簡述不銹鋼車體的優(yōu)缺點(diǎn)？它是車輛結(jié)構(gòu)的主體。車體的強(qiáng)度和剛度關(guān)系到車輛的安全性、可靠性和舒適性，車體的防腐防腐能力、表面保護(hù)和裝飾方法，車輛的外觀、壽命和維護(hù)系統(tǒng)，車體的重量關(guān)系到能耗、加減速、載客量

簡述不銹鋼車體的優(yōu)缺點(diǎn)？

它是車輛結(jié)構(gòu)的主體。車體的強(qiáng)度和剛度關(guān)系到車輛的安全性、可靠性和舒適性，車體的防腐防腐能力、表面保護(hù)和裝飾方法，車輛的外觀、壽命和維護(hù)系統(tǒng)，車體的重量關(guān)系到能耗、加減速、載客量甚至列車編組形式(牽引比)。這些都直接影響到作業(yè)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

由于鐵道車輛車體長期處于強(qiáng)烈振動(dòng)、外部氣候條件、乘客量大且不穩(wěn)定的條件下，其整體結(jié)構(gòu)形式、性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要取決于車體材料。在設(shè)計(jì)鐵路車體時(shí)，對車體部件和內(nèi)部裝飾所用材料的基本要求是：應(yīng)具有部件所要求的高強(qiáng)度和剛度、重量輕、耐老化、耐污染、耐磨、耐光等特性，并適于改善環(huán)境(隔熱、隔音和更好的采光)和舒適性(減振等)。).目前，城市軌道交通車體結(jié)構(gòu)使用的材料主要是經(jīng)濟(jì)型的車輛用不銹鋼和鋁合金。下面從機(jī)械性能、重量、工藝等方面對不銹鋼車體和鋁合金車體進(jìn)行分析比較。

不銹鋼車身成熟安全

不銹鋼的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)使其適合作為客車車身材料：一是具有優(yōu)異的耐腐蝕性和防銹性，可以省去客車車身外板的涂裝工序，大大節(jié)約維修成本。其次，與普通鋼材相比，不需要考慮防腐涂層，因此可以減少板材厚度，有利于車身輕量化，從而節(jié)約能源，減少尾氣排放。目前常用的車身不銹鋼有兩種：SUS304和SUS301L，都是奧氏體不銹鋼。

日本從1958年開始在部分乘用車外板使用SUS304不銹鋼防腐，但在其他部位沒有使用，所以輕量化效果不明顯。早在1934年，美國帕德公司就生產(chǎn)出不銹鋼車輛，實(shí)現(xiàn)了輕量化。1962年底，車輛完全不銹鋼化，與當(dāng)時(shí)的普通鋼制車體相比，車體重量減輕了2噸。以1974年的石油危機(jī)為契機(jī)，節(jié)能的要求使得車輛更加輕量化。最終開發(fā)出在高強(qiáng)度下具有較好焊接性和加工性的不銹鋼，并改進(jìn)了焊接方法。到1978年，車身用不銹鋼已經(jīng)投入實(shí)際使用，基本上所有車輛都使用SUS304不銹鋼，車重減輕了1噸到1.5噸。

此后，日本山手線采用了這種新型車輛，生產(chǎn)發(fā)展迅速，得到社會(huì)認(rèn)可。現(xiàn)在運(yùn)行的車輛是在1990年進(jìn)一步改進(jìn)后設(shè)計(jì)的，實(shí)現(xiàn)了輕量化，減少了零件和焊接點(diǎn)的數(shù)量。由于全不銹鋼車輛的重量比鋁制車輛輕，因此被班車和節(jié)能車輛廣泛用于多次減速和提速的郊區(qū)交通，現(xiàn)在占國有鐵路線路的60%。

用于車輛的不銹鋼需要具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高強(qiáng)度、適于沖壓和彎曲的高加工性以及組裝成結(jié)構(gòu)部件所需的優(yōu)異的焊接性。奧氏體不銹鋼，如SUS304和SUS301L，可以滿足上述要求。SUS304的含碳量按JIS標(biāo)準(zhǔn)小于等于0.15%,但實(shí)際上大多小于0.08%,這主要是由于整車裝配時(shí)焊接熱影響區(qū)的Cr碳化物發(fā)生晶界腐蝕開裂所致。然后為了抑制Cr碳化物的析出，開發(fā)了碳含量低于0.03%的SUS301L奧氏體不銹鋼?，F(xiàn)在這個(gè)鋼種已經(jīng)基本用在不銹鋼車上了。

