專利名稱：可高能焊接的軟磁鋼及其在磁懸浮鐵軌部件上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可高能焊接的軟磁鋼，該鋼在焊接接頭處熱影響區(qū)的韌性高，又具有降低渦流的高電阻率，以及良好的耐老化性和耐大氣腐蝕性，本發(fā)明也涉及所述鋼在磁懸浮鐵軌中的吸收承載力，導(dǎo)向力或驅(qū)動力的部件，尤其是側(cè)導(dǎo)軌上的應(yīng)用。
在結(jié)構(gòu)鋼的焊接過程中，由于材料熱應(yīng)力的作用，會在鄰近熔合線的窄小的區(qū)域產(chǎn)出粗晶粒結(jié)構(gòu)，這對材料韌性有損害。晶粒的大小和粗晶粒區(qū)的寬度受焊接期間單位長度能量的影響。隨著單位長度能量的增加，晶粒的尺寸增加，結(jié)果，缺口試樣沖擊試驗(yàn)中所吸收的能量降低由于一方面，從提高經(jīng)濟(jì)性考慮，要求提高單位長度能量，另一方面，又要求熱影響區(qū)的韌性高以確保部件的安全，因此，非常需要這樣的鋼，即其可在高的單位長度能量下焊接，而又不會造成熱影響區(qū)的韌性任何損害?！癟hyssen Techn.Berichte”(Thyssen Technical Reports),Volumn 1/85，第42-49頁。
在細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)過程中，細(xì)小沉淀物能夠阻止奧氏體晶粒長大，這種作用很久以前就已得到應(yīng)用，氮化物、碳化物和鈮和鈦的碳氮化合物以及鋁的氮化物均會通過阻礙晶界運(yùn)動來阻止奧氏體晶粒的長大。在焊接期間有熱應(yīng)力產(chǎn)生的情形下，大部分的沉淀物溶解，并因此就變得毫無作用了。只有鈦的氮化物甚至在溫度高于1400℃仍保持穩(wěn)定。鈦的氮化物阻礙奧氏體晶粒長大的效果取決于它們的數(shù)量、大小和分布。鈦的氮化物的彌散分布受鈦和氮的含量以及受鑄造后鋼的冷卻條件的影響。粒子尺寸小于0.020μm的細(xì)小氮化鈦的沉淀析出發(fā)生在鈦含量小于0.03％和鈦/氮比為2-3.4的情況。在這種條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接期間對奧氏體晶粒長大的最有效的阻礙。
合金含量滿足耐蝕性和磁性能要求的鋼不能在不損害熱影響區(qū)韌性的條件下，采用高的單位長度能量進(jìn)行焊接。因此，本發(fā)明基于這樣一個目的，即提供一種軟磁鋼，即其一方面可采用高的單位長度能量進(jìn)行高能量焊接，而又不使韌性受到任何損害，另一方面，能滿足包括高電阻率，良好的抗老化性和抗大氣腐蝕性的要求。
這一目的由根據(jù)本發(fā)明的一種鋼實(shí)現(xiàn)了，這種鋼具有下面的化學(xué)組成(以質(zhì)量百分比計(jì))0.65-＜1.0％ 鉻＞1.0-2.0％硅0.25-0.55％銅0.003-0.008％ 氮0.15-＜0.6％ 錳0.02-0.07％鋁，可溶性的0.01-0.02％鈦0-0.15％ 碳0-0.045％ 磷余者為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
該鋼優(yōu)選具有如下組成0.75-0.85％鉻1.60-1.80％硅0.25-0.35％銅0.003-0.008％ 氮0.30-0.40％錳0.040-0.07％ 鋁，可溶性的0.01-0.02％鈦0.05-0.08％碳0.005-0.02％ 磷余者為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的鋼解決了所述問題。一方面，這種鋼滿足對高能量焊接的分析要求，另一方面，也滿足對材料的高要求，例如，對涉及高電阻率，良好抗老化性和抗大氣腐蝕性的磁懸浮鐵軌的承載和導(dǎo)向部件的要求。
由DE 3009234C2中知道了一種具有類似組成的軟磁鋼，但其不適于高能量焊接，即采用高的單位長度能量進(jìn)行焊接?？紤]到磁懸浮鐵軌的運(yùn)行路線很長，因此，在對這些鋼進(jìn)行焊接處理時，由于焊接速度快，故高的單位長度能量具有特殊的商業(yè)意義。
根據(jù)本發(fā)明的鋼通過鑄造，軋制，正火或通過正火軋制和加速冷卻來生產(chǎn)。為了滿足包括適于高能焊接的要求，根據(jù)本發(fā)明的鋼的鈦含量優(yōu)選設(shè)定為0.01-0.02％，氮含量為0.005-0.008％，鈦/氮比率優(yōu)選為2-4。在滿足這一前提下，實(shí)現(xiàn)了在進(jìn)行引入高熱量的焊接時，對奧氏體晶粒長大的最有效的阻礙。
