（光学工程专业论文）q450nqr1高强度耐候钢冲压、焊接性能的研究.pdf

摘要 摘要 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢是为满足铁路货车高速、重载的要求而开发的新型钢种。 为提高高强度耐候钢铁路货车的制造质量，并确保安全可靠运行，对q 4 5 0 n q r l 高强 度耐候钢铁路货车制造过程中的冲压、焊接性能的研究是十分必要的，具有重大的现实 意义和生产应用价值。 本文通过剪冲工艺、板材校平、弯曲性能、典型件成型性能、冷裂敏感性，热裂敏 感性和焊接热影响区组织等试验，研究了q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢冲压、焊接工艺性 能。研究结果表明： 不同厚度的q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢钢板剪切、冲裁断面质量与0 9 c u p c r n i - a 板 料相当；经9 0 。折弯q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢钢板相对弯曲半径大于0 9 c u p c r n i - a 板 料；q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢钢板屈服点高，抗变形性强，成型回弹大，贴模性较差； 在5 n a c l 和n a 2 s 0 4 两种溶液中q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢耐大气腐蚀性要好于 0 9 c u p c r n i 钢；用s - 8 0 1 8 焊条及t h 5 5 0 - n q a 焊丝焊接q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢其 焊接接头具有良好的拉伸、弯曲及冲击性能；焊缝金属的组织以针状铁素体为主+ 少量 的先共析铁素体，线能量较小时一次柱状晶的晶粒较小，先共析铁素体比例相对较多； 过热区组织均为粒状贝氏体，正火及不完全正火区的组织均为铁素体+ 珠光体。 本研究为q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢在铁路货车上的冲压工艺及焊接工艺提供理论 依据，为将来在铁路货车上使用更高屈服极限的高强度钢提供思路并指出方向。 关键词：铁路货车；高强度耐候钢；性能；工艺 人连交通大学t 稃硕+ 学位论文 a b s t r a c t q 4 5 0 n q r lh i g h i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e li sa n e wk i n do fs t e e lt om e e tt h er e q u e s to f h i g h s p e e d ，h e a v yl o a d r a i lv e h i c l e s i no r d e rt oe n h a n c eh i 曲- i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e l l o r r ym a n u f a c t u r i n gq u a l i t ya n de n s u r es a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o n ，s t a m p i n ga n dw e l d i n g p e r f o r m a n c er e s e a r c hi n t h ep r o c e s so fh i g h - s t r e n g t hw e a t h e r i n gs t e e lq 4 5 0 n q r ll o r r y m a n u f a c t u r e r si sv e r yn e c e s s a r y i th a sg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dp r o d u c t i o nv a l u e s t a m p i n ga n dw e l d i n gp e r f o r m a n c eo fq 4 5 0 n q r 1 h i g h i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e li s s t u d i e dt h r o u g hp u n c h i n gs h e a r st e c h n o l o g y 、p l a t ef l a t t e n i n g 、b e n d i n gp e r f o r m a n c e ，t y p i c a l s a m p l ep r o c e s s a b i l i t y ，c o l dc r a c ks e n s i t i v i t y ，h o tc r a c ks e n s i t i v i t ya n dh a zo r g a n i z a t i o n s t e s t sa n ds oo n 。