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(hou)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(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3Cr12的(de)(de)基礎上，研發的(de)(de)鐵(tie)路(lu)貨(huo)車車體(ti)(ti)用TCS鐵(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼(gang)，雖(sui)說具(ju)有良好(hao)的(de)(de)耐大氣腐蝕性(xing)能，但該材料的(de)(de)焊(han)接性(xing)較差(cha)。鐵(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼(gang)經過熱循環后(hou)，晶(jing)粒(li)發生劇烈長大，強度(du)有所下(xia)降(jiang)，沖擊韌(ren)度(du)也劇烈下(xia)降(jiang)。這成(cheng)為(wei)焊(han)接工作者需要攻(gong)關(guan)的(de)(de)課題，攻(gong)關(guan)取得的(de)(de)成(cheng)果已在鐵(tie)路(lu)貨(huo)車車體(ti)(ti)產(chan)品中(zhong)得到應用，取得令人滿意(yi)的(de)(de)效果。
1. TCS鐵素體不銹鋼(gang)的(de)化學(xue)成分和力(li)學(xue)性能
TCS鐵(tie)素體不銹鋼的化(hua)學成分見表4-13。實際鋼中的碳含量極低。TCS鐵(tie)素體不銹鋼的力(li)學性(xing)能(neng)見表4-14。
2. 焊接工藝(yi)
a. 焊接(jie)方(fang)法和焊接(jie)材料 采(cai)用實芯焊絲混(hun)合氣體(ti)(ti)（98％Ar＋2％O2，皆為體(ti)(ti)積分數）保(bao)護(hu)焊。采(cai)用奧氏體(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼焊絲，牌號為CH1V1-308L（或E308L-G）。焊絲熔敷(fu)金屬的化(hua)學成(cheng)分和力學性(xing)能見表4-15和表4-16。
b. 焊接參數 對于6mm對接焊的試板開60°雙V形坡口，焊接參數見表4-17。
3. 焊接接頭顯微組織及力學性能
焊(han)縫金屬(shu)顯(xian)微(wei)組(zu)織(zhi)為奧(ao)氏體(ti)(ti)，組(zu)織(zhi)較細。焊(han)接(jie)熱影響(xiang)區(qu)的(de)過熱區(qu)晶(jing)(jing)粒長(chang)大(da)嚴重，呈(cheng)等軸狀(zhuang)分布(bu)，粗晶(jing)(jing)區(qu)的(de)晶(jing)(jing)粒度(du)只有1～3級，寬度(du)為0.5～0.7mm。母材的(de)顯(xian)微(wei)組(zu)織(zhi)是以(yi)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)為主，呈(cheng)帶狀(zhuang)分布(bu)，鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)晶(jing)(jing)粒較為細小。由(you)此可(ke)見，焊(han)接(jie)熱循環使TCS鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼的(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)晶(jing)(jing)粒嚴重長(chang)大(da)。
母(mu)材(cai)硬(ying)度(du)最低（194HV），焊縫金屬硬(ying)度(du)（204HV）和粗晶區的硬(ying)度(du)（230HV）均高于母(mu)材(cai)。雖然粗晶區晶粒粗大，但硬(ying)度(du)并沒有下(xia)降。
焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的拉(la)伸(shen)、冷彎(wan)和低溫(wen)沖擊試驗(yan)結(jie)果見(jian)表4-18。由于(yu)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)拉(la)伸(shen)試樣斷裂(lie)部位在焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)以(yi)外的母(mu)材，說明焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)抗拉(la)強度大于(yu)母(mu)材。焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)經(jing)180°彎(wan)曲(qu)(qu)未見(jian)裂(lie)紋(wen)，接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的彎(wan)曲(qu)(qu)性能良好。
焊(han)接(jie)熱影響區沖(chong)擊(ji)韌度由于受(shou)到粗晶(jing)區的影響，降低幅度較(jiao)大，僅有(you)15J，明顯低于母材和焊(han)縫。
4. 改善(shan)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭性能
a. 調整焊(han)(han)接坡口以改(gai)善焊(han)(han)接接頭性能(neng) 焊(han)(han)接時(shi)采(cai)用(yong)45°、60°和90°三種(zhong)不(bu)同角度的V形坡口進(jin)行對比考核，其(qi)焊(han)(han)接參數見表4-19。除90°坡口采(cai)用(yong)三道(dao)自動焊(han)(han)外(wai)，其(qi)余(yu)都(dou)采(cai)用(yong)單道(dao)自動焊(han)(han)。
由于焊(han)(han)接(jie)坡口(kou)的增(zeng)大降(jiang)低了(le)焊(han)(han)縫金(jin)屬的熔合比，這對于以奧氏(shi)體不銹鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)材料(liao)來焊(han)(han)接(jie)鐵(tie)素(su)體不銹鋼(gang)來說，將使焊(han)(han)縫金(jin)屬中的Ni。提高(gao)（或者說對奧氏(shi)體不銹鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)材料(liao)的稀釋(shi)率降(jiang)低）；這將減少(shao)非奧氏(shi)體（如馬氏(shi)體）的含(han)量，再加上焊(han)(han)接(jie)坡口(kou)90°時焊(han)(han)接(jie)熱輸入減少(shao)，于是其韌性(xing)就得到(dao)改(gai)善。隨著坡口(kou)的增(zeng)大，TCS鐵(tie)素(su)體不銹鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)熱影(ying)響(xiang)區低溫(wen)沖擊韌度(du)也增(zeng)大，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％。
