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(tie)素體不銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車體，由于鐵素體不(bu)銹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(zai)3Cr12的(de)基礎(chu)上，研(yan)發的(de)鐵(tie)路(lu)貨(huo)車(che)車(che)體用TCS鐵(tie)素(su)體不(bu)銹鋼(gang)，雖說具有(you)良好的(de)耐大氣腐蝕性能，但該材料的(de)焊(han)接(jie)性較差。鐵(tie)素(su)體不(bu)銹鋼(gang)經過熱循環后，晶粒(li)發生劇(ju)(ju)烈長大，強度有(you)所(suo)下降，沖擊韌(ren)度也劇(ju)(ju)烈下降。這成為焊(han)接(jie)工作者需(xu)要攻關的(de)課題，攻關取(qu)得(de)的(de)成果已(yi)在(zai)鐵(tie)路(lu)貨(huo)車(che)車(che)體產品中得(de)到應(ying)用，取(qu)得(de)令人滿意(yi)的(de)效果。
1. TCS鐵素體不銹鋼的化學成分和力學性能(neng)
TCS鐵(tie)素體不銹鋼的(de)化學成分見表(biao)4-13。實際鋼中(zhong)的(de)碳(tan)含量極低。TCS鐵(tie)素體不銹鋼的(de)力學性能見表(biao)4-14。
2. 焊接工(gong)藝
a. 焊(han)(han)接方法(fa)和(he)焊(han)(han)接材(cai)料 采用實芯焊(han)(han)絲(si)混合氣體(ti)（98％Ar＋2％O2，皆為(wei)體(ti)積分數）保(bao)護(hu)焊(han)(han)。采用奧氏體(ti)型不銹鋼焊(han)(han)絲(si)，牌號為(wei)CH1V1-308L（或E308L-G）。焊(han)(han)絲(si)熔敷金屬的化學(xue)成分和(he)力學(xue)性能見表(biao)4-15和(he)表(biao)4-16。
b. 焊(han)接參(can)數 對(dui)于6mm對(dui)接焊(han)的試板開60°雙(shuang)V形坡口(kou)，焊(han)接參(can)數見表(biao)4-17。
3. 焊接接頭(tou)顯微組織(zhi)及力學性能
焊縫金(jin)屬顯(xian)微組(zu)織為(wei)奧氏體，組(zu)織較(jiao)細。焊接熱影響(xiang)區的過熱區晶粒(li)(li)(li)長大(da)嚴(yan)重，呈(cheng)等軸狀(zhuang)分布，粗晶區的晶粒(li)(li)(li)度只有1～3級(ji)，寬度為(wei)0.5～0.7mm。母材的顯(xian)微組(zu)織是(shi)以(yi)鐵(tie)(tie)素體為(wei)主，呈(cheng)帶狀(zhuang)分布，鐵(tie)(tie)素體晶粒(li)(li)(li)較(jiao)為(wei)細小(xiao)。由(you)此可見，焊接熱循(xun)環使TCS鐵(tie)(tie)素體不銹鋼的鐵(tie)(tie)素體晶粒(li)(li)(li)嚴(yan)重長大(da)。
母材硬(ying)(ying)度(du)(du)最(zui)低（194HV），焊縫金屬硬(ying)(ying)度(du)(du)（204HV）和粗(cu)晶(jing)區的硬(ying)(ying)度(du)(du)（230HV）均高于母材。雖然粗(cu)晶(jing)區晶(jing)粒粗(cu)大，但硬(ying)(ying)度(du)(du)并沒有(you)下降。
焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭的拉(la)伸、冷彎和低(di)溫(wen)沖(chong)擊試(shi)驗結(jie)果見表4-18。由于焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭拉(la)伸試(shi)樣斷裂部位在焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭以外的母(mu)材，說明焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭抗拉(la)強度大于母(mu)材。焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭經180°彎曲(qu)未(wei)見裂紋，接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭的彎曲(qu)性能良好。
焊接(jie)熱影響區(qu)沖擊韌度(du)由于(yu)受到粗晶區(qu)的(de)影響，降低幅度(du)較(jiao)大，僅有(you)15J，明顯(xian)低于(yu)母材和焊縫。
4. 改善(shan)焊接接頭性能
a. 調整焊(han)(han)(han)接(jie)坡口(kou)以改善焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)性能 焊(han)(han)(han)接(jie)時(shi)采用45°、60°和90°三(san)種(zhong)不同(tong)角度的V形坡口(kou)進行對比(bi)考核，其焊(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)見表4-19。除90°坡口(kou)采用三(san)道自動(dong)焊(han)(han)(han)外，其余都采用單道自動(dong)焊(han)(han)(han)。
由于(yu)焊(han)(han)接坡(po)口的(de)增(zeng)大(da)降低了焊(han)(han)縫金屬(shu)的(de)熔(rong)合比，這對(dui)于(yu)以奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接材料(liao)來(lai)焊(han)(han)接鐵素體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)來(lai)說，將使(shi)焊(han)(han)縫金屬(shu)中的(de)Ni。提高（或者說對(dui)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接材料(liao)的(de)稀釋率降低）；這將減(jian)少非(fei)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)（如馬氏(shi)體(ti)(ti)）的(de)含量，再加上焊(han)(han)接坡(po)口90°時焊(han)(han)接熱輸入減(jian)少，于(yu)是(shi)其韌性就得到(dao)改善。隨(sui)著坡(po)口的(de)增(zeng)大(da)，TCS鐵素體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接熱影響區(qu)低溫沖擊韌度也(ye)增(zeng)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％。
