可高能焊接的软磁钢及其在磁悬浮铁轨部件上的应用

本发明涉及一种可高能焊接的软磁钢，该钢在焊接接头处热影响区 的韧性高，又具有降低涡流的高电阻率，以及良好的耐老化性和耐大气 腐蚀性，本发明也涉及所述钢在磁悬浮铁轨中的吸收承载力，导向力或 驱动力的部件，尤其是侧导轨上的应用。

在结构钢的焊接过程中，由于材料热应力的作用，会在邻近熔合线 的窄小的区域产出粗晶粒结构，这对材料韧性有损害。晶粒的大小和粗 晶粒区的宽度受焊接期间单位长度能量的影响。随着单位长度能量的增 加，晶粒的尺寸增加，结果，缺口试样冲击试验中所吸收的能量降低由 于一方面，从提高经济性考虑，要求提高单位长度能量，另一方面，又 要求热影响区的韧性高以确保部件的安全，因此，非常需要这样的钢， 即其可在高的单位长度能量下焊接，而又不会造成热影响区的韧性任何 损害。“Thyssen Techn.Berichte”(Thyssen Technical Reports), Volumn 1/85，第42-49页。

在细晶粒结构钢的生产过程中，细小沉淀物能够阻止奥氏体晶粒长 大，这种作用很久以前就已得到应用，氮化物、碳化物和铌和钛的碳氮 化合物以及铝的氮化物均会通过阻碍晶界运动来阻止奥氏体晶粒的长 大。在焊接期间有热应力产生的情形下，大部分的沉淀物溶解，并因此 就变得毫无作用了。只有钛的氮化物甚至在温度高于1400℃仍保持稳 定。钛的氮化物阻碍奥氏体晶粒长大的效果取决于它们的数量、大小和 分布。钛的氮化物的弥散分布受钛和氮的含量以及受铸造后钢的冷却条 件的影响。粒子尺寸小于0.020μm的细小氮化钛的沉淀析出发生在钛含 量小于0.03％和钛/氮比为2-3.4的情况。在这种条件下，能够实现焊 接期间对奥氏体晶粒长大的最有效的阻碍。

合金含量满足耐蚀性和磁性能要求的钢不能在不损害热影响区韧性 的条件下，采用高的单位长度能量进行焊接。因此，本发明基于这样一 个目的，即提供一种软磁钢，即其一方面可采用高的单位长度能量进行 高能量焊接，而又不使韧性受到任何损害，另一方面，能满足包括高电 阻率，良好的抗老化性和抗大气腐蚀性的要求。

这一目的由根据本发明的一种钢实现了，这种钢具有下面的化学组 成(以质量百分比计)：

0.65-＜1.0％     铬

＞1.0-2.0％      硅

0.25-0.55％      铜

0.003-0.008％    氮

0.15-＜0.6％     锰

0.02-0.07％      铝，可溶性的

0.01-0.02％      钛

0-0.15％         碳

0-0.045％        磷

余者为铁和不可避免的杂质。

该钢优选具有如下组成：

0.75-0.85％      铬

1.60-1.80％      硅

0.25-0.35％      铜

0.003-0.008％    氮

0.30-0.40％      锰

0.040-0.07％     铝，可溶性的

0.01-0.02％      钛

0.05-0.08％      碳

0.005-0.02％     磷

余者为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的钢解决了所述问题。一方面，这种钢满足对高能 量焊接的分析要求，另一方面，也满足对材料的高要求，例如，对 涉及高电阻率，良好抗老化性和抗大气腐蚀性的磁悬浮铁轨的承载 和导向部件的要求。

由DE 3009234C2中知道了一种具有类似组成的软磁钢，但其 不适于高能量焊接，即采用高的单位长度能量进行焊接。考虑到磁 悬浮铁轨的运行路线很长，因此，在对这些钢进行焊接处理时，由 于焊接速度快，故高的单位长度能量具有特殊的商业意义。

根据本发明的钢通过铸造，轧制，正火或通过正火轧制和加速 冷却来生产。为了满足包括适于高能焊接的要求，根据本发明的钢 的钛含量优选设定为0.01-0.02％，氮含量为0.005-0.008％， 钛/氮比率优选为2-4。在满足这一前提下，实现了在进行引入 高热量的焊接时，对奥氏体晶粒长大的最有效的阻碍。

作为用钛对软磁钢进行创造性合金化的结果，在实现上述的焊 接性的改善的同时，又独创性地获得高电阻。高电阻通过将涡流损 耗降至最小来确保磁悬浮铁轨运行过程中具有较低的能量消耗。

根据本发明的钢能够明显更有效地进行加工，而且其具有突出 的电性能，结果降低了运行条件下的涡流损耗。

由于具有如上所述的性能，根据本发明的钢非常适于磁悬浮铁 轨中的必须吸收载荷，导向力或驱动力的部件如侧向导轨。

根据本发明的钢的实例于表1中给出。

表1：化学组成(以质量百分比计) 钢样  C  Si  Mn  P  S  N  Al  Cr  Cu  Ti  A  0.06  1.65  0.35  0.006  0.001  0.0065  0.059  0.74  0.25  0.015  B  0.06  1.69  0.39  0.007  0.002  0.0072  0.065  0.77  0.29  0.017  C  0.07  1.66  0.38  0.008  0.001  0.0069  0.063  0.76  0.28  0.016

为了将根据本发明的钢的性能与根据DE 3009234C2的不含 钛的一种已知钢的性能进行比较，将上述炉次的钢进行轧制并正火 处理，获得30mm厚的钢板。D钢的组成为：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 者为铁。

表2中的结果表明：本发明的钢A,B和C，与作为比较的 不含钛的已知钢D相比，均具有同样良好的磁性能和电性能。

表2：电性能和磁性能  4000A/m下的磁通密     度(特斯拉)  室温下的电阻率     (Ω*mm2/m)     普通钢     (D)1.60      0.399     本发明钢     (A)1.64     (B)1.63     (C)1.65      0.384      0.383      0.384

由拉伸和缺口试条冲击弯曲试验测得的机械性能示于表3，作 为与不合钛的已知钢D性能的比较。结果，根据本发明的钢A,B 和C与已知钢D在机械性能上没有明显的不同。

为了检验焊接接头的热影响区的韧性，按照直接邻近熔合线的 情形模拟出热影响区的结构。模拟采用1350℃的峰值温度和t8/s=50 秒的冷却时间进行。模拟样品的缺口试样冲击弯曲试验结果示于图 1中。可看出：与不合钛的对照钢D相比，根据本发明的钢具有明 显的优越性。

表3：机械性能的比较     钢样     A     B     C     D   Rel N/mm2    360    370    355    363   Rm N/mm2    537    539    534    529     A％    38    37    37    31     Z％    77    77    78    -   缺口试条冲     击功   (ISO-V)[J]     -20C    -    13    -    -     0C    12    57    13    -     10C    117     20C    72    147    149    95     50C    233    221    205     100C    275    294    281     150C    289    298    314

热处理：10分钟950℃/AC

取样位置：横向；1/4板厚

用钛进行合金化的结果是，有可能使得软磁钢的焊接性有根本 的改善，而又不使有利的机械性能和磁性能受到损害。