武钢铁路车辆及集装箱用耐候钢的现状及发展.docx

武钢铁路车辆及集装箱用耐候钢的现状及发展刘志勇 ,陈邦文 ,陈吉清 ,胡敏 ,宋育来(武汉钢铁 (集团) 公司 研究院 , 湖北 武汉 430080)摘 要 :综述了武钢铁路车辆及集装箱用耐候钢的研发背景和过程 ,简要介绍了典型铁路车辆及集装箱用耐候钢的产品特点和性能 ,展望了耐候钢的发展趋势及武钢在铁路车辆及集装箱用耐候钢的开发方 向 。关键词 :耐候钢 ;高强度中图分类号 : T G142 . 2文献标识码 : A文章编号 :100121447 (2009) 0620055204Present status and development of weathering steel s f or ra il wa ycarr iage and conta iner in WISCOL IU Zhi2yo ng , C H EN Ba ng2we n , C H EN J i2qi ng , H U Mi n , SO N G Yu2lai( Re sea rc h a nd Develop me nt Ce nt er of W ISCO , Wuha n 430080 ,Chi na)Abstract : The re sea rch a nd develop me nt p ro gre ss of weat heri ng st eel s fo r railwa y ca r ri2a ge a nd co nt ai ne r i n W ISCO a re summa ried i n t he p ap e r . Typical p ro duct s of weat heri ng st eel s ma de by W ISCO a re i nt ro duce d. In a dditio n , t he develop me nt p ro sp ect of t he weat he ri ng st eel s i s al so di scu ssed .Key words : weat he ri ng st eel ; hi gh st re ngt h耐候钢 ,即耐大气腐蚀钢 ,是指含少量耐候性合金元素 ,在大气中具有良好的耐腐蚀性能 ,相对 于不锈钢价格较低的低合金钢 。耐候钢的耐大气 腐蚀性能是普碳 钢 的 2 8 倍 , 并 且 使用 时间 越长 ,耐腐蚀性能越突出 。耐候钢可以裸露使用 、涂装使用或稳定化处理后使用 。耐候钢作为一种高 效钢材 ,一直是大气腐蚀用钢品种开发与腐蚀研究的热点 。美国是最早商业化耐候钢产品的国家 , 1933 年美国钢铁公司研制出 Co r t e n 系耐候钢产品 1 。 此后 ,世界上其它国家以 Co rt e n 系耐候钢为基础开始大规模研制耐候钢 ,并开发出了符合各国资 源特点和使用要求的产 品 。如 印度 的 Sailco r2A 系列 ,韩国 的 RA WS50 、日 本 的 SPA2H 、CU P T2EN2G ,德国的 S T 35 等等 223 。这些耐候钢均是 以 Cu2P2Cr2Ni 或 Cu2M n2Cr 系为基础 ,称为传统耐候钢 ,其强度级别均较低 。目前 ,高强度耐候钢发展较为前沿的是瑞典 SSAB 公司的 Do me x5002700 W 系列 ,其屈服强度达到了 700M Pa 级 ,但产品规格存在局限性 ,厚度在 6 mm 以下 。我国从20 世纪 60 年代开始研制耐候钢 ,目前 ,已开发出 了一系列耐候钢产品 ,主要是 Cu2P2Ti2R E 、Cu2P2Cr2Ni 或 Cu2M n2Ni2Cr 系 , 在铁路车辆 、集装箱 、桥梁 、建筑 、汽车等行业得到了广泛的应用 。1研发历程武钢是我国最早开发耐候钢的单位 ,从 20 世纪 60 年代至今 ,武钢以市场需求为导向 ,结合武钢矿石含铜的特点 ,一直致力于耐候钢新产品的 研发 ,并开发出了一系列耐候钢产品 ,武钢耐候钢 产品的研发过程可分为以下三个阶段 。(1) 第一阶段为 20 世纪 60 年 代至 20 世纪80 年代初 。1965 年 , 武 钢 开 始 进 行 耐 候 钢 的 研 制 ,开发了 09 M nCu P Ti R E ,并在齐齐哈尔车辆厂制造了 4 辆货车 。09M nCu P Ti R E 是我国自主研 发的第一个耐候钢产品 ,由其制造的铁路货车在1985 年仍在正常使用 ,这作为了武钢第一代耐候钢产品耐腐蚀性能的证明 ,也为武钢以后开发耐作者简介 :刘志勇 ( 1976 - ) ,男 ,工程师 ,主要从事金属材料的开发与研究工作.56 钢 铁 研 究第 37 卷候钢产品提供了信心和经验 。