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，通常使用的奧氏體不銹鋼由于鉻、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(tie)素體不銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車體，由于鐵素體不銹鋼(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年在(zai)3Cr12的(de)基礎上，研發的(de)鐵(tie)路貨車(che)車(che)體(ti)用TCS鐵(tie)素體(ti)不銹鋼，雖(sui)說具有良好的(de)耐大(da)氣腐蝕(shi)性(xing)能，但該(gai)材料的(de)焊(han)接性(xing)較差。鐵(tie)素體(ti)不銹鋼經過(guo)熱循環(huan)后，晶粒(li)發生劇(ju)(ju)烈長大(da)，強度(du)有所下(xia)降，沖擊韌度(du)也劇(ju)(ju)烈下(xia)降。這成為焊(han)接工作者需要攻關的(de)課題，攻關取(qu)得的(de)成果已在(zai)鐵(tie)路貨車(che)車(che)體(ti)產(chan)品中得到應(ying)用，取(qu)得令人滿意的(de)效果。
1. TCS鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的化(hua)學(xue)成(cheng)分和(he)力學(xue)性能(neng)
TCS鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的化學(xue)成分見表(biao)4-13。實際鋼(gang)(gang)中的碳含量極低。TCS鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的力(li)學(xue)性能(neng)見表(biao)4-14。
2. 焊接工藝
a. 焊(han)接(jie)(jie)方法和(he)(he)焊(han)接(jie)(jie)材料 采(cai)用實(shi)芯焊(han)絲(si)混合(he)氣體（98％Ar＋2％O2，皆為(wei)體積分(fen)數(shu)）保(bao)護(hu)焊(han)。采(cai)用奧氏(shi)體型(xing)不銹鋼焊(han)絲(si)，牌號為(wei)CH1V1-308L（或E308L-G）。焊(han)絲(si)熔(rong)敷金屬的(de)化學成(cheng)分(fen)和(he)(he)力學性能見表4-15和(he)(he)表4-16。
b. 焊(han)接參數 對于6mm對接焊(han)的試板開60°雙(shuang)V形坡口，焊(han)接參數見(jian)表4-17。
3. 焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭顯微組織及力學性(xing)能
焊縫金屬顯(xian)微組(zu)織(zhi)為奧氏體(ti)，組(zu)織(zhi)較細(xi)。焊接熱影(ying)響區的(de)過熱區晶(jing)(jing)(jing)粒(li)長大(da)嚴重(zhong)，呈等軸狀分布，粗晶(jing)(jing)(jing)區的(de)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)度只有1～3級，寬度為0.5～0.7mm。母(mu)材的(de)顯(xian)微組(zu)織(zhi)是以鐵素(su)體(ti)為主，呈帶狀分布，鐵素(su)體(ti)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)較為細(xi)小(xiao)。由(you)此可見，焊接熱循環使TCS鐵素(su)體(ti)不銹鋼的(de)鐵素(su)體(ti)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)嚴重(zhong)長大(da)。
母(mu)(mu)材硬(ying)度(du)最低（194HV），焊縫金屬硬(ying)度(du)（204HV）和(he)粗晶(jing)區(qu)(qu)的硬(ying)度(du)（230HV）均(jun)高于(yu)母(mu)(mu)材。雖然粗晶(jing)區(qu)(qu)晶(jing)粒粗大，但硬(ying)度(du)并(bing)沒有下降。
焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的拉伸、冷彎和(he)低(di)溫沖擊試(shi)驗(yan)結果見(jian)表(biao)4-18。由于(yu)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭拉伸試(shi)樣(yang)斷裂部(bu)位在焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭以(yi)外的母(mu)材(cai)，說明焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭抗拉強度大于(yu)母(mu)材(cai)。焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭經180°彎曲未見(jian)裂紋，接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的彎曲性(xing)能良好。
焊接(jie)熱影(ying)響區沖擊韌度(du)由(you)于受到(dao)粗(cu)晶區的影(ying)響，降低幅度(du)較(jiao)大(da)，僅(jin)有(you)15J，明顯低于母材和焊縫。
4. 改善焊接(jie)接(jie)頭(tou)性能
a. 調(diao)整焊(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)以(yi)改善焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭性(xing)能 焊(han)(han)接(jie)(jie)時采用(yong)(yong)45°、60°和90°三(san)種(zhong)不同角度的V形坡(po)口(kou)進行對(dui)比(bi)考核(he)，其焊(han)(han)接(jie)(jie)參數見表4-19。除90°坡(po)口(kou)采用(yong)(yong)三(san)道自(zi)(zi)動(dong)焊(han)(han)外，其余(yu)都采用(yong)(yong)單道自(zi)(zi)動(dong)焊(han)(han)。
由(you)于焊接(jie)(jie)坡口(kou)的增大(da)降(jiang)低了焊縫金(jin)屬(shu)的熔合比，這對(dui)于以奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)焊接(jie)(jie)材(cai)料(liao)(liao)來焊接(jie)(jie)鐵素體(ti)不銹鋼(gang)來說(shuo)(shuo)，將使焊縫金(jin)屬(shu)中的Ni。提高（或者(zhe)說(shuo)(shuo)對(dui)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)焊接(jie)(jie)材(cai)料(liao)(liao)的稀釋(shi)率降(jiang)低）；這將減(jian)(jian)少(shao)非奧(ao)(ao)氏體(ti)（如(ru)馬氏體(ti)）的含量，再加上焊接(jie)(jie)坡口(kou)90°時(shi)焊接(jie)(jie)熱輸入減(jian)(jian)少(shao)，于是其韌性就得到改(gai)善。隨著坡口(kou)的增大(da)，TCS鐵素體(ti)不銹鋼(gang)焊接(jie)(jie)熱影響(xiang)區(qu)低溫沖擊韌度也增大(da)，如(ru)圖(tu)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％。
