專利名稱：具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟磁結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，特別涉及用于制造磁懸浮列車軌道梁側(cè)面導(dǎo)向軟磁結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
磁懸浮快速列車系統(tǒng)是一種快速、安全、高效、環(huán)保型的交通工具，目前國際上最快的磁懸浮列車時速已達到560公里/小時以上。作為快速、安全、高效、環(huán)保型的交通工具越來越受到人們的青睞。
磁懸浮側(cè)面導(dǎo)向軟磁結(jié)構(gòu)鋼板是磁懸浮導(dǎo)軌上的關(guān)鍵部件，它在磁懸浮軌道中不僅能夠吸收承載力、導(dǎo)向力和驅(qū)動力，同時還具有高的磁通密度、高的電阻率、良好的抗老化性、抗磁時效性及好的焊接性，因而成為高效、節(jié)能、環(huán)保型的高附加值產(chǎn)品。
美國專利申請?zhí)朥S 6287395公開了德國蒂森鋼鐵股份公司的“可高能焊接的軟磁鋼及其在磁懸浮鐵軌部件上的應(yīng)用”的發(fā)明專利，該發(fā)明專利的組分為Cr 0.65～1.0％、Si 1.0～2.0％、Cu 0.25～0.55％、Ni 0.003～0.008％、Mn 0.15～0.6％、Als 0.02～0.07％、Ti 0.01～0.02％、Ca 0～0.15％、P 0～0.045％。
由于C、Als、Cr含量明顯偏高，Mn含量明顯偏低，軟磁鋼的實際沖擊韌性較低，電阻率偏低、強度偏低，尤其0℃以下的低溫(尤其在-20℃以下)沖擊韌性很低，0℃橫向沖擊功在12J～57J之間；磁感也不高，B40只有1.60T左右，低磁場下磁感較低B3只有0.60T，電磁轉(zhuǎn)化效率偏低，無效損耗大，不能適應(yīng)日益嚴(yán)格環(huán)境保護要求；且以及焊接性相對較差，無法在寒冷或較為寒冷地區(qū)使用。
中國專利申請?zhí)?1126937.5公開了用該專利生產(chǎn)的磁懸浮列車軌道梁側(cè)面導(dǎo)向軟磁結(jié)構(gòu)鋼板實物性能較前述德國專利技術(shù)生產(chǎn)的實物性能有大幅度地提高，但其磁通密度、電阻率及低溫沖擊韌性仍然不夠高，B40約1.60T～1.61T、B3約0.9T～1.00T、電阻率ρ約0.39～0.40μΩm，0℃Akv≥140J，沖擊韌性在-10℃以下，不能保證Akv≥27J，焊接線能量只能控制在≤12kJ/cm才能保證熱影響區(qū)(HAZ)0℃Akv≥27J。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高的強度、極其優(yōu)良的低溫沖擊韌性、良好的焊接性，又具有高磁通密度、高電阻率、優(yōu)良的抗磁時效性和耐大氣腐蝕性的軟磁結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，以改善軟磁結(jié)構(gòu)鋼板的母材和焊接熱影響區(qū)-20℃以下的低溫沖擊韌性，確保軟磁結(jié)構(gòu)鋼板在嚴(yán)寒地區(qū)(-30℃～-40℃左右)使用的安全性；同時簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本。
