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(gang)）。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素體不銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車體，由于鐵素體不銹鋼(gang)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(nian)在(zai)3Cr12的(de)基礎上，研發的(de)鐵路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)用TCS鐵素(su)體(ti)不銹鋼(gang)，雖說具有良(liang)好(hao)的(de)耐大氣腐蝕(shi)性能(neng)，但(dan)該材料的(de)焊接性較差(cha)。鐵素(su)體(ti)不銹鋼(gang)經過(guo)熱循(xun)環后，晶粒發生劇烈(lie)(lie)長大，強度有所下(xia)降，沖擊(ji)韌度也劇烈(lie)(lie)下(xia)降。這(zhe)成為焊接工作者需要攻(gong)關的(de)課題，攻(gong)關取得(de)的(de)成果已在(zai)鐵路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)產品中得(de)到應用，取得(de)令人滿意的(de)效果。
1. TCS鐵(tie)素體(ti)不銹鋼的(de)化學(xue)成分(fen)和力學(xue)性能
TCS鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼的(de)化(hua)學成分見表(biao)4-13。實際鋼中的(de)碳含量極低(di)。TCS鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼的(de)力(li)學性能(neng)見表(biao)4-14。
2. 焊接工藝
a. 焊接(jie)方法和焊接(jie)材料 采(cai)(cai)用實(shi)芯焊絲混合氣體（98％Ar＋2％O2，皆為體積分數）保(bao)護焊。采(cai)(cai)用奧氏體型不銹鋼焊絲，牌號為CH1V1-308L（或E308L-G）。焊絲熔(rong)敷金(jin)屬的(de)化學成分和力(li)學性能見表(biao)4-15和表(biao)4-16。
b. 焊(han)接(jie)參(can)數(shu) 對于(yu)6mm對接(jie)焊(han)的(de)試板開60°雙V形坡(po)口，焊(han)接(jie)參(can)數(shu)見表(biao)4-17。
3. 焊(han)接(jie)接(jie)頭顯微組織及力(li)學性能(neng)
焊縫金屬顯微(wei)組(zu)織為奧氏體(ti)，組(zu)織較細。焊接熱影(ying)響(xiang)區的(de)(de)過(guo)熱區晶粒(li)長大嚴(yan)重(zhong)，呈等軸狀分(fen)布，粗晶區的(de)(de)晶粒(li)度(du)只有1～3級，寬(kuan)度(du)為0.5～0.7mm。母材的(de)(de)顯微(wei)組(zu)織是以鐵(tie)素(su)(su)體(ti)為主，呈帶狀分(fen)布，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)晶粒(li)較為細小。由此可見(jian)，焊接熱循環(huan)使TCS鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不(bu)銹鋼的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)晶粒(li)嚴(yan)重(zhong)長大。
母材(cai)硬(ying)度(du)最低（194HV），焊縫金(jin)屬硬(ying)度(du)（204HV）和(he)粗(cu)晶區的硬(ying)度(du)（230HV）均(jun)高于母材(cai)。雖然(ran)粗(cu)晶區晶粒粗(cu)大，但硬(ying)度(du)并沒有下降。
焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)拉伸、冷彎(wan)(wan)和低溫沖擊試(shi)驗(yan)結果見表(biao)4-18。由于焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)拉伸試(shi)樣(yang)斷(duan)裂部位在焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)以外的(de)(de)母材(cai)(cai)，說明焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)抗拉強度大于母材(cai)(cai)。焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)經180°彎(wan)(wan)曲未(wei)見裂紋(wen)，接(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)彎(wan)(wan)曲性能良(liang)好(hao)。
焊接熱(re)影響區(qu)沖(chong)擊韌(ren)度(du)(du)由于受(shou)到粗晶(jing)區(qu)的影響，降低幅度(du)(du)較大(da)，僅有15J，明(ming)顯(xian)低于母材和焊縫。
4. 改善焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)性(xing)能(neng)
a. 調整焊(han)接(jie)(jie)坡口以改善焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)性(xing)能 焊(han)接(jie)(jie)時采用(yong)45°、60°和90°三種不同角度的(de)V形坡口進行對(dui)比考核，其焊(han)接(jie)(jie)參數見表4-19。除(chu)90°坡口采用(yong)三道自動(dong)焊(han)外(wai)，其余都采用(yong)單道自動(dong)焊(han)。
由于焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)坡(po)(po)口(kou)(kou)的(de)增(zeng)大(da)降低(di)了焊(han)(han)縫金(jin)屬的(de)熔合比，這(zhe)對于以奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材料(liao)來焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)來說(shuo)，將使(shi)焊(han)(han)縫金(jin)屬中的(de)Ni。提高（或(huo)者(zhe)說(shuo)對奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材料(liao)的(de)稀釋(shi)率降低(di)）；這(zhe)將減(jian)(jian)少(shao)非奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)（如馬氏(shi)體(ti)(ti)）的(de)含量，再加(jia)上焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)坡(po)(po)口(kou)(kou)90°時(shi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱輸入減(jian)(jian)少(shao)，于是其韌性就得(de)到(dao)改善。隨著坡(po)(po)口(kou)(kou)的(de)增(zeng)大(da)，TCS鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱影(ying)響(xiang)區低(di)溫沖擊韌度(du)也增(zeng)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％。