新型不銹鋼車采用超低碳([C]lt0.03%)的SUS301L特種經(jīng)濟(jì)型不銹鋼。SUS301L可以通過冷軋來調(diào)節(jié)其強(qiáng)度和延性水平，根據(jù)軋制率的不同分為LT、DLT、st、MT、HT五個(gè)強(qiáng)度等級。低溫材料

汽車材料大多是焊接在一起的，因此熱影響區(qū)的耐蝕性非常重要。在SUS301L的研制中仔細(xì)討論后發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)成分對晶界腐蝕的影響中，N和Ni的影響較小，但基本上由碳含量決定。因此，SUS301L的碳含量降低到0.03%以下，以保證其耐腐蝕性。

焊接部分的強(qiáng)度是另一個(gè)重要因素。原本有科研人員擔(dān)心，為了保證SUS301L焊接件的耐蝕性，將碳含量降低到0.03%會(huì)影響其強(qiáng)度。然后，通過添加N元素解決了這個(gè)問題，并保證了較好的強(qiáng)度。

除了鐵路客車，最近，以為首的新興國家開始將不銹鋼應(yīng)用于運(yùn)煤卡車。由于煤中含有多種S元素，耐硫酸腐蝕性能優(yōu)異的不銹鋼被成功開發(fā)應(yīng)用，其成分為低C、N含量的11Cr-18Mn-0.75Ni-Ti。

鋁合金輕量化的新方向

關(guān)注鋁合金的應(yīng)用。目前，日本新干線的乘客數(shù)量正在迅速增加，高速鐵路的實(shí)現(xiàn)使人們再次考慮車體輕量化的問題。根據(jù)計(jì)算，如果車身重量減少10%,可以節(jié)能6%,減少6%的CO2。減輕車輛結(jié)構(gòu)重量的方法有三種：改變結(jié)構(gòu)方式；改變適用材料的材質(zhì)(由鋼改為鋁合金)；改變室內(nèi)產(chǎn)品的構(gòu)成。對于新干線車輛來說，除了骨架、平臺架等部件采用高強(qiáng)度鋼外，外板也采用高強(qiáng)度鋼板，提高了它們之間的接合程度，從而實(shí)現(xiàn)更好的輕量化。

為了進(jìn)一步減輕重量，日本決定用鋁合金擠壓材代替鋼材將脊柱和外板連接在一起。由于鋁合金材料在同等強(qiáng)度下更輕，且大部分?jǐn)D壓材料不需要骨干材料與外板的接合，有利于節(jié)省構(gòu)件組裝的建造成本。

在鋁合金車體的開發(fā)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意以下問題：一是焊接結(jié)構(gòu)用鋁合金(A6N01合金、A7N01合金)和抗應(yīng)力腐蝕(SCC)7000系列合金的開發(fā)技術(shù)；二是擠壓型材的生產(chǎn)工藝，如減薄、加寬、鏤空等；第三，鋁合金結(jié)合技術(shù)(MIG焊、攪拌摩擦焊)，擠壓型材適合焊接和提高尺寸精度。

新干線的車體結(jié)構(gòu)有兩種。300系新干線的車體結(jié)構(gòu)是由橫跨車輛全長(24.5m)的整體擠壓型材(長、薄壁、寬)組成的車頂材料、側(cè)外板和車地板結(jié)構(gòu)(以下簡稱單體結(jié)構(gòu))，最大部分寬600mm。梁采用A7N01-T5材料(7000系列合金)，因?yàn)檫@種合金強(qiáng)度高，焊接熱影響部位強(qiáng)度下降很小。

700系新干線的車體結(jié)構(gòu)為縱向整體結(jié)構(gòu)組成的車頂和側(cè)外板結(jié)構(gòu)，由A6N01-T合金(長、薄壁、寬)中空擠壓型材(寬560mm)縱向跨越車輛全長組成。在每個(gè)縱向材料的連接部分，如300系列，為了補(bǔ)充焊接造成的強(qiáng)度降低，連接部分被局部加厚以保證其強(qiáng)度?？v向材料的端部為桶形復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而取代車輛周圍的其他部件，成為緊湊的結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)也適用于700系新干線。這種結(jié)構(gòu)的隔音問題還沒有完全解決，目前還在改進(jìn)中。