為達到上述目的，本發(fā)明成分設(shè)計的原理是對于～1.60％Si的軟磁鋼來說，當(dāng)成品鋼的平均晶粒尺寸達到20μm以上時，其機械性能尤其-20℃以下的低溫沖擊韌性嚴(yán)重劣化，而當(dāng)成品鋼的平均晶粒尺寸小于10μm時(極低碳含量，即C≤0.02％的條件下)，其電磁性能尤其低磁場下的磁通密度嚴(yán)重惡化。因此要同時保證軟磁鋼具有優(yōu)異的電磁性能和機械性能尤其低溫沖擊韌性和焊接性，合金化是唯一途徑。一般認(rèn)為加入Mn能改善其機械性能尤其低溫沖擊韌性，Mn作為合金元素在軟磁結(jié)構(gòu)鋼中除提高其的電阻率和強度外，還具有擴大奧氏體相區(qū)，降低Ar1、Ar3點，細(xì)化鐵素體晶粒作用；但加入過多Mn(＞1.0％)會降低軟磁結(jié)構(gòu)鋼的磁通密度，提高軟磁結(jié)構(gòu)鋼的淬硬性，影響軟磁結(jié)構(gòu)鋼的焊接性，尤其較小線能量焊接時，易形成脆硬組織如馬氏體，平衡考慮軟磁結(jié)構(gòu)鋼的成分體系，最佳Mn含量控制在0.60％～1.00％之間。
鋼中的Si可以提高鋼的電阻率和磁導(dǎo)率，減小磁致伸縮、渦流損耗和磁滯損耗，因此軟磁結(jié)構(gòu)鋼中加入一定量的Si可以極大地提高鋼的電磁性能和電阻率；但由于Si是強鐵素體穩(wěn)定化元素，過多加入Si(＞2.0％)不僅會造成磁通密度降低，更重要的是造成Ac1、Ac3、Ar1、Ar3過高(＞1000℃)，甚至不存在奧氏體單相區(qū)，這給生產(chǎn)制造工藝帶來很大問題，易形成晶粒十分粗大的混晶組織，造成軟磁結(jié)構(gòu)鋼低溫沖擊韌性低下和焊接性劣化；此外Si還是鋼中致脆元素，過多合金化不僅給鋼本身造成較大的脆性，而且嚴(yán)重?fù)p害鋼的焊接性，此外Si有抑制C從奧氏體和鐵素體中析出，提高鋼的淬硬性，促進A/M組元形成。因此平衡考慮軟磁結(jié)構(gòu)鋼的成分體系，最佳Si含量控制在1.0％～2.0％之間。
眾所周知C對軟磁結(jié)構(gòu)鋼的電磁性能、低溫沖擊韌性及焊接性影響很大，從改善鋼的電磁性能、低溫沖擊韌性及焊接性，尤其在高Si鋼中，Si具有抑制碳化物析出，易生成高碳孿晶馬氏體M/A組元角度，希望鋼中C含量盡可能得低；但從軟磁結(jié)構(gòu)鋼的強度，更重要的是從生產(chǎn)制造過程中顯微組織控制角度，C含量不宜過低，因為軟磁結(jié)構(gòu)鋼中Si含量高達～1.60％左右，過低C含量(＜0.010％)造成Ac1、Ac3、Ar1、Ar3過高(＞1000℃)，甚至不存在奧氏體單相區(qū)，這給生產(chǎn)制造過程帶來很大問題，易形成晶粒十分粗大的混晶組織，造成軟磁結(jié)構(gòu)鋼低溫沖擊韌性低下和焊接熱影響區(qū)低溫沖擊韌性劣化。綜合平衡分析以上的情況，并考慮C在室溫鐵素體內(nèi)最大固溶度～0.02％，從抑制生產(chǎn)制造和焊接熱循環(huán)過程中M/A組元產(chǎn)生及消除局部脆性區(qū)(LBZ)的角度，適宜C的含量應(yīng)控制在0.010％～0.020％之間，確保獲得最佳電磁性能、-20℃以下母材和焊接HAZ的沖擊韌性。
