[0024] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0025] 下面对本发明实施例的轨道交通车体用不锈钢及其制备方法与应用进行具体说明。
[0026] 本发明实施例提供的轨道交通车体用不锈钢，其化学成分包括0.03-0.06wt％的C、0.02-0.04wt％的Si、0.8-1.2wt％的Mn、0.01-0.02wt％的P、0.01-0.02wt％的S、15-20wt％的Cr、4-10wt％的Ni、0.04-0.08wt％的N、6-7wt％的Mo、0.02-0.03wt％的Al、0.03-
0.035wt％的Ti、0.005-0.008wt％的Nb、0.02-0.04wt％的Cu、0.01-0.015wt％的Rh和0.2-
0.5wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0027] 其中，稀土包括重量比为6-10：6-8：2-3：2-3：2-4的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0028] 进一步地，上述化学成分包括0.04-0.05wt％的C、0.025-0.035wt％的Si、0.9-1.1wt％的Mn、0.012-0.018wt％的P、0.012-0.018wt％的S、17-18wt％的Cr、6-8wt％的Ni、
0.05-0.07wt％的N、6.2-6.8wt％的Mo、0.024-0.026wt％的Al、0.032-0.033wt％的Ti、
0.006-0.007wt％的Nb、0.025-0.035wt％的Cu、0.012-0.014wt％的Rh和0.3-0.4wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0029] 稀土包括重量比为7-9：6.5-7.5：2.4-2.6：2.4-2.6：2.5-3.5的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0030] 更进一步地，上述化学成分包括0.045wt％的C、0.03wt％的Si、1wt％的Mn、0.015wt％的P、0.015wt％的S、17.5wt％的Cr、7wt％的Ni、0.06wt％的N、6.5wt％的Mo、
0.025wt％的Al、0.0325wt％的Ti、0.0065wt％的Nb、0.03wt％的Cu、0.013wt％的Rh和
0.35wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0031] 稀土包括重量比为8：7：2.5：2.5：3的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0032] 其中，C主要用于提高不锈钢的屈服点和抗拉强度，本发明实施例中将C的用量控制在0.03-0.06wt％，可在保障不锈钢具有较高屈服点和抗拉强度的同时，还具有较佳的焊接性能。此外，本用量下的不锈钢较低于0.03wt％所得的不锈钢具有更强的耐酸性环境和盐环境下的腐蚀能力，避免锈蚀现象的发生。
[0033] Si、Mn、Cr、Al和Ti均作为脱氧剂或还原剂以提高钢材的抗腐蚀性和抗氧化性。其中，Cr能够在氧的氛围下于钢的表面形成致密稳定的Ce2O3膜，该膜可隔绝内部金属和腐蚀性介质，此外，Cr能显著提高钢材的强度、硬度和耐磨性，但同时其具有降低钢材的塑性和韧性的缺点。
[0034] Si能与C可协同提高钢材的弹性极限、屈服点和抗拉强度。Mn作为脱硫剂可提高钢材的淬性和热加工性能。Al可细化晶粒，提高冲击韧性，其与铬、硅合用，可显著提高钢材的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。但Al与Cr连用后却具有降低钢材的热加工性能、焊接性能和切削加工性能的缺点。
[0035] Ti、Mo和Nb能协同使模具钢的晶粒细化，提高钢材的内部组织的致密性，并可改善焊接性能，降低模具钢的过热敏感性及回火脆性，提高模具钢的强度，避免晶间腐蚀。其中，Nb还能提高模具钢抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。
