在美國,1934年最初出現了不銹鋼制鐵道車輛,日本則是在1952年由于關門隧道用的EF10型電動機車的車體要求耐海水腐蝕性比較強,所以首次使用了不銹鋼。但是真正意義上開始使用不銹鋼是在1958年,當時生產了5輛作為日本國鐵的東海型客車(SARO153型),還有3輛作為東京特快電鐵的5200型電車。這些車輛的表皮使用了當時日本國內剛剛開工生產的20H森吉米爾式不銹鋼鋼帶,所以被稱為半不銹鋼車輛(或者表皮不銹鋼車輛)。車體為鋼制,外皮使用了SUS304制的不銹鋼(gang)板。不銹鋼板是代替涂層鋼板來使用的,主要目的是為了應付腐蝕以及通過無涂層化來降低保養費用[401作為鐵道車輛用不銹鋼,美國當時使用了AISI200系(尤其是AISI201:17Cr-4Ni-6Mn-N鋼)作為外層鋼板,Budd公司在1956年將159輛車的表皮全部使用了AISI200系鋼種來生產。日本當時200系不銹鋼有一部分已用于生產,但是還沒有普及,沒有用于上述的不銹鋼車輛。
為了進一步加強車輛的輕量化、提高“免保養”的效果,1962年生產出了“全不銹鋼”的車輛,車的骨架也使用了不銹鋼。這是日本東京車輛制造和美國的Budd公司技術合作的結晶。通過對影響 SUS301 鋼強度的調質輥壓、加工、焊接方法等進行改善,外表使用SUS304或者SUS301,并且進行波紋加工、排氣扇成形、焊接組裝等,除了底框的特殊部分,全都使用不銹鋼來制造。經過努力,最后東京特快7000型問世了。根據不銹鋼的不同鋼種,基于強度方面的考慮,多采用SUS301(w(C)<0.15%)作為冷軋材料。點焊的焊接熱影響不大,所以一般適合大多數情況;但是局部組裝所使用的電弧焊接部分,由于使用環境的緣故以及用于清洗的清潔劑的原因,曾經發生過晶間(jian)腐蝕和晶界應力腐(fu)蝕斷裂(lie),成了一個問題。
為此(ci),如何防止(zhi)上述的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)或者晶界應力腐(fu)蝕(shi)斷裂,實現不銹(xiu)鋼的(de)高強度化(hua)呢?不銹(xiu)鋼生產商(shang)對301鋼(17Cr-7Ni)的(de)C、N、Ni等成分以(yi)及調質輥壓的(de)影響進行了研究(jiu),并于1981~1984年報告了研究(jiu)結果。
平松等(deng)(1981年)明(ming)確了C、N、Mn、Ni等(deng)含(han)量(liang)(liang)對拉伸特征(zheng)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),并且認為碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)在(zai)(zai)0.06%以(yi)下(xia)時(shi)晶間腐(fu)蝕(shi)就會(hui)(hui)(hui)變(bian)(bian)得緩慢,進(jin)而(er)(er)(er)分別在(zai)(zai)1981年和(he)1984年還斷定(ding)(ding):實施冷(leng)加(jia)工以(yi)后進(jin)行晶間腐(fu)蝕(shi)敏化處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)時(shi)候敏感性會(hui)(hui)(hui)增(zeng)(zeng)加(jia),所(suo)以(yi)有必要將碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)進(jin)一步(bu)降低到0.03%以(yi)下(xia)。另外,鋸屋等(deng)(1981年)以(yi)0.02C-0.5Si-1.8Mn-17Cr-7.8Ni-0.12N鋼為基礎研究(jiu)了各種元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),特別明(ming)確了奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)(Md3o)與調質輥壓后的(de)(de)(de)(de)延展以(yi)及(ji)屈服比的(de)(de)(de)(de)關系(xi)。進(jin)而(er)(er)(er),田中等(deng)(1982年)研究(jiu)了奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)對0.02C-17Cr-7 Ni鋼的(de)(de)(de)(de)拉伸特征(zheng)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),搞清楚(chu)了下(xia)列問題:拉伸強度(du)(du)在(zai)(zai)很大(da)(da)程度(du)(du)上(shang)取決于應變(bian)(bian)致生馬氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(α')的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang),并隨(sui)著(zhu)(zhu)Ni當量(liang)(liang)[Ni+0.35Si+0.4Mn+0.65Cr+12.6(C+N)]的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)而(er)(er)(er)降低;另外屈服強度(du)(du)幾乎不受Ni當量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)但會(hui)(hui)(hui)隨(sui)著(zhu)(zhu)氮(dan)含(han)量(liang)(liang)而(er)(er)(er)增(zeng)(zeng)大(da)(da),相反的(de)(de)(de)(de),延展性受Ni當量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)比較(jiao)大(da)(da),等(deng)等(deng)。平松等(deng)(1984年)也得出了如(ru)下(xia)的(de)(de)(de)(de)結論:17Cr-7 Ni鋼的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)會(hui)(hui)(hui)隨(sui)著(zhu)(zhu)碳(tan)(tan)以(yi)及(ji)氮(dan)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化而(er)(er)(er)增(zeng)(zeng)大(da)(da),但氮(dan)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用在(zai)(zai)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相時(shi)是碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)2倍,在(zai)(zai)α相時(shi)卻是碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)1/2;還有,拉伸強度(du)(du)隨(sui)著(zhu)(zhu)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)上(shang)升(sheng)而(er)(er)(er)下(xia)降,同(tong)一奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)隨(sui)著(zhu)(zhu)碳(tan)(tan)以(yi)及(ji)氮(dan)量(liang)(liang)而(er)(er)(er)增(zeng)(zeng)大(da)(da);延展性隨(sui)著(zhu)(zhu)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)上(shang)升(sheng)而(er)(er)(er)提高;從(cong)耐腐(fu)蝕(shi)性和(he)強度(du)(du)兩方(fang)面來看(kan)最佳(jia)成(cheng)分是0.02C-17Cr-6.7 Ni-0.12N。
根據這些研究結果,為(wei)(wei)了(le)改(gai)善(shan)耐晶間腐蝕性(破裂),將碳量(liang)調(diao)整為(wei)(wei)0.03%以下,并通(tong)過(guo)氮(dan)的(de)添加以及適當成分的(de)比例調(diao)整開(kai)發(fa)出(chu)了(le)能同時(shi)滿(man)足強度(du)需求的(de)17Cr-7 Ni鋼,1983年(nian)以后(hou)開(kai)始被鐵道車輛采(cai)用。此(ci)鋼在1991年(nian)被JIS定為(wei)(wei)SUS301L(w(C)≤0.030%、(N)≤0.20%)。
車輛底座部位由(you)于大量(liang)地進行電(dian)焊,而SUS301L這(zhe)樣的(de)硬材會(hui)因焊接而導致(zhi)強(qiang)度的(de)下降(jiang),所以(yi)不能采用,而采用SPA-H.基于輕量(liang)化(hua)的(de)考慮,開發出了雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(0.01C-2Si-4Mn-19Cr-5Ni-2Cu-0.02N),確保焊接部分也不會(hui)軟化(hua)。