軟磁結(jié)構(gòu)鋼中的Als能夠固定鋼中的自由[N]，防止形成鐵的氮化物損害磁性及防止自由[N]在溫度和應(yīng)力作用下產(chǎn)生磁時效，并具有提高軟磁鋼板的電阻率，同時降低焊接熱影響區(qū)(HAZ)自由[N]，改善HAZ的低溫沖擊韌性作用；但鋼中加入過量的Al不但會降低鋼的磁通密度，而且會在鋼中形成大量彌散的針狀A(yù)l2O3夾雜物，損害鋼的電磁性能、低溫沖擊韌性和焊接性，更重要的是Al是強脫氧劑，為保證形成足夠數(shù)量的MgO(即MgO冶金技術(shù))，在保證Als能夠固定鋼中自由N的情況下，即Al≥2(Ntotal-0.292Ti)，應(yīng)盡可能地減少Als含量。根據(jù)軟磁結(jié)構(gòu)鋼成分體系，最佳Als含量控制在0.001％～0.010％之間。
眾所周知Mg元素是脫硫劑和強脫氧劑，可以凈化鋼質(zhì)。在冶煉終點，最好澆鑄開始前，采用高純鐵皮包裹高純度金屬Mg或用Fe-Si-Mg或Ni-Mg等合金加入形式進行最終強脫氧，以代替通常所用的Al進行強脫氧，形成不易團聚和粗化的細(xì)小彌散的MgO粒子(Al2O3很容易團聚和粗化)，即當(dāng)Mg加入到鋼液中時，Mg可以置換出弱脫氧劑如Mn、Si和Ti，形成亞微米級彌散分布的MgO粒子。抑制生產(chǎn)制造和焊接熱循環(huán)過程中奧氏體晶粒長大，同時作為形核劑促進奧氏體晶內(nèi)鐵素體形核，細(xì)化母材和HAZ的組織，提高其低溫沖擊韌性。軟磁結(jié)構(gòu)鋼中加入微量的Mg目的是與鋼中O結(jié)合，生成穩(wěn)定性很高的MgO粒子，細(xì)小彌散分布的MgO粒子可以抑制焊接熔合線附近(1～2mm)HAZ奧氏體晶粒長大和奧氏體晶界粗大多邊形鐵素體(GPF)形成，促進HAZ奧氏體晶內(nèi)鐵素體形成，改善焊接HAZ低溫韌性。即當(dāng)采用大線能量焊接時，距離熔合線附近(1～2mm)焊接HAZ范圍內(nèi)，由于過熱溫度高達1400℃以上，甚至達到1450℃以上，此時TiN粒子幾乎全部溶解而變得毫無作用；相反穩(wěn)定性很高的MgO粒子幾乎不發(fā)生溶解而保留下來，抑制HAZ奧氏體晶粒長大，促進奧氏體晶內(nèi)鐵素體形核，細(xì)化熔合線附近的HAZ組織，達到改善HAZ韌性。MgO粒子的尺寸、數(shù)量和分布是改善軟磁結(jié)構(gòu)鋼板焊接熔合線附近HAZ韌性的關(guān)鍵性因素，當(dāng)MgO粒子尺寸在0.001～5μm之間，最好在0.01～2μm之間，效果最好。要獲得上述尺寸的MgO粒子，控制Mg含量、鋼中[O](鋼中自由氧含量)含量至關(guān)重要。當(dāng)鋼中Mg含量高于0.008％時，生成MgO粒子尺寸過于粗大，不但不能改善HAZ韌性，反而降低鋼的純凈度，大顆粒MgO將成為裂紋萌生點，當(dāng)鋼中Mg含量低于0.001％時，生成MgO數(shù)量太少，不足以抑制熔合線附近HAZ奧氏體晶粒長大、促進奧氏體晶內(nèi)鐵素體形核及細(xì)化熔合線附近HAZ組織。
鋼中[O]含量是形成細(xì)小彌散MgO粒子的關(guān)鍵因素，當(dāng)鋼中[O]含量低于0.001％時，MgO生成數(shù)量不足，當(dāng)[O]含量高于0.008％時，生成MgO數(shù)量過多、顆粒尺寸過大，對HAZ低溫韌性反而不利，同時鋼的純凈度下降，因此[O]含量控制在0.001～0.008％之間為宜。