[0036] N和Mo连用后可提高钢材在酸性环境和盐环境中的抗点腐蚀和缝隙腐蚀性能。Ni和N连用一方面可提高金相的稳定性，另一方面能较仅含其中任一元素的钢材降低热加工或焊接过程中晶间相析出的倾向。
[0037] 鉴于上述各化学元素连用时具有的部分缺点，本发明实施例中加入稀土，以改变钢材中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢材的韧性、焊接性以及冷加工等性能。此外，稀土还能在一定程度上提高钢材的耐磨性。
[0038] 值得说明的是，本发明实施例中稀土采用La、Ce、Sm、Tb和Y，其中，La和Ce具有较低熔点，能够极大程度避免Ti、Al与O和N反应生成Al2O3、TiO2以及TiN等高熔点化合物所造成的钢材出现结块等缺陷。Sm、Tb和Y则用于改善钢材的可塑性。
[0039] Cu和Rh主要用于改善钢材的抗腐蚀性以及高温抗氧化性，同时还能在一定程度上改善强度和韧性。值得说明的是，本发明实施例中的Rh能够在不锈钢加工过程中起到催化作用，提高部分化学成分(如稀土元素)的活性，使各化学成分之间的相互作用更加充分，以使钢材达到最优的性能效果。
[0040] 此外，本发明实施例通过将P和S的用量均控制在0.02wt％以内并同时加入镍和氮，与上述Sm、Tb和Y作用后能够明显提高钢材的可塑性及韧性，提高焊接性。
[0041] 较佳地，本发明实施例中的轨道交通车体用不锈钢的厚度优选为4-5mm，在保障钢材具有优良性能(如耐蚀性、焊接性、延伸强度、抗拉强度和延伸率)的同时，还能充分降低钢材的重量。
[0042] 进一步地，本发明实施例还提供了一种上述轨道交通车体用不锈钢的制备方法，其可包括以下步骤：将C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni和Ti按比例进行冶炼，然后连铸，热轧，轧后冷却，退火酸洗，冷轧硬化。稀土、Cu和Rh于连铸过程中加入，N、Al、Mo和Nb于热轧过程中加入。
[0043] 根据各阶段的加工性质和特点，将各化学成分分步加入制备过程中，可将各化学成分的作用发挥至最大，且通过各成分之间的协同作用以削弱或避免其中部分成分对钢材所潜在的不良影响。
[0044] 较佳地，本发明实施例在冶炼后的连铸过程中伴有间歇性电磁搅拌，相邻两次电磁搅拌的间隔时间为4-6s。优选地，电磁搅拌是于3500-3700A的电流强度下进行，每次搅拌时长为20-25s。
[0045] 通过电磁搅拌，一方面可使钢水中温度梯度相对减小，抑制柱状晶的生长，另一方面同通过电磁力破碎已经凝固的树枝晶，形成游离的晶核并增殖，使低倍组织中等轴晶率提高，从而降低三角区长度和钢坯中的成分偏析。
[0046] 值得说明的是，上述电磁搅拌采用间歇性方式，且通过将间隔时间与搅拌时长控制在较佳的配合比例下，可有效避免连续搅拌过程中产热过多改变物质反应的温度环境，导致反应体系所具的化学能不能满足或不符合反应过程中等轴晶和柱状晶的形成，造成钢坯中的成分偏析过大。
[0047] 本发明实施例中将稀土、Cu和Rh在连铸步骤中加入，可有效调节连铸过程中铸坯表面和铸坯内部的冷却速率、温度梯度和凝固速率，从而使热应力控制在良好范围，提高铸坯的力学性能和质量，避免裂纹出现。
[0048] 较佳地，稀土、Cu和Rh的加入顺序为先加入Cu和Rh，然后再加入稀土。通过先加入Cu和Rh，也即在连铸体系中加入对稀土元素具有催化作用的催化剂，从而有效提高后加入的稀土的活性，节约连铸时间并提高铸坯的力学性能和质量。
[0049] 较佳地，本发明实施例中的热轧包括第一热轧阶段和第二热轧阶段，N、Mo和Nb于第一热轧阶段加入，Al于第二热轧阶段加入，第一热轧阶段与第二热轧阶段的时长比为3-5:1-2。
[0050] 由于本方案中化学成分含有Ti，导致热轧时体系的界面处容易生成Fe-Ti系、Ni-Ti系及Cr-Ti系等多种金属间化合物而削弱界面的结合性能，因此本发明实施例中通过将热轧分为两个阶段，并将N、Mo、Nb和Al分别于上述两个阶段加入体系，可有效控制界面处金属间化合物的生成。