砀er e s u l t ss h o wt h a t ： d i f f e r e n tt h i c k n e s so fh i g h - i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e lp l a t eq 4 5 0 n q r ls h e a ra n d b l a n k i n g s e c t i o nq u a l i t yi s e q u a lt o 0 9c u p c r n i - as h e e t b yt h e 9 0 - d e g r e eb e n d i n g q 4 5 0 n q r lh i g h - i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e lp l a t er e l a t i v eb e n dr a d i u si sg r e a t e rt h a n0 9 c u p c r n i as h e e t q 4 5 0 n q r lh i g h - i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e lp l a t eh a sh i 曲- y i e l d 、 h i g h - d e f o r m a t i o n 、c o n f e c t i o n i n gr e b o u n d 、l a r g ef o r m i n gr e b o u n d ，p o o rp a s t em o d e i nt h e5 n a c ia n dn a 2 s 0 4s o l u t i o n ，a t m o s p h e r ec o r r o s i o n - r e s i s t a n to fq 4 5 0 n q r1i sb e t t e rt h a nt h e 0 9c u p c f n i w i t hs - 8 018e l e c t r o d ea n dt h 5 5 0 - n q - aw i r ew e l d i n gq 4 5 0 n q r l ，i t sw e l d e d j o i n t sh a sag o o dt e n s i o n ，b e n d i n ga n di m p a c tp r o p e r t i e s ；o r g a n i z a t i o n so fw e l dm e t a lm a i n l y i sn e e d l ef e r r i t ea n das m a l ln u m b e ro fp r o e u t e c t o i df e r r i t e c o l u m n a rc r y s t a lg r a i n sg e t s m a l l e ra n df i r s te u t e c t o i df e r r i t er e l a t i v e l yg e th i g h e rp r o p o r t i o nw i t l ls m a l l e re n e r g y i n p u t o v e r h e a t i n ga r e ao r g a n i z a t i o n sa r eg r a n u l a rb a i n i t e ，a n do r g a n i z a t i o n so fn o tf u l l y n o r m a l i z i n gz o n ea n dn o r m a l i z i n gz o n eb o t ha r ef e r r i t e + p e a r l i t e t h es t u d yw i l lp r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sf o rs t a m p i n gp r o c e s sa n dt h ew e l d i n gp r o c e s s o fq 4 5 0 n q r lh i g h - i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e ll o r r ya n dp r o v i d ei d e a sa n dd i r e c t i o nf o rt h e f u t u r eu s eo f h i g h e ry i e l dd e a d h a r ds t e e li nl o r r y k e yw o r d s ：l o r r y ；h i g h - i n t e n s i t yw e a t h e r i n gs t e e l ：p e r f o r m a n c e ；t e c h n o l o g y 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太董銮通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太整塞通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太整銮通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太整塞通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 、( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：乡乞 方 日期：z 口彦年，2 月，2 日 导师签名：许列各嘭 日期：幻_ 