不銹鋼客車以其經濟耐用、美觀安全等一系列優點,在時速200km以下的軌道交通中有廣闊的應用前景。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”的效果,出現了“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)鋼強度的調質輥壓、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,由于使用環境的緣故以及用于清洗的清潔劑的原因,曾經發生過晶間腐蝕和晶界應力腐蝕斷裂。
通過對12Cr17Ni7(301)鋼的C、Ni、N等成分以及調質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力腐蝕斷裂,實現不銹鋼的高強度化。進一步明確了奧氏體穩定度[Ma(30)]與調質輥壓后的延展以及屈服比的關系。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定度的上升而下降,同一奧氏體的穩定度隨著碳以及氮量而增大;延展性隨著奧氏體穩定度的上升而提高;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,將碳量調整為0.03%以下,并通過氮的添加以及適當成分的比例調整開發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致強度的下降,所以不被采用。基于輕量化的考慮,開發出了雙相不銹鋼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構件用低合金鋼外,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。