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(shi)體(ti)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(su)體不銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車體，由于鐵素體不銹(xiu)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)基礎上(shang)，研(yan)發(fa)的(de)鐵(tie)路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)用TCS鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼，雖說具有良好(hao)的(de)耐大(da)氣腐蝕性能，但該材料(liao)的(de)焊(han)(han)接性較差。鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼經過熱循(xun)環(huan)后，晶粒發(fa)生(sheng)劇(ju)烈長大(da)，強度(du)有所下降，沖擊韌度(du)也劇(ju)烈下降。這成為(wei)焊(han)(han)接工作(zuo)者(zhe)需要攻(gong)關(guan)的(de)課題，攻(gong)關(guan)取(qu)得的(de)成果已(yi)在鐵(tie)路(lu)貨車(che)車(che)體(ti)產品中得到應用，取(qu)得令人滿(man)意的(de)效果。
1. TCS鐵素體不(bu)銹鋼的化學成分(fen)和力學性能
TCS鐵素體(ti)不銹鋼的(de)(de)化學成分見表(biao)4-13。實際(ji)鋼中的(de)(de)碳含量極低。TCS鐵素體(ti)不銹鋼的(de)(de)力學性能見表(biao)4-14。
2. 焊接(jie)工藝
a. 焊(han)接方(fang)法和焊(han)接材料(liao) 采(cai)用(yong)實芯(xin)焊(han)絲(si)混合氣體（98％Ar＋2％O2，皆為(wei)體積(ji)分數）保護焊(han)。采(cai)用(yong)奧氏體型不銹鋼焊(han)絲(si)，牌號為(wei)CH1V1-308L（或E308L-G）。焊(han)絲(si)熔(rong)敷金屬的化(hua)學成分和力(li)學性能見表4-15和表4-16。
b. 焊(han)接參(can)數 對(dui)于(yu)6mm對(dui)接焊(han)的試板開60°雙V形坡口，焊(han)接參(can)數見(jian)表4-17。
3. 焊接接頭顯微組織及力(li)學性能
焊(han)縫金屬顯(xian)微組(zu)織為奧氏體(ti)(ti)，組(zu)織較(jiao)細(xi)。焊(han)接(jie)熱影響區的過熱區晶粒(li)(li)(li)長大嚴重，呈等軸狀分(fen)布(bu)，粗晶區的晶粒(li)(li)(li)度只有(you)1～3級，寬度為0.5～0.7mm。母材(cai)的顯(xian)微組(zu)織是(shi)以鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)為主，呈帶狀分(fen)布(bu)，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶粒(li)(li)(li)較(jiao)為細(xi)小(xiao)。由此可見，焊(han)接(jie)熱循環使TCS鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼的鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶粒(li)(li)(li)嚴重長大。
母材硬度(du)最低（194HV），焊縫金(jin)屬硬度(du)（204HV）和粗(cu)(cu)晶(jing)區的硬度(du)（230HV）均高于母材。雖然粗(cu)(cu)晶(jing)區晶(jing)粒粗(cu)(cu)大，但硬度(du)并(bing)沒(mei)有下降。
焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的拉(la)伸、冷彎(wan)(wan)和低溫(wen)沖(chong)擊(ji)試驗結(jie)果見表4-18。由于焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)拉(la)伸試樣斷裂部位(wei)在(zai)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)以外的母材(cai)(cai)，說明焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)抗拉(la)強度大于母材(cai)(cai)。焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)經180°彎(wan)(wan)曲未見裂紋，接(jie)頭(tou)的彎(wan)(wan)曲性能(neng)良(liang)好(hao)。
焊(han)接(jie)熱(re)影(ying)響(xiang)區沖擊韌度(du)由于受到粗晶區的影(ying)響(xiang)，降低幅(fu)度(du)較大，僅有15J，明顯低于母材和焊(han)縫。
4. 改善焊接接頭性能
a. 調整焊接(jie)坡(po)口(kou)以改善焊接(jie)接(jie)頭性能 焊接(jie)時采用(yong)45°、60°和(he)90°三(san)種不(bu)同角度的(de)V形坡(po)口(kou)進行對比考(kao)核，其焊接(jie)參數見(jian)表4-19。除90°坡(po)口(kou)采用(yong)三(san)道自動(dong)焊外，其余都采用(yong)單道自動(dong)焊。
由于(yu)(yu)(yu)焊接坡口的增(zeng)大降低了焊縫金(jin)屬(shu)(shu)的熔合比，這對于(yu)(yu)(yu)以奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼焊接材料來焊接鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼來說，將使焊縫金(jin)屬(shu)(shu)中的Ni。提高（或者說對奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼焊接材料的稀(xi)釋率降低）；這將減少(shao)非奧(ao)氏(shi)體(ti)（如馬氏(shi)體(ti)）的含量，再加上焊接坡口90°時(shi)焊接熱輸入減少(shao)，于(yu)(yu)(yu)是其韌(ren)性(xing)就(jiu)得到改(gai)善。隨著坡口的增(zeng)大，TCS鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼焊接熱影響區低溫沖擊韌(ren)度(du)也(ye)增(zeng)大，如圖4-1所(suo)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％。
