從20世紀90年代開始，我國鐵路貨車車體用鋼主要采用耐大氣腐蝕鋼（即耐(nai)候鋼）。與非耐候鋼（普通結構鋼）相比，耐蝕性有很大提高，明顯提高了車輛的使用壽命。但耐候鋼材料對腐蝕、磨損造成的車體鋼材損耗仍然相當嚴重，難以滿足車輛設計使用壽命25年的要求。當然采用不銹鋼作為鐵路貨車車體材料無疑是最為有效的解決耐腐蝕問題的方法。但是，通常使用的奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)由于鉻、鎳等合金元素含量高，造成價格昂貴，不宜使用。國外從20世紀80年代開始采用鉻、鎳含量相對較少的鐵素(su)體(ti)不銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車體，由于鐵素體不(bu)銹鋼(gang)的耐大氣腐蝕能力遠遠高于耐候鋼，因此使用效果令人滿意。經過25年的使用，車體的耐腐蝕、耐磨損性能良好，車體內表面沒有觀察到明顯的銹蝕點，磨損量也極小。
2004年(nian)在3Cr12的(de)(de)基(ji)礎上，研發(fa)的(de)(de)鐵(tie)路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)(ti)用(yong)TCS鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼，雖(sui)說(shuo)具有良好的(de)(de)耐大氣腐蝕性能，但該材料的(de)(de)焊接性較差。鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼經過熱循環后，晶粒發(fa)生劇烈長大，強度(du)有所(suo)下降，沖(chong)擊韌(ren)度(du)也(ye)劇烈下降。這成為(wei)焊接工(gong)作(zuo)者需(xu)要(yao)攻關(guan)的(de)(de)課題(ti)，攻關(guan)取得(de)(de)的(de)(de)成果已在鐵(tie)路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)(ti)產品中得(de)(de)到應(ying)用(yong)，取得(de)(de)令人滿意(yi)的(de)(de)效(xiao)果。
1. TCS鐵(tie)素(su)體不銹鋼的(de)化學(xue)成分和力學(xue)性能
TCS鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)化(hua)學成分見表4-13。實際鋼(gang)中的(de)碳含量(liang)極低。TCS鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)力學性(xing)能見表4-14。
2. 焊(han)接工藝
a. 焊接方法和焊接材(cai)料 采(cai)用實(shi)芯(xin)焊絲混合氣體(ti)（98％Ar＋2％O2，皆為(wei)體(ti)積分數）保護焊。采(cai)用奧氏體(ti)型不銹鋼焊絲，牌號(hao)為(wei)CH1V1-308L（或E308L-G）。焊絲熔敷金屬的化學(xue)成分和力學(xue)性能(neng)見(jian)表(biao)(biao)4-15和表(biao)(biao)4-16。
b. 焊(han)接(jie)參數(shu) 對于6mm對接(jie)焊(han)的試板開60°雙(shuang)V形坡口(kou)，焊(han)接(jie)參數(shu)見表4-17。
3. 焊接(jie)接(jie)頭顯(xian)微組織及力學性能
焊縫金屬顯(xian)(xian)微組(zu)織為奧氏體(ti)，組(zu)織較(jiao)(jiao)細。焊接熱(re)影響區的(de)過(guo)熱(re)區晶粒(li)長大嚴(yan)重，呈等軸狀分布，粗(cu)晶區的(de)晶粒(li)度只有1～3級，寬度為0.5～0.7mm。母(mu)材的(de)顯(xian)(xian)微組(zu)織是以鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)為主(zhu)，呈帶狀分布，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)晶粒(li)較(jiao)(jiao)為細小。由此可見，焊接熱(re)循環使TCS鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)晶粒(li)嚴(yan)重長大。
母(mu)材硬度(du)最(zui)低（194HV），焊縫金屬硬度(du)（204HV）和(he)粗晶區的(de)硬度(du)（230HV）均高于母(mu)材。雖(sui)然粗晶區晶粒粗大，但硬度(du)并(bing)沒有(you)下降(jiang)。
焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)拉(la)伸、冷彎和低溫沖擊試驗結(jie)果見(jian)表(biao)4-18。由于(yu)焊接(jie)接(jie)頭(tou)拉(la)伸試樣斷裂部位在(zai)焊接(jie)接(jie)頭(tou)以(yi)外的(de)母材，說明焊接(jie)接(jie)頭(tou)抗拉(la)強(qiang)度大于(yu)母材。焊接(jie)接(jie)頭(tou)經180°彎曲(qu)未見(jian)裂紋，接(jie)頭(tou)的(de)彎曲(qu)性(xing)能(neng)良好。
焊接(jie)熱影(ying)響區沖擊韌度由(you)于受到(dao)粗晶區的影(ying)響，降低(di)幅度較(jiao)大，僅有15J，明顯(xian)低(di)于母材和(he)焊縫(feng)。
4. 改善(shan)焊接接頭性能
a. 調(diao)整焊(han)接(jie)坡(po)(po)口以改善(shan)焊(han)接(jie)接(jie)頭性能 焊(han)接(jie)時采用45°、60°和90°三(san)種不同角度的(de)V形坡(po)(po)口進行對比(bi)考(kao)核，其焊(han)接(jie)參數見表(biao)4-19。除90°坡(po)(po)口采用三(san)道自動焊(han)外，其余都(dou)采用單(dan)道自動焊(han)。
由于(yu)焊(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)的(de)(de)(de)增大(da)降低了焊(han)縫金屬(shu)的(de)(de)(de)熔合比，這(zhe)對(dui)于(yu)以奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)來(lai)焊(han)接(jie)(jie)鐵素體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)來(lai)說(shuo)，將使焊(han)縫金屬(shu)中的(de)(de)(de)Ni。提高（或者說(shuo)對(dui)奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)的(de)(de)(de)稀釋率降低）；這(zhe)將減(jian)少非奧氏體(ti)(ti)（如馬氏體(ti)(ti)）的(de)(de)(de)含量(liang)，再加上焊(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)90°時焊(han)接(jie)(jie)熱輸入減(jian)少，于(yu)是其韌(ren)性就得到改善(shan)。隨著坡(po)口(kou)的(de)(de)(de)增大(da)，TCS鐵素體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)(jie)熱影(ying)響區低溫沖擊韌(ren)度也增大(da)，如圖4-1所示。
b. 超聲沖擊改善焊接接頭的疲勞性能 改善焊接接頭疲勞性能的方法有多種，但采用超聲沖擊的方法來改善焊接接頭疲勞性能是近年來發展起來的，已經在生產中使用，并取得良好的效果。方法是：將超聲沖擊槍對準試樣的焊趾部位，且垂直于焊縫表面，沖擊頭的沖擊針沿焊縫方向排列。略加壓力，使其基本上是在沖擊槍自重的條件下進行沖擊處理。沖擊處理是在十字焊接接頭上進行的，沖擊處理對疲勞強度的影響如圖4-2所示。從圖中可以看到，沖擊處理的疲勞強度明顯高于未經沖擊處理的，且隨著循環次數的增加，這個差距加大。以循環次數2×106計，沖擊處理疲勞強度（272MPa）比未經沖擊處理（170MPa）地提高了60％。
