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(bu)銹(xiu)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(jing)間(jian)腐蝕和晶界應力腐蝕斷裂,成了一個問題。
為此(ci),如何防止(zhi)上述的(de)晶間腐蝕或者晶界應力(li)腐蝕斷裂,實現不銹(xiu)鋼的(de)高(gao)強(qiang)度(du)化呢?不銹(xiu)鋼生產商對(dui)301鋼(17Cr-7Ni)的(de)C、N、Ni等成(cheng)分以及調質(zhi)輥壓的(de)影響(xiang)進行了(le)研究,并(bing)于(yu)1981~1984年報告了(le)研究結果(guo)。
平松(song)等(deng)(deng)(1981年)明確(que)了(le)C、N、Mn、Ni等(deng)(deng)含(han)量(liang)(liang)(liang)對拉(la)伸(shen)(shen)特征(zheng)的(de)(de)(de)(de)影響,并且認為碳(tan)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)(liang)在(zai)0.06%以(yi)(yi)(yi)下(xia)時(shi)(shi)(shi)晶間腐蝕就會(hui)(hui)變得(de)緩(huan)慢,進(jin)而(er)分(fen)別在(zai)1981年和1984年還斷定(ding):實(shi)施冷(leng)加工(gong)以(yi)(yi)(yi)后進(jin)行晶間腐蝕敏化(hua)處理的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)候敏感性會(hui)(hui)增(zeng)加,所(suo)以(yi)(yi)(yi)有必要將碳(tan)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)(liang)進(jin)一步降(jiang)低到0.03%以(yi)(yi)(yi)下(xia)。另外,鋸屋等(deng)(deng)(1981年)以(yi)(yi)(yi)0.02C-0.5Si-1.8Mn-17Cr-7.8Ni-0.12N鋼為基礎研(yan)究了(le)各(ge)種元素的(de)(de)(de)(de)影響,特別明確(que)了(le)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)(du)(Md3o)與(yu)調質(zhi)輥壓后的(de)(de)(de)(de)延(yan)展以(yi)(yi)(yi)及(ji)(ji)屈服比的(de)(de)(de)(de)關(guan)系(xi)。進(jin)而(er),田(tian)中等(deng)(deng)(1982年)研(yan)究了(le)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)對0.02C-17Cr-7 Ni鋼的(de)(de)(de)(de)拉(la)伸(shen)(shen)特征(zheng)的(de)(de)(de)(de)影響,搞(gao)清楚(chu)了(le)下(xia)列問題:拉(la)伸(shen)(shen)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)在(zai)很(hen)大程度(du)(du)(du)上(shang)取決于應變致(zhi)生馬氏(shi)(shi)體(ti)(α')的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang),并隨著Ni當量(liang)(liang)(liang)[Ni+0.35Si+0.4Mn+0.65Cr+12.6(C+N)]的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加而(er)降(jiang)低;另外屈服強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)幾乎(hu)不受Ni當量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)影響但(dan)會(hui)(hui)隨著氮(dan)(dan)(dan)含(han)量(liang)(liang)(liang)而(er)增(zeng)大,相反的(de)(de)(de)(de),延(yan)展性受Ni當量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)影響比較大,等(deng)(deng)等(deng)(deng)。平松(song)等(deng)(deng)(1984年)也得(de)出了(le)如下(xia)的(de)(de)(de)(de)結論:17Cr-7 Ni鋼的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)會(hui)(hui)隨著碳(tan)以(yi)(yi)(yi)及(ji)(ji)氮(dan)(dan)(dan)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)而(er)增(zeng)大,但(dan)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)作用在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相時(shi)(shi)(shi)是碳(tan)的(de)(de)(de)(de)2倍,在(zai)α相時(shi)(shi)(shi)卻是碳(tan)的(de)(de)(de)(de)1/2;還有,拉(la)伸(shen)(shen)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)隨著奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)上(shang)升(sheng)(sheng)而(er)下(xia)降(jiang),同(tong)一奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)(du)隨著碳(tan)以(yi)(yi)(yi)及(ji)(ji)氮(dan)(dan)(dan)量(liang)(liang)(liang)而(er)增(zeng)大;延(yan)展性隨著奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)上(shang)升(sheng)(sheng)而(er)提高;從耐腐蝕性和強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)兩(liang)方面來看最佳成分(fen)是0.02C-17Cr-6.7 Ni-0.12N。
根據這些研究(jiu)結(jie)果,為(wei)了改善耐晶(jing)間腐蝕性(破裂),將碳量調(diao)整為(wei)0.03%以(yi)下,并通過氮的添加以(yi)及適當成分的比例(li)調(diao)整開發出了能同(tong)時滿(man)足強度需求(qiu)的17Cr-7 Ni鋼,1983年以(yi)后開始(shi)被(bei)(bei)鐵道車輛采用。此鋼在1991年被(bei)(bei)JIS定為(wei)SUS301L(w(C)≤0.030%、(N)≤0.20%)。
車輛(liang)底座部位(wei)由于大(da)量地進行電焊,而(er)SUS301L這樣的(de)硬材會因焊接而(er)導致強度的(de)下降,所以不能采(cai)用,而(er)采(cai)用SPA-H.基于輕量化的(de)考慮,開(kai)發出了雙(shuang)相不銹鋼(0.01C-2Si-4Mn-19Cr-5Ni-2Cu-0.02N),確保(bao)焊接部分也不會軟化。

