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)銹鋼板。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,曾經發生過晶間腐蝕(shi)和晶界應力腐蝕(shi)斷裂,成了一個問題。
為此,如何防止上(shang)述的晶間腐(fu)蝕或者晶界應(ying)力腐(fu)蝕斷裂,實(shi)現(xian)不(bu)銹鋼的高強度化呢?不(bu)銹鋼生產商對301鋼(17Cr-7Ni)的C、N、Ni等成分以(yi)及調質輥壓的影響進行了研(yan)究,并于1981~1984年報告了研(yan)究結果(guo)。
平松(song)等(1981年(nian)(nian)(nian))明確了(le)C、N、Mn、Ni等含量(liang)(liang)(liang)對拉伸(shen)特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),并(bing)且認為(wei)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)在(zai)(zai)0.06%以(yi)(yi)(yi)下(xia)時(shi)晶間腐蝕就會(hui)變得緩慢,進(jin)而(er)分別(bie)在(zai)(zai)1981年(nian)(nian)(nian)和(he)(he)1984年(nian)(nian)(nian)還斷定(ding)(ding):實(shi)施冷加(jia)工以(yi)(yi)(yi)后進(jin)行晶間腐蝕敏化處理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候敏感性(xing)會(hui)增(zeng)(zeng)加(jia),所以(yi)(yi)(yi)有(you)必要將(jiang)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)進(jin)一步降低到0.03%以(yi)(yi)(yi)下(xia)。另(ling)外,鋸屋等(1981年(nian)(nian)(nian))以(yi)(yi)(yi)0.02C-0.5Si-1.8Mn-17Cr-7.8Ni-0.12N鋼為(wei)基礎研(yan)究(jiu)了(le)各(ge)種元素的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),特別(bie)明確了(le)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)穩(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)(Md3o)與調質(zhi)輥壓后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)延展(zhan)以(yi)(yi)(yi)及(ji)(ji)屈服(fu)比的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關系。進(jin)而(er),田(tian)中等(1982年(nian)(nian)(nian))研(yan)究(jiu)了(le)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)對0.02C-17Cr-7 Ni鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉伸(shen)特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),搞清楚了(le)下(xia)列問題(ti):拉伸(shen)強度(du)(du)在(zai)(zai)很大(da)程度(du)(du)上取決于(yu)應變致生馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(α')的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang),并(bing)隨著(zhu)Ni當量(liang)(liang)(liang)[Ni+0.35Si+0.4Mn+0.65Cr+12.6(C+N)]的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)而(er)降低;另(ling)外屈服(fu)強度(du)(du)幾乎不受Ni當量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)但會(hui)隨著(zhu)氮含量(liang)(liang)(liang)而(er)增(zeng)(zeng)大(da),相反的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),延展(zhan)性(xing)受Ni當量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)比較(jiao)大(da),等等。平松(song)等(1984年(nian)(nian)(nian))也得出了(le)如下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)論:17Cr-7 Ni鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)會(hui)隨著(zhu)碳(tan)(tan)(tan)以(yi)(yi)(yi)及(ji)(ji)氮量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化而(er)增(zeng)(zeng)大(da),但氮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相時(shi)是碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)2倍,在(zai)(zai)α相時(shi)卻是碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/2;還有(you),拉伸(shen)強度(du)(du)隨著(zhu)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)穩(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)上升(sheng)而(er)下(xia)降,同一奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)隨著(zhu)碳(tan)(tan)(tan)以(yi)(yi)(yi)及(ji)(ji)氮量(liang)(liang)(liang)而(er)增(zeng)(zeng)大(da);延展(zhan)性(xing)隨著(zhu)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)穩(wen)定(ding)(ding)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)上升(sheng)而(er)提高;從耐腐蝕性(xing)和(he)(he)強度(du)(du)兩方(fang)面來看最(zui)佳成分是0.02C-17Cr-6.7 Ni-0.12N。
根據這些研究結果,為了改善耐晶間腐蝕性(xing)(破裂),將碳(tan)量調整為0.03%以下(xia),并通(tong)過氮的添加以及適當成分(fen)的比例(li)調整開發出了能(neng)同時(shi)滿足強度需(xu)求的17Cr-7 Ni鋼(gang),1983年以后開始被(bei)鐵(tie)道車輛采用。此鋼(gang)在(zai)1991年被(bei)JIS定為SUS301L(w(C)≤0.030%、(N)≤0.20%)。
車輛底(di)座部位由于(yu)大量地進行電(dian)焊(han)(han),而SUS301L這樣的(de)硬(ying)材(cai)會(hui)因焊(han)(han)接而導致強度的(de)下(xia)降,所(suo)以不(bu)能采(cai)用,而采(cai)用SPA-H.基于(yu)輕量化的(de)考慮,開發出了雙相不(bu)銹(xiu)鋼(0.01C-2Si-4Mn-19Cr-5Ni-2Cu-0.02N),確(que)保(bao)焊(han)(han)接部分也不(bu)會(hui)軟化。