[0051] 此外，通过设置两个不同温度梯度的热轧阶段，可使坯料在热轧过程中除了承受垂直于结合界面方向的压力，还承受平行于结合界面方向的摩擦剪切力，这使界面处生成的金属间化合物层以及金属表面的氧化膜、吸附膜等更容易破裂，从而露出更多的新鲜金属并发生扩散结合。
[0052] 优选地，第一热轧阶段的温度为1000-1100℃，第二热轧阶段的温度为600-700℃。经过第一热轧阶段，可使坯料在高温具有良好的可塑性，同时在此阶段加入N、Mo和Nb可增加该阶段中物料的时效敏感性，同时增强界面剪切强度；经过第二热轧阶段，可将坯料的界面性能维持在较为稳定的状态，此阶段加入Al，可解决其在与Cr反应后降低钢材的热加工性能、焊接性能和切削加工性能的缺陷。
[0053] 优选地，热轧次数为3-5次，每次热轧持续2.5-3h。此情况下，N、Mo、Nb和Al均于第一次热轧过程中加入。经过该步骤，可充分破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。
[0054] 进一步地，轧后冷却是将热轧结束后的钢坯冷却至10-30℃。
[0055] 优选地，扎后冷却包括第一冷却阶段和第二冷却阶段，第一冷却阶段是将钢坯于热轧结束后的1s内置于150-200℃的环境(优选为水冷方式)下冷却，第二冷却阶段是将第一冷却阶段结束后的钢坯匀速冷却至10-30℃。优选地，匀速冷却的冷却速率为0.5-0.8℃/s。
[0056] 轧后冷却可使钢坯热膨胀部分受到周围冷金属的制约而产生压缩塑性变形，冷却后压缩塑性变形残留下来引起局部收缩，在被加热区产生聚结应力，使金属构件变形得以矫正。
[0057] 将其分为两个阶段，第一冷却阶段为温度由热轧后的600-700℃骤降至150-200℃，然后再由缓和的匀速降温速率将温度降至10-30℃，一方面利于提高钢材的延伸强度、抗拉强度以及延伸率，另一方面又能使钢材各部分的结构状态和性能均保持一致。匀速冷却的冷却速率设置为0.5-0.8℃/s，该速率较小，代表单位时间内温度变化也较小，有利于钢材在该冷却阶段自行调节自身的组织和性能，以达到最佳的稳定状态。
[0058] 作为可选地，本发明实施例中退火酸洗是于900-950℃的条件下进行20-25min，以使不锈钢晶粒分布较为均匀，具有优良的拉伸性和延伸性。值得说明的是，退火时间过长会导致不锈钢抗拉强度降低。此外，通常钢材的退火温度最低在1100℃左右，而本发明实施例中将退火温度设置成900-950℃进行固溶退火，这是由于本不锈钢原料中具有低熔点的化学成分，故相对降低了本方案中的退火温度。在上述900-950℃范围内退火，可使析出的碳化物被重新固溶，然后快速冷却至室温。由于冷速较快，固溶的碳来不及与其它合金元素结合析出，以此提高其耐晶间腐蚀性能。
[0059] 进一步地，冷轧硬化，即可得到轨道交通车体用不锈钢成品。
[0060] 此外，本发明实施例还提供了一种上述轨道交通车体用不锈钢的应用，例如可将其用于加工轨道交通车体，如地铁车体或动车车体或高铁车体，不仅能较大程度减轻轨道交通车体的重量，而且能使轨道交通车体具有较佳的延伸强度、抗拉强度、延伸率和优良的耐蚀性，尤其是酸环境和盐环境中的腐蚀，从而延长轨道交通车体的使用期限。
[0061] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0062] 实施例1
[0063] 本实施例提供一种轨道交通车体用不锈钢，其化学成分含有0.03wt％的C、0.02wt％的Si、0.8wt％的Mn、0.01wt％的P、0.01wt％的S、15wt％的Cr、4wt％的Ni、
0.04wt％的N、6wt％的Mo、0.02wt％的Al、0.03wt％的Ti、0.005wt％的Nb、0.02wt％的Cu、
0.01wt％的Rh和0.2wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0064] 其中，稀土含有重量比为6：6：2：2：2的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0065] 实施例2
