在美國,1934年最初出現了不銹鋼(gang)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制的不銹(xiu)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(fu)蝕和晶界應力腐蝕斷裂,成了一個問題。
為此,如(ru)何(he)防止(zhi)上(shang)述的(de)晶間腐(fu)蝕(shi)或者(zhe)晶界應力腐(fu)蝕(shi)斷裂,實(shi)現(xian)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)高(gao)強度(du)化呢(ni)?不銹(xiu)鋼(gang)生產(chan)商對301鋼(gang)(17Cr-7Ni)的(de)C、N、Ni等成分以及調質輥(gun)壓的(de)影響進行了(le)研(yan)(yan)究,并于1981~1984年報告了(le)研(yan)(yan)究結果。
平(ping)松(song)等(1981年)明確(que)了C、N、Mn、Ni等含(han)量(liang)(liang)對拉伸(shen)特(te)征的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang),并且認為碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)在(zai)0.06%以下時晶間腐蝕(shi)就會變得緩慢,進(jin)(jin)(jin)而(er)(er)分別在(zai)1981年和(he)1984年還斷定(ding):實施(shi)冷(leng)加(jia)工以后(hou)進(jin)(jin)(jin)行晶間腐蝕(shi)敏(min)化(hua)處理的(de)(de)(de)(de)(de)時候(hou)敏(min)感性會增(zeng)加(jia),所(suo)以有必要將碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)進(jin)(jin)(jin)一步降低到0.03%以下。另外,鋸屋(wu)等(1981年)以0.02C-0.5Si-1.8Mn-17Cr-7.8Ni-0.12N鋼(gang)為基礎研究了各(ge)種元素的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang),特(te)別明確(que)了奧(ao)(ao)氏體穩定(ding)度(du)(du)(du)(Md3o)與調質輥壓后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)延展以及(ji)屈服比的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系。進(jin)(jin)(jin)而(er)(er),田中等(1982年)研究了奧(ao)(ao)氏體對0.02C-17Cr-7 Ni鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)拉伸(shen)特(te)征的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang),搞清楚了下列問題:拉伸(shen)強度(du)(du)(du)在(zai)很大程度(du)(du)(du)上取(qu)決于應變致生馬(ma)氏體(α')的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang),并隨著(zhu)(zhu)Ni當量(liang)(liang)[Ni+0.35Si+0.4Mn+0.65Cr+12.6(C+N)]的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)而(er)(er)降低;另外屈服強度(du)(du)(du)幾乎不受Ni當量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)但會隨著(zhu)(zhu)氮含(han)量(liang)(liang)而(er)(er)增(zeng)大,相反(fan)的(de)(de)(de)(de)(de),延展性受Ni當量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)比較(jiao)大,等等。平(ping)松(song)等(1984年)也(ye)得出(chu)了如下的(de)(de)(de)(de)(de)結論(lun):17Cr-7 Ni鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)(du)會隨著(zhu)(zhu)碳(tan)(tan)以及(ji)氮量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)而(er)(er)增(zeng)大,但氮的(de)(de)(de)(de)(de)作用在(zai)奧(ao)(ao)氏體相時是(shi)碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)2倍,在(zai)α相時卻是(shi)碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)1/2;還有,拉伸(shen)強度(du)(du)(du)隨著(zhu)(zhu)奧(ao)(ao)氏體穩定(ding)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)上升而(er)(er)下降,同(tong)一奧(ao)(ao)氏體的(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)度(du)(du)(du)隨著(zhu)(zhu)碳(tan)(tan)以及(ji)氮量(liang)(liang)而(er)(er)增(zeng)大;延展性隨著(zhu)(zhu)奧(ao)(ao)氏體穩定(ding)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)上升而(er)(er)提(ti)高;從耐腐蝕(shi)性和(he)強度(du)(du)(du)兩方面來看最佳成分是(shi)0.02C-17Cr-6.7 Ni-0.12N。
根據(ju)這些研究結(jie)果,為了改(gai)善(shan)耐晶間腐蝕性(xing)(破裂),將碳量(liang)調整(zheng)為0.03%以(yi)(yi)下,并通(tong)過氮的添加(jia)以(yi)(yi)及適當成分的比例調整(zheng)開(kai)發出了能同時(shi)滿(man)足(zu)強度需(xu)求的17Cr-7 Ni鋼,1983年以(yi)(yi)后開(kai)始被鐵道車輛采用(yong)。此鋼在1991年被JIS定為SUS301L(w(C)≤0.030%、(N)≤0.20%)。
車輛底座部位由于大量地進行電焊(han),而(er)SUS301L這樣的硬材會(hui)因焊(han)接(jie)而(er)導致強度的下(xia)降,所以(yi)不(bu)能采用(yong),而(er)采用(yong)SPA-H.基于輕量化(hua)的考慮(lv),開發(fa)出了(le)雙(shuang)相不(bu)銹鋼(0.01C-2Si-4Mn-19Cr-5Ni-2Cu-0.02N),確(que)保(bao)焊(han)接(jie)部分(fen)也(ye)不(bu)會(hui)軟(ruan)化(hua)。

