JP2000517376A - 高エネルギー溶接可能な軟磁性鋼及び磁気懸架軌道部品としてのその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、溶接継手の熱影響領域の靭性が高く、電気抵抗が高いために渦電流が低減し、時効抵抗性が高くかつ耐候性が高い高エネルギー溶接可能な軟磁性鋼に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 高エネルギー溶接可能な軟磁性鋼及び磁気懸架軌道部品としてのその用途 本発明は、溶接継手の熱影響領域（ＨＡＺ）の靭性が高く、電気抵抗が高いた めに渦電流が低減し、時効抵抗性が高くかつ耐候性が高い高エネルギー溶接可能 な軟磁性鋼に関し、さらに搬送、案内もしくは駆動力を吸収する磁気懸架軌道部 品、特に側面案内軌道部品としての軟磁性鋼の用途に関する。 構造用鋼の溶接中には溶融線に隣接する狭い領域で材料の熱歪みのために粗粒 組織が生成して靭性特性が損なわれる。粗粒領域の粒径及び幅は溶接中に単位長 さに与えられるエネルギーにより影響される。単位長さに与えられるエネルギー が増大すると、粒径が増大する結果溝付き衝撃試験棒に吸収されるエネルギーは 劣化する。単位長さ当たりのエネルギーが上昇すると溶接は経済面で有利になる という一面があり、一方では部品の安全性の面から熱影響領域の靭性が高いこと が望ましいから、熱影響領域における靭性が許容損失することがなく単位長さ当 たりエネルギーを高くして溶接可能な鋼の要請は大きい（“Thyssen Techn.Beri chte”（ティッセン技術報告）第１／８５巻、４２〜４９頁）。 微粒構造用鋼の製造においてはオーステナイト結晶粒の成長を妨げる微細析出 物の作用を長いこと利用してきた。ニオブ及びチタンの窒化物、炭化物及び炭窒 化物ならびに窒化アルミニウムは粒界の移動を妨げることによりオーステナイト 粒の成長を阻止する。溶接中に起こる熱歪の場合には、ほとんどの析出物は溶解 して作用が消失するが、窒化チタンは１４００℃を超える高温でも依然として安 定である。窒化チタンがオーステナイト粒成長を妨げる作用はその量、寸法及び 分布に依存する。窒化チタンの分散はチタン及び窒素の含有量及び鋳造後の鋼の 冷却条件によって影響される。チタン含有量が０．０３％未満でありまたチタン ／窒素比率が２から３．４の範囲である場合、粒子寸法が０．００２０μｍ未満 の窒化チタン析出物は生成する。この前提の下では溶接中のオーステナイト粒成 長は最も有効に阻止される。 耐食性及び磁気的特性の面から合金含有量が調整された鋼を単位長さ当たり高 いエネルギーで溶接ですると熱影響領域での靭性が失われる。したがって、本発 明が基礎とする課題は、一方では、靭性を失うことなく単位長さ当たりのエネル ギーを高くした高エネルギー溶接が可能であり、また他方では高い比電気抵抗、 耐時効性及び耐候性の要求を満足することができる軟磁性鋼を提供することにあ る。 この目的は、本発明によれば次の化学組成（質量％）をもつ鋼により達成され る。 クロム ０．６５ から＜１．０％ けい素 ＞１．０ から ２．０％ 銅 ０．２５ から ０．５５％ 窒素 ０．００３から ０．００８％ マンガン ０．１５ から＜０．６％ アルミニウム、溶解性 ０．０２ から ０．０７％ チタン ０．０１ から ０．０２％ 炭素 ０ から ０．１５％ りん ０ から ０．０４５％ 残部、鉄及び不可避的不純物。 鋼の好ましい組成は次のとおりである。 クロム ０．７５ から ０．８５％ けい素 １．６０ から １．８０％ 銅 ０．２５ から ０．３５％ 窒素 ０．００３から ０．００８％ マンガン ０．３０ から ０．４０％ アルミニウム．溶解性 ０．０４０から ０．０７％ チタン ０．０１ から ０．０２％ 炭素 ０．０５ から ０．０８％ りん ０．００５から ０．０２％ 残部、鉄及び不可避的不純物。 本発明に係る鋼は上記問題を解決する。本発明に係る鋼は高エネルギー溶接の 分析要件を満足するとともに、例えば磁気懸架鉄道の支持及び案内部品の材料に 課せられる要求、例えば高い電気比抵抗、耐時効性及び耐候性を満足する。 