從20世紀(jì)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(jié)構(gòu)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(duì)腐蝕、磨損造成的車體鋼材損耗仍然相當(dāng)嚴(yán)重，難以滿足車輛設(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。國外從20世紀(jì)80年代開始采用鉻、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25年的使用，車體的耐腐蝕、耐磨損性能良好，車體內(nèi)表面沒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)的鐵路貨車車體用TCS鐵素體不銹鋼，雖說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)過熱循環(huán)后，晶粒發(fā)生劇烈長大，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車體產(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60°雙V形坡口，焊接參數(shù)見表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)的過熱區(qū)晶粒長大嚴(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，焊接熱循環(huán)使TCS鐵素體不銹鋼的鐵素體晶粒嚴(yán)重長大。
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，但硬度并沒有下降。
焊接接頭的拉伸、冷彎和低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果見表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)于以奧氏體不銹鋼焊接材料來焊接鐵素體不銹鋼來說，將使焊縫金屬中的Ni。提高（或者說對(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改善焊接接頭疲勞性能是近年來發(fā)展起來的，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％。
