冷彎型鋼以其尺寸精確,外型美觀,性能穩定,與熱軋產品比較重量輕,並能以較複雜斷面尺寸滿足用戶要求,而廣泛套用於各類建築、橋樑、機械、製造等行業。
但在鐵路貨車上的套用進程比較緩慢,隨著鐵路貨車的重載和提速要求,我們在設計車輛時要不斷地最佳化車體結構,在不降低車輛性能的前提下合理減輕自重,以提高載重和車輛綜合性能。而車輛結構設計中採用冷彎型鋼就是一個有效的手段。 一、鐵路敞車上使用的冷彎型鋼
鐵路敞車上,到目前共開發並套用三種冷彎型鋼。在1985年,開發了兩種,分別為端牆橫帶和帽型鋼側柱。在1993年,開發了尖角矩形管上側梁,材質為耐候鋼09CuPTiRE-A,屈服強度為295MPa,型式尺寸及截面參數見圖1和表1。
以上三種冷彎型鋼,自開發套用以來,經多年使用驗證產品質量一直較穩定,特別是尖角矩形管的開發,保證了上側梁角部與側板的連線焊縫質量。
二、鐵路棚車上使用的冷彎型鋼
鐵路棚車上冷彎型鋼開發套用較敞車要晚,在設計新型P64A大容積棚車時,於1994年,同期開發了車頂側梁冷彎波紋門板。在1997年,開發了左門右框和右門左框。為了適應鐵路貨車重載的要求,在2OO1年下半年又開發研製了新型的P64G型減輕自重棚車。同時,開發了四種冷彎型鋼套用在該車上,分別為冷彎變Z型車頂側梁,矩形空心型鋼上側樑上框線和U型冷彎型鋼側柱,其材質為高耐候結構鋼09CuPCrNi-A,屈服強度為345MPa。
三、冷彎型鋼所用的材料
冷彎型鋼能夠滿足車輛設計者的合理的設計結構,可以代替較厚重的熱軋型鋼,但是由於採用的較複雜斷面以及厚度有所減薄帶來了腐蝕和強度剛度
等問題。以P64G型棚車,上側梁為例,用新型冷彎型鋼代替了原先的等邊角鋼,為了增加其剛度,就要求設計出一種類似於汽車上用的上框線形狀這種形狀。最大的缺點是易於存水及污物,增加了表面的腐蝕速度,所以冷彎型鋼所用材料要具有一定的耐腐蝕性。
從1987年開始,我國的鐵路貨車上成批使用了耐候鋼,其材質多為09CuPTiRE,最初開發的敞車上用的三種冷彎型鋼。都採用了這種耐候鋼這種銅磷系列的耐候鋼,科學試驗及運用試驗都說明其耐腐蝕性一般相當於普通碳素鋼的2倍左右,在惡劣環境中,相當於2-3倍。到2001年為止,鐵路主型貨車敞棚車上都採用的是這種耐候鋼,隨著重載提速的鐵路主要技術政策的制定。選用高耐候高強度的結構鋼,以降低車輛自重提高整車性能問題顯得尤為突出和迫切,為了適應這一大方向,冷彎型鋼在選材上也要以此為出發點,進行開發研製結合鐵路客車在耐候鋼上的使用情況及未來鐵路用鋼的要求耐腐蝕性和強度等級上應當在原有使用鋼材基礎上提高一個等級。這就是現在,通用型減輕自重棚車上,採用的材料09CuPCrNi-A,,其屈服強度為345MPa,其耐腐蝕性相當於普通碳素鋼的2-3倍,在惡劣環境下相當於3倍以上。
在剛度上,由於冷彎型鋼本身其斷面可由設計者自行設計,不必象定型的熱軋型材那樣受到局限。以P64G型棚車開發的四種冷彎型鋼為例,其截面彈性,抗彎模量都接近或等於其替代的熱軋型鋼,而在結構設計上可具有較大的靈活性。
四、冷彎型鋼開發中遇到的問題
我國鐵路貨車上套用冷彎型鋼,雖然已有十多年的歷史,但與俄羅斯、美國等國家相比,在品種上數量上都相差很多,在冷彎型鋼的製造工藝和產品裝車使用上,存在一些問題現就開發過程中出現的問題作以簡要說明。
1、 冷彎型鋼作為成品,存在較大的內應力,在冷彎加工前期,開卷、滾剪、閉卷、再開卷、平板後進行冷彎,增加了內應力在冷彎過程中。其加工方式屬於機械強制變形,成形後勢必存在很大的內應力,冷彎後雖然有校正工序,只是對型鋼外形尺寸予以精確,對消除內應力效果並不大,其成品存放一段時間後時效變形,很明顯這說明,冷彎型鋼確實有很大的內應力存在。
2 、裝車前的處理使冷彎型鋼產生較大變形,由於冷彎型鋼交貨狀態下是沒
有預塗底漆的,這就要求裝車前要進行拋丸除銹處理,在除銹鈍化了冷彎型鋼表面的同時,也將其內應力進行了釋放,造成了彎曲和扭轉,變形特別對那些開口不對稱結構變形更加明顯。
3、 雖然我國研製的耐候鋼機械性能抗腐蝕性及焊接性良好,但其衝壓性能不如普通碳素鋼其製件在彎曲後回彈較大,因此在冷彎時應研究採用合理的工藝參數以保證產品質量。
4 、應儘快完善新型冷彎型鋼的技術條件,鐵路貨車在套用冷彎型鋼時應針對各種冷彎型鋼的加工製造使用工況,變形特點等制定相應的技術標準。以適應生產使用及檢驗在現行鐵路貨車的檢驗標準上,目前還沒有針對冷彎型鋼的規範,這在一定程度上阻礙了冷彎型鋼在鐵路貨車上套用及開發的進程。
冷彎型鋼在我國鐵路貨車上的套用,才剛剛起步。從鐵路業發達的國外的貨車,發展方向來看,冷彎型鋼在我國貨車上的套用會越來越多。雖然目前確實存在不少問題,如生產工藝的急待提高,貨車套用上的如何定型,以及如何制定相應的行業標準等等。面對這些方方面面的問題,只要一個一個地加以研究解決,一定會在冷彎型鋼的開發和使用上一步一步地積累經驗,才能不斷地開發出新的品種,另外作為冷彎型鋼製造廠與貨車生產廠,應當緊密聯繫加強交流互相溝通,這樣才能更好地推動冷彎型鋼在貨車上的廣泛套用,也可以使鐵路貨車結構更合理,地最佳化使貨車產品的整機性能邁上一個新的台階。