扩年z 月，2 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：舞轨蚴反刁 电话：辨争2 二29 歹9 鳓 通讯地址：丕龙潞寄乏菇孚动瞧獬岔习 邮编：肜，z 电寻信箱：7 五f z 与z4 号多“j 栩 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果：也不包含为获得太蓬塞通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：乡想亏 日期：乙矿口号年2 月2 日 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 1 1 1 高强度钢发展概况 ( 1 ) 国外高强度钢的发展 1 8 6 4 年英国平炉炼钢的问世，开始了近代炼钢的历史【。进入2 0 世纪，全球钢铁 工业迅速发展，特别是两次世界大战及战后重建大大促进了钢铁产品的应用。随着科学 的发展和技术进步，焊接结构设计日益向高轻量化及大型化发展【2 】。工程机械广泛采用 高效能液压传动，要求在自重增加不多的条件下大幅度提高焊接结构的承载能力，这种 情况下需采用高强度钢或超高强度钢焊接结构，随着钢铁工业的不断发展，高强度化是 结构用钢最重要的发展趋势之一【3 1 。第二次世界大战后，美国发展了抗拉强度 3 5 5 8 9 0 m p a 高强度钢，并用于实船建造，俄罗斯开发了屈服强度从3 9 0 11 7 5 m p a 级的 a b 系列船钢；美国与日本从1 9 8 0 年1 9 8 5 年已广泛使用低合金高强度钢板，使汽车车 身零件板厚由原来的1 啦! 2 m m 减薄到0 7 0 8 m m ，车身重量减轻2 0 , - - 4 0 ，节约汽 油2 0 以上，到1 9 9 2 年，日本各汽车厂汽车车身采用高强度钢板的比例平均达2 3 3 。 国外工程机械用钢的抗拉强度a b - 2 _ 6 0 0 m p a ，目前已发展到8 0 0 1 0 0 0 m p a ，并得到广泛 应用【4 卅。 ( 2 ) 国内高强度钢的发展 改革开放之后，特别是9 0 年代以来，中国钢铁产量迅速增加，从1 9 9 6 年以来，中 国直保持世界第一产钢大国。长期以来我国以众多技术、装备、质量不高的中小钢厂 生产为主，在国家采取适度紧缩的财政和经济政策后，国内对钢铁的需求出现结构性的 相对过剩。大量中低质量的钢材过剩和高质量板带不足，这是“钢铁大国，但不是钢铁 强国”的写照。用高强度钢及配套工艺制造符合国际先进标准的焊接结构是提高我国工 程机械装备水平的关键因素之一。我国“七五”和“八五”期间开发了自己的高强度钢系列， 同时开展了配套焊材研制、焊接性研究等基础科研工作并取得很大进展1 7 】。但目前国内 高强钢性能与国外相比仍有差距，主要是抗冲击韧性和焊接性不稳定，所以一些重要的 高强钢焊接结构仍不得不依赖进口。“九五”期间我国开发高质量新钢种以替代进口。我 国当前生产的钢材还有巨大的性能潜力。从9 0 以上已生产的钢铁结构材料强度来看， 日前生产的最高强度只有理论计算的l 伊1 7 。在“超级钢”研究推动下，新一代钢铁材料 将会陆续问世。 大连交通大学t 稃硕十学f 市论文 1 1 2 高强度钢在铁路货车应用的发展趋势 现代铁路运输正向高速、重载、大运量方向发展【8 】，这对铁路货车提出了更高的要 求，它应具有快速、自重轻、载重量大、抗疲劳性，耐腐蚀性。很显然，传统的货车用 钢强度低、自重大、使用寿命短，已经不能适应铁路运输发展的需要，开发升级换代的 高强度耐候钢货车势在必行。当然我们可以利用铝合金等高技术先进材料用于货车制 造，但是纵观钢铁与其他结构材料的生产、技术及消费水平，钢在资源、能耗、成本、 环保及性能诸方面仍具有明显的优势。钢铁在2 1 世纪结构材料中的主导地位将难于动 摇 9 1 。 1 1 3 高强度钢在铁路货车应用存在的问题 国外高强度钢的研究，从二战后到现在已有5 0 余年的时间，国内高强度钢的研究 也有2 0 余年的时间。而高强度钢在铁路货车上的应用却刚刚起步，虽然取得了一定的 成果，满足了铁路货车提速、重载的要求，但是，在某些方面还存在较大的问题，主要 表现在以下两方面： 1 我国幅员辽阔，铁路车辆服役的环境温度变化大，所用钢种应具有耐腐蚀性和具 备一定的低温冲击韧性，以保证车辆的大修周期及行车安全。因铁路货车车辆所用高强 度耐候钢和其他用途的高强度钢比，含p 量较高，高p 母材中的p 在焊接过程中必然会 过渡到焊缝中，这不仅会降低焊接接头的抗裂性，而且会增加接头的脆性。 2 由于高强度钢的强化机制常常在一定程度上要牺牲其他的成形性能，如伸长率降 低，弹复大，成形力增高，厚度减薄后抗凹陷能力降低等。因此制造技术必须适应高强 度钢板的要求，这就要求对现有工艺装备进行改造，改变传统的工艺手段，这需要大量 的资金投入，企业负担增加。 1 2q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢应用及研究现状 为了降低结构自重，提高铁路货车载重能力，在铁路货车车体上使用各种高强钢来 提高材料的许用应力。以前采用的材料一般为1 6 m n ，0 9 c u p c r n i ，它们屈服极限分别 达到了3 4 3 m p a ，3 4 5 m p a ，但现已经不能满足铁路货物车高速、重载的需要，q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢是钢铁公司为满足铁路货车提速、重载需要研制的新型耐候钢。 由齐轨道装备公司研制开发的载重7 6 吨的2 5 吨轴重c 7 6 型专用运煤敝车，是为了 满足大秦线运能的要求。