類似の組成はＤＥ ３０ ０９ ２３４ Ｃ２で公知であるが、長さ当りのエ ネルギーが高い高エネルギー溶接には適していない。長さ当りのエネルギーが高 いことは、溶接速度を速くできるので搬送距離が長い磁気懸架鉄道用鋼種につい ては特に重要性が高い。 本発明に係る鋼は、鋳造、圧延、焼準によりもしくは焼準圧延と加速冷却によ り製造される。高エネルギー溶接のための安定性に要求を満足するためには、本 発明によると鋼のチタン含有量を０．０１から０．０２％に固定し、窒素含有量 を０．００５から０．００８％に固定することが好ましく、これとともにチタン ／窒素比率を２から４に固定することが好ましい。この要件の下では、導入熱を 高めつつ行う溶接の際にオーステナイト結晶粒の粗大化を最も有効に阻止するこ とができる。 チタンを添加した本発明による軟磁性鋼の合金化の結果、上述の溶接性の改良 と高い電気抵抗も組合わされる点が画期的である。電気抵抗が高いために、渦電 流損失が少なくなるので磁気懸架鉄道運転中の電力消耗が少なくなる。本発明に 係る鋼の処理は著しく効率的であり、かつその電気的性質が卓絶しているので運 転条件での渦電流損失が少なくなる。 上記で紹介したような性質のために本発明の鋼は、支持、案内もしくは駆動力 を吸収する必要がある磁気懸架鉄道の部品、特に水平案内レールとして特に適し ている。 本発明に係る実施例の鋼の組成を表１に示す。 表１：化学組織、質量％ 本発明に係る鋼の性質をチタン無添加のDE 30 09 234 C9にて公知の鋼と比較 するために、これらの融体の鋼を圧延しその後焼準した。鋼Ｄの組成はＣ０．０ ７％，Ｓｉ１．７３％，Ｍｎ０．３６％，Ｐ０．０１３％，Ｓ０．００３％，Ｎ ０．００６％，Ａ１０．０７％，Ｃｒ０．７７％，残部Ｆｅであった。 表２の要旨は、本発明の鋼Ａ，Ｂ及びＣは、チタン無添加の比較鋼Ｄと比較し て磁気的及び電気的性質が良好であることを示す。 表２：電気的及び磁気的性質 表３には、引張試験片及び溝付き衝撃曲げ試験片の機械的性質をチタン無添加 の公知の鋼との比較で示す。したがって、本発明に係る鋼Ａ，Ｂ，Ｃの公知の鋼 Ｄの機械的性質と実質的に異なっていない。 継手の熱影響領域における靭性を調査するために、熱影響領域は溶融線に極接 近しているとしてシミュレーションを行った。１３５０℃のピーク温度と冷却時 間ｔ_8/5＝５０ｓｅｃについてシミュレーションを行った。溝付き衝撃曲げ試験 片のシミュレーション結果を図１に示す。チタン無添加の比較鋼Ｄと比較すると 本発明の優位性は明らかである。 表３：機械的性質の比較 熱処理：１０分、９５０℃／ＡＣ 試験片の位置：横断；板厚の１／４ チタンを合金した結果、好ましい機械的性質及び磁気的性質を損なうことな く軟磁性鋼の溶接性を根本的に改善することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．質量％による下記組成： クロム ０．６５ から＜１．０％ けい素 ＞１．０ から ２．０％ 銅 ０．２５ から ０．５５％ 窒素 ０．００３から ０．００８％ マンガン ０．１５ から＜０．６％ アルミニウム、溶解性 ０．０２ から ０．０７％ チタン ０．０１ から ０．０２％ 炭素 ０ から ０．１５％ りん ０ から ０．０４５％ 残部、鉄及び不可避的不純物を有し、溶接継手の熱影響領域の靭性が高く 、電気抵抗が高いために渦電流が低く、時効抵抗性が高くかつ耐候性が高い高エ ネルギー溶接可能な軟磁性鋼。 ２．質量％による組成が下記： クロム ０．７５ から ０．８５％ けい素 １．６０ から １．８０％ 銅 ０．２５ から ０．３５％ 窒素 ０．００３から ０．００８％ マンガン ０．３０ から ０．４０％ アルミニウム．溶解性 ０．０４０から ０．０７％ チタン ０．０１ から ０．０２％ 炭素 ０．０５ から ０．０８％ りん ０．００５から ０．０２％ 残部、鉄及び不可避的不純物である請求項１記載の鋼。 ３．チタン／窒素比率が２．０から４．０である請求項１又は２記載の鋼。 ４．請求項１又は２記載の鋼を、特に側面案内軌道において搬送、案内もしく は駆動力を吸収するび磁気懸架軌道部品として使用する用途。