軟磁結(jié)構(gòu)鋼中加入微量的Ti目的是與鋼中N結(jié)合，生成穩(wěn)定性較高的TiN粒子，抑制生產(chǎn)制造過程中奧氏體晶粒長大和距離熔合線較遠(2mm～3mm以上)焊接HAZ區(qū)奧氏體晶粒長大和改變二次相變產(chǎn)物，改善軟磁結(jié)構(gòu)鋼母材的低溫韌性和焊接性。加入Ti含量過少(＜0.005％)，形成TiN粒子數(shù)量不足，不足以抑制HAZ的奧氏體晶粒長大和改變二次相變產(chǎn)物而改善HAZ的低溫韌性；加入Ti含量過多(＞0.020％)時，在鋼液凝固過程中，液析出大尺寸TiN粒子，這種大尺寸TiN粒子不但不能抑制HAZ的奧氏體晶粒長大，反而成為裂紋萌生的起始點；此外Ti含量過多造成Ti/N＞3.42時，在生產(chǎn)制造和焊接熱循環(huán)過程中，TiN很容易發(fā)生Ostwald熟化，失去釘扎奧氏體晶界作用。此外生成TiN數(shù)量過多，將導(dǎo)致軟磁結(jié)構(gòu)鋼的電磁性能下降和矯頑力升高，因此從改善軟磁結(jié)構(gòu)鋼的焊接角度出發(fā)，又不損害軟磁結(jié)構(gòu)鋼的電磁性能，Ti含量的最佳控制范圍為0.005％～0.02％。
N的控制范圍與Ti的控制范圍相對應(yīng)，即Ti/N在2.5～3.2之間最佳，N含量過低，生成TiN粒子數(shù)量過少，尺寸過大，不能起到改善軟磁結(jié)構(gòu)鋼的焊接性的作用，反而對焊接性有害；相反當(dāng)N含量過高時，鋼中自由[N]增加，軟磁結(jié)構(gòu)鋼在以后使用過程中可能產(chǎn)生嚴(yán)重磁時效，同時鋼中N含量增加，焊接HAZ區(qū)自由[N]含量急劇增加，嚴(yán)重?fù)p害HAZ低溫沖擊韌性，惡化軟磁結(jié)構(gòu)鋼的焊接性，此外鋼中[N]含量過高還會造成板坯表面閃電裂紋。因此N含量的最佳控制范圍為0.001％～0.006％。
本發(fā)明采用中等含量的Ni合金化來改善軟磁鋼的機械性能尤其低溫沖擊韌性和焊接性而不損害其電磁性能。眾所周知Ni是唯一能夠同時提高鋼的強度、低溫韌性及改善鋼的焊接性的元素；同時Ni還是鐵磁性元素，F(xiàn)e-Ni合金是一種性能優(yōu)良的軟磁材料，在鐵基合金中加入Ni不但不會降低材料的電磁性能，而且會進一步改善電磁性能，鋼中加Ni還可以降低銅脆現(xiàn)象，減輕熱軋過程的開裂，提高軟磁結(jié)構(gòu)鋼的電阻率及改善耐大氣腐蝕性。因此從理論上講，鋼中Ni含量在一定范圍內(nèi)越高越好，但過高的Ni含量會硬化焊接熱影響區(qū)，對鋼的焊接性不利，同時Ni是一種很貴重元素，從性能價格比考慮，加入≤1.00％Ni最好。
軟磁結(jié)構(gòu)鋼用作磁懸浮軌道梁側(cè)面導(dǎo)向板，因此要求其具有極其優(yōu)良的耐候性能，Cu是非常有效的耐候元素，在軟磁結(jié)構(gòu)鋼中加入一定的Cu能極大地改善其耐大氣腐蝕性；但加入過多的Cu(≥0.60％)，將損害軟磁結(jié)構(gòu)鋼的電磁性能，如降低磁通密度和提高矯頑力，由于Cu不是鐵磁性元素，鋼中加入Cu，將降低鋼的磁通密度，如果加入Cu含量超過0.60％，在熱軋和正火處理過程中，將發(fā)生細(xì)小彌散的ε-Cu沉淀(Cu在鐵素體中固溶度～0.50％)，釘扎磁疇壁運動，進一步降低鋼的磁通密度，提高矯頑力，同時還可能造成銅脆。但如果加入Cu含量過少(＜0.20％)，軟磁結(jié)構(gòu)鋼耐大氣腐蝕性不足，因此最佳Cu含量控制在0.20％～0.60％之間。