要使该车载重量达到7 6 吨，就必须将该车自重控制在2 4 吨以 内，而且必须满足车辆各项强度要求，如果用传统的钢材，根本无法同时满足上述两项 2 第一章绪论 要求。q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的特点是强度高，耐腐蚀性好，是目前能满足铁路货车 高速、重载需要的新型耐候钢。 由于q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢是钢铁公司为满足铁路货车高速、重载需要新研制 的新型耐候钢，钢铁公司在推出该钢材i ； 未作相关冲压及焊接试验，尚没有可借鉴的技 术资料。齐轨道装备公司是铁路货车设计主导厂，q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢在铁路货车 上的使用尚未推广，其它铁路工厂并未对q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢做出广泛应用，对 该钢种的主要工艺参数、冲压工艺及焊接工艺还没有成熟的经验，还有待于进行深入研 究。 1 3q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢在生产中存在的问题 1 部分现有冲压设备无法满足使用要求 部分设备从设计能力上不适应q 4 5 0 n q r l 高强度钢的要求，加之使用多年，设备 老化，会出现加工能力不够的现象。需根据生产实际制定加工工艺，大批量生产需引进 适合高强度钢的设备。 2 成型件的质量精度控制难度大 该钢种具有屈服点高、抗变形性强、板料内应力大、材料硬度高、脆性大等特点， 在成型方面预计会出现成型回弹大、贴模性差、局部易拉裂等问题，质量精度控制有一 定困难，只有通过改进工件的冲压工艺性、改进模具结构、控制拉延阻力等手段，才能 保证成型件的质量精度。 3 焊接质量控制难度大 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢和其他用途的高强度钢相比，含p 量较高，高p 母材中的 p 在焊接过程中必然会过渡到焊缝中，这不仅会降低焊接接头的抗裂性，而且会增加接 头的脆性。鉴于高速、重载货车可靠的安全系数需要，要求有可靠的焊接工艺保证。因 t b t 2 3 4 7 1 9 9 9 铁道机车车辆用耐候钢焊条和焊丝标准上没有同等强度的焊接材料， 我们需通过大量的焊接工艺试验，选取与之匹配的焊接材料，并确定合适的焊接工艺参 数，认真执行工艺规范，以保证q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的焊接质量。 研究本课题的来源及意义就是针对q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢特殊的工艺性能，通 过试验研究出冲压性能、焊缝金属的成分及性能，确定该钢种的主要工艺参数、冲压工 艺及焊接工艺，制定合理的工艺手段来保证产品质量，为q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢在 铁路货车车辆上的冲压工艺及焊接工艺提供理论依据。为将来在铁路货车上使用更高屈 服极限的高强度钢提供思路并指出方向。 3 大连交通大学t 程硕十学侥论文 1 4 本论文研究的内容 本论文的目的是对q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的冲压工艺性能、焊接工艺性能进行 研究。 具体研究内容为： 1 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢母材的化学成分及机械性能 2 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的冲压工艺性能 3 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢焊接材料的选择 4 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢焊接性能 5 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢焊接接头性能 6 q 4 5 0 n q r i 高强度耐候钢在c 7 6 型专用运煤敞车的应用 4 第二章q 9 5 0 n q r l 钢的t 艺性研究相关理论 第二章q 4 5 0 n q r l 钢的工艺性研究相关理论 2 1 板料冲压性能的研究 2 1 1 板材成形技术的发展概况 冲压技术的发展涉及材料、能源、模具、设备等各方面。工艺方法的创新及其过程 的科学分析与控制是技术发展的核心，模具技术是冲压技术发展的体现，是决定产品制 造周期、成本、质量的重要因素。板材成形加工是完成金属塑性成形的一种重要手段， 它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。冲压技术的真正发展，始于汽车的 工业化生产。2 0 世纪初，美国福特汽车的工业化生产大大推动了冲压技术的研究和发展。 研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开，关键问题是破裂、起皱l j u j 与回弹。但在2 0 世纪的大部分时间里，对冲压技术的掌握基本上是经验型的。分析工 具是经典的成形力学理论，能求解的问题十分有限。研究的重点是板材冲压性能及成形 力学，远不能满足汽车工业的需求。6 0 年代以后冲压技术得到快速发展，各种新的成形 技术相继出现。