到了世界先进水平，长大货物车对制造工艺、对制造工艺、 材料性能的要求都很高，材料性能的要求都很高， 为了降低自重、保证运行可靠为了降低自重、保证运行可靠性，长度货物车都选用高强度材料，其屈服极限一般都在性，长度货物车都选用高强度材料，其屈服极限一般都在680MPa680MPa以上。以上。 2006 2006年以前，我国长大货物车材料主要采用从日本进口的年以前，我国长大货物车材料主要采用从日本进口的W

24、EL-780AWEL-780A和从德国进口的和从德国进口的DILLIMAX690TDILLIMAX690T，该两种材料强度高、轧制均匀性好、焊，该两种材料强度高、轧制均匀性好、焊接性能好、接性能好、 焊接变形小，且能够满足不同厚度的需求。焊接变形小，且能够满足不同厚度的需求。 20062006年，为了年，为了节约成本，同时为推动我国高强度钢材的发展，从载重节约成本，同时为推动我国高强度钢材的发展，从载重450t450t落下孔车开落下孔车开始，长大货物车开始采用国产高强度钢，主要有始，长大货物车开始采用国产高强度钢，主要有HG785EHG785E和和HG690HG690，经过，经过实际运用后，发

25、现该两种材料主要缺点是：轧制均匀性不好、局部地方实际运用后，发现该两种材料主要缺点是：轧制均匀性不好、局部地方存在夹层和气孔。长大货物车有时需要厚度存在夹层和气孔。长大货物车有时需要厚度200mm200mm的钢板，但国产高强的钢板，但国产高强度钢厚度系列少，最大厚度仅为度钢厚度系列少，最大厚度仅为50mm50mm，不能满足使用要求。，不能满足使用要求。 因此，研制强度高、轧制均匀、焊接性好、厚度系列多的高强度钢因此，研制强度高、轧制均匀、焊接性好、厚度系列多的高强度钢材是推动我国铁路长大货物车乃至其他制造业发展的一个主要因素。材是推动我国铁路长大货物车乃至其他制造业发展的一个主要因素。2.2.

26、3 2.2.3 不锈刚不锈刚 铁路货车采用不锈钢材质主要是为了降低车辆自重铁路货车采用不锈钢材质主要是为了降低车辆自重, ,提高运能提高运能; ;寿命期内免截换寿命期内免截换, ,减小维修工作量。目前，不锈钢材料主要用于专减小维修工作量。目前，不锈钢材料主要用于专用货车上，通用货车基本没有采用，其主要原因是：用货车上，通用货车基本没有采用，其主要原因是： （1 1）通用货车数量多，采用不锈钢材料初次投入大；通用货车数量多，采用不锈钢材料初次投入大； （2 2）不锈钢材料对焊接、切割下料等工艺要求很高，在大批量不锈钢材料对焊接、切割下料等工艺要求很高，在大批量生产时，质量难以保证；生产时，质量难

27、以保证； 但是随着国产不锈钢材料的不断发展，但是随着国产不锈钢材料的不断发展， 焊接性能有了极大改焊接性能有了极大改善，焊缝疲劳可靠性有了极大提高，目前我国国产不锈钢善，焊缝疲劳可靠性有了极大提高，目前我国国产不锈钢T4003T4003的的各项性能已达到世界先进水平，不锈钢材料将是我国铁路货车未来各项性能已达到世界先进水平，不锈钢材料将是我国铁路货车未来用钢的主要发展方向。用钢的主要发展方向。 2.2.4 2.2.4 耐候钢耐候钢2.2.4.12.2.4.1耐候钢的防腐机理耐候钢的防腐机理 耐候钢又称耐大气腐蚀钢，主要指含铜钢，耐候钢相对于普耐候钢又称耐大气腐蚀钢，主要指含铜钢，耐候钢相对于普

