不锈钢轨道客车车体材料的性能研究

论文摘要

301L和304奥氏体不锈钢都是亚稳态合金,由于镍当量小于22%,Md温度高于室温,室温拉伸变形能诱发马氏体相变,并引起宏观力学性能的变化。本论文针对轨道车辆不锈钢轻量车体的主材301L冷轧强化板材的生产和应用,通过对EN1.4318（EN10088-1欧洲标准301L）法国和SUS301L（JIS G 4305日本标准301L）日本、以及试制的国产301L冷轧板材的拉伸实验,研究了镍、碳、氮含量对301L冷轧板材变形行为的影响。目的是优化国产板的成分,提高国产板性能。此外,研究了预应变和应变速率对EN1.4318（301L）和EN1.4301（304）法国变形行为的影响。采用SEM、XRD、光学金相显微镜和磁饱和仪等多种分析手段,对法国和日本、以及国产301L冷轧板材拉伸变形导致的应变诱发马氏体转变进行了研究,分析了应变诱发马氏体转变对301L和304强度和塑性的影响。同时研究了法国和国产301L冷轧板疲劳性能,为我国奥氏体不锈钢冷轧板材的生产和使用具有参考价值和实际意义的实验研究成果。法国301L板材中碳和氮含量比日本板略低,镍的含量最低为6.62%,低于日本板;国产板含碳量高,镍、氮含量与日本板相同。实验的法国301L奥氏体稳定性最低,国产板最高,日本板材居中。三种体系的301L冷轧板拉伸变形过程中,法国301L冷轧板马氏体转变速度最快,加工硬化率最高;国产板马氏体转变速度最慢,加工硬化率最低,但均匀延伸率最大。对于稳定性低的法国301L冷轧不锈钢,高应变速率获得较高的屈服强度,但最大流变应力要比低应变速率的最大流变应力低;对于稳定性高304冷轧板不锈钢,高应变速率获得较高的屈服强度,同时最大流变应力要比低应变速率的流变应力高。法国301L冷轧板和退火板的流变应力差值较大,法国304冷轧板和退火板的流变应力差值较小,说明增加镍含量可以减少预变形对奥氏体不锈钢变形过程中应变诱发马氏体转变的速度的影响,从而减少变形行为影响,并增加延伸率。法国板和国产板301L奥氏体不锈钢的S-N曲线随着载荷值的增加,疲劳寿命均呈下降趋势,但国产板的趋势更急剧一些。法国板的疲劳极限要比国产板疲劳极限高,这说明降低镍含量,虽然减少了母材的均匀延伸率,但是却没有降低板材的疲劳强度。法国301L冷轧板降低了镍含量,用氮取代碳,并添加了少量的钼和铜元素,不但保证了其屈服强度和疲劳强度,而且节约了应用成本,可为国产301L冷轧板的发展所借鉴。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 不锈钢铁道车辆
• 1.1.1 国外不锈钢客车的发展状况
• 1.1.2 国内不锈钢客车发展状况
• 1.1.3 不锈钢车的优点
• 1.1.4 铁道车辆主要的材料
• 1.1.5 国内外不锈钢车发展的方向
• 1.2 奥氏体不锈钢的特点
• 1.2.1 301奥氏体不锈钢特点
• 1.2.2 304奥氏体不锈钢特点
• 1.2.3 高氮奥氏体不锈钢特点
• 1.3 合金元素在不锈钢中的作用
• 1.4 奥氏体不锈钢加工硬化
• 1.5 论文研究的内容和方法
• 2 不锈钢冷轧板的力学性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验的材料与方法
• 2.2.1 实验301L和304冷轧板材的化学成分及奥氏体稳定性
• 2.2.2 拉伸试验
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 法国301L和304冷轧板材单轴拉伸
• 2.3.2 固溶处理对法国301L冷轧板和304冷轧板变形行为的影响
• 2.3.3 应变速率对法国301L冷轧板和退火板变形行为的影响
• 2.3.4 应变速率对法国304冷轧板和退火板变形行为的影响
• 2.3.5 法国、国产和日本三种301L冷轧板的单轴拉伸及性能比较
• 2.4 结论
• 3 不锈钢的微观组织及应变硬化机理
• 3.1 引言
• 3.2 变形奥氏体不锈钢的定量相分析
• 3.2.1 磁性物相定量分析
• 3.2.2 X射线衍射定量分析
• 3.3 变形奥氏体不锈钢的微观组织
• 3.4 冷变形奥氏体不锈钢的强化机制
• 3.4.1 应变诱导马氏体强化
• 3.4.2 其他强化机制
• 3.5 法国、日本和国产301L冷轧板的拉伸变形马氏体转变
• 3.6 小结
• 4 不锈钢的疲劳性能试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 疲劳研究的意义和背景
• 4.3 疲劳极限
• 4.4 S-N曲线
• 4.5 常规单点实验方法
• 4.6 疲劳试验
• 4.6.1 试验材料和条件
• 4.6.2 试验结果
• 4.6.3 法国和国产301不锈钢疲劳性能比较
• 4.7 小结
• 5 不锈钢断口分析
• 5.1 引言
• 5.2 断口的分类
• 5.2.1 断口的宏观分类
• 5.2.2 断口的微观分类
• 5.3 静载拉伸断口分析
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 断口宏观形貌分析
• 5.3.3 断口显微分析
• 5.4 疲劳断口分析
• 5.4.1 疲劳断口宏观形貌分析
• 5.4.2 疲劳断口微观形貌分析
• 5.5 小结
• 6 结论
• 参考文献
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