[0066] 本实施例提供一种轨道交通车体用不锈钢，其化学成分含有0.06wt％的C、0.04wt％的Si、1.2wt％的Mn、0.02wt％的P、0.02wt％的S、20wt％的Cr、10wt％的Ni、
0.08wt％的N、7wt％的Mo、0.03wt％的Al、0.035wt％的Ti、0.008wt％的Nb、0.04wt％的Cu、
0.015wt％的Rh和0.5wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0067] 其中，稀土含有重量比为10：8：3：3：4的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0068] 实施例3
[0069] 本实施例提供一种轨道交通车体用不锈钢，其化学成分含有0.04wt％的C、0.035wt％的Si、0.9wt％的Mn、0.018wt％的P、0.012wt％的S、18wt％的Cr、6wt％的Ni、
0.07wt％的N、6.2wt％的Mo、0.026wt％的Al、0.032wt％的Ti、0.007wt％的Nb、0.025wt％的Cu、0.014wt％的Rh和0.3wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0070] 其中，稀土含有重量比为7：7.5：2.4：2.6：2.5的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0071] 实施例4
[0072] 本实施例提供一种轨道交通车体用不锈钢，其化学成分含有0.05wt％的C、0.025wt％的Si、1.1wt％的Mn、0.012wt％的P、0.018wt％的S、17wt％的Cr、8wt％的Ni、
0.05wt％的N、6.8wt％的Mo、0.024wt％的Al、0.033wt％的Ti、0.006wt％的Nb、0.035wt％的Cu、0.012wt％的Rh和0.4wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0073] 其中，稀土含有重量比为9：6.5：2.6：2.4：3.5的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0074] 实施例5
[0075] 本实施例提供一种轨道交通车体用不锈钢，其化学成分含有0.045wt％的C、0.03wt％的Si、1wt％的Mn、0.015wt％的P、0.015wt％的S、17.5wt％的Cr、7wt％的Ni、
0.06wt％的N、6.5wt％的Mo、0.025wt％的Al、0.0325wt％的Ti、0.0065wt％的Nb、0.03wt％的Cu、0.013wt％的Rh和0.35wt％的稀土，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0076] 其中，稀土含有重量比为8：7：2.5：2.5：3的La、Ce、Sm、Tb和Y。
[0077] 实施例6
[0078] 本实施例提供一种上述实施例1-5中任一实施例中的轨道交通车体用不锈钢的制备方法：将C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni和Ti按比例进行冶炼，然后先加入Cu和Rh，再加入稀土，于伴有间歇性电磁搅拌的条件下连铸，每次电磁搅拌均是于3500A的电流强度下持续25s，相邻两次电磁搅拌的间隔时间为4s。于1000℃的条件下加入N、Mo和Nb，进行第一热轧，然后于600℃的条件下加入Al，进行第二热轧，第一热轧与第二热轧的时长比为3:1。重复上述热轧操作2次，每次热轧持续3h。
[0079] 将钢坯于热轧结束后的1s内置于150℃的环境下冷却，然后再以0.5℃/s的冷却速率匀速冷却至10℃。于900℃的条件下退火酸洗25min，接着冷轧硬化，得到轨道交通车体用不锈钢成品。
[0080] 实施例7