28、通钢材来说，其最大的特点是具备一定的耐腐蚀性能，由于这类通钢材来说，其最大的特点是具备一定的耐腐蚀性能，由于这类钢材含有钢材含有CuCu和和P P，因此其耐蚀性相对碳素钢有相当的改善，通常认，因此其耐蚀性相对碳素钢有相当的改善，通常认为其寿命可延长一倍左右。当然耐候钢并非不锈钢，其耐候性的为其寿命可延长一倍左右。当然耐候钢并非不锈钢，其耐候性的机理是锈蚀一段时间后由于表面机理是锈蚀一段时间后由于表面 CuCu、P P 等微量元素富集，形成一等微量元素富集，形成一层致密的非晶态锈层组织，并与基体牢固地结合。这一稳定化锈层致密的非晶态锈层组织，并与基体牢固地结合。这一稳定化锈层能够在一定程度上抵御

29、大气中水气及有害离子的侵入，防止或层能够在一定程度上抵御大气中水气及有害离子的侵入，防止或极大地延缓基体金属进一步锈蚀。在一般大气环境下，耐候钢稳极大地延缓基体金属进一步锈蚀。在一般大气环境下，耐候钢稳定化锈层的生成依据所处条件可能需要几年的时间。定化锈层的生成依据所处条件可能需要几年的时间。 由于铁路货车长时间处于大气环境条件下，受到大气中温由于铁路货车长时间处于大气环境条件下，受到大气中温度、湿度、降水和空气污染的作用，同时其所处环境通常并不度、湿度、降水和空气污染的作用，同时其所处环境通常并不固定，运用条件有时相当恶劣。特别是在车厢内部，除受到空固定，运用条件有时相当恶劣。特别是在车厢内

30、部，除受到空气中水、温度和阳光的作用外，还受到货物中酸、碱、盐的影气中水、温度和阳光的作用外，还受到货物中酸、碱、盐的影响、货物装卸时机械的作用和运输、装卸过程中货物与车厢的响、货物装卸时机械的作用和运输、装卸过程中货物与车厢的相互磨擦作用。如此严酷的运用条件使车辆的防护涂装在较短相互磨擦作用。如此严酷的运用条件使车辆的防护涂装在较短的时间内发生损坏，进而会造成钢板的腐蚀和磨损，在此情况的时间内发生损坏，进而会造成钢板的腐蚀和磨损，在此情况下主要依靠材料本身的性能，这也就是货车车体使用耐候钢后下主要依靠材料本身的性能，这也就是货车车体使用耐候钢后其使用寿命明显优于原普通碳钢的主要原因。其使用寿

31、命明显优于原普通碳钢的主要原因。2.2.4.22.2.4.2耐候钢在铁路货车上的运用耐候钢在铁路货车上的运用 （1 1）使用情况）使用情况 2004 2004年年1111月月1 1日日1212月月3131日日, ,对现有耐候钢车辆的腐蚀、磨损情对现有耐候钢车辆的腐蚀、磨损情况进行了详细调研况进行了详细调研, ,调研对象为大秦线运用车和进行厂修的车辆，调研对象为大秦线运用车和进行厂修的车辆，总共调研货车数为总共调研货车数为14561456辆。调研结果如下辆。调研结果如下: : 在所有通用货车中，在所有通用货车中， 敞车车体腐蚀最为严重，敞车车体腐蚀最为严重， 尤其是车体内尤其是车体内侧，敞车车体

32、内侧钢板的损耗主要是由于腐蚀和磨损造成的；车体侧，敞车车体内侧钢板的损耗主要是由于腐蚀和磨损造成的；车体外侧长时间处于大气环境条件下，通常不直接与货物接触，依靠涂外侧长时间处于大气环境条件下，通常不直接与货物接触，依靠涂料保护，发生减薄的主要原因是腐蚀；车体内侧虽然在新造时有保料保护，发生减薄的主要原因是腐蚀；车体内侧虽然在新造时有保护涂层，但硬度和厚度有限，在车辆运用过程中由于货物的磨擦和护涂层，但硬度和厚度有限，在车辆运用过程中由于货物的磨擦和碰撞很快就被损坏，转而主要依靠材料本身的性能，而耐候钢耐腐碰撞很快就被损坏，转而主要依靠材料本身的性能，而耐候钢耐腐蚀性的产生依赖于锈层的逐渐稳定，

