中车哈尔滨车辆有限公司 黑龙江哈尔滨 150056
摘要：对铁路货车种类、使用环境及性能需求进行了概述;总结了国外铁路货车车体用钢发展现状以及国内钢铁企业对铁路货车车体用钢的研究历程，提出了铁路货车车体用钢的主要性能需求，指出了新一代铁路货车车体用钢制造技术的发展趋势。
关键词：铁路货车；车体用钢；耐候钢；高强钢
1铁路货车车体用钢的主要性能需求
1.1高耐蚀性能
目前国内铁路货车车体用钢的主要采用的钢铁材料为Q450NQR1，但是在实际使用过程中，Q450NQR1还存在诸如耐蚀性差、实际使用寿命低于25年设计寿命的问题，虽然Q450NQR1的耐蚀性能可达到一般的碳素钢的三倍左右，但铁路货车服役过程中会受到大气环境腐蚀和动载荷磨蚀综合影响，Q450NQR1在正常大气环境下的耐腐蚀性能难以满足苛刻运输环境。我国主要的耐候钢种主要模仿发达国家的技术思路，提高耐腐蚀的思路是采用合金添加的方法而不是采用耐腐蚀相来提高耐候的基体的耐蚀性能，所以需要开发耐腐蚀性能更好的耐候钢，莱钢开发了基于铜磷为主要耐候元素的耐候钢。
国外有些国家在铁道车辆用使用不锈钢代替耐候钢，但是存在制造成本较高应用性较差等问题，合理的思路是采用少量或廉价的合金元素，在不大幅提高成本的基础上获得高耐蚀性是一种比较切实可行的方案。
1.2高强韧性能
采用高强度耐候钢来制造铁路货车车体，可有效提高车体强度降低车体用钢厚度，降低整车生产成本，具有提高载重量降低资源消耗等诸多优点，但耐候钢高强化的同时，需考虑刚度问题，并要根据用户的使用要求保证成形性能、焊接性能、低温冲击性能和疲劳性能等。目前使用的高强耐候钢虽然强度提高但是其韧性不足，例如在使用高强耐候钢生产铁路货车车辆时需要采用冷弯工艺，在冷弯受力的过程中，在带钢的微观表面易产生微细裂纹，极大地限制了相关零件的成形。这种现象对钢铁科技工作者提出了更高的要求，如何达到高强度与高加工性能的统一，是我们需要认真面对与思考的问题。目前对铁路货车车体用新材料的应用提出了更高的要求，希望材料能提高强度，又能兼有良好的塑性和冷弯性能。
铁路货车车体用钢需具备优异的冷加工性能，以满足复杂车体的加工需求。目前铁路货车车体用钢提高强度的主要思路是采用细晶强化的途径，但是细晶强化机理可同时提高材料的抗拉强度和屈服强度，屈服强度提高的幅度大于抗拉强度，因此细晶强化的结果易于造成钢铁材料的屈强比增大，材料加工性能大幅降低，在屈服的同时也发生了断裂，失去了材料的使用价值。屈强比过高给冷加工成型带来一定困难。
实现钢铁材料高强度低屈强比的技术思路是采用相变强化的机理，可通过控制轧制和轧后控制冷却工艺，对钢材轧后冷却全过程在新一代冷却装置的支持下实现冷却工艺的精准控制，合理控制铁素体生成阶段的冷却速度与终冷温度，实现铁素体相含量的精确控制，通过第二阶段大冷速控制实现硬相的生产，最终实现软硬相结合达到材料强度和韧性的高度统一，满足使用要求。因此未来铁路货车车体用钢得研发过程中必须采用材料复相化的方法，使钢铁组织有复合的相及组织构成满足服役性能要求。
2铁路货车车体用钢制造技术的研究发展趋势
2.1满足多性能要求的减量化合金元素协同设计
