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(bu)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素體不銹鋼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年在3Cr12的(de)基礎上(shang)，研發的(de)鐵(tie)路(lu)貨車(che)(che)車(che)(che)體(ti)用(yong)(yong)TCS鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不銹鋼，雖說具有良好(hao)的(de)耐大(da)氣腐蝕性能(neng)，但該材料的(de)焊(han)接性較差。鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不銹鋼經過熱循環后，晶粒(li)發生(sheng)劇烈(lie)長大(da)，強度有所下降，沖擊(ji)韌度也劇烈(lie)下降。這成為焊(han)接工(gong)作者需要攻關的(de)課題，攻關取得的(de)成果已在鐵(tie)路(lu)貨車(che)(che)車(che)(che)體(ti)產品中(zhong)得到應用(yong)(yong)，取得令人滿意的(de)效(xiao)果。
1. TCS鐵素體不(bu)銹鋼的化學成分和(he)力學性能
TCS鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)化學(xue)成分見表4-13。實際(ji)鋼(gang)中的(de)碳含量(liang)極低。TCS鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)力學(xue)性(xing)能(neng)見表4-14。
2. 焊接工藝
a. 焊(han)(han)接(jie)方(fang)法(fa)和焊(han)(han)接(jie)材(cai)料 采用實芯焊(han)(han)絲混合氣體（98％Ar＋2％O2，皆為體積分(fen)數）保護(hu)焊(han)(han)。采用奧氏體型(xing)不銹鋼焊(han)(han)絲，牌號為CH1V1-308L（或E308L-G）。焊(han)(han)絲熔敷金(jin)屬的化學(xue)成分(fen)和力學(xue)性能見表4-15和表4-16。
b. 焊(han)接(jie)(jie)參數 對于6mm對接(jie)(jie)焊(han)的試(shi)板開(kai)60°雙V形坡口(kou)，焊(han)接(jie)(jie)參數見表4-17。
3. 焊接接頭(tou)顯微組織及力學性能
焊縫(feng)金屬顯微(wei)組(zu)織為(wei)奧氏體(ti)，組(zu)織較(jiao)細(xi)(xi)。焊接熱影響區的(de)(de)過熱區晶粒(li)(li)長大嚴(yan)重，呈等軸狀(zhuang)分布(bu)，粗晶區的(de)(de)晶粒(li)(li)度只有1～3級，寬度為(wei)0.5～0.7mm。母材的(de)(de)顯微(wei)組(zu)織是以鐵素(su)(su)體(ti)為(wei)主，呈帶狀(zhuang)分布(bu)，鐵素(su)(su)體(ti)晶粒(li)(li)較(jiao)為(wei)細(xi)(xi)小。由(you)此可見，焊接熱循環(huan)使TCS鐵素(su)(su)體(ti)不銹鋼的(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)晶粒(li)(li)嚴(yan)重長大。
母材(cai)硬(ying)度最低（194HV），焊縫(feng)金(jin)屬硬(ying)度（204HV）和粗晶(jing)區(qu)的硬(ying)度（230HV）均高(gao)于母材(cai)。雖然(ran)粗晶(jing)區(qu)晶(jing)粒粗大，但硬(ying)度并沒有下降。
焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)拉(la)伸(shen)、冷彎(wan)和低溫沖擊試驗結果見表4-18。由于焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭拉(la)伸(shen)試樣斷裂部位在焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭以(yi)外的(de)(de)母(mu)材，說明(ming)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭抗拉(la)強(qiang)度大于母(mu)材。焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭經(jing)180°彎(wan)曲未見裂紋(wen)，接(jie)(jie)頭的(de)(de)彎(wan)曲性能良好。
焊(han)接(jie)熱影響(xiang)區(qu)沖擊韌度由于受到粗(cu)晶區(qu)的(de)影響(xiang)，降低(di)幅(fu)度較大(da)，僅有15J，明顯低(di)于母材和焊(han)縫(feng)。
4. 改善焊(han)接接頭性能
a. 調整焊(han)接(jie)(jie)(jie)坡(po)口以改善焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭性(xing)能 焊(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)采(cai)(cai)用45°、60°和90°三種不同角度的V形坡(po)口進(jin)行對比(bi)考核，其焊(han)接(jie)(jie)(jie)參(can)數(shu)見表4-19。除90°坡(po)口采(cai)(cai)用三道自動(dong)焊(han)外，其余都采(cai)(cai)用單道自動(dong)焊(han)。
由于焊(han)接(jie)坡(po)口(kou)的增大(da)降(jiang)低了焊(han)縫金屬的熔合比，這對(dui)于以奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)焊(han)接(jie)材(cai)料來(lai)焊(han)接(jie)鐵素體(ti)不銹鋼(gang)來(lai)說，將使焊(han)縫金屬中的Ni。提高（或者說對(dui)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)焊(han)接(jie)材(cai)料的稀釋率降(jiang)低）；這將減(jian)少(shao)非奧(ao)氏體(ti)（如馬氏體(ti)）的含量，再加上(shang)焊(han)接(jie)坡(po)口(kou)90°時焊(han)接(jie)熱輸入減(jian)少(shao)，于是(shi)其韌(ren)性(xing)就(jiu)得(de)到改善。隨著坡(po)口(kou)的增大(da)，TCS鐵素體(ti)不銹鋼(gang)焊(han)接(jie)熱影響區低溫沖(chong)擊韌(ren)度(du)也增大(da)，如圖4-1所示(shi)。
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％。