與Cu作用一樣，軟磁結(jié)構(gòu)鋼中加入一定含量Cr，也能大大改善其耐大氣腐蝕性(注單獨加＜0.6％Cu，軟磁結(jié)構(gòu)鋼仍然不足以具有足夠的耐候性)，加入Cr過少，不足以改善軟磁結(jié)構(gòu)鋼的耐大氣腐蝕性，如果加入過多Cr(≥0.60％)，將嚴(yán)重?fù)p害鋼的電磁性能、低溫韌性，更重要的是鋼中Cr含量過高時，促進焊接HAZ內(nèi)的上貝氏體生長，降低HAZ低溫沖擊韌性，此外Cr是比較貴重元素。因此從平衡考慮軟磁結(jié)構(gòu)鋼的成分體系出發(fā)，最佳Cr含量控制在＜0.60％。
對鋼進行Ca或REM(稀土元素)處理，一方面可以進一步純潔鋼液，另一方面對鋼中硫化物進行變性處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細(xì)小的球狀硫化物，提高軟磁鋼的電磁性能、抑制S的熱脆性、提高軟磁鋼沖擊韌性和Z向性能、改善軟磁結(jié)構(gòu)鋼沖擊韌性的各向異性。Ca或REM加入量的多少，取決于鋼中S含量的高低，Ca或REM加入量過低，處理效果不大；Ca或REM加入量過高，形成Ca或REM(O，S)——稀土氧硫化合物尺寸過大，脆性也增大，可成為斷裂裂紋起始點，降低鋼的低溫韌性，同時還降低鋼質(zhì)純凈度、污染鋼液。一般控制Ca或REM含量按ESSP＝(wt％Ca)[1-124(wt％O)]/1.25(wt％S)；其中ESSP硫化物夾雜形狀控制指數(shù)，取值范圍0.5～5之間為宜，因此Ca或REM含量的最佳控制范圍為Ca≤0.005％、REM≤0.005％。
P作為鋼中有害夾雜，對軟磁結(jié)構(gòu)鋼的電磁性能、機械性能，尤其低溫沖擊韌性和焊接性具有巨大的損害作用，理論上要求越低越好，但考慮到煉鋼操作條件和煉鋼成本，要求P含量控制在≤0.013％。
S和P一樣作為鋼中有害夾雜，對軟磁結(jié)構(gòu)鋼的電磁性能具有很大的損害作用，更重要的是S在鋼中與Mn結(jié)合，形成MnS夾雜物，在熱軋過程中，MnS的可塑性使MnS沿軋向延伸，形成沿軋向MnS夾雜物帶，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的橫向沖擊韌性、Z向性能和焊接性，同時S還是熱軋過程中產(chǎn)生熱脆性的主要元素。理論上要求越低越好，但考慮到煉鋼操作條件、煉鋼成本和制造過程的物流順暢，要求S含量控制在≤0.004％。
為改善軟磁鋼的電磁性能，控制成品軟磁結(jié)構(gòu)鋼的晶粒尺寸是一個重要手段，當(dāng)成品鋼的晶粒尺寸小于10μm，雖然可以提高鋼的機械性能尤其低溫沖擊韌性，但電磁性能尤其低磁場下的電磁性能急劇惡化，因為晶粒尺寸減小時，晶界面積增加，晶界釘軋磁疇壁運動的作用加強；當(dāng)鋼的平均晶粒尺寸大于20μm時，雖然電磁性能進一步改善，但其機械性能尤其-20℃以下母材和焊接HAZ(熱影響區(qū))低溫沖擊韌性嚴(yán)重惡化。因此控制成品鋼的晶粒尺寸在10～20μm之間是適宜的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，含有如下組分，其重量百分比為C0.010％～0.020％Si1.0％～2.0％Mn0.60％～1.00％P≤0.015％S≤0.008％Als0.001％～0.010％Cr＜0.60％Cu0.20％～0.60％Ti0.005％～0.02％Ni≤1.00％Ca或REM(稀土元素)≤0.005％其余為鐵和不可避免的夾雜。