我国目前开发的铁路用耐候钢主要合金元素为Cu、P、Ti、RE、Cr、Ni等[12]。我国是一个Ni、Cr资源匮乏的国家，因此在高等级铁路车体用钢的开发过程中应在满足耐蚀性的基础上尽量降低Ni、Cr合金元素的含量。传统初级耐候钢的成分中包含磷元素，限制了耐候的强度级别与带钢厚度，磷元素易产生宏观偏析，对提高钢材的韧性较为不利，也会导致带钢内部各种缺陷的产生，化学性能、加工性能等也不能满足实际的使用要求。因此在未来铁路货车车体用钢上应采用无P的设计思路。Cu是钢的高耐蚀性能的主要依赖元素，Cu在基体表面二次析出颗粒作为阴极相可促进阳极钝化，并形成保护性较好的锈层，Cu亦可在基体与锈层间富集形成主要成分为Cu的阻挡层，并与基体结合牢固，具有良好反腐作用。Mn、Nb、V、Ti等合金元素的主要作用是通过固溶强化、沉淀析出强化、细晶强化等机制实现铁路货车车体用钢的高强度、高韧性与优异焊接性能的良好匹配，这些元素含量的设计原则也是在满足高强韧性需求的基础上尽量降低其含量。若要使新一代耐候钢化学性能与力学性能的高度协调统一，需采用颠覆性的合金设计方法与思路，研究铁路货车车体用钢高耐蚀、易焊接、高强韧耦合的成分优化方法，使耐候钢在高耐蚀性、高强韧性、良好焊接性能基础上尽量降低各种合金元素的含量，尤其是降低Cr、Ni、Nb昂贵合金元素的含量，即通过晶粒的细化、超细化来实现材料的强韧化，采用不同于传统的以合金元素添加及热处理为主要手法的强化思路。其优点在于：能在尽量少用合金元素以降低碳当量的条件下实现材料的强韧化，改善焊接性而不必采用焊前预热等环节，节约合金资源。因此，研究各合金元素含量与高耐蚀性、高强韧性的性能的定量对应关系机制是开发高等级铁路货车车体用钢的难点之一。
2.2多性能耦合提升的组织调控新理论与新工艺开发
450MPa级耐候钢的强度级别已经满足加工与服役过程的性能要求，但是其韧性和加工性能和实际使用的要求还存在一定的差距。铁路货车车体用材料的发展要求是提升耐候钢的耐大气腐蚀性、延伸率、焊接性能等。钢铁材料的性能主要取决于基体组织类型、形貌、第二相粒子的分布以及体积分数，而钢铁材料的组织性能主要通过多种生产工序确定，关键生产工序主要包含炼钢、连铸、加热、轧制、冷却等。采用多种复合工艺方法协调统一控制对于钢铁材料的基体组织性能有重要影响，晶粒细化是不大幅提高生产成本同时促进材料强韧性能的重要手段。对相同成分的钢采用细晶强化机制结合相变强化、沉淀强化以及固溶强化等多种强化手段配合，可以使材料的综合性能得到改善或能够满足不同使用性能的要求。在这方面，控轧控冷技术是进行组织控制，实现减量化高性能钢生产的有效途径。未来高等级铁路货车车体用钢需达到强韧性、焊接性与耐蚀性耦合的优异性能合理匹配，实现高等铁路货车车体用钢多性能耦合的组织调控，控制轧制与控制冷却新理论新工艺技术的开发是关键。在炼钢、加热、轧制、冷却等生产环节中，以实现多性能耦合提升为目标的合金元素的固溶规律、奥氏体的形变与再结晶、静态再结晶、变形奥氏体相变过程、微合金元素在控轧控冷中的作用等新工艺技术与新理论突破是高等级铁路货车车体用钢研究的难点与重点。
结束语
随着国民经济的高速发展，向铁路货车车辆的重量、寿命以及安全性提出了新的要求。我国现有铁路货车车厢维修工作量大，钢的耐蚀性、强度和焊接性能还不能完全满足制造与服役条件下的需求，各项性能亟待提高。因此围绕苛刻环境下铁路货车车体的技术升级的基础理论，针对车体用钢在多因素协同作用下的耐蚀机理、长寿命机制及高强化方面展开研究具有重要意义。目标是突破现有耐蚀铁路货车车体用钢的关键成分优化设计方法、组织与性能调控等关键技术，实现高强度、高耐蚀、高焊接性能货车车体用钢生产技术的突破，为铁路货车提供性能优异的钢铁材料，为国民经济持续健康快速发展做出应有的贡献。
参考文献：
[1]郭晓宏，刘志伟，张瑞琦，等．鞍钢铁路货车车体用钢研发历程[C]．中国金属学会低合金钢分会第三届学术年会论文集．
[2]贾晖．铁路车辆用耐候钢的现状及发展[J]．武钢技术，2003，41(3)：62-63．