33、这一过程需要在无严重污染的蚀性的产生依赖于锈层的逐渐稳定，这一过程需要在无严重污染的条件下才能完成，并且达到完全稳定需要持续较长的时间。条件下才能完成，并且达到完全稳定需要持续较长的时间。 由于敞车内侧受到货物的磨擦和杂质的影响，耐候钢锈层经由于敞车内侧受到货物的磨擦和杂质的影响，耐候钢锈层经常会被破坏，也难以达到完全稳定。根据现场观察，车体内表面常会被破坏，也难以达到完全稳定。根据现场观察，车体内表面锈层存在成片剥落现象，剥落后的新表面颜色相对较浅，而非稳锈层存在成片剥落现象，剥落后的新表面颜色相对较浅，而非稳定锈层的深褐色。因此，敞车钢板减薄主要是受到腐蚀和磨损的定锈层的深褐色。因此，敞车

34、钢板减薄主要是受到腐蚀和磨损的双重作用，二者是相互促进的。在保护性涂层完好的情况下磨损双重作用，二者是相互促进的。在保护性涂层完好的情况下磨损的主要是涂层，涂层破坏后则对母材进行腐蚀，这是敞车内侧腐的主要是涂层，涂层破坏后则对母材进行腐蚀，这是敞车内侧腐蚀最严重的主要原因。通用敞车下部钢板的平均腐蚀、磨损速率蚀最严重的主要原因。通用敞车下部钢板的平均腐蚀、磨损速率为每年为每年0.08mm0.08mm0.21mm0.21mm，门板能够达到，门板能够达到0.25mm0.25mm。 C63A C63A型敞车主要用于大秦线，虽然装卸时采用机械化作业，但型敞车主要用于大秦线，虽然装卸时采用机械化作业，但

35、由于煤炭的硬度与钢铁相差较大，又属散装货物，对钢材的冲击由于煤炭的硬度与钢铁相差较大，又属散装货物，对钢材的冲击和磨损并不算严重，这是和磨损并不算严重，这是C63AC63A型敞车腐蚀状态较通用敞车轻的主型敞车腐蚀状态较通用敞车轻的主要原因，要原因，C63AC63A型敞车钢板平均减薄速率为每年型敞车钢板平均减薄速率为每年0.06mm0.06mm0.12mm0.12mm。 通用敞车的运输对象除煤和矿石等散装货物外，还包括如钢材通用敞车的运输对象除煤和矿石等散装货物外，还包括如钢材等质量和硬度与车体钢材相当或更高的货物，再加上机械和人工装等质量和硬度与车体钢材相当或更高的货物，再加上机械和人工装卸过

36、程中对车体的碰撞和损坏，冲击和磨损情况比专用敞车严重。卸过程中对车体的碰撞和损坏，冲击和磨损情况比专用敞车严重。如如C62BC62B的侧柱加强板从上到下厚度呈梯度减薄，接近门口下缘处最的侧柱加强板从上到下厚度呈梯度减薄，接近门口下缘处最甚。这也从另一角度说明磨蚀的严重程度。从杂质的角度考虑，煤甚。这也从另一角度说明磨蚀的严重程度。从杂质的角度考虑，煤炭中虽然有水和酸、碱、硫及氯离子等存在，但相对条件还属比较炭中虽然有水和酸、碱、硫及氯离子等存在，但相对条件还属比较温和；通用敞车的运输货物组成复杂，可能遇到如强酸、强碱和高温和；通用敞车的运输货物组成复杂，可能遇到如强酸、强碱和高浓度的盐类等极具

