高速列车用国产不锈钢材料火焰调修工艺

赵延强，刘学之，王素环，刘永刚，高瑞全

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266000）

高速列车用国产不锈钢材料火焰调修工艺

赵延强，刘学之，王素环，刘永刚，高瑞全

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266000）

以高速列车用典型国产不锈钢材料厚4 mm SUS301L-HT为研究对象，通过不同温度条件下的保温处理并进行喷水急冷，模拟火焰调修对材料强度及抗晶间腐蚀性能的影响。试验结果表明，调修温度不大于550℃，并采用水冷的调修工艺能保证不锈钢材料SUS301L-HT的机械性能和抗晶间腐蚀性能。

火焰调修；力学性能；抗晶间腐蚀

0 前言

不锈钢具有优良的综合力学性能、良好的耐腐蚀性能和很高的低温冲击韧性[1]，在国内外已被广泛应用于轨道车辆、航空、船舶等行业。近年来，随着国内不锈钢生产企业具备大批量生产铁路车辆用不锈钢材料的能力，我国轨道车辆用不锈钢板逐渐由进口板材过渡到国产板材。在轨道车辆制造过程中，冷弯成型及焊接均会造成零件的变形，为消除变形需要对不锈钢材质零部件进行必要的火焰加热调修。

火焰调修是利用金属热胀冷缩的物理特性，使火焰局部加热金属膨胀部分受到周围冷金属的制约而产生塑性变形，冷却后压缩塑性变形残留下来引起局部收缩，在被加热区产生聚结应力，使金属构件变形得以矫正。火焰矫正处理会降低不锈钢材料加热区的强度，并增加材料晶间腐蚀倾向。本研究通过对国产奥氏体不锈钢材料加热处理，模拟火焰调修对其力学性能及抗晶间腐蚀性能的影响，探索研究合理的火焰调修工艺。

1 试样制备与试验方法

1.1 试验材料

选取高速列车典型不锈钢材料4mm SUS301LHT进行试验，其化学成分、力学性能及其他要求均满足标准JIS G 4305-2012[2]的规定，具体如表1、表2所示。

1.2 试样制备

不锈钢试板规格为350 mm×300 mm，拉伸、弯曲以及晶间腐蚀试验取样位置如图1所示。

1.3 性能检测

1.3.1 拉伸试验

表1 SUS301L-HT不锈钢板材化学成分％

表2 SUS301L-HT不锈钢板材力学性能

图1 试样的取样位置

将拉伸试样分别加热至400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃，保温10min，采用喷淋冷却水的方式进行急冷。按照ISO 6892-1998[3]规定的程序在日本岛津AG IC100KN电子万能试验机上进行。

1.3.2 弯曲试验

将弯曲试样分别加热至400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃，保温10min，采用喷淋冷却水的方式进行冷却。参照ENISO 7438-2005[4]标准，进行弯曲试验。

1.3.3 晶间腐蚀试验

晶间腐蚀试验是检验经过不同温度处理后，材料抗晶间腐蚀性能是否发生变化。鉴于奥氏体不锈钢的敏化温度区间位于450℃～850℃，特别是在650℃附近时晶间腐蚀倾向较为严重。为此本试验的加热温度分别取450℃、550℃、650℃、750℃、850℃和保温时间10min进行测试。晶界形态如表3所示。

晶间腐蚀试验参照GB/T 4334.1-2000[5]的规定进行，设备使用WWL-DP直流稳压开关电源，浸蚀装置电路如图2所示，其中阴极为奥氏体不锈钢制成的钢环或表面积足够大的不锈钢片，阳极为晶间腐蚀试样。试样浸蚀后在OLYMPUS-BX51M显微镜下观察腐蚀形貌。

表3 晶界形态的分类

1—不锈钢容器；2—试样；3—直流电源；4—变阻器；5—电流表。图2 晶间腐蚀装置浸蚀电路

2 结果分析与讨论

2.1 拉伸试验

根据厚4 mm SUS301L-HT试样经不同温度处理后的室温力学性能试验数据，绘制出加热温度与强度之间的关系如图3所示。

图3 加热处理温度与试样强度的关系

随着温度的升高，屈服强度、抗拉强度都相应降低，700℃和900℃为强度变化拐点，在此温度区间，强度降低最明显。700℃时，屈服强度和抗拉强度分别降低7.3％和5.2％；900℃时，屈服强度和抗拉强度分别降低52.6％和20.1％。当处理温度T=550℃时，试样屈服强度Rp0.2约770 MPa，抗拉约930MPa，均不低于表2中原材料强度。由此可见，SUS301L-HT不锈钢火焰调修时，最高加热温度不能高于550℃。

2.2 弯曲试验

厚4mmSUS301L-HT试样经不同加热温度处理后，室温状态下弯曲试样形貌特征如图4所示。试验过程中，未见任何方向大于3 mm的缺欠，弯曲性能良好。

2.3 晶间腐蚀试验

晶间腐蚀是沿着晶界发生的，破坏晶粒间结合力的现象[6]。奥氏体不锈钢晶间腐蚀的主要原因是晶间贫铬[7]，即奥氏体不锈钢组织中的碳与铬及铁生成复杂的碳化物（Cr，Fe）C6和晶界沉淀物Cr23C6。

经过不同温度处理的厚4 mm SUS301L-HT试样经浸蚀后，其晶间腐蚀形貌如图5所示，其微观形态主要为阶梯组织。随着加热处理温度的升高，局部区域在晶界处出现非连续分布的腐蚀沟；特别是在650℃附近，局部腐蚀沟较为明显，该腐蚀组织呈以阶梯组织为主局部存有混合组织的特征。

图5 不同温度处理后试样晶间腐蚀形貌

Page 48

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

国家高技术研究发展计划（2008AA030702）

赵延强（1984—），男，山东临沂人，工程师，硕士，主要从事轨道车辆制造及焊接工艺的研究工作。