大型薄壁中空擠壓材料的應(yīng)用和車輛周圍零件的簡化，通過車輛零件的減少和接頭線的簡化，有效地促進(jìn)了自動(dòng)化，同時(shí)由于零件的插入和組合，大大簡化了施工操作。

鋁合金制造技術(shù)。Al-Zn-Mg合金(7000系)的焊接部分雖然在焊接熱的影響下強(qiáng)度下降，但在室溫下放置后具有強(qiáng)度恢復(fù)的特性。鋁合金車輛是焊接結(jié)構(gòu)

擠壓技術(shù)。300系新干線已應(yīng)用于寬度為600 mm的擠壓型材，壁厚由原來的極限4 mm降至2.3 mm，700系新干線對空心型材的寬寬薄壁要求越來越高，壁厚由300系整體擠壓型材的2.3 mm降至空心擠壓型材的2 mm。為了使擠壓速度最大化，經(jīng)過對擠壓坯料加熱溫度和擠壓速度優(yōu)化的專項(xiàng)研究，最終實(shí)現(xiàn)了等溫變形條件下薄壁空心型材的高效生產(chǎn)。

擠壓模具設(shè)計(jì)技術(shù)。為了確定空心擠壓型材的減薄工藝，除等溫變形擠壓工藝外，還應(yīng)改進(jìn)擠壓模具的設(shè)計(jì)。比如流量分配等新模具的開發(fā)和新模具的組合等。從而達(dá)到設(shè)計(jì)、制造、使用和改進(jìn)模具全過程的目的，提高擠出材料的尺寸精度。

不銹鋼與鋁合金

對比表明，不銹鋼車體的力學(xué)性能和耐火性能強(qiáng)于鋁合金車體，其熔點(diǎn)高于鋁合金車體，因此不銹鋼車體具有更好的安全性。鋁合金車體的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率和彈性模量約為不銹鋼車體的1/3，鋁合金車體的剛度小于不銹鋼車體。因此，在鋁合金車體設(shè)計(jì)中，一般通過盡可能增加板厚和端面來提高車體的彎曲剛度。

不銹鋼車體采用板梁組合整體承載全焊接結(jié)構(gòu)。為了不降低板材的強(qiáng)度和變形，應(yīng)盡量采用點(diǎn)焊，尤其是強(qiáng)度較高的材料，不允許以任何形式焊接。用接觸焊代替電弧焊是不銹鋼車體的另一個(gè)特點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵。

價(jià)格方面，SUS304不銹鋼和6000系鋁合金的原材料單價(jià)差不多，但是不銹鋼車體是板梁結(jié)構(gòu)，需要大量的工裝、模具、夾具、模板和中間檢驗(yàn)手段。制作過程極其復(fù)雜，人力物力浪費(fèi)。鋁合金車體一般采用大型桁架空心型材焊接而成，空心鋁型材由廠家一次性軋制而成。整車廠家只需要下料、組裝、氬弧焊，工藝簡單，省工省料。所以成品價(jià)格還是不銹鋼車體偏高。

不同材料車體的耐蝕性對車體的使用壽命起著重要的作用。與鋁合金相比，不銹鋼在耐腐蝕方面具有明顯的優(yōu)勢。耐火性方面，不銹鋼的熔點(diǎn)在1400以上，而鋁合金只有630~650，300以上變軟變形。所以不銹鋼車體的耐火性比鋁合金車體好很多。從以上幾個(gè)方面來看，不銹鋼車體的使用壽命要比鋁合金車體長。

為了適應(yīng)全球節(jié)能減排的發(fā)展，在鐵路軌道加快發(fā)展的同時(shí)，利用鋁材減輕車體重量也很重要，應(yīng)該引起重視。同時(shí)，在選擇車身材料時(shí)，也要綜合考慮安全性、整車壽命、成型性等諸多因素，力求經(jīng)濟(jì)、安全、優(yōu)質(zhì)、高效。