37、腐蚀性的情形，条件要恶劣得多。这是通用敞车浓度的盐类等极具腐蚀性的情形，条件要恶劣得多。这是通用敞车在所有车型中腐蚀最严重的主要原因。在所有车型中腐蚀最严重的主要原因。 棚车由于内侧有内衬，货物不会直接与钢板接触，棚车由于内侧有内衬，货物不会直接与钢板接触， 涂层不象涂层不象敞车那样容易被损坏，钢材的损耗主要来自腐蚀，钢板腐蚀并不严敞车那样容易被损坏，钢材的损耗主要来自腐蚀，钢板腐蚀并不严重，棚车钢板平均每年腐蚀重，棚车钢板平均每年腐蚀0.05mm0.05mm左右。左右。（2 2）小结）小结 根据调研结果及对结果分析，可得出以下结论：根据调研结果及对结果分析，可得出以下结论： a. a.铁路货

38、车车体使用耐候钢后其使用寿命明显优于普通碳铁路货车车体使用耐候钢后其使用寿命明显优于普通碳钢车体。钢车体。 b.C63A b.C63A型敞车使用了型敞车使用了09CuPCrNi09CuPCrNi耐候钢，而其他车辆使用的耐候钢，而其他车辆使用的是是09CuPTiRE09CuPTiRE，两种材料牌号不同，虽然据文献报道其耐大气腐，两种材料牌号不同，虽然据文献报道其耐大气腐蚀性能相近，但实际使用中二者之间是否有差别尚不能判定。蚀性能相近，但实际使用中二者之间是否有差别尚不能判定。 c. c.铁路车辆的设计寿命为铁路车辆的设计寿命为2525年，如果希望在这一运用期间年，如果希望在这一运用期间内不进行钢

39、板截换且保证车辆强度满足使用要求，则目前使用内不进行钢板截换且保证车辆强度满足使用要求，则目前使用的耐候钢材料尚不能满足要求。的耐候钢材料尚不能满足要求。2.2.4.3 2.2.4.3 耐候钢机械性能耐候钢机械性能 目前，我国铁路货车主要采用目前，我国铁路货车主要采用09CuPTiRE09CuPTiRE、09CuPCrNi09CuPCrNi和和Q450NQR1Q450NQR1三种耐候钢，其主要机械性能见表三种耐候钢，其主要机械性能见表6 6。钢 材厚度规格屈服极限（MPa）强度极限（MPa）延伸率（%）冲击功（J）（-40）Q450NQR16mm450 550 2260（厚度12mm）6142

40、014181909CuPCrNi-A345 480 242109CuTiRe-A295 390 242109V295 440 2123.2表6：我国现有主要耐候钢机械性能 09CuPTiRE 09CuPTiRE和和09CuPCrNi09CuPCrNi两种耐候钢中，除屈服极限和强度极两种耐候钢中，除屈服极限和强度极限不同外，其余性能基本都相同，我国限不同外，其余性能基本都相同，我国60t60t级铁路货车最初采用的级铁路货车最初采用的耐候钢就是耐候钢就是09CuPTiRE09CuPTiRE，在，在20012001年才大量采用年才大量采用09CuPCrNi09CuPCrNi，该两种，该两种材料机械性

41、能稳定，焊接性能好，且具有良好的延展性能，抽样材料机械性能稳定，焊接性能好，且具有良好的延展性能，抽样试验表明其各项性能指标都能够达到各自标准要求。为我国铁路试验表明其各项性能指标都能够达到各自标准要求。为我国铁路货车的发展做出了很大贡献。货车的发展做出了很大贡献。 屈服强度为屈服强度为450MPa 450MPa 的的Q450NQR1Q450NQR1高强度耐候钢的研制成功，为高强度耐候钢的研制成功，为我国铁路货车轻量化设计奠定了夯实的基础，其各项机械性能指我国铁路货车轻量化设计奠定了夯实的基础，其各项机械性能指标都达到了世界先进水平，但根据实际运用结果来看，该材料主标都达到了世界先进水平，但根