(2) 第二阶段为 20 世纪 80 年代 至 20 世 纪90 年代 。20 世纪 80 年代以前 ,我国铁路车辆制 造基本采用普通碳素钢 ,耐大气腐蚀性能较差 ,使 用寿命较短 。为此 ,六五期间 ,铁道部提出采用耐 候钢制造铁路车辆 。1979 年武钢1 700 mm 轧机建成投产 ,以此为契机 ,武钢承担了国家科技重点 攻关项目“铁路车辆用耐大气腐蚀钢的仿制与研 制”。从 1981 年起武钢在国内率先仿制 S PA2H 和研制 09Cu P Ti R E , 迄今已生产 09Cu P Ti R E 钢500 多万吨 。1985 年 ,在 09Cu P Ti R E 钢研 制 成功 的基 础 上 ,武钢继续承担国家科技重点攻关项目“耐候钢 的系 列 化 研 究”, 开 发 出 了 06Cu P R E 、N F S345 、 N F S390 ,仿制 Co r t e nB 开发了 N H35q 、N H41 。传统耐候钢产品由于成分体系中含有较高的Cu 、Cr 、Ni ,成本偏高 , 制约了耐候钢的应用与发 展 。1995 年 ,武钢结合自身矿石含 Cu 的特点 ,开 发 了 成 本 低 廉 的 经 济 耐 候 钢 J N235 、J N255 、 J N345 。随着中国经济的发展 ,集装箱制造行业快速向中国转移 , 2005 年 , 我国集装箱产量已占世界 集装箱总产量的 94 % 。初期集装箱制造业在我 国新起时 ,钢材完全依赖国外进口 ,为取代进口 , 实现集装箱钢的国产化 , 武钢于 1997 年 , 以 J IS G3125 为基础 , 开发了耐候集装箱用钢 SPA2H , 迄今已生产 200 多万 t ,为武钢创造了巨大的经济 效益 。1998 年底 ,我国启动了国家重大基础研究规 划项目 (973 项目) ,即“新一代钢铁材料的重大基 础 研 究 ”, 武 钢 在 这 一 时 期 承 担 了 实 现09 Cu P Ti R E 、09Cu PCr Ni 耐 候 钢 强 度 翻 番 的 项 目 ,开发了超细晶耐候钢 CXJ 500 、CXJ 600 。这一阶段是武钢耐候钢产品研发的蓬勃发展 期 ,武钢开发了大量耐候钢产品并用于我国国民 生产的很多领域 ,取得了巨大的社会效益和经济效益 。(3) 第三阶段为 2000 年至今 。我国生产的铁 路车辆用耐大气腐蚀钢以屈服强度 295 M Pa 的09 Cu P Ti R E 和 345 M Pa 的 09 Cu PCr Ni 为主 。为 适应我国铁路高速 、重载的发展趋势 ,铁道部要求研制屈服强度 345 490 M Pa 级 , 耐腐蚀性能至 少不低于 09Cu P Ti R E 和 09 Cu PCr Ni 的货车车辆 用耐候钢 ,并逐步取代现有牌号的耐候钢 。根据铁道部的要求 ,武钢 2001 年开始研制高强度高耐候铁路车辆用钢 ,于 2003 年研制成功 W400N Q 、 W450N Q 钢 ,并生 产 了 超 过 1 600 t , 用 于 株 州 车 辆厂制 造 车 辆 。2003 年 , 铁 道 部 运 输 局 下 发 了铁道货车用高强度耐大气腐蚀钢热轧板 ( 带) 订 货技术条件 (暂行) ,武钢以此为基础开始研制满 足铁道部要求的成分体系高强度耐候钢 ,于 2004 年研制成功 , 并 于 2005 年 通过 铁 道 部 组 织 的 评 审 ,开始 大 批 量 生 产 Q450N Q R1 , 至 2008 年 12 月已生产超过 50 万 t 。与此同时 ,2004 年为满足 眉山车辆厂制造出口委内瑞车辆对屈服强度 550M Pa 级耐候钢的需求 , 开发了 WQ550N Q R1 , 当 年生产超过1 400 t ,目前已开始批量供货 。Cu2P 系耐候钢中 w ( P) 在0 . 07 %0 . 15 %之间 ,由于含 P 量高 , 所以这类钢的屈服强度一 般在 345 M Pa 以下 , 板厚一般不超过 16 mm , 主要用于铁路车辆制造 ,为了满足铁路车辆制造行 业对厚规格 耐 候钢 的需 求 , 2002 年 成功 研 制出厚度规格 16 25 mm 的 09Cu PCr Ni2A 钢 , 并用 于齐齐哈尔车辆厂造车使用 。采用高强度钢制造集装箱可以减轻重量 、降 低成本 ,提高载重量 。国内多家箱厂已开始试用屈服强度 600 、650 、700 M Pa 级 Do me x 系列热轧钢板及 DO COL 系列冷轧钢板制造高强度集装箱 钢 ,但其主要靠进口 。