成形过程数值分析技术出现在二十世纪六十年代，早期的数值分析技术 是有限差分法。1 9 6 4 年d m w o o 1 1 】采用有限差分法和各向同性材料模型模拟了 e r i c h s e n 试验( 半球形凸模下的胀形) 、s w i f t 试验( 圆形杯的拉深) 和液压胀形问题。 由于没有考虑板料与模具间的摩擦，模拟e r i c h s e n 试验和s w i f t 试验所得的厚向应变在 板料与凸模作用区有较大偏差。1 9 6 6 年b u d i a n s k y 和n m w a n 9 1 1 2 1 考虑了材料的各 向异性采用有限差分法来模拟了s w i f t 试验。1 9 6 8 年d m w o o 1 3 1 给出了轴对称深拉 深问题的有限差分解，在凸作用区应变分布与实验值比较一致。1 9 7 0 年n m w a n g i l 4 1 对圆形毛坯的e r - i c h s e n 试验进行了有限差分模拟，并考虑到了材料的各向异性、材料 硬化和摩擦的影响。尤其是成形极限图( f l d ) 1 5 】的提出，有限应变弹性有限元列式等 的突破、加上c a d 1 6 】技术的先期发展，使9 0 年代以数值模拟仿真为中心的和计算机应 用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化【l 卜1 8 】，成为材料变形行为研究和工艺过程 设计的有力工具。板料成形技术进入了分析阶段，传统的板成形技术开始走向科学化。 近些年来，变压边力技术9 - 2 2 、成对液压成形技术1 2 3 1 、粘介质成形技术 2 4 1 、无模分层成 形技术【2 5 1 、多点成形技术【2 6 - 2 7 、激光成形技术【2 8 - 2 9 、冲压智能化技术【3 0 - 3 1 】及成形过程的 计算机仿真技术f 3 2 】等柔性化高的板料成形技术得到快速发展，这对将来的工业结构和产 品技术将是一种革命。 大连交通人学t 程硕十学位论文 2 1 2 我国铁路货车板材成形技术现状 受行业限制，我国铁路货车冲压技术水平尤其是板材成形技术水平较国内其他行业 和国外同行业相比仍有较大的差距。板料成形技术仍处于经验性的传统加工技术阶段， 几乎没有采用先进板料成形加工新技术，自9 0 年代以来，c a d 技术为模具设计制造提 供了有力的工具，使得模具设计制造有了快速的发展，2 0 0 0 年齐轨道装备公司率先启动 了并行工程( c e ) 、并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式，成套引进了 c a d c 舢w c a e 系统，其中包括三维设计软件p r o e 、i d e s 、冲压数值模拟分析软件 d a n a f o r m ，这为模具设计手段的更新提供了广阔的空间。 铁路模具新材料的应用和研究的投入较少。各铁路企业均在使用传统的模具材料象 t 1 0 、t 8 、7 c r s i m 州o v ，很难适应产品更新发展的需要，很大程度上限制了铁路货车 冲压件产品质量和效率的进一步提高，迫切需要高强度、高韧性、高耐磨、高耐热模具 材料的补充。 2 1 3 板料冲压性能研究的方法 高水平的技术必须建立在对板料冲压性能的研究的基础上【3 3 1 ，一般来讲，冲压成形 性能是介于材料科学和冲压成形技术的一个边缘问题，冲压成形性能除与材料的材质、 组织结构和性能有关外，冲压技术的改善常会使成形性得到提高，目前随着材料科学的 迅速发展，新型材料不断出现，为了适应这一要求，冲压行业必须根据材料科学的发展， 加强研究各种新型板料的成形性能，不断发展和改善冲压成形技术【3 引。由于冲压加工分 为分离加工和成形加工两大类别，而此两大类工艺方法的目的要求与变形机理有根本性 的不同，因此板料冲压性能由板料分离性能和板料成形性能构成。对与板料冲压分离性 能研究的系统性远不及成形性能方面，但可以认为尺寸精度与断面质量是板料冲压分离 性能最主要的判定尺度。板料冲压成形性能是指板料对冲压成形加工的适应能力。板料 冲压性能试验方法通常分为三种类型：力学试验、金属学试验和工艺试验。 1 力学试验 板料的拉伸试验也叫做单向拉伸试验或简单拉伸试验。在工程实际中应用十分普 遍。应用拉伸试验方法，可以得到许多评定板材冲压性能的试验值，其中较为重要的材 料特征值有屈服极限r p 、抗拉强度r m 、屈强比r p r m 、均匀伸长率6 、硬化指数n 、 各向异性系数等。 2 金属学试验 金属学试验用以确定金属材料的硬度、表面粗糙试想、化学成份、结晶方向与晶粒 度等。 6 第二章q 4 5 0 n q r l 钢的t 艺性研究相关理论 3 各种工艺试验方法 在实际工艺试验时，试件所受的应力状态所产生的变形都与真实的冲压加工工艺相 同。利用工艺试验不仅可以评定板材的冲压性能，而且可以得到某些冲压工艺参数，以 供制定冲压工艺。常用的工艺试验方法有拉伸性能试验、胀形性能试验、翻边性能试验、 弯曲性能试验、球底锥形件拉深试验、硬度试验、成形极限图试验、拉皱试验等。 2 2 板材焊接性能的研究 2 2 1 板材焊接性能及试验方法 我国是钢铁生产大国【3 5 1 ，其中钢铁产量的5 0 作为结构材料需要焊接【3 6 】。钢板的 焊接性能主要与成分、组织状态、材料厚度有关。由于使用在铁路货车车体上的卷板厚 度都小于2 0 m m ，因此钢板控制适合的成分和组织状态并不会给焊接带来问题。国内外 焊接制造规范要求企业进行焊接工艺评定，以验证企业焊接制造规范符合标准接头的基 本能力( 最低门槛指标) 3 7 - 3 8 】。焊接工艺评定试验在于确定焊件的性能，在于验证焊接 工艺的正确性。这并不是说经过焊接工艺评定的就是最佳的参数，而是说它合乎规范， 可以在生产中正确应用。