本发明属于不锈钢合金
技术领域：
，具体涉及一种高性能轨道车辆用奥氏体不锈钢合金及其制备方法。
背景技术：
：面对日益严峻的环保形势和对资源节约的苛刻要求，大力发展及健全城市公共交通体系已成为世界上许多国家和地区应对节能降耗采取的措施之一。城市轨道交通车辆作为公共交通体系的载体，其自身的轻量化和长寿化成为发展的必然趋势。目前，我国的城市轨道交通发展很快，已有多个城市开通或正在建设城轨交通，轨道交通客车的需求量猛增。不锈钢客车具有车身强度高、耐蚀性好、维修成本低、能耗低、环境污染小及造型美观等优点，符合轨道车辆轻量化和高档化发展的趋势，是今后城轨客车的主要发展方向。如果在不锈钢客车的基础上再采用轻量化设计，使车体总质量进一步降低，比普通钢制车辆重量约减轻40％左右，因此会节约大量材料，对发展节约型社会有着重要的意义。技术实现要素：本发明主要提供了一种高性能轨道车辆用奥氏体不锈钢合金及其制备方法，可以满足轨道车辆对材料的高强度、高耐磨性和耐腐蚀性要求。其技术方案如下：一种高性能轨道车辆用奥氏体不锈钢合金，其包括以下重量百分比组分：C≤0.1％、P≤0.03％、S≤0.01％、Si0.2-1.0％、Mn3.0-6.0％、Cr14-16％、Ni4.5-5.5％、Cu0.6-1.0％、N0.3-0.4％、Nb≤0.1％、Ti≤0.1％、V≤0.1％、Ba≤0.01％、稀土元素RE≤0.1％，余量为Fe。优选的，所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。优选的，所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种与镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。优选的，镧、铈和钇元素中任意一种或多种元素的质量占稀土元素总量大于等于99.5％。一种高性能轨道车辆用奥氏体不锈钢合金的制备方法，所述工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、冷轧和轧后退火酸洗步骤。优选的，所述冶炼具体的为，采用真空感应炉、电炉+AOD炉、电炉+AOD炉+炉外精炼LF炉中的任一种工艺冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃。优选的，所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1150-1250℃，开坯始锻温度为1100-1200℃，终锻温度为950-1050℃。优选的，进行热轧时，坯料加热温度为1150-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃。优选的，进行冷轧时，冷轧压下量为47-82％。优选的，轧后退火酸洗的退火温度为900-1050℃。常规的奥氏体不锈钢在热轧退火状态下的室温屈服强度普遍较低，而生产企业通常的做法是通过大变形量冷轧加工后获得高强度的马氏体组织，以此来提高不锈钢的屈服强度，但伴随的问题是马氏体相本身硬而脆，不锈钢强度提高的同时不可避免带来了延伸率及韧性的降低。因此为避免这些问题，本发明通过钢中铬、氮和锰元素的合理分配，确保氮元素以固溶态存在，达到固溶强化效果；同时添加适量的稀土、钡、铌、钒和钛元素，产生细晶强化和晶界强化作用，这些元素能减少晶界缺陷，提高晶界的结合力，降低晶界的扩散速率，从而减缓位错攀移，强化晶界；同时，稀土元素和钡还能富集于晶界，能减少S、P等杂质元素在晶界的偏聚，同时改善晶界结构，提高晶界强度，改善耐腐蚀性。因此，本发明在细晶强化的同时保证了钢具有较高的延伸率和韧性。采用上述方案，本发明具有以下优点：本发明合金综合考虑生产成本及使用性能等因素，开发出了一种添加稀土元素、钡、钛、钒和铌等合金元素的基于细晶强化和微合金化元素复合强化的高性能轨道车辆用奥氏体不锈钢合金材料。本发明的奥氏体不锈钢合金，可用作轨道客车、铁路货车和新能源汽车等结构件用钢。本发明奥氏体不锈钢合金的室温力学性能优良，其抗拉强度最高可达1255MPa，远远大于SUS304不锈钢，此外，本发明和金还具有较好的耐腐蚀性能。附图说明图1为实施例1-5制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号在不同温度下的冲击韧性示意图。具体实施方式以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。实施例1-14实施例1-14中奥氏体不锈钢的成分见表1所示。不锈钢的具体加工工艺如下：(1)冶炼：采用真空感应炉、电炉+AOD炉、电炉+AOD炉+炉外精炼LF炉中的任一种工艺冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃；(2)铸锭或铸锭开坯：采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1150-1250℃，开坯始锻温度为1100-1200℃，终锻温度为950-1050℃；(3)热轧：坯料加热温度为1150-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；(4)冷轧：冷轧压下量为47-82％；(5)轧后退火酸洗：轧后退火酸洗为钢锻造或热轧后退火并酸洗，冷轧后退火并酸洗，退火温度900-1050℃。本发明奥氏体不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能等试样均直接从冷轧后退火并酸洗的板材上横向取样。对比例1-3以商用SUS201、SUS301和SUS304三种奥氏体不锈钢作为对比例，并依次标注为对比例1、2、3。对比试验均在与实施例采用相同的冶炼环境。对比例1-3成分见表1所示。表1实施例1-14制得的不锈钢和对比例1-3钢号的化学成分(wt％)钢种CSiMnSPCrNiNbTiVCuBaREN实施例10.060.395.840.0050.02015.724.870.070.080.070.660.0080.0410.32实施例20.070.655.630.0050.01815.655.190.060.090.060.730.0060.0540.34实施例30.080.464.960.0060.01615.874.900.070.080.080.750.0070.0330.36实施例40.060.534.750.0070.01515.365.350.080.070.090.830.0090.0390.37实施例50.070.505.590.0040.01715.515.280.060.080.070.840.0080.0460.38实施例60.090.825.780.0060.01314.935.430.080.060.080.920.0090.0360.35实施例70.060.914.850.0050.01514.864.710.090.070.060.690.0070.0480.35实施例80.080.685.920.0030.01615.945.240.070.080.080.850.0080.0570.38实施例90.070.495.470.0060.01715.484.820.080.080.070.710.0070.0640.36实施例100.090.755.380.0070.01415.255.390.070.070.090.870.0090.0720.39实施例110.060.585.670.0050.01314.794.960.060.090.060.930.0090.0510.38实施例120.080.845.540.0040.01815.375.400.080.060.070.760.0080.0450.37实施例130.090.665.810.0060.01515.465.070.090.060.080.650.0060.0530.35实施例140.070.725.530.0050.01315.545.180.070.080.060.700.0070.0420.36对比例10.100.657.250.0170.02517.825.38———1.25——0.18对比例20.090.841.760.0150.02217.877.82——————0.02对比例30.050.561.680.0160.01718.739.65——————0.03性能测定分别对实施例1-14所述的不锈钢和对比例1-3钢号耐腐蚀性能和室温力学性能等进行对比试验，具体结果见下表2-4。表2实施例1-14制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号的室温力学性能和耐点腐蚀性能表3实施例1-14制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号在不同温度下的冲击功表4实施例1-14制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号在沸腾温度5％(wt.％)H2SO4水溶液中的腐蚀速率编号钢种腐蚀速率C，g/m2·h年腐蚀速率R，mm/y1实施例18.8629.9462实施例27.9258.8943实施例38.0769.0644实施例48.3519.3725实施例58.64910.9186实施例69.4939.7067实施例79.05210.1598实施例87.0357.8959实施例99.25810.39010实施例109.23710.36711实施例118.97510.07312实施例127.2248.10713实施例137.4618.37314实施例147.7138.66215对比例124.75827.78616对比例221.42524.04517对比例319.03621.364对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3