作為用鈦對軟磁鋼進(jìn)行創(chuàng)造性合金化的結(jié)果，在實(shí)現(xiàn)上述的焊接性的改善的同時，又獨(dú)創(chuàng)性地獲得高電阻。高電阻通過將渦流損耗降至最小來確保磁懸浮鐵軌運(yùn)行過程中具有較低的能量消耗。
根據(jù)本發(fā)明的鋼能夠明顯更有效地進(jìn)行加工，而且其具有突出的電性能，結(jié)果降低了運(yùn)行條件下的渦流損耗。
由于具有如上所述的性能，根據(jù)本發(fā)明的鋼非常適于磁懸浮鐵軌中的必須吸收載荷，導(dǎo)向力或驅(qū)動力的部件如側(cè)向?qū)к墶?br> 根據(jù)本發(fā)明的鋼的實(shí)例于表1中給出。
表1化學(xué)組成(以質(zhì)量百分比計(jì))
為了將根據(jù)本發(fā)明的鋼的性能與根據(jù)DE 3009234C2的不含鈦的一種已知鋼的性能進(jìn)行比較，將上述爐次的鋼進(jìn)行軋制并正火處理，獲得30mm厚的鋼板。D鋼的組成為0.07％C,1.73％Si,0.36％Mn,0.013％P,0.003％S,0.006％N,0.07％Al,0.77％Cr，余者為鐵。
表2中的結(jié)果表明本發(fā)明的鋼A,B和C，與作為比較的不含鈦的已知鋼D相比，均具有同樣良好的磁性能和電性能。
表2電性能和磁性能
由拉伸和缺口試條沖擊彎曲試驗(yàn)測得的機(jī)械性能示于表3，作為與不含鈦的已知鋼D性能的比較。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的鋼A,B和C與已知鋼D在機(jī)械性能上沒有明顯的不同。
為了檢驗(yàn)焊接接頭的熱影響區(qū)的韌性，按照直接鄰近熔合線的情形模擬出熱影響區(qū)的結(jié)構(gòu)。模擬采用1350℃的峰值溫度和t8/s=50秒的冷卻時間進(jìn)行。模擬樣品的缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)結(jié)果示于

圖1中?？煽闯雠c不含鈦的對照鋼D相比，根據(jù)本發(fā)明的鋼具有明顯的優(yōu)越性。
表3機(jī)械性能的比較
熱處理10分鐘950℃/AC取樣位置橫向；1/4板厚用鈦進(jìn)行合金化的結(jié)果是，有可能使得軟磁鋼的焊接性有根本的改善，而又不使有利的機(jī)械性能和磁性能受到損害。
權(quán)利要求
1．一種可高能焊接的軟磁鋼，該鋼在焊接接頭的熱影響區(qū)具有高韌性，該鋼又具有使渦流降低的高電阻率，以及優(yōu)良的耐老化性和耐大氣腐蝕性，所述鋼的組成為，以質(zhì)量百分比計(jì)0.65-＜1.0％ 鉻＞1.0-2.0％硅0.25-0.55％銅0.003-0.008％ 氮0.15-＜0.6％ 錳0.02-0.07％鋁，可溶性的0.01-0.02％鈦0-0.15％ 碳0-0.045％ 磷余者為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2．一種根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其組成為(以質(zhì)量百分比計(jì))0.75-0.85％鉻1.60-1.80％硅0.25-0.35％銅0.003-0.008％ 氮0.30-0.40％錳0.040-0.07％ 鋁，可溶性的0.01-0.02％鈦0.05-0.08％碳0.005-0.02％ 磷余者為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
3．一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的鋼，該鋼的鈦/氮比率為2.0-4.0。
4．具有根據(jù)權(quán)利要求1或2的組成的鋼用作一種磁懸浮鐵軌上的必須吸收載荷、導(dǎo)向力或驅(qū)動力部件的應(yīng)用，尤其是用于側(cè)導(dǎo)向軌的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可高能焊接的軟磁鋼，該鋼在焊接接頭的熱影響區(qū)有著高的韌性，該鋼又具有使渦流降低的高電阻率，以及良好的耐老化性和耐大氣腐蝕性。
文檔編號C22C38/00GK1227613SQ97197182
公開日1999年9月1日 申請日期1997年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月10日
發(fā)明者U·施里弗, H－J·特斯切斯奇 申請人:蒂森鋼鐵股份公司