焊接工艺评定的基本理念是接头性能不低于母材性能1 3 9 删。就 铁路货车车体用高强度耐候钢焊接性能而言，要求焊接接头力学性能、耐大气腐蚀性能、 低温冲击性能不低于母材性能。 按有关标准，在应用于产品之前必须对该钢材进行焊接性试验，并选择与之匹配的 焊接材料，确定合适的焊接工艺规范。q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢焊接性试验包括 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢冷裂敏感性，热裂敏感性和焊接热影响区组织三部分。 2 2 2 焊接材料的选择 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢其特点是强度高，耐大气腐蚀性能好，能够满足铁路提速 对车辆提出的高技术要求。主要用于铁路车辆的制造中，鉴于我国幅员辽阔，铁路车辆 服役的环境温度变化大，该钢种具备一定的低温冲击韧性，以保证行车安全。和其它用 途的高强钢相比，q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的含p 量较高( o 0 7 0 1 2 ) ，高p 母材中 的p 在焊接过程必然会过渡到焊缝中，这不仅会降低焊接接头的抗裂性，而且会增加接 头的脆性。因此，提高焊接材料的韧性和抗裂性是选择焊接材料的主要任务。 耐候钢药芯焊丝从化学成分上可分成三大类，即c r - c u 、n i c r - c u 和n i c u 。c r - c u 类药芯焊丝不含n i ，低温冲击韧性不高，不适合低温结构的焊接，耐候钢焊接材料的合 金体系应该选择n i c r - c u 和n i c u 系。国外同类产品是瑞典s s a b 公司的d o m e x 5 5 0 w 钢。d o m e x 5 5 0 w 钢的主要用途是车辆车体、集装箱框架结构等需要高耐候和高强度的 7 大连交通大学1 ：释硕十学位论文 结构件。d o m e x 5 5 0 w 钢具有良好的可焊性，不需要预热，可以采用所有的常规焊接方 法，焊接材料填充金属具有与母材同等的耐大气腐蚀性能。从d o m e x 5 5 0 w 钢推荐的配 套药芯焊丝看，均为n i c u 系低合金高强钢。因此q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的配套药 芯焊丝的合金也为n i c u 系低合金高强钢。 2 3 本章小结 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢在铁路货车的应用将满足铁路货车高速、重载的要求。通 过对q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的性能研究，了解高强度钢的性能，将会使高强度钢在 铁路货车制造上得到更加广泛的应用。 第二章q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的下艺性研究 第三章q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的工艺性研究 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢是钢铁公司为满足铁路货车高速、重载需要新研制的新型 耐候钢，特点是高磷、强度高及低温冲击韧性高。钢铁公司在推出该钢材前未作相关冲 压及焊接试验，尚没有可借鉴的技术资料。为了根据q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的冲压 性能制定合理的冲压工艺，根据实际生产需要进行大量的剪冲工艺试验、校平工艺试验、 弯曲性能试验、成型性能试验，掌握板料分离性能和成型性能，成功地制定了合理的冲 压工艺。鉴于高速、重载货车可靠的安全系数需要，要求有可靠的焊接工艺保证。通过 焊接工艺试验，选取了与之匹配的焊接材料，确定了合适的焊接工艺参数，成功地焊接 了使用该钢材的c 7 6 型专用运煤敝车车体钢结构。 3 1q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的机械性能及化学成分 3 1 1q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的机械性能 要使产品满足减重要求，首先力学性能必须达到设计要求，钢带的头中尾等各部位 的性能必须稳定达到规定的要求。为了全面了解该钢种的机械性能，对入厂的钢带的机 械性能进行了复验，并与要求进行对比，结果合格，详见表3 1 。 表3 1 钢材的机械性能要求值及复验值 t a b l e3 1m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n ta n dr e - t e s td a t eo f s t e e lp l a t e s 部a k v - 4 0 规格方向 r p ( m p a )r m ( m p a )6 ( ) 横向冷弯 位 ( j ) 指标要求纵向 4 5 0 5 3 0 筮2 横向 2 71 8 0 0 ，2 a 横5 3 05 4 06 0 0 6 0 52 62 67 28 8 尾 纵 5 1 55 1 05 9 5 6 0 02 93 1 中 横 4 8 0 4 8 05 9 0 5 9 52 92 88 48 6 b = 5 0 m m 厚度纵4 6 5 4 7 05 9 55 9 0 3 l3 0 d = 2 乱钆 7 m