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(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(ao)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(bu)銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車體，由于鐵素體不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的基礎上，研發(fa)(fa)的鐵(tie)路貨車車體(ti)用TCS鐵(tie)素體(ti)不銹鋼，雖說具有(you)良好的耐大氣腐蝕性能(neng)，但該材料的焊接性較差(cha)。鐵(tie)素體(ti)不銹鋼經過熱(re)循環后，晶粒發(fa)(fa)生劇(ju)烈長大，強(qiang)度有(you)所下降，沖擊韌度也劇(ju)烈下降。這成為焊接工作者需要攻關的課題，攻關取(qu)(qu)得的成果已(yi)在鐵(tie)路貨車車體(ti)產品中得到應(ying)用，取(qu)(qu)得令人滿意(yi)的效果。
1. TCS鐵素體不銹鋼的化學(xue)成分和力學(xue)性能
TCS鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的化學成分見表(biao)4-13。實際鋼中(zhong)的碳含量極低。TCS鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的力學性能見表(biao)4-14。
2. 焊接工藝
a. 焊(han)(han)(han)接方法(fa)和焊(han)(han)(han)接材料 采(cai)用實芯焊(han)(han)(han)絲(si)(si)混合氣體(ti)（98％Ar＋2％O2，皆(jie)為體(ti)積(ji)分(fen)(fen)數）保護焊(han)(han)(han)。采(cai)用奧氏體(ti)型(xing)不(bu)銹鋼(gang)焊(han)(han)(han)絲(si)(si)，牌號為CH1V1-308L（或E308L-G）。焊(han)(han)(han)絲(si)(si)熔(rong)敷金(jin)屬的(de)化學(xue)(xue)成分(fen)(fen)和力學(xue)(xue)性能見(jian)表4-15和表4-16。
b. 焊(han)接參數 對于6mm對接焊(han)的試板開60°雙V形坡(po)口，焊(han)接參數見表4-17。
3. 焊接接頭顯微組織(zhi)及力學性(xing)能
焊縫金(jin)屬顯(xian)微組(zu)織為(wei)奧氏體(ti)(ti)，組(zu)織較(jiao)細(xi)。焊接熱(re)影響區的(de)過(guo)熱(re)區晶(jing)粒(li)長大(da)嚴重，呈(cheng)等(deng)軸狀(zhuang)(zhuang)分(fen)(fen)布，粗(cu)晶(jing)區的(de)晶(jing)粒(li)度(du)只有1～3級，寬度(du)為(wei)0.5～0.7mm。母(mu)材的(de)顯(xian)微組(zu)織是以鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)為(wei)主(zhu)，呈(cheng)帶狀(zhuang)(zhuang)分(fen)(fen)布，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)晶(jing)粒(li)較(jiao)為(wei)細(xi)小。由此(ci)可見，焊接熱(re)循(xun)環使TCS鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)的(de)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)晶(jing)粒(li)嚴重長大(da)。
母(mu)材硬(ying)(ying)(ying)度最低（194HV），焊(han)縫金屬硬(ying)(ying)(ying)度（204HV）和粗晶區(qu)的硬(ying)(ying)(ying)度（230HV）均高于母(mu)材。雖然粗晶區(qu)晶粒粗大，但硬(ying)(ying)(ying)度并(bing)沒有(you)下降。
焊接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的(de)拉(la)伸(shen)、冷彎和低溫沖(chong)擊試驗結果(guo)見表4-18。由于(yu)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭拉(la)伸(shen)試樣斷裂(lie)(lie)部位(wei)在焊接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭以(yi)外的(de)母材，說明焊接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭抗拉(la)強度大于(yu)母材。焊接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭經180°彎曲未見裂(lie)(lie)紋，接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的(de)彎曲性能良好。
焊接熱影響(xiang)區沖擊(ji)韌度(du)由于受到粗(cu)晶區的影響(xiang)，降低幅度(du)較大，僅(jin)有15J，明(ming)顯(xian)低于母材和焊縫。
4. 改善焊(han)接接頭性能
a. 調整焊(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)以改善(shan)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)性能 焊(han)接(jie)(jie)時采用45°、60°和90°三種不同(tong)角度(du)的V形坡(po)口(kou)進行對比考核，其焊(han)接(jie)(jie)參(can)數見表4-19。除90°坡(po)口(kou)采用三道自(zi)動(dong)焊(han)外，其余都(dou)采用單道自(zi)動(dong)焊(han)。
由于焊(han)(han)接(jie)坡(po)口(kou)(kou)的增(zeng)大降低(di)了焊(han)(han)縫金屬(shu)(shu)的熔合比，這對(dui)于以奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料來焊(han)(han)接(jie)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)來說，將使焊(han)(han)縫金屬(shu)(shu)中的Ni。提高（或者說對(dui)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料的稀釋率降低(di)）；這將減(jian)(jian)少非奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)（如(ru)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)）的含(han)量，再加上焊(han)(han)接(jie)坡(po)口(kou)(kou)90°時焊(han)(han)接(jie)熱輸入減(jian)(jian)少，于是其(qi)韌(ren)性就(jiu)得到(dao)改(gai)善。隨著坡(po)口(kou)(kou)的增(zeng)大，TCS鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)熱影響區低(di)溫沖擊韌(ren)度也增(zeng)大，如(ru)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％。
