在美國,1934年最初出現了不銹鋼制鐵道車輛,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(jian)腐蝕和晶界應力腐(fu)蝕(shi)斷裂(lie),成了一個問題。
為(wei)此,如(ru)何防止上述的(de)晶間腐(fu)蝕或者晶界應力腐(fu)蝕斷裂(lie),實現不(bu)銹(xiu)鋼的(de)高強(qiang)度化呢?不(bu)銹(xiu)鋼生產商對(dui)301鋼(17Cr-7Ni)的(de)C、N、Ni等成分以及調(diao)質輥壓的(de)影響進行了研(yan)究,并于1981~1984年報告了研(yan)究結果。
平松等(1981年(nian)(nian))明(ming)確了(le)C、N、Mn、Ni等含(han)量對拉伸特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang),并且認為(wei)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量在(zai)0.06%以(yi)(yi)下(xia)時(shi)晶間腐蝕就會變(bian)得緩慢,進而(er)(er)分別在(zai)1981年(nian)(nian)和1984年(nian)(nian)還斷定(ding):實施冷加工以(yi)(yi)后進行晶間腐蝕敏化(hua)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候敏感性會增(zeng)(zeng)加,所以(yi)(yi)有必要將碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量進一步(bu)降(jiang)低到0.03%以(yi)(yi)下(xia)。另外,鋸屋等(1981年(nian)(nian))以(yi)(yi)0.02C-0.5Si-1.8Mn-17Cr-7.8Ni-0.12N鋼(gang)(gang)為(wei)基礎研(yan)究了(le)各種元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang),特別明(ming)確了(le)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)穩(wen)定(ding)度(du)(du)(Md3o)與調質輥壓后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)延(yan)展(zhan)(zhan)以(yi)(yi)及屈服比(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系。進而(er)(er),田中等(1982年(nian)(nian))研(yan)究了(le)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)對0.02C-17Cr-7 Ni鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉伸特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang),搞清楚了(le)下(xia)列問(wen)題:拉伸強(qiang)度(du)(du)在(zai)很大程度(du)(du)上(shang)(shang)取決于應變(bian)致生馬氏(shi)體(ti)(ti)(α')的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量,并隨(sui)(sui)著Ni當量[Ni+0.35Si+0.4Mn+0.65Cr+12.6(C+N)]的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加而(er)(er)降(jiang)低;另外屈服強(qiang)度(du)(du)幾乎(hu)不受Ni當量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)但(dan)會隨(sui)(sui)著氮(dan)含(han)量而(er)(er)增(zeng)(zeng)大,相(xiang)反的(de)(de)(de)(de)(de)(de),延(yan)展(zhan)(zhan)性受Ni當量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)較大,等等。平松等(1984年(nian)(nian))也(ye)得出了(le)如下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結論:17Cr-7 Ni鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)會隨(sui)(sui)著碳(tan)以(yi)(yi)及氮(dan)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)而(er)(er)增(zeng)(zeng)大,但(dan)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)時(shi)是碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)2倍,在(zai)α相(xiang)時(shi)卻是碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/2;還有,拉伸強(qiang)度(du)(du)隨(sui)(sui)著奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)穩(wen)定(ding)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)升而(er)(er)下(xia)降(jiang),同一奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)度(du)(du)隨(sui)(sui)著碳(tan)以(yi)(yi)及氮(dan)量而(er)(er)增(zeng)(zeng)大;延(yan)展(zhan)(zhan)性隨(sui)(sui)著奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)穩(wen)定(ding)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)升而(er)(er)提高;從耐腐蝕性和強(qiang)度(du)(du)兩方面(mian)來看(kan)最佳成分是0.02C-17Cr-6.7 Ni-0.12N。
根據這(zhe)些(xie)研究結果,為了(le)改(gai)善耐(nai)晶間腐蝕性(破裂(lie)),將碳量調整(zheng)為0.03%以下(xia),并通過氮的添加以及適當成分的比(bi)例調整(zheng)開發出了(le)能同時滿足強度需求的17Cr-7 Ni鋼,1983年(nian)以后開始被鐵道(dao)車輛采用。此(ci)鋼在1991年(nian)被JIS定為SUS301L(w(C)≤0.030%、(N)≤0.20%)。
車輛(liang)底座(zuo)部(bu)位由于(yu)大量地進(jin)行(xing)電焊(han),而(er)(er)SUS301L這樣的(de)(de)硬材(cai)會因焊(han)接而(er)(er)導致強度(du)的(de)(de)下降,所以不能采用,而(er)(er)采用SPA-H.基于(yu)輕(qing)量化的(de)(de)考慮,開(kai)發出了雙相不銹鋼(gang)(0.01C-2Si-4Mn-19Cr-5Ni-2Cu-0.02N),確(que)保焊(han)接部(bu)分也不會軟化。