m 横 4 7 5 4 8 56 0 0 6 0 02 82 77 68 8 0 合格 纵4 7 04 7 5 5 9 55 9 5 3 13 0 头 a k v - 4 0 方向 r p ( m p a )r m ( m p a ) 致) ( j ) 厚度 尾 横 4 9 5 6 0 0 2 79 41 0 8b = 5 0 m m 1 2纵4 7 05 9 02 9d = 2 a , a , 9 大连交通人学f j 程硕十学位论文 m m横 4 8 06 0 0 2 8 8 87 0 合格 中 纵 4 6 5 5 9 52 9 横 4 8 5 5 8 52 6 4 64 8 头 纵 4 6 5 5 8 02 8 3 1 2q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的化学成分 钢板的成分、组织状态的设计必须满足用户的设备工艺要求，最主要的是焊接性能、 冷弯成型性能及剪切冲裁等方面的可加工性能。对入厂的钢带的化学成分进行了复验， 并与要求进行对比，结果合格，详见表3 2 。 表3 2 钢材的化学成分要求值及复验值( ) t a b l e3 - 2c h e m i c a la n a l y s i sa n dr e t e s td a t ef o rs t e e lp l a t e s ( ) 化学成 cs im npsc uc rn i 分要求 郢1 2如4 0 0 7 1 50 0 7 o 1 2 卯0 0 8 0 2 5 0 40 4 0 0 9 o 0 5 - o 值 5o4 0 t 7o 0 70 1 80 8 10 1 10 0 0 3o 3 1o 7 2o 2 5 t 1 20 0 70 1 70 7 90 1 00 0 0 30 3 4o 7 1o 2 3 3 2q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的耐大气腐蚀性能 钢材在力学性能上达到要求还不能满足减薄、减重的要求，必须保证拥有良好的耐 大气腐蚀性能，以保证钢板减薄后不缩短车辆的维修周期和使用寿命，并使产品在应用 过程中刚度始终满足使用要求。为确认q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的耐大气腐蚀性能， 对试板进行了耐大气腐蚀性能模拟腐蚀定量分析和定性分析。 3 。2 1 模拟定量测试 定量测试试验采用的方法是铁道部要求的周期浸润试验方法，并与0 9 c u p c r n i 进行 了对比，结果见表3 3 。 表3 - 3 周期浸润试验结果 t a b l e3 - 3r e s u l t so fp e r i o d i c a ls o a k a g et e s t 钢材 相对腐蚀率 q 4 5 0 n q ri 4 5 6 0 9 c u p c r n i 4 9 1 0 第三章q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的t 艺性研究 测试结果表明：q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢具有很好的耐大气腐蚀性能指标，相对 q 2 3 5 一a 腐蚀速率9 8 。 3 2 2 耐大气腐蚀性能的定性分析 在实验室测定了电化学极化曲线和腐蚀电阻。表3 4 为在这两种腐蚀介质中测得的 极化电阻。 表3 - 4 试样在两种不同溶液中的极化电阻 t a b l e3 - 4p o l a r i z e dr e s i s t a n c ef o rt h es p e c i m e ni n s i d et w od i f f e r e n ts o l v e n 钢材c m n b 5 n a c l n a 2 s 0 4 0 9 c u p c r n i0 4 91 2 0 0 q6 0 0 q q 4 5 0 n q r lo 7 30 0 2 2 1 8 0 0 q6 0 0 q 从表3 - 4 可知，试样在两种溶液中的腐蚀电阻均高于0 9 c u p c r n i 钢，表明其耐大气 腐蚀性要好于0 9 c u p c r n i 钢。 3 3q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的冲压性能试验 为了了解q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的冲压性能，满足c 7 6 前期技术准备的需要， 并结合现有冲压加工设备制定合理的冲压工艺，根据实际生产需要进行了大量的常规 冲压工艺性能试验：剪冲工艺试验、板材校平试验、弯曲性能试验、典型件成型性能试 验( 下侧门成型，浴盆板滚弧) ，并根据试验结果制定了合理的冲压加工工艺。 3 3 1 剪冲工艺试验 ( 1 )目的：了解实物剪切、冲裁断面质量、加工后变形情况、冲裁噪音、设备震 动等情况，确定剪切、冲裁能力，为制定合理的剪切、冲裁工艺提供依据。 ( 2 ) 试验内容： 裁条料( t 3 - - - - t 1 4 ) x 3 0 0 0 x l 剪切块料( t 3 t 1 4 ) x 5 0 x 2 0 0 剪切c 6 4 k 下侧门原料 c 6 4 k 枕梁腹板冲裁 ( 3 ) 试验结果： 不同厚度的q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢钢板剪切、冲裁断面质量与0 9 c u p c r n i a 板 料相当，剪切、冲裁后断面无裂纹及分层现象，剪切、冲裁断面由于强度、硬度大加工 后变形小于0 9 c u p c r n i a ，目前现有剪切设备能力能满足1 0 m m 以下大件剪切和1 4 r n m 大连交通人学一l ：程硕+ 学位论文 以下小件剪切的工艺要求，对于1 2 m m ( 含1 2 m m ) 以上大件现阶段只能采用切割等方 法下料；冲制c 6 4 k 枕梁腹板噪音、设备震动较0 9 c u p c r n i a 高出许多。