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(gang)）。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(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體不銹(xiu)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)(de)基礎上，研發(fa)的(de)(de)鐵路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)(ti)用TCS鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，雖說具(ju)有良(liang)好的(de)(de)耐(nai)大氣(qi)腐蝕性(xing)能，但該材料的(de)(de)焊接(jie)性(xing)較差。鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)經過熱循(xun)環(huan)后，晶粒(li)發(fa)生劇烈長(chang)大，強度有所下(xia)降，沖擊韌度也(ye)劇烈下(xia)降。這成為(wei)焊接(jie)工作者(zhe)需要攻(gong)關(guan)的(de)(de)課題，攻(gong)關(guan)取(qu)得(de)的(de)(de)成果已在(zai)鐵路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)(ti)產(chan)品中得(de)到(dao)應用，取(qu)得(de)令人滿意的(de)(de)效果。
1. TCS鐵素(su)體不銹鋼(gang)的化學成分(fen)和力(li)學性能
TCS鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼的化學(xue)成(cheng)分(fen)見表4-13。實(shi)際鋼中的碳含(han)量極低。TCS鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼的力(li)學(xue)性能(neng)見表4-14。
2. 焊(han)接工藝
a. 焊(han)接方法和焊(han)接材料 采用(yong)實芯焊(han)絲(si)混合氣體(ti)（98％Ar＋2％O2，皆為體(ti)積分(fen)數(shu)）保護(hu)焊(han)。采用(yong)奧氏體(ti)型不銹鋼焊(han)絲(si)，牌號為CH1V1-308L（或(huo)E308L-G）。焊(han)絲(si)熔敷金(jin)屬的化學成分(fen)和力學性(xing)能見表4-15和表4-16。
b. 焊接(jie)參數 對于6mm對接(jie)焊的試板開60°雙(shuang)V形坡口，焊接(jie)參數見(jian)表(biao)4-17。
3. 焊接(jie)接(jie)頭(tou)顯(xian)微組織及力(li)學性能(neng)
焊縫金屬顯(xian)微組(zu)織(zhi)為(wei)奧氏體，組(zu)織(zhi)較細。焊接熱影響區的(de)過熱區晶(jing)(jing)(jing)粒(li)長(chang)大(da)嚴重，呈等軸(zhou)狀(zhuang)(zhuang)分(fen)(fen)布，粗晶(jing)(jing)(jing)區的(de)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)度只有1～3級，寬度為(wei)0.5～0.7mm。母材的(de)顯(xian)微組(zu)織(zhi)是(shi)以鐵素體為(wei)主，呈帶狀(zhuang)(zhuang)分(fen)(fen)布，鐵素體晶(jing)(jing)(jing)粒(li)較為(wei)細小(xiao)。由此(ci)可見，焊接熱循環(huan)使TCS鐵素體不銹鋼(gang)的(de)鐵素體晶(jing)(jing)(jing)粒(li)嚴重長(chang)大(da)。
母材硬度最低（194HV），焊(han)縫(feng)金屬硬度（204HV）和粗(cu)晶區的硬度（230HV）均高(gao)于母材。雖然粗(cu)晶區晶粒粗(cu)大，但硬度并(bing)沒有下(xia)降。
焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)拉伸(shen)、冷彎(wan)和低溫(wen)沖擊(ji)試驗(yan)結(jie)果(guo)見表4-18。由于焊接(jie)接(jie)頭(tou)拉伸(shen)試樣斷裂(lie)(lie)部(bu)位在焊接(jie)接(jie)頭(tou)以外的(de)母材(cai)，說(shuo)明(ming)焊接(jie)接(jie)頭(tou)抗拉強度(du)大于母材(cai)。焊接(jie)接(jie)頭(tou)經(jing)180°彎(wan)曲(qu)未見裂(lie)(lie)紋，接(jie)頭(tou)的(de)彎(wan)曲(qu)性(xing)能良好。
焊接熱影(ying)響(xiang)(xiang)區沖擊(ji)韌度(du)由于(yu)受(shou)到粗晶區的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，降低(di)幅(fu)度(du)較(jiao)大，僅有15J，明(ming)顯低(di)于(yu)母材和焊縫。
4. 改善焊接(jie)接(jie)頭(tou)性能
a. 調整焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡口以改(gai)善焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭性能 焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)采(cai)用(yong)45°、60°和(he)90°三種不同角度的V形坡口進行(xing)對比考核，其(qi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)參(can)數見表4-19。除90°坡口采(cai)用(yong)三道(dao)自(zi)動焊(han)(han)(han)外，其(qi)余都采(cai)用(yong)單道(dao)自(zi)動焊(han)(han)(han)。
由于焊(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)(po)口的(de)增大(da)(da)降低了焊(han)(han)縫金(jin)屬的(de)熔合(he)比，這對(dui)于以奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)材料(liao)來(lai)(lai)焊(han)(han)接(jie)(jie)鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)來(lai)(lai)說，將使焊(han)(han)縫金(jin)屬中的(de)Ni。提高（或者說對(dui)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)材料(liao)的(de)稀釋率降低）；這將減(jian)少(shao)非(fei)奧(ao)氏(shi)體（如馬氏(shi)體）的(de)含量，再加上焊(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)(po)口90°時(shi)焊(han)(han)接(jie)(jie)熱輸入(ru)減(jian)少(shao)，于是其韌(ren)性就得到(dao)改善。隨(sui)著坡(po)(po)口的(de)增大(da)(da)，TCS鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)熱影響區低溫沖擊韌(ren)度也增大(da)(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％。