42、据实际运用结果来看，该材料主要有以下几点缺点：要有以下几点缺点： （1 1）耐大气腐蚀性虽然比普通碳素钢好，但还是达不到车耐大气腐蚀性虽然比普通碳素钢好，但还是达不到车辆使用的要求，需进一步提高。辆使用的要求，需进一步提高。 （2 2）不同钢厂生产的材料延伸率变化范围较大，厚度较大不同钢厂生产的材料延伸率变化范围较大，厚度较大的钢板延伸率有时还达不到标准要求。的钢板延伸率有时还达不到标准要求。 （3 3）该材质对高温敏感度大，难以进行火焰校正。该材质对高温敏感度大，难以进行火焰校正。 根据国外铁路货车耐候钢的发展过程来看，当钢材的强度根据国外铁路货车耐候钢的发展过程来看，当钢材的强度提高时，其

43、耐大气腐蚀性、延伸率、焊接性能都会受到影响。提高时，其耐大气腐蚀性、延伸率、焊接性能都会受到影响。Q450NQR1Q450NQR1的强度已经基本能够满足铁路货车的运用要求，但在的强度已经基本能够满足铁路货车的运用要求，但在此强度基础上，还需要进一步提高其耐大气腐蚀性、延伸率、此强度基础上，还需要进一步提高其耐大气腐蚀性、延伸率、轧制工艺稳定性等性能，更好的满足铁路货车用钢的需求。轧制工艺稳定性等性能，更好的满足铁路货车用钢的需求。3 3 铁路货车对钢材的需求趋向铁路货车对钢材的需求趋向 铁路货车的生产正在由单一品种、大批量向多品种、小批量铁路货车的生产正在由单一品种、大批量向多品种、小批量的方

44、向发展，铁路货车的出口也将不断地增加，对铁路货车的性的方向发展，铁路货车的出口也将不断地增加，对铁路货车的性能参数和制造水平的要求也将越来越高。因此，对铁路货车用钢能参数和制造水平的要求也将越来越高。因此，对铁路货车用钢材的品种和性能也会有更多、更高的需求。从目前生产情况和长材的品种和性能也会有更多、更高的需求。从目前生产情况和长远分析，对钢材的需求趋向主要有以下几个方面。远分析，对钢材的需求趋向主要有以下几个方面。 3.1 3.1 耐大气腐蚀性耐大气腐蚀性 09CuPTiRE09CuPTiRE和和09CuPCrNi09CuPCrNi不能满足铁路货车寿命期不能满足铁路货车寿命期2525年内免年

45、内免截换的要求。截换的要求。Q450NQR1Q450NQR1是现阶段我国铁路货车的主要用钢，其是现阶段我国铁路货车的主要用钢，其耐大气腐蚀性不比耐大气腐蚀性不比09CuPCrNi09CuPCrNi高高, ,因此因此, ,提高耐大气腐蚀性是我提高耐大气腐蚀性是我国铁路货车用耐候钢未来发展的主要方向之一。国铁路货车用耐候钢未来发展的主要方向之一。 Q450NQR1Q450NQR1高强度耐候钢在我国高强度耐候钢在我国70t70t级、级、80t80t级铁路货车上广级铁路货车上广泛应用，很好的满足了我国铁路货车的发展需要。目前，我公泛应用，很好的满足了我国铁路货车的发展需要。目前，我公司正在与各钢厂合作

46、研究提高司正在与各钢厂合作研究提高Q450NQR1Q450NQR1耐候钢的耐腐性，预计耐候钢的耐腐性，预计Q450NQR1Q450NQR1耐候钢的耐腐性将会在现有基础上提高耐候钢的耐腐性将会在现有基础上提高30%30%以上。届以上。届时，时，Q450NQR1Q450NQR1将会更好的满足铁路货车的发展需求。将会更好的满足铁路货车的发展需求。 3.2 3.2 机械性能机械性能 （1 1）强度等级）强度等级 Q450NQR1Q450NQR1的屈服强度为的屈服强度为450MPa450MPa，其强度等级基本能够满足铁，其强度等级基本能够满足铁路货车的发展需求，因为铁路货车设计时，强度只是其考核标准路货