为实现 700 M Pa 级高强度 集装箱钢的国产化 , 满足市场需求 , 武钢从 2005 年开始生产试制 700 M Pa 级高强度集装箱耐候 钢 ,至 2008 年 ,已试制 3 批 ,共3 000 t ,经用户试用 ,其成形性 、焊接性 、涂装性能均优良 。同时 ,为满足集装箱制造厂对不同级别高强度耐候钢的需 求 ,武钢还开发了 550 M Pa 级 、600 M Pa 级高强度集装箱耐候钢 。2008 年武钢开发了比现有耐候钢耐腐蚀性 能大幅提高 ,并且具有优良的低温韧性和优良焊接性能的耐候钢 WQ450 GN ,已在车辆制造中得 到了应用 。2典型产品2 . 109Cu P Ti R E 钢09 Cu P Ti R E 钢是武钢 20 世纪 80 年代结合我国的资源特点开发的最为典型的耐候钢 ,其屈服强度级别为 295 M Pa 级 ,主要用于我国铁路货 车制造 。在武汉 、广州 、成都 、青岛 、万宁 、江津等 地 2 年曝晒试验结果表明 ,09Cu P Ti R E 钢的耐大 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 6 期刘志勇 ,等 :武钢铁路车辆及集装箱用耐候钢的现状及发展57 气腐蚀性能是 A3 钢的 1 . 7 1 . 9 倍 , 达到或接近Co r t e n A 钢的水平 。在黄海 、东 海 、南海 海域 对 含 09 Cu P Ti R E 钢在 内的 18 种 试 验 钢 进 行 了 挂 片试验 ,结果表明 , 09Cu P Ti R E 钢耐海水局部腐 蚀和均匀腐蚀性能在 18 个试验钢中最好 。系列 化 而 开 发 的 产 品 , 其 屈 服 强 度 级 别 为 390M Pa ,具有良好 的 成型 性 、低 温 冲 击 韧 性 和 焊 接 性 ,间浸和盐雾试验表明 N F S390 钢的耐腐蚀性 能明显优于 A3 钢 。2 . 6Q450 N Q R1 、WQ550 N Q R1 钢Q450N Q R1 、WQ550N Q R1 钢是武钢为满足2 . 206Cu P R E 钢06Cu P R E 是武钢成功研制 09Cu P Ti R E 钢之我国铁路高速 、重载发展需求 ,根据铁道部要求开发的高强度耐候钢 ,其屈服强度分别为 450 M Pa 、550 M Pa 级 。为了解 Q450N Q R1 耐腐蚀性能 ,目 前正在铁路货车上进行动态挂片试验 。后为满足汽车及其它构件需要而研制的冷轧薄板耐候钢 ,是 Cu P R E 系列化产品之一 ,其屈服强度 级别为 275 M Pa 级 。06 Cu P R E 钢具有良好的成 型性能和耐腐蚀性能 , 对 06Cu P R E 钢的挂片 曝 晒试验结果表明 ,06 Cu P R E 钢的耐腐蚀性能优于碳钢 ,并以工业性大气 ( 武汉) 和 湿热 性 大气 ( 海 南) 的耐大气腐蚀性能更好 ,武汉 、海南 1 年曝晒 ,06 Cu P R E 钢耐腐蚀性能为 A2 钢的1 . 5倍 ; 武汉 、成都 、青岛 、广州 2 年曝晒 ,06 Cu P R E 钢耐腐蚀性 能为 A2 钢的1 . 22 倍 。电化学测试结果显示 ,06 Cu P R E 钢的腐蚀速度比 A2 钢小 ,其耐大气腐 蚀性能是 A2 钢的2 . 4倍 。WJ X7502N H 钢WJ X7502N H 钢是武钢为满足我国集装箱制 造业 对 高 强 度 钢 的 需 求 , 开 发 的 屈 服 强 度700M Pa 级耐候钢 ,该钢的成功研制 ,打破了国外 垄断 ,具有良好的市场竞争力 。2 . 72 . 8WQ450 GN 钢WQ450 GN 钢是武钢为满足我国铁路货车制造及其它行业对高强度高耐候钢的需求 ,而研制的屈服强度 450 M Pa 级高耐候钢 ,周浸实验结果 显示 , WQ450 GN 钢的耐腐蚀性能明显优于现有耐候钢及 S PA2H 钢 ,同时具有良好的成型性 、低 温冲击韧性和焊接性能 。2 . 309Cu PCr Ni09Cu PCr Ni 钢是武钢仿 Co r t e n A 钢开发的又一典型的耐候钢产品 ,按屈服强度级别不同 ,分为 295 M Pa 级 的 09Cu PCr Ni 和 345 M Pa 级 的09 Cu PCr Ni2A ,尤其是 2002 年 ,成功开发 1625 mm 厚 09Cu PCr Ni2A , 具 有 极 强 的 市 场 竞 争 力 ,主要用于我国铁路客车制造 。