從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)鐵路貨車(chē)車(chē)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(jié)構(gòu)鋼）相比，耐蝕性有很大提高，明顯提高了車(chē)輛的使用壽命。但耐候鋼材料對(duì)腐蝕、磨損造成的車(chē)體鋼材損耗仍然相當(dāng)嚴(yán)重，難以滿足車(chē)輛設(shè)計(jì)使用壽命25年的要求。當(dāng)然采用不銹鋼作為鐵路貨車(chē)車(chē)體材料無(wú)疑是最為有效的解決耐腐蝕問(wèn)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(jià)格昂貴，不宜使用。國(guó)外從20世紀(jì)80年代開(kāi)始采用鉻、鎳含量相對(duì)較少的鐵素體不銹鋼3Cr12或5Cr12制造鐵路車(chē)體，由于鐵素體不銹鋼的耐大氣腐蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于耐候鋼，因此使用效果令人滿意。經(jīng)過(guò)25年的使用，車(chē)體的耐腐蝕、耐磨損性能良好，車(chē)體內(nèi)表面沒(méi)有觀察到明顯的銹蝕點(diǎn)，磨損量也極小。
2004年在3Cr12的基礎(chǔ)上，研發(fā)的鐵路貨車(chē)車(chē)體用TCS鐵素體不銹鋼，雖說(shuō)具有良好的耐大氣腐蝕性能，但該材料的焊接性較差。鐵素體不銹鋼經(jīng)過(guò)熱循環(huán)后，晶粒發(fā)生劇烈長(zhǎng)大，強(qiáng)度有所下降，沖擊韌度也劇烈下降。這成為焊接工作者需要攻關(guān)的課題，攻關(guān)取得的成果已在鐵路貨車(chē)車(chē)體產(chǎn)品中得到應(yīng)用，取得令人滿意的效果。
1. TCS鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能
TCS鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表4-13。實(shí)際鋼中的碳含量極低。TCS鐵素體不銹鋼的力學(xué)性能見(jiàn)表4-14。
2. 焊接工藝
a. 焊接方法和焊接材料 采用實(shí)芯焊絲混合氣體（98％Ar＋2％O2，皆為體積分?jǐn)?shù)）保護(hù)焊。采用奧氏體型不銹鋼焊絲，牌號(hào)為CH1V1-308L（或E308L-G）。焊絲熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表4-15和表4-16。
b. 焊接參數(shù) 對(duì)于6mm對(duì)接焊的試板開(kāi)60°雙V形坡口，焊接參數(shù)見(jiàn)表4-17。
3. 焊接接頭顯微組織及力學(xué)性能
焊縫金屬顯微組織為奧氏體，組織較細(xì)。焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱區(qū)晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，呈等軸狀分布，粗晶區(qū)的晶粒度只有1～3級(jí)，寬度為0.5～0.7mm。母材的顯微組織是以鐵素體為主，呈帶狀分布，鐵素體晶粒較為細(xì)小。由此可見(jiàn)，焊接熱循環(huán)使TCS鐵素體不銹鋼的鐵素體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大。
母材硬度最低（194HV），焊縫金屬硬度（204HV）和粗晶區(qū)的硬度（230HV）均高于母材。雖然粗晶區(qū)晶粒粗大，但硬度并沒(méi)有下降。
焊接接頭的拉伸、冷彎和低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4-18。由于焊接接頭拉伸試樣斷裂部位在焊接接頭以外的母材，說(shuō)明焊接接頭抗拉強(qiáng)度大于母材。焊接接頭經(jīng)180°彎曲未見(jiàn)裂紋，接頭的彎曲性能良好。
焊接熱影響區(qū)沖擊韌度由于受到粗晶區(qū)的影響，降低幅度較大，僅有15J，明顯低于母材和焊縫。
4. 改善焊接接頭性能
a. 調(diào)整焊接坡口以改善焊接接頭性能 焊接時(shí)采用45°、60°和90°三種不同角度的V形坡口進(jìn)行對(duì)比考核，其焊接參數(shù)見(jiàn)表4-19。除90°坡口采用三道自動(dòng)焊外，其余都采用單道自動(dòng)焊。
由于焊接坡口的增大降低了焊縫金屬的熔合比，這對(duì)于以?shī)W氏體不銹鋼焊接材料來(lái)焊接鐵素體不銹鋼來(lái)說(shuō)，將使焊縫金屬中的Ni。提高（或者說(shuō)對(duì)奧氏體不銹鋼焊接材料的稀釋率降低）；這將減少非奧氏體（如馬氏體）的含量，再加上焊接坡口90°時(shí)焊接熱輸入減少，于是其韌性就得到改善。隨著坡口的增大，TCS鐵素體不銹鋼焊接熱影響區(qū)低溫沖擊韌度也增大，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(lái)改善焊接接頭疲勞性能是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，已經(jīng)在生產(chǎn)中使用，并取得良好的效果。方法是：將超聲沖擊槍對(duì)準(zhǔn)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(jìn)行沖擊處理。沖擊處理是在十字焊接接頭上進(jìn)行的，沖擊處理對(duì)疲勞強(qiáng)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(qiáng)度明顯高于未經(jīng)沖擊處理的，且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，這個(gè)差距加大。以循環(huán)次數(shù)2×106計(jì)，沖擊處理疲勞強(qiáng)度（272MPa）比未經(jīng)沖擊處理（170MPa）地提高了60％。
