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）。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(xiu)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(ti)不銹鋼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(nian)在3Cr12的基礎上，研發的鐵(tie)路貨車(che)車(che)體用TCS鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，雖(sui)說(shuo)具有(you)良(liang)好的耐大氣腐蝕(shi)性能，但該材(cai)料的焊接(jie)性較(jiao)差。鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)經過(guo)熱循環后，晶(jing)粒發生(sheng)劇(ju)烈長大，強度有(you)所下(xia)(xia)降(jiang)，沖擊韌度也劇(ju)烈下(xia)(xia)降(jiang)。這成(cheng)為(wei)焊接(jie)工(gong)作者需要攻關的課(ke)題，攻關取得的成(cheng)果已(yi)在鐵(tie)路貨車(che)車(che)體產品中得到應(ying)用，取得令(ling)人滿(man)意的效果。
1. TCS鐵素體不銹鋼的化(hua)學成分和力學性能
TCS鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)化學(xue)成分見表4-13。實際鋼(gang)中的(de)(de)碳(tan)含量極(ji)低。TCS鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)力(li)學(xue)性能見表4-14。
2. 焊接工藝
a. 焊(han)(han)接方法和(he)焊(han)(han)接材(cai)料(liao) 采(cai)用(yong)實芯焊(han)(han)絲混合氣體(ti)(ti)（98％Ar＋2％O2，皆(jie)為體(ti)(ti)積分數）保護焊(han)(han)。采(cai)用(yong)奧(ao)氏體(ti)(ti)型不銹鋼焊(han)(han)絲，牌號為CH1V1-308L（或(huo)E308L-G）。焊(han)(han)絲熔敷金屬的(de)化學成分和(he)力學性(xing)能(neng)見表4-15和(he)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(shuang)V形坡口，焊(han)接(jie)參數見表4-17。
3. 焊接接頭顯(xian)微組織(zhi)及力學性(xing)能(neng)
焊縫金屬顯微組(zu)織為(wei)(wei)奧氏體(ti)，組(zu)織較細(xi)。焊接熱影響區的(de)過(guo)熱區晶(jing)(jing)粒(li)長大嚴重(zhong)，呈(cheng)(cheng)等軸狀(zhuang)分布(bu)，粗晶(jing)(jing)區的(de)晶(jing)(jing)粒(li)度(du)只有(you)1～3級(ji)，寬度(du)為(wei)(wei)0.5～0.7mm。母材的(de)顯微組(zu)織是(shi)以鐵(tie)素(su)(su)體(ti)為(wei)(wei)主，呈(cheng)(cheng)帶狀(zhuang)分布(bu)，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)晶(jing)(jing)粒(li)較為(wei)(wei)細(xi)小。由此可見(jian)，焊接熱循環使TCS鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不銹鋼的(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)晶(jing)(jing)粒(li)嚴重(zhong)長大。
母材(cai)硬度最低（194HV），焊縫金屬(shu)硬度（204HV）和粗(cu)晶(jing)區(qu)的硬度（230HV）均高于母材(cai)。雖(sui)然粗(cu)晶(jing)區(qu)晶(jing)粒(li)粗(cu)大，但硬度并(bing)沒有下降。
焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的拉(la)伸(shen)(shen)、冷彎和低溫沖擊試(shi)驗(yan)結果(guo)見表4-18。由于焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)樣斷裂部位在焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)以外(wai)的母(mu)材，說明(ming)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)抗拉(la)強度大于母(mu)材。焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)經180°彎曲(qu)未(wei)見裂紋，接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的彎曲(qu)性(xing)能良好。
焊接熱影響區沖擊韌度(du)由于受到粗晶區的影響，降低幅度(du)較大，僅有15J，明顯低于母材和(he)焊縫。
4. 改善焊接接頭(tou)性能
a. 調整(zheng)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)坡口(kou)以改善焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭性能 焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時采用45°、60°和90°三(san)種(zhong)不同角度的V形坡口(kou)進行對(dui)比考核，其焊(han)(han)(han)(han)接(jie)參數見(jian)表(biao)4-19。除(chu)90°坡口(kou)采用三(san)道自動焊(han)(han)(han)(han)外，其余都采用單道自動焊(han)(han)(han)(han)。
由于(yu)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡口的(de)增大(da)降(jiang)低了焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬的(de)熔合(he)比，這(zhe)對(dui)于(yu)以奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)材料來(lai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼來(lai)說(shuo)，將使焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬中的(de)Ni。提高（或(huo)者說(shuo)對(dui)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)材料的(de)稀釋率降(jiang)低）；這(zhe)將減少非(fei)奧(ao)氏體(ti)(ti)（如(ru)馬氏體(ti)(ti)）的(de)含(han)量，再(zai)加上焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡口90°時焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱輸(shu)入(ru)減少，于(yu)是其(qi)韌(ren)性就得到(dao)改善。隨著坡口的(de)增大(da)，TCS鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱影響區低溫沖擊韌(ren)度也增大(da)，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％。
