SUS301L系列不锈钢在轻量化城轨车辆车体上的应用.doc

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1、SUS301L系列不锈钢在轻量化城轨车体上的应用摘要：本文在综合分析SUS301L系列不锈钢主要特性的基础上，提出了城轨车体的选材思路与原则，并结合城轨车辆的车体结构特点和静强度仿真结果，完成了某B型轻量化不锈钢车体中主要零部件在该系列不锈钢材料中的选用。关键词：SUS301L不锈钢；轻量化；城轨车体；选材0前言打造绿色轨道交通装备已成为当今社会的潜在要求，即在额定牵引功率下，尽可能降低能耗以实现运行的高运能和低成本。在1972年石油危机爆发后到能源愈发匮乏的今天，轻量化成为各种车体的优先发展方向。日系

2、城轨车辆是车体轻量化的代表，与欧系车辆追求舒适、豪华而车体重量较大相比，它最大的特点是在追求实用、可靠的基础上，尽可能减少自重。由于原有的不锈钢板材不能很好满足车体的强度及制造工艺等要求，严重影响了车体轻量化的发展。因此早在1956年，日本东急车辆株式会社和钢企合作，开始自主研发车辆专用的不锈钢材料，其中SUS301L系列不锈钢已成为了国内外城轨车体的主流材料之一。本文分析了SUS301L不锈钢的主要特性及相互关系，并以某B型轻量化不锈钢车体的选材原则及静强度分析为背景，完成车体中相关零部件在该系列不锈

3、钢中的选用。1SUS301L不锈钢材料性能分析适用于车体的不锈钢材料应具备四个条件：强度高、厚度小、焊接性能好、易冷加工。前两者是车体轻量化的基本条件，后两者是车体结构加工成型的必要条件。SUS301L奥氏体不锈钢作为车辆专用的不锈钢材料，分析其各种材料特性、加工性能与车体结构之间的相互关系，可以为车体通过选材进行轻量化提供理论基础。1.1化学成分与抗腐蚀性能不锈钢能在车体上得以广泛应用的前提是具有优良的抗腐蚀性能，这样在设计车体结构的板厚时，不再需要像耐候钢那样留有腐蚀余量。不锈钢的抗腐蚀性，往往是由

4、其化学成分决定的。东急公司开发的第一代真正意义的全不锈钢车体，使用的主要材料为SUS301不锈钢，它是在SUS304不锈钢的基础开发出来的。该钢通过降低Cr、Ni的含量，提高了加工硬化率，但同时碳含量没有降低，而使得其耐晶间腐蚀能力有所下降。所以在第二代全不锈钢车体上，SUS301不锈钢又被SUS301L不锈钢取代。它们的主要差异是后者通过降低C含量改善了焊接接头的抗晶间腐蚀性，同时添加N元素来弥补C降低引起的强度不足。SUS301L不锈钢材料的化学成分见表1[1]。表1SUS301L不锈钢的化学成分材

5、料化学成分，%CrNiCMnPSSiNSUS301LMin16.006.00------Max18.008.000.032.000.0450.0301.000.201.2物理性能与可焊接性在奥氏体、马氏体和铁素体这三种典型的不锈钢中，奥氏体不锈钢的焊接性能是最好的。不过它的焊接性能尤其是弧焊性能，与其它车体材料相比差距还很大，这主要是受以下两点物理性能的制约：1、热膨胀系数大。不锈钢材料的热膨胀系数约为碳钢的1.5倍，使得焊接时同样的热量其变形比普通钢材变形要大很多。2、热导率低，约为碳钢的1/3。因此

6、焊接产生的热量不能很快地分散，大量的热量聚集在焊缝区域。而不锈钢中的奥氏体组织在高温下具有不稳定性，在500℃～800℃时，钢材中Cr的碳化物会沿晶界析出，使得晶界附近因含Cr量下降而出现晶界腐蚀，同时屈服强度和抗拉强度会急剧下降[2]。因此，车体外表面的SUS301L不锈钢板要尽量避免使用电弧焊带来外观及抗腐蚀性能的损害，而普遍采用热输入量很小的点焊工艺。1.3形变强化与冷加工性能SUS301L不锈钢属于稳态奥氏体不锈钢，它经过固溶热处理后，在室温下呈现单相奥氏体组织。单相奥氏体组织的不锈钢本身具有高

7、韧性和塑性，冷加工性能较好。但是其屈服强度和抗拉强度均不高，不能满足车体上大部分承重骨架结构的要求，须利用形变强化的方式来提高其强度，即通过多道冷压延工序，使材料产生一定量的形变马氏体而提高强度。SUS301L不锈钢中N含量较高，增加了奥氏体的稳定性，具有较好的塑性和一定的后续成型能力。它的可压延率较大，且可以通过控制压延率的大小（0%～23%）来获得LT、DLT、ST、MT、HT等五种强度级别的材料。其主要机械性能参数范围在标准[2]里有规定，具体见表2。表2五种不同强度级别SUS301L不锈钢的机械

8、性能材料调质代号屈服强度N/mm2抗拉强度N/mm2伸长率%SUS301L-LT215以上550以上45以上SUS301L–DLT1/4H345以上690以上40以上SUS301L-ST1/2H410以上552以上35以上SUS301L-MT3/4H480以上820以上25以上SUS301L-HTH685以上930以上20以上在形变强化及后续冷加工成型过程中，奥氏体会不断转变成马氏体，由于马氏体硬而脆，它的含量增加在提高钢的强度同时，会降低