高速列車用國產(chǎn)不銹鋼材料火焰調(diào)修工藝

趙延強，劉學之，王素環(huán)，劉永剛，高瑞全

（南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島266000）

高速列車用國產(chǎn)不銹鋼材料火焰調(diào)修工藝

趙延強，劉學之，王素環(huán)，劉永剛，高瑞全

（南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島266000）

以高速列車用典型國產(chǎn)不銹鋼材料厚4 mm SUS301L-HT為研究對象，通過不同溫度條件下的保溫處理并進行噴水急冷，模擬火焰調(diào)修對材料強度及抗晶間腐蝕性能的影響。試驗結(jié)果表明，調(diào)修溫度不大于550℃，并采用水冷的調(diào)修工藝能保證不銹鋼材料SUS301L-HT的機械性能和抗晶間腐蝕性能。

火焰調(diào)修；力學性能；抗晶間腐蝕

0 前言

不銹鋼具有優(yōu)良的綜合力學性能、良好的耐腐蝕性能和很高的低溫沖擊韌性[1]，在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于軌道車輛、航空、船舶等行業(yè)。近年來，隨著國內(nèi)不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)具備大批量生產(chǎn)鐵路車輛用不銹鋼材料的能力，我國軌道車輛用不銹鋼板逐漸由進口板材過渡到國產(chǎn)板材。在軌道車輛制造過程中，冷彎成型及焊接均會造成零件的變形，為消除變形需要對不銹鋼材質(zhì)零部件進行必要的火焰加熱調(diào)修。

火焰調(diào)修是利用金屬熱脹冷縮的物理特性，使火焰局部加熱金屬膨脹部分受到周圍冷金屬的制約而產(chǎn)生塑性變形，冷卻后壓縮塑性變形殘留下來引起局部收縮，在被加熱區(qū)產(chǎn)生聚結(jié)應(yīng)力，使金屬構(gòu)件變形得以矯正。火焰矯正處理會降低不銹鋼材料加熱區(qū)的強度，并增加材料晶間腐蝕傾向。本研究通過對國產(chǎn)奧氏體不銹鋼材料加熱處理，模擬火焰調(diào)修對其力學性能及抗晶間腐蝕性能的影響，探索研究合理的火焰調(diào)修工藝。

1 試樣制備與試驗方法

1.1 試驗材料

選取高速列車典型不銹鋼材料4mm SUS301LHT進行試驗，其化學成分、力學性能及其他要求均滿足標準JIS G 4305-2012[2]的規(guī)定，具體如表1、表2所示。

1.2 試樣制備

不銹鋼試板規(guī)格為350 mm×300 mm，拉伸、彎曲以及晶間腐蝕試驗取樣位置如圖1所示。

1.3 性能檢測

1.3.1 拉伸試驗

表1 SUS301L-HT不銹鋼板材化學成分％

表2 SUS301L-HT不銹鋼板材力學性能

圖1 試樣的取樣位置

將拉伸試樣分別加熱至400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃，保溫10min，采用噴淋冷卻水的方式進行急冷。按照ISO 6892-1998[3]規(guī)定的程序在日本島津AG IC100KN電子萬能試驗機上進行。

1.3.2 彎曲試驗

將彎曲試樣分別加熱至400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃，保溫10min，采用噴淋冷卻水的方式進行冷卻。參照ENISO 7438-2005[4]標準，進行彎曲試驗。

1.3.3 晶間腐蝕試驗

晶間腐蝕試驗是檢驗經(jīng)過不同溫度處理后，材料抗晶間腐蝕性能是否發(fā)生變化。鑒于奧氏體不銹鋼的敏化溫度區(qū)間位于450℃～850℃，特別是在650℃附近時晶間腐蝕傾向較為嚴重。為此本試驗的加熱溫度分別取450℃、550℃、650℃、750℃、850℃和保溫時間10min進行測試。晶界形態(tài)如表3所示。

晶間腐蝕試驗參照GB/T 4334.1-2000[5]的規(guī)定進行，設(shè)備使用WWL-DP直流穩(wěn)壓開關(guān)電源，浸蝕裝置電路如圖2所示，其中陰極為奧氏體不銹鋼制成的鋼環(huán)或表面積足夠大的不銹鋼片，陽極為晶間腐蝕試樣。試樣浸蝕后在OLYMPUS-BX51M顯微鏡下觀察腐蝕形貌。

表3 晶界形態(tài)的分類

1—不銹鋼容器；2—試樣；3—直流電源；4—變阻器；5—電流表。圖2 晶間腐蝕裝置浸蝕電路

2 結(jié)果分析與討論

2.1 拉伸試驗

根據(jù)厚4 mm SUS301L-HT試樣經(jīng)不同溫度處理后的室溫力學性能試驗數(shù)據(jù)，繪制出加熱溫度與強度之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 加熱處理溫度與試樣強度的關(guān)系

隨著溫度的升高，屈服強度、抗拉強度都相應(yīng)降低，700℃和900℃為強度變化拐點，在此溫度區(qū)間，強度降低最明顯。700℃時，屈服強度和抗拉強度分別降低7.3％和5.2％；900℃時，屈服強度和抗拉強度分別降低52.6％和20.1％。當處理溫度T=550℃時，試樣屈服強度Rp0.2約770 MPa，抗拉約930MPa，均不低于表2中原材料強度。由此可見，SUS301L-HT不銹鋼火焰調(diào)修時，最高加熱溫度不能高于550℃。

2.2 彎曲試驗

厚4mmSUS301L-HT試樣經(jīng)不同加熱溫度處理后，室溫狀態(tài)下彎曲試樣形貌特征如圖4所示。試驗過程中，未見任何方向大于3 mm的缺欠，彎曲性能良好。

2.3 晶間腐蝕試驗

晶間腐蝕是沿著晶界發(fā)生的，破壞晶粒間結(jié)合力的現(xiàn)象[6]。奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的主要原因是晶間貧鉻[7]，即奧氏體不銹鋼組織中的碳與鉻及鐵生成復雜的碳化物（Cr，F(xiàn)e）C6和晶界沉淀物Cr23C6。

經(jīng)過不同溫度處理的厚4 mm SUS301L-HT試樣經(jīng)浸蝕后，其晶間腐蝕形貌如圖5所示，其微觀形態(tài)主要為階梯組織。隨著加熱處理溫度的升高，局部區(qū)域在晶界處出現(xiàn)非連續(xù)分布的腐蝕溝；特別是在650℃附近，局部腐蝕溝較為明顯，該腐蝕組織呈以階梯組織為主局部存有混合組織的特征。

圖5 不同溫度處理后試樣晶間腐蝕形貌

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Research on flame adjusting process of domestic stainless steel for high-speed train

ZHAO Yanqiang，LIU Xuezhi，WANG Suhuan，LIU Yonggang，GAO Ruiquan（CSR Qingdao Sifang Co.Ltd.，Qingdao 266000，China）

In this paper，the study object is a typical domestic stainless steel material 4 mm SUS301L-HT used in high-speed trains. By heat preservation treatment at different temperatures and water-colded,the effect of flame adjusting on material strength and resistance to intergranular corrosion is simulated.The results show that the adjusting process with temperature less than 550℃and water-colded can ensure the mechanical property and resistance to intergranular corrosion of SUS301L-HT stainless steel.

flame adjusting；mechanical property；resistance to intergranular corrosion

TG457.11

A

1001-2303（2015）08-0040-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.08.09

2014-12-31；

2015-03-16

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（2008AA030702）

趙延強（1984—），男，山東臨沂人，工程師，碩士，主要從事軌道車輛制造及焊接工藝的研究工作。