耐候钢的发展及在地铁转向架构架上的应用

卞帅

摘 要：本文主要介绍了耐候钢的性能和国内外发展概况，并结合公司哈萨克斯坦地铁项目，对SMA490BW和SMA490BP两种材质的耐候钢性能进行了相应比较与分析，并确定了转向架构架不同部位所用的耐候钢材质。

关键词：耐候钢；耐候性；比较

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

1 前言

耐候钢是指通过添加少量铜、磷、铬、镍等合金元素，使钢材在大气中具备优良的耐大气腐蚀性能的低合金高强度钢。本文将对耐候钢的发展概况、性能和应用进行简要介绍，并结合公司哈萨克斯坦地铁项目，对SMA490BW和SMA490BP两种材质的耐候钢性能进行相应的比较分析，并确定地铁转向架构架不同部位所用的耐候钢材质。

2 耐候钢发展概况

从20世纪初开始，美德英日等发达国家对耐候钢进行了大量的研究与分析，我国也对耐候钢进行了大量的研究。1900年，美国对早期含铜耐候钢进行了研究与分析，又于1933年研究出Corten-A低合金耐候钢，1968年日本进行SMA钢材标准化工作，制定了JIS G3114焊接结构用耐大气腐蚀热轧钢材标准，20世纪70年代左右德国和英国开始使用裸耐候钢[1]；20世纪60年代中国开始研究耐候钢，1984年制定了耐候钢的国家标准，1990年建成了第一座耐大气腐蚀钢桥[1]。

耐侯钢具有良好的耐大气腐蚀能力，还具有良好的力学和焊接性能。因此，耐候钢在国内外都得到了快速发展和广泛应用[2-4]，耐候钢广泛用于钢结构、轨道交通车辆、公路车辆、桥梁建筑、和集装箱等行业[1，2]。目前，国内外耐候钢主要标准有：日本JIS G 3114标准，欧洲EN10025-5标准，中国GB/T 4171標准。

3 耐候钢在地铁转向架构架中的应用

哈萨克斯坦地铁项目是中车四方有限公司为哈萨克斯坦设计的一款适应宽轨、低温条件的地铁列车，由于列车运行中需要考虑大气腐蚀对列车造成的影响，因此，列车转向架需要使用耐大气腐蚀材料。

3.1 构架上采用耐候钢的部位

转向架是整个列车运行的承载和驱动部位，构架是转向架的核心部件，构架的性能将直接影响列车运行的稳定性。在列车运行中构架裸露于大气中，会受到严重的腐蚀作用，为保证构架耐腐蚀性，构架材料需采用耐候钢。

构架主要由侧梁、横梁、端梁、安装座和各种管卡座焊接而成，构架使用耐候钢的部位如图1所示。

3.2 SMA490BW和SMA490BP耐候钢分析与研究

由于日标JIS G 3114中的耐候钢在轨道交通行业广泛应用，且性能较为优良，哈萨克斯坦地铁项目转向架构架上的耐候钢可采用JIS G 3114标准中的SMA490BW和SMA490BP材质。二者性能如下所述：

（1） JIS G 3114标准中，两者屈服强度和冲击功一致。在钢材厚度≤16mm时，屈服强度≥365MPa，抗拉强度为490～610MPa；冲击功试验温度要求做到-40℃，冲击功为27J；

（2）SMA490BW可以在钢厂交货状态或进行稳定化处理的情况下使用，而SMA490BP钢材需要在外表涂敷涂层（如油漆等）使用，因此，SMA490BW本身的耐大气腐蚀能力比SMA490BP更好；

（3）SMA490BW中镍含量为（0.05～0.3）%，铜含量为（0.3～0.5）%，铬含量为（0.45～0.75）%；SMA490BP中不含镍，铜含量为（0.2～0.35）%，铬含量为（0.3～0.55）%，见表1所示。由于镍元素价格较贵，耐候钢一般添加铜和铬元素为主，添加镍元素以后，由于镍元素比较稳定，而且能够阻止铜元素的富集，减少铜元素的热脆危害，因此，加镍元素后可以增加含铜元素钢的添加量，其耐腐蚀性效果更好，同时镍元素本身能提高钢材耐腐蚀性，所以SMA490BW耐腐蚀性更好；

（4）SMA490BW由于制造过程风险高，合金添加多，因此，SMA490BW相应的制造成本比SMA490BP更高。

3.3 构架所用耐候钢材质的确定

基于3.1和3.2的分析与研究，及客户要求，最终哈萨克斯坦地铁转向架构架的侧梁、横梁、端梁、安装座和部分管卡座等核心零部件的钢板和钢管采用SMA490BW材质，部分管卡座采用SMA490BP材质。由于哈萨克斯坦电动车组运行环境温度较低，因此，需要对SMA490BW钢板和钢管、SMA490BP钢板进行低温冲击试验，试验温度设定为-40℃，以保证钢材的低温性能满足列车使用要求。

4 结论

本文对耐候钢性能、发展、应用进行了简要介绍，并结合公司哈萨克斯坦地铁项目，分析比较了SMA490BW和SMA490BP两种不同材质耐候钢性能，最终转向架构架主要结构选用SMA490BW材质，部分管卡座选用SMA490BP材质。

参考文献：

[1]于千.耐候钢发展现状及展望[J].钢铁研究学报，2007（11）：1.

[2]刘清友，汪兵，王向东.耐候钢的研究、应用及展望[J].建筑用耐候钢应用与研究，2011：110.

[3]刘丽宏，齐慧滨，卢燕平等.耐大气腐蚀钢的研究概况[J].腐蚀科学与防护技术，2003，15（02）：86289.

[4]张全成，吴建生.耐候钢的研究与发展现状[J].材料导报， 2000，14（07）：12213.