[0081] 本实施例提供一种上述实施例1-5任一实施例中的轨道交通车体用不锈钢的制备方法：将C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni和Ti按比例进行冶炼，然后先加入Cu和Rh，再加入稀土，于伴有间歇性电磁搅拌的条件下连铸，每次电磁搅拌均是于3700A的电流强度下持续20s，相邻两次电磁搅拌的间隔时间为6s。于1100℃的条件下加入N、Mo和Nb，进行第一热轧，然后于700℃的条件下加入Al，进行第二热轧，第一热轧与第二热轧的时长比为5:2。重复上述热轧操作5次，每次热轧持续2.5h。
[0082] 将钢坯于热轧结束后的1s内置于200℃的环境下冷却，然后再以0.8℃/s的冷却速率匀速冷却至30℃。于950℃的条件下退火酸洗20min，接着冷轧硬化，得到轨道交通车体用不锈钢成品。
[0083] 实施例8
[0084] 本实施例提供一种上述实施例1-5任一实施例中的轨道交通车体用不锈钢的制备方法：将C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni和Ti按比例进行冶炼，然后先加入Cu和Rh，再加入稀土，于伴有间歇性电磁搅拌的条件下连铸，每次电磁搅拌均是于3600A的电流强度下持续22.5s，相邻两次电磁搅拌的间隔时间为5s。于1050℃的条件下加入N、Mo和Nb，进行第一热轧，然后于650℃的条件下加入Al，进行第二热轧，第一热轧与第二热轧的时长比为4:1.5。重复上述热轧操作4次，每次热轧持续2.5h。
[0085] 将钢坯于热轧结束后的1s内置于175℃的环境下冷却，然后再以0.65℃/s的冷却速率匀速冷却至10℃。于925℃的条件下退火酸洗22.5min，接着冷轧硬化，得到轨道交通车体用不锈钢成品。
[0086] 实施例9
[0087] 本实施例提供一种上述实施例1-5任一实施例中的轨道交通车体用不锈钢的应用，如将其作为原材料用于加工轨道交通车体。
[0088] 试验例
[0089] 重复实施上述实施例6-8，得到足够多的轨道交通车体用不锈钢。对制得的轨道交通车体用不锈钢进行力学性能和盐雾腐蚀测试，操作过程如下：
[0090] 随机对轨道交通车体用不锈钢的三个不同位置取样，并按照《GB/T228》规定的方法检测屈服强度(ReL)、抗拉强度(Rm)和延伸率(A％)，计算平均值。此外，将待测轨道交通车体用不锈钢按照《GB10125-88》规定的方法进行盐雾腐蚀试验，NaCl溶液，浓度50g/L，24小时连续喷雾，温度35℃。
[0091] 上述测试试验分为三组，第一组的待测试样(试样1-5)采用实施例8的制备方法，但按实施例1-5(不同化学成分含量)制备而得；第二组的待测试样(试样6-7)以实施例5的化学成分含量分别采用实施例6-7的制备方法制备而得；第三组的待测试样(对照1-5)为对照组，其中对照1的化学成分中不含稀土，对照2在制备过程中直接将所有化学成分均在冶炼初始加入，对照3的连铸过程中伴有持续电磁搅拌，对照4轧后冷却过程直接冷却至10-30℃，对照组5中第二冷却阶段冷却速率为2-5℃/s。其结果分别如表1和表2所示。
[0092] 表1力学性能测试结果
[0093]
[0094]
[0095] 表2盐雾腐蚀测试结果
[0096]
[0097]
[0098] 由表1和表2可以看出，本发明实施例提供的轨道交通车体用不锈钢均符合轨道交通用钢材的标准，不仅具有优良的耐蚀性，同时还具有较佳的屈服强度、抗拉强度以及延伸率。
[0099] 对比试样1-5可以看出，在相同的制备方法下，按实施例5的化学成分配比较实施例1-4所得的轨道交通车体用不锈钢的力学性能和抗腐蚀性能更佳；对比试样5-7可以看出，在相同的化学成分配比下，按实施例8的制备方法制备而得的轨道交通车体用不锈钢的力学性能和抗腐蚀性能均更佳。对比试样5和对照1-5可以看出，本发明实施例提供的制备方法较工艺改变后制备而得的轨道交通车体用不锈钢的力学性能和抗腐蚀性能均更佳。
[0100] 综上所述，本发明实施例提供的轨道交通车体用不锈钢不仅具有较佳的延伸强度、抗拉强度以及延伸率，同时还具有优良的耐蚀性，尤其是耐酸性环境和盐环境下的腐蚀。其制备方法工艺简单、成本低且过程控制简捷，适于批量化生产。将其作为原材料加工轨道交通车体，不仅能延长轨道交通车体的使用期限，还能较大程度减轻轨道交通车体的重量。
[0101] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