47、车的发展需求，因为铁路货车设计时，强度只是其考核标准之一，提高材料强度的最大目的就是为了降低车辆自重，而降低之一，提高材料强度的最大目的就是为了降低车辆自重，而降低自重就要使钢材厚度减薄，厚度减薄就会使车辆的刚度、疲劳可自重就要使钢材厚度减薄，厚度减薄就会使车辆的刚度、疲劳可靠性降低。同时，材料强度等级提高时，其相应的其他性能如延靠性降低。同时，材料强度等级提高时，其相应的其他性能如延伸率、焊接性能、耐大气腐蚀性等会相应减小。伸率、焊接性能、耐大气腐蚀性等会相应减小。 因此，因此，Q450NQR1Q450NQR1的强度等级没有进一步提高的必要性。但为的强度等级没有进一步提高的必要性。但为了未来

48、铁路货车的发展需要，应该进一步完善屈服强度为了未来铁路货车的发展需要，应该进一步完善屈服强度为550MPa550MPa的耐候钢各项性能指标，作为技术储备。的耐候钢各项性能指标，作为技术储备。（2 2）延伸率）延伸率 延伸率是铁路货车用钢最重要的指标之一，铁路货车采用了延伸率是铁路货车用钢最重要的指标之一，铁路货车采用了大量的冷弯型钢，而冷弯型钢的成型、弯角大小主要由材料的延大量的冷弯型钢，而冷弯型钢的成型、弯角大小主要由材料的延伸率来确定，如果延伸率小，则冷弯型钢的弯角半径就会很大，伸率来确定，如果延伸率小，则冷弯型钢的弯角半径就会很大，在很多情况下不能满足应用要求。在很多情况下不能满足应用要

49、求。09CuPTiRE09CuPTiRE和和09CuPCrNi 09CuPCrNi 两种两种耐候钢具有良好的压延性能，耐候钢具有良好的压延性能， 用该材料制造的冷弯型钢成型美用该材料制造的冷弯型钢成型美观，裂纹产生几率少；随着强度的提高，相对来说观，裂纹产生几率少；随着强度的提高，相对来说Q450NQR1Q450NQR1的延的延伸率有所降低，伸率有所降低， 厚度较厚的板材延伸率有时还难以达到标准要厚度较厚的板材延伸率有时还难以达到标准要求，且不同钢厂生产的钢材延伸率相差较大，给货车制造带来了求，且不同钢厂生产的钢材延伸率相差较大，给货车制造带来了一定得困难。一定得困难。 其实不仅是材料在制作冷

50、弯型钢和压型件时对延伸率有要其实不仅是材料在制作冷弯型钢和压型件时对延伸率有要求，货车车体在运行过程中并不是一个完全的刚体，在纵向、求，货车车体在运行过程中并不是一个完全的刚体，在纵向、垂向等载荷作用下，车体会有一定的弹性变形，特别是平车，垂向等载荷作用下，车体会有一定的弹性变形，特别是平车，车体刚度小挠度大，在垂向载荷作用下，变形较大，这就需要车体刚度小挠度大，在垂向载荷作用下，变形较大，这就需要材料有良好的塑性，即有较高的延伸率。另外，良好的塑性和材料有良好的塑性，即有较高的延伸率。另外，良好的塑性和韧性也是材料焊接性能的重要保证之一。韧性也是材料焊接性能的重要保证之一。 因此，提高延伸率

51、是铁路货车用钢的一个主要需求趋向。因此，提高延伸率是铁路货车用钢的一个主要需求趋向。 3.3 3.3 焊接性能焊接性能 铁路货车铁路货车80%80%以上的连接方式采用焊接，因此，铁路货车用以上的连接方式采用焊接，因此，铁路货车用钢材的焊接性能是铁路货车可靠性和安全性的重要保障之一。钢材的焊接性能是铁路货车可靠性和安全性的重要保障之一。 09CuPTiRE09CuPTiRE和和09CuPCrNi09CuPCrNi两种材料经过长时间的运用考验，具两种材料经过长时间的运用考验，具有良好的焊接性能，且其焊接规范、焊丝等已制定成了标准。有良好的焊接性能，且其焊接规范、焊丝等已制定成了标准。Q450NQR