对 09Cu PCr Ni 钢进行了静态挂片试验和动态挂片试验 ,试验结果 表明 ,工业大气 ( 武钢) 和海洋大气 ( 广州) 5 年挂片 ,09 Cu PCr Ni 钢耐腐蚀性能是含 Cu 碳钢的2 . 7和1 . 4倍 ,优于 Co r t e nA 钢 ,09Cu PCr Ni2A 钢耐腐 蚀性能是含 Cu 碳钢的 2 . 7 和 1 . 4 倍 ,优于 Co rt e2nA 钢 ;铁路车辆 5 年动态挂片试验 , 09Cu PCr Ni 钢耐腐蚀性能是含 Cu 碳钢的2 . 262 . 6倍 ,优于 Co r t e nA 钢 , 09 Cu PCr Ni2A 钢 耐 腐 蚀 性 能 是 含 Cu 碳钢的2 . 282 . 6倍 ,优于 Co r t e nA 钢 。2 . 4 J N345 钢J N345 钢是武钢为降低耐候钢成本 , 结合自 身矿石特点开发的一种新型耐候钢 ,其屈服强度 级别为 345 M Pa 级 ,在广州 、青岛 、万宁 、江津等地2 年曝晒试验结果表明 ,J N345 钢的耐大气腐蚀 性能是 Q235 钢的1 . 32 . 1倍 。展望3美国等一些发达国家耐候钢的强度水平已达 4 到 550 M Pa 级,俄罗斯正在研制生产 600 M Pa级高强度钢 5 ,2008 年武钢开发出了 450 M Pa 级 高耐腐蚀性能耐候钢 WQ450 GN 。随着我国铁路运输的快速发展 ,与国际化接轨 ,具有更高强度 、 更高耐候性的耐候钢将成为我国铁路车辆发展的趋势 ,开发 550 650 M Pa 级高耐候系列钢将具 有很好的发展前途 。目前 ,武钢的铁路车辆及集装箱用耐候厚度钢主要以 12 mm 以下为主 ,厚规格高强度耐候钢 不仅生产难度较大 , 而且在国内外均属于空白 。 为满足车辆制造厂对厚规格耐候钢的需求及拓展耐候钢的应用范围 , 应加大 450 600 M Pa 级厚 规格耐候钢的研发力度 ,尤其是武钢4 300 mm 轧机投产在即 ,这是一个良好的契机 。我国的耐候钢产品主要用于铁路车辆 、集装 箱 、桥梁等领域 ,建筑 、工程机械 、煤矿机械等大量 暴露于大气或特殊工况条件下器械 ,由于腐蚀引起使用寿命缩短而造成经济损失 ,或因腐蚀失效 造成重大事故 ,因此 ,这一领域对耐候结构钢的需2 . 5N FS390 钢N F S390 钢是为实现 Cu P 系耐候钢强度级别 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 58 钢 铁 研 究第 37 卷求将会日益增多 ,但由于在具有良好机械性能 、成型性 、焊接性和低温韧性的基础上 ,同时具有良好 的耐腐蚀性能造成耐候结构钢的成本偏高 ,因此 开发具有低成本的经济耐候结构钢具有良好的市 场前景和市场竞争力 。国外正在研究非 Cu2P 和 Cu2P2Cr2Ni 系耐候钢 ,尤其是日本已取得了突破 ,正在研制成本低廉 的 Si2Al 系耐候钢 6 , 国内北京科 技 大学 也在 进 行这方面的研究 7 ,新型耐候钢的研究动向值得 关注 。(4) 高性能经济耐候结构钢是耐候钢发展的一个主要方向 。 参考文献 1 Pedro Al brecht , M. A SCE , Ter r y T. Hall J r . At mo sp heric co r ro sio n re si st a nce of st r uct ure st eel s J . J o ur nal of mat e2 rial s i n civil engi neeri ng ,2003 ,1 :2224 .贾 晖. 铁 路 车 辆 用 耐 候 钢 的 现 状 及 发 展 J . 武 钢 技 术 ,2003 , 41 ( 3) : 59263 .王传雅 , 戚 正风. 耐 候钢的 化 学 成 分 和 性 能 J . 特 殊 钢 ,1997 , 18 ( 1) :13219 .侯豁然 ,付俊岩. 我国铁道车辆用高强度耐大气腐蚀钢的进 展 J . 钢铁 ,2004 , 39 ( 6) : 71274 .张进德. 我国铁路货车技术发展趋势 J . 铁道车辆 , 2003 ,41 ( 4) : 128 .T Ni shi mura . Ru st fo r matio n a nd co r ro sio n p erfo r ma nce of Si2 a nd Al2bea ri ng ult rafi ne grai ned weat heri ng st eel J . Co r ro sio n Science ,2008 : 13062