由于q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢屈服强度比0 9 c u p c r n i a 高出3 0 ，因此部分通用冲裁模具需改成斜刃 以降低冲裁力，同规格的工件才能实现冲裁。 3 3 2 校平工艺试验 ( 1 ) 目的：了解不同规格板料校平质量，现有校平设备的能力，为制定合理的校 平工艺及后续设备采购提供依据。 ( 2 ) 试验内容：q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢校平试验内容见表3 5 表3 5q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢校平试验内容 t a b l e3 5c o n t e n to fl e v e l i n gt e s tf o rq 4 5 0 n q r1h i g hs t r e n g t ha n t i c o r r o s i o ns t e e l 序号试验内容所朋设备 1t 3 t 7 m m 卷料开卷太原校平机( 开卷线) 2 1 3 一t 5 m m 块料校平长治校平机 3t 7 一t 12 m m 块料校平鄂洲校平机 4 t 3 t 1 2 m m 小件校平摩擦压力机 ( 3 ) 试验结果： t 3 - 一t 7 m m 卷料开卷后经太原校平机校平后平面度在5 - 1 0m l l l m ，基本能满足剪切 设备要求；长大板料( 1 2 0 0 m m 以上) 剪切加工后，经精校平后平面度较差，反复调整 校平机各种参数后，最好仅能达到3 一5 m m m ( 公司校平标准为1 5 m m m ，目前校平机 能力不能满足质量要求；因小件( t x 2 5 0 m m 2 5 0 m m ) 变形较小，经摩擦压校平后能达 到标准要求。 3 3 3 弯曲工艺试验 ( 1 ) 目的：通过试验掌握以最小相对弯曲半径为标志的弯曲性能，另外了解此钢 种的弯曲回弹量，为制定弯曲工艺及弯曲模具设计提供依据。 ( 2 ) 试验原理：本试验采用一系列具有不同底部弧面的凸模，将试样按照规定的 弯曲角成形后，检查其变形区外侧表面，以确定该表面不产生裂纹或显著凹陷时的最小 相对弯曲半径作为弯曲性能指标。 ( 3 ) 内容： 1 2 第三章q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的t 艺性研究 9 0 。压弯试验，试样尺寸3 5 0 1 5 0 ，5 x 5 0 1 5 0 ，7 x 5 0 1 5 0 ，采取以下四种方式 组合试样，即断面为机械加工和剪切两种与轧制纹理横纵两方向的组合。 9 0 。压弯回弹试验，在进行最小相对弯曲半径试验的同时测量、确定其9 0 。压 弯回弹角。 ( 4 ) 试验结果： 最小相对弯曲半径试验结果见表3 - 6 表3 - 6 最小相对弯曲半径试验结果 t a b l e3 - 6t e s tr e s u l t so fm i nr e l a t i v eb e n d i n gr a d i u s 3 x s 0 x1 5 05 x 5 0 x1 5 07 x 5 0 x 1 5 0加工 卧 横向纵向横向纵向横向 纵向方式 r t = 1无裂裂纹无裂裂纹无裂裂纹剪切 r t = - i 无裂裂纹无裂裂纹裂纹裂纹 加工 阶1 2 无裂无裂无裂 无裂无裂无裂剪切 r t = 1 2无裂无裂无裂无裂无裂无裂加工 r t = 1 5 无裂无裂无裂无裂无裂无裂剪切 阶1 5无裂无裂无裂无裂无裂无裂加下 9 0 。压弯回弹角试验结果见表3 7 表3 79 0 0 压弯回弹角试验结果 t a b l e3 - 7t e s tr e s u l t so fs p r i n g i n ga n g l ea t9 0d e g r e eb e n d i n g 3 x 5 0 x 1 5 05 x 5 0 x1 5 07 x s 0 x 1 5 0 1 矾 横向纵向横向纵向横向纵向 r t = l 5 04 6 04 5 。4 3 04 0 03 8 0 r t = 1 2 4 8 04 6 。4 4 。4 3 。3 8 03 7 0 r f 1 5 4 7 04 5 04 2 04 2 03 5 03 2 0 经9 0 。折弯试验q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的最小相对弯曲半径大于0 9 c u p c r n i a 板料( 0 9 c u p c r n i a 钢的最小相对弯曲半径r t = 1 ) ，取相对弯曲半径r t = 1 2 - 1 5 能 满足实际生产需要，回弹角约为3 0 - - - 5 0 3 3 4 压型工艺试验 ( 1 ) 目的：针对零件，掌握成型质量 大连交通大学t 科硕十学位论文 ( 2 ) 内容：通过典型件压型工艺试验，了解q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢的成型工艺 性能，为制定合理的成型工艺提供依据。试验内容见表3 - 8 表3 - 8 压型工艺试验内容 t a b l e3 - 8t e s tc o n t e n tf