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(nai)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(shi)體(ti)不(bu)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(ti)不銹鋼(gang)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)(tie)路貨車車體(ti)用TCS鐵(tie)(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼，雖(sui)說具(ju)有良(liang)好的(de)(de)耐大氣腐蝕性(xing)能，但(dan)該材料的(de)(de)焊(han)接性(xing)較差。鐵(tie)(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼經(jing)過熱循環后，晶粒發生劇烈(lie)長大，強(qiang)度(du)有所下降(jiang)，沖擊韌度(du)也劇烈(lie)下降(jiang)。這成為焊(han)接工作者需要(yao)攻關的(de)(de)課題，攻關取(qu)得的(de)(de)成果(guo)已在鐵(tie)(tie)路貨車車體(ti)產(chan)品中得到應用，取(qu)得令人滿意的(de)(de)效(xiao)果(guo)。
1. TCS鐵素體不銹鋼(gang)的化學成分和力學性能
TCS鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的化學成(cheng)分見表(biao)4-13。實際(ji)鋼中的碳含量極低。TCS鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的力學性能見表(biao)4-14。
2. 焊接(jie)工藝
a. 焊(han)(han)(han)接方法和焊(han)(han)(han)接材(cai)料 采(cai)用(yong)實芯焊(han)(han)(han)絲(si)混(hun)合(he)氣體(ti)（98％Ar＋2％O2，皆(jie)為(wei)(wei)體(ti)積分數）保護焊(han)(han)(han)。采(cai)用(yong)奧氏體(ti)型不銹鋼焊(han)(han)(han)絲(si)，牌號為(wei)(wei)CH1V1-308L（或E308L-G）。焊(han)(han)(han)絲(si)熔敷金屬的化學成分和力(li)學性能見(jian)表4-15和表4-16。
b. 焊(han)接(jie)參數 對(dui)于6mm對(dui)接(jie)焊(han)的試板開60°雙V形坡口，焊(han)接(jie)參數見表4-17。
3. 焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭顯微(wei)組(zu)織及(ji)力學性能
焊(han)縫金屬顯微(wei)(wei)組(zu)織(zhi)為奧(ao)氏體(ti)(ti)，組(zu)織(zhi)較細(xi)。焊(han)接熱影響區的(de)(de)過(guo)熱區晶(jing)粒長(chang)大嚴(yan)重，呈(cheng)(cheng)等軸狀分布(bu)，粗晶(jing)區的(de)(de)晶(jing)粒度只(zhi)有1～3級，寬度為0.5～0.7mm。母(mu)材的(de)(de)顯微(wei)(wei)組(zu)織(zhi)是(shi)以(yi)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)為主，呈(cheng)(cheng)帶(dai)狀分布(bu)，鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)晶(jing)粒較為細(xi)小(xiao)。由此可見，焊(han)接熱循環使TCS鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼的(de)(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)晶(jing)粒嚴(yan)重長(chang)大。
母(mu)材硬(ying)(ying)度最低（194HV），焊縫金屬硬(ying)(ying)度（204HV）和粗(cu)晶區的硬(ying)(ying)度（230HV）均高于(yu)母(mu)材。雖然粗(cu)晶區晶粒粗(cu)大，但(dan)硬(ying)(ying)度并沒(mei)有(you)下降。
焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的拉伸(shen)、冷彎(wan)和(he)低(di)溫沖(chong)擊試(shi)(shi)驗結果見(jian)表4-18。由于(yu)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭拉伸(shen)試(shi)(shi)樣斷裂部位在焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭以外的母(mu)材，說(shuo)明(ming)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭抗(kang)拉強度大于(yu)母(mu)材。焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭經180°彎(wan)曲(qu)未見(jian)裂紋(wen)，接(jie)(jie)頭的彎(wan)曲(qu)性(xing)能(neng)良好。
焊接熱影響(xiang)區(qu)沖(chong)擊韌度由于(yu)受(shou)到(dao)粗(cu)晶區(qu)的影響(xiang)，降低幅度較大，僅有(you)15J，明顯低于(yu)母材和(he)焊縫。
4. 改善焊接接頭性能
a. 調(diao)整(zheng)焊(han)(han)接坡口以改善焊(han)(han)接接頭性能 焊(han)(han)接時采(cai)用(yong)(yong)(yong)45°、60°和(he)90°三種(zhong)不(bu)同(tong)角度的V形(xing)坡口進行對(dui)比考核(he)，其焊(han)(han)接參數見表4-19。除90°坡口采(cai)用(yong)(yong)(yong)三道自(zi)動(dong)焊(han)(han)外，其余都采(cai)用(yong)(yong)(yong)單道自(zi)動(dong)焊(han)(han)。
由于焊(han)接(jie)坡(po)口的(de)增大(da)降低了焊(han)縫(feng)金屬的(de)熔合(he)比，這(zhe)(zhe)對于以奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)接(jie)材料來焊(han)接(jie)鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)來說(shuo)，將(jiang)使焊(han)縫(feng)金屬中的(de)Ni。提高（或者說(shuo)對奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)接(jie)材料的(de)稀釋率降低）；這(zhe)(zhe)將(jiang)減(jian)少非奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)（如馬氏(shi)(shi)體(ti)）的(de)含量(liang)，再(zai)加上焊(han)接(jie)坡(po)口90°時焊(han)接(jie)熱輸入(ru)減(jian)少，于是其(qi)韌性就得到(dao)改善。隨著坡(po)口的(de)增大(da)，TCS鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)接(jie)熱影響區低溫沖(chong)擊韌度也增大(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％。
