耐候鋼的發(fā)展及在地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的應(yīng)用

卞帥

摘 要：本文主要介紹了耐候鋼的性能和國內(nèi)外發(fā)展概況，并結(jié)合公司哈薩克斯坦地鐵項目，對SMA490BW和SMA490BP兩種材質(zhì)的耐候鋼性能進(jìn)行了相應(yīng)比較與分析，并確定了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架不同部位所用的耐候鋼材質(zhì)。

關(guān)鍵詞：耐候鋼；耐候性；比較

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.004

1 前言

耐候鋼是指通過添加少量銅、磷、鉻、鎳等合金元素，使鋼材在大氣中具備優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能的低合金高強(qiáng)度鋼。本文將對耐候鋼的發(fā)展概況、性能和應(yīng)用進(jìn)行簡要介紹，并結(jié)合公司哈薩克斯坦地鐵項目，對SMA490BW和SMA490BP兩種材質(zhì)的耐候鋼性能進(jìn)行相應(yīng)的比較分析，并確定地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架不同部位所用的耐候鋼材質(zhì)。

2 耐候鋼發(fā)展概況

從20世紀(jì)初開始，美德英日等發(fā)達(dá)國家對耐候鋼進(jìn)行了大量的研究與分析，我國也對耐候鋼進(jìn)行了大量的研究。1900年，美國對早期含銅耐候鋼進(jìn)行了研究與分析，又于1933年研究出Corten-A低合金耐候鋼，1968年日本進(jìn)行SMA鋼材標(biāo)準(zhǔn)化工作，制定了JIS G3114焊接結(jié)構(gòu)用耐大氣腐蝕熱軋鋼材標(biāo)準(zhǔn)，20世紀(jì)70年代左右德國和英國開始使用裸耐候鋼[1]；20世紀(jì)60年代中國開始研究耐候鋼，1984年制定了耐候鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)，1990年建成了第一座耐大氣腐蝕鋼橋[1]。

耐侯鋼具有良好的耐大氣腐蝕能力，還具有良好的力學(xué)和焊接性能。因此，耐候鋼在國內(nèi)外都得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用[2-4]，耐候鋼廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)、軌道交通車輛、公路車輛、橋梁建筑、和集裝箱等行業(yè)[1，2]。目前，國內(nèi)外耐候鋼主要標(biāo)準(zhǔn)有：日本JIS G 3114標(biāo)準(zhǔn)，歐洲EN10025-5標(biāo)準(zhǔn)，中國GB/T 4171標(biāo)準(zhǔn)。

3 耐候鋼在地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架中的應(yīng)用

哈薩克斯坦地鐵項目是中車四方有限公司為哈薩克斯坦設(shè)計的一款適應(yīng)寬軌、低溫條件的地鐵列車，由于列車運(yùn)行中需要考慮大氣腐蝕對列車造成的影響，因此，列車轉(zhuǎn)向架需要使用耐大氣腐蝕材料。

3.1 構(gòu)架上采用耐候鋼的部位

轉(zhuǎn)向架是整個列車運(yùn)行的承載和驅(qū)動部位，構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的核心部件，構(gòu)架的性能將直接影響列車運(yùn)行的穩(wěn)定性。在列車運(yùn)行中構(gòu)架裸露于大氣中，會受到嚴(yán)重的腐蝕作用，為保證構(gòu)架耐腐蝕性，構(gòu)架材料需采用耐候鋼。

構(gòu)架主要由側(cè)梁、橫梁、端梁、安裝座和各種管卡座焊接而成，構(gòu)架使用耐候鋼的部位如圖1所示。

3.2 SMA490BW和SMA490BP耐候鋼分析與研究

由于日標(biāo)JIS G 3114中的耐候鋼在軌道交通行業(yè)廣泛應(yīng)用，且性能較為優(yōu)良，哈薩克斯坦地鐵項目轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的耐候鋼可采用JIS G 3114標(biāo)準(zhǔn)中的SMA490BW和SMA490BP材質(zhì)。二者性能如下所述：

（1） JIS G 3114標(biāo)準(zhǔn)中，兩者屈服強(qiáng)度和沖擊功一致。在鋼材厚度≤16mm時，屈服強(qiáng)度≥365MPa，抗拉強(qiáng)度為490～610MPa；沖擊功試驗溫度要求做到-40℃，沖擊功為27J；

（2）SMA490BW可以在鋼廠交貨狀態(tài)或進(jìn)行穩(wěn)定化處理的情況下使用，而SMA490BP鋼材需要在外表涂敷涂層（如油漆等）使用，因此，SMA490BW本身的耐大氣腐蝕能力比SMA490BP更好；

（3）SMA490BW中鎳含量為（0.05～0.3）%，銅含量為（0.3～0.5）%，鉻含量為（0.45～0.75）%；SMA490BP中不含鎳，銅含量為（0.2～0.35）%，鉻含量為（0.3～0.55）%，見表1所示。由于鎳元素價格較貴，耐候鋼一般添加銅和鉻元素為主，添加鎳元素以后，由于鎳元素比較穩(wěn)定，而且能夠阻止銅元素的富集，減少銅元素的熱脆危害，因此，加鎳元素后可以增加含銅元素鋼的添加量，其耐腐蝕性效果更好，同時鎳元素本身能提高鋼材耐腐蝕性，所以SMA490BW耐腐蝕性更好；

（4）SMA490BW由于制造過程風(fēng)險高，合金添加多，因此，SMA490BW相應(yīng)的制造成本比SMA490BP更高。

3.3 構(gòu)架所用耐候鋼材質(zhì)的確定

基于3.1和3.2的分析與研究，及客戶要求，最終哈薩克斯坦地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的側(cè)梁、橫梁、端梁、安裝座和部分管卡座等核心零部件的鋼板和鋼管采用SMA490BW材質(zhì)，部分管卡座采用SMA490BP材質(zhì)。由于哈薩克斯坦電動車組運(yùn)行環(huán)境溫度較低，因此，需要對SMA490BW鋼板和鋼管、SMA490BP鋼板進(jìn)行低溫沖擊試驗，試驗溫度設(shè)定為-40℃，以保證鋼材的低溫性能滿足列車使用要求。

4 結(jié)論

本文對耐候鋼性能、發(fā)展、應(yīng)用進(jìn)行了簡要介紹，并結(jié)合公司哈薩克斯坦地鐵項目，分析比較了SMA490BW和SMA490BP兩種不同材質(zhì)耐候鋼性能，最終轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要結(jié)構(gòu)選用SMA490BW材質(zhì)，部分管卡座選用SMA490BP材質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]于千.耐候鋼發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].鋼鐵研究學(xué)報，2007（11）：1.

[2]劉清友，汪兵，王向東.耐候鋼的研究、應(yīng)用及展望[J].建筑用耐候鋼應(yīng)用與研究，2011：110.

[3]劉麗宏，齊慧濱，盧燕平等.耐大氣腐蝕鋼的研究概況[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2003，15（02）：86289.

[4]張全成，吳建生.耐候鋼的研究與發(fā)展現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報， 2000，14（07）：12213.