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素體不(bu)銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車體，由于鐵素體不銹(xiu)鋼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)(de)基礎上，研發的(de)(de)鐵(tie)路(lu)貨車車體(ti)用TCS鐵(tie)素體(ti)不銹鋼，雖(sui)說(shuo)具有(you)良好的(de)(de)耐大氣腐蝕性(xing)能(neng)，但該材料的(de)(de)焊接(jie)性(xing)較差。鐵(tie)素體(ti)不銹鋼經過熱循環后，晶粒(li)發生劇烈(lie)長大，強度有(you)所下(xia)(xia)降，沖擊韌度也劇烈(lie)下(xia)(xia)降。這成為(wei)焊接(jie)工作者需要攻關(guan)的(de)(de)課(ke)題(ti)，攻關(guan)取(qu)得的(de)(de)成果(guo)已在鐵(tie)路(lu)貨車車體(ti)產品(pin)中得到應用，取(qu)得令人滿(man)意的(de)(de)效果(guo)。
1. TCS鐵素(su)體不銹鋼的化(hua)學成分和力學性能
TCS鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼的(de)化(hua)學(xue)(xue)成分見表4-13。實際鋼中的(de)碳含量極低。TCS鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼的(de)力學(xue)(xue)性能(neng)見表4-14。
2. 焊接工(gong)藝
a. 焊(han)接方法和焊(han)接材料 采用實芯焊(han)絲混合(he)氣(qi)體（98％Ar＋2％O2，皆為(wei)(wei)體積分(fen)數）保護焊(han)。采用奧氏體型不銹鋼(gang)焊(han)絲，牌(pai)號為(wei)(wei)CH1V1-308L（或E308L-G）。焊(han)絲熔(rong)敷金屬的(de)化學成分(fen)和力學性能見(jian)表4-15和表4-16。
b. 焊(han)(han)接(jie)參(can)數 對(dui)于6mm對(dui)接(jie)焊(han)(han)的試板開(kai)60°雙(shuang)V形坡口，焊(han)(han)接(jie)參(can)數見表4-17。
3. 焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)顯微組織(zhi)及力學(xue)性能
焊縫金屬顯(xian)微組織(zhi)為奧(ao)氏體，組織(zhi)較細(xi)(xi)。焊接熱影響區的(de)(de)過(guo)熱區晶粒(li)長大嚴重(zhong)，呈等軸狀分(fen)布(bu)，粗(cu)晶區的(de)(de)晶粒(li)度(du)只有(you)1～3級，寬度(du)為0.5～0.7mm。母材的(de)(de)顯(xian)微組織(zhi)是以鐵(tie)素(su)(su)體為主，呈帶狀分(fen)布(bu)，鐵(tie)素(su)(su)體晶粒(li)較為細(xi)(xi)小。由此可見，焊接熱循環使TCS鐵(tie)素(su)(su)體不銹鋼的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體晶粒(li)嚴重(zhong)長大。
母材(cai)硬(ying)(ying)度(du)(du)最低（194HV），焊縫(feng)金屬硬(ying)(ying)度(du)(du)（204HV）和(he)粗(cu)晶(jing)區的硬(ying)(ying)度(du)(du)（230HV）均高(gao)于母材(cai)。雖然(ran)粗(cu)晶(jing)區晶(jing)粒(li)粗(cu)大，但硬(ying)(ying)度(du)(du)并沒有下降。
焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的拉(la)伸(shen)、冷彎(wan)(wan)和低溫沖擊試(shi)驗結果見表(biao)4-18。由于焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)拉(la)伸(shen)試(shi)樣斷裂(lie)部位在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)以外(wai)的母材，說明焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)抗拉(la)強(qiang)度大于母材。焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)經180°彎(wan)(wan)曲未見裂(lie)紋，接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的彎(wan)(wan)曲性能良好(hao)。
焊接熱(re)影響(xiang)區沖擊韌度由于(yu)受到粗(cu)晶區的影響(xiang)，降低幅度較大，僅(jin)有15J，明顯低于(yu)母(mu)材(cai)和(he)焊縫。
4. 改善焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)性能
a. 調整焊(han)接(jie)坡口(kou)以改善(shan)焊(han)接(jie)接(jie)頭性能(neng) 焊(han)接(jie)時采用45°、60°和90°三種不同角度的V形(xing)坡口(kou)進行對(dui)比(bi)考核，其(qi)焊(han)接(jie)參數見(jian)表4-19。除90°坡口(kou)采用三道自動焊(han)外，其(qi)余都采用單道自動焊(han)。
由(you)于(yu)焊(han)接(jie)(jie)坡口的增大(da)降低了焊(han)縫(feng)金屬的熔合比，這(zhe)對(dui)于(yu)以奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)來(lai)焊(han)接(jie)(jie)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)來(lai)說，將使焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)的Ni。提高（或者說對(dui)奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)的稀釋(shi)率降低）；這(zhe)將減(jian)少非奧氏(shi)體(ti)（如馬氏(shi)體(ti)）的含(han)量，再(zai)加上(shang)焊(han)接(jie)(jie)坡口90°時(shi)焊(han)接(jie)(jie)熱輸入(ru)減(jian)少，于(yu)是其韌性就得(de)到(dao)改善。隨(sui)著坡口的增大(da)，TCS鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)熱影響區低溫沖擊韌度也(ye)增大(da)，如圖(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％。