52、1Q450NQR1研制成功后，在各货车制造单位和钢厂的共同努力下，研制成功后，在各货车制造单位和钢厂的共同努力下，经过大量的焊接试验，制定了经过大量的焊接试验，制定了Q450NQR1Q450NQR1钢材的焊接规范，经过几钢材的焊接规范，经过几年的实际运用考验，证明年的实际运用考验，证明Q450NQR1Q450NQR1具有较好的焊接性能。具有较好的焊接性能。 铁路货车对钢材的焊接性能主要有一下几点要求：铁路货车对钢材的焊接性能主要有一下几点要求： （1 1）在正常工作条件下能够进行焊接，不应附加过多的额在正常工作条件下能够进行焊接，不应附加过多的额外条件，比如焊接环境温度要求、预热要求等。外条件

53、，比如焊接环境温度要求、预热要求等。 （2 2）材料轧制均匀，塑性、韧性好，焊接变形小。材料轧制均匀，塑性、韧性好，焊接变形小。 （3 3）材料的材料的P P、S S含量不应太高，以防止焊接裂纹的产生。含量不应太高，以防止焊接裂纹的产生。 （4 4）焊丝通用性好，额外附加条件少。焊丝通用性好，额外附加条件少。 （5 5）材料研制单位应在对材料焊接性充分研究的基础上，材料研制单位应在对材料焊接性充分研究的基础上，提出该材料的焊接规范。提出该材料的焊接规范。3.4 3.4 热敏感性热敏感性 铁路货车钢结构焊接后不可避免地要遇到火焰矫正，火焰校铁路货车钢结构焊接后不可避免地要遇到火焰矫正，火焰校正温

54、度一般会达过正温度一般会达过10001000。在实际生产中，当采用。在实际生产中，当采用09CuPTiRE09CuPTiRE和和09CuPCrNi09CuPCrNi两种材质时，制造工厂一般可以采取火焰矫正；当采用两种材质时，制造工厂一般可以采取火焰矫正；当采用Q450NQR1Q450NQR1材质时，经过试验，当温度超过材质时，经过试验，当温度超过700700时，对钢材机械性时，对钢材机械性能及晶粒度的有一定的影响，因此能及晶粒度的有一定的影响，因此Q450NQR1Q450NQR1材质火焰校正温度一材质火焰校正温度一般要求不超过般要求不超过680680，但这不能满足火焰校正的要求。因此，在保，但

55、这不能满足火焰校正的要求。因此，在保证材料其他性能的前提下，应尽可能的降低材料的热敏感性。证材料其他性能的前提下，应尽可能的降低材料的热敏感性。3.5 3.5 强度系列化强度系列化 目前，铁路货车基本上都为全钢焊接结构，其各部位的受力目前，铁路货车基本上都为全钢焊接结构，其各部位的受力状态并不一致，拿敞车来说，其底架相对于端、侧墙受力大，而状态并不一致，拿敞车来说，其底架相对于端、侧墙受力大，而底架中中梁、枕梁为全车最主要受力部件，中梁、枕梁主要采用底架中中梁、枕梁为全车最主要受力部件，中梁、枕梁主要采用高强度材料，而端、侧墙主要考虑材料的耐腐蚀性能。因此，铁高强度材料，而端、侧墙主要考虑材料的耐腐蚀性能。因此，铁路货车用钢材应形成强度系列化，主要受力部位可采用高强度钢路货车用钢材应形成强度系列化，主要受力部位可采用高强度钢材，一般受力部位可采用强度级别较低的钢材，材，一般受力部位可采用强度级别较低的钢材， 像地板、端侧像地板、端侧板、底架附属件等部位最希望采用强度级别较低、耐腐性好且价板、底架附属件等部位最希望采用强度级别较低、耐腐性好且价格适中的材料。格适中的材料。3.6 3.6 型钢专用化型钢专用化 铁路货车专用型钢的采用，有效的节约了材料，方便了货铁路货车专用型钢的采用，有效的节约了材料，方便