還包含有如下組分，按重量百分比Mg0.001～0.008％[O]0.001～0.008％。
還進一步包含有N，其含量為0.001％～0.006％，按重量百分比。
更進一步，所述的組分進一步優(yōu)選范圍為按重量百分比C0.010％～0.020％Si1.45％～1.65％Mn0.70％～0.90％P≤0.010％S≤0.0035％
Als0.002％～0.005％Cr0.40％～0.60％Cu0.25％～0.35％Ti0.009％～0.016％Ni0.40％～0.60％其余為鐵和不可避免的夾雜；其Pcm≤0.18％。
所包含的Ca或REM的含量優(yōu)選為0.002％～0.004％，按重量百分比。
所述的N的優(yōu)選含量為0.003％～0.005％，按重量百分比。
所述的Mg的含量優(yōu)選為0.003～0.006％，[O]0.002～0.004％，按重量百分比。
所述的結(jié)構(gòu)鋼的晶粒尺寸為10～20μm。
且，本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼的Pcm≤0.18％，其中Pcm(裂縫敏感指數(shù))＝wt％C+wt％Si/30+(wt％Mn+wt％Cu+wt％Cr)/20+wt％Ni/60+wt％Mo/15+wt％V/10+5wt％B本發(fā)明的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，包括如下步驟，采用連鑄工藝，澆鑄溫度≤1600℃，得到連鑄板坯；板坯加熱、軋制，板坯加熱溫度在1050℃～1180℃；在完全再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)，大軋制壓下率進行快速連續(xù)軋制，變形金屬發(fā)生完全再結(jié)晶，每一軋制道次壓下率≥15％，軋制總壓下率≥70％，終軋溫度控制在Ar3點以上；控制冷卻，從軋制結(jié)束到開始加速冷卻之間的時間在30秒以內(nèi)，加速冷卻開始時鋼板溫度必須在Ar3點以上，然后以≥10℃/s冷卻速度冷卻至500℃以下，然后堆垛緩冷至室溫。
進一步，步驟b后直接淬火至淬火停止，溫度控制在500℃以下，然后堆垛緩冷至200℃左右，再自然空冷至室溫。
所述的步驟a中的優(yōu)選澆鑄溫度≤1580℃。
所述的步驟b中的優(yōu)選板坯加熱溫度在1080℃～1150℃，每一軋制道次壓下率≥20％，總壓下率≥80％。
所述的步驟c中從軋制結(jié)束到開始加速冷卻之間的時間優(yōu)選在15秒以內(nèi)，以≥20℃/s冷卻速度冷卻至在300℃～500℃之間，然后堆垛緩冷至200℃左右后，自然空冷至室溫。
根據(jù)本發(fā)明具有極其優(yōu)良低溫沖擊韌性(-20℃以下)的軟磁結(jié)構(gòu)鋼板組織是均勻細(xì)小的(10μm～20μm)等軸鐵素體晶粒。
本發(fā)明的鑄造工藝推薦采用連鑄工藝，連鑄工藝重點控制澆鑄溫度和鋼液凝固速度，澆鑄溫度≤1600℃，最好≤1580℃，低溫澆鑄法較好。鋼液從液相線到固相線凝固速度是本發(fā)明關(guān)鍵工藝過程之一，必須嚴(yán)格控制，在鑄坯不發(fā)生裂紋的條件下，凝固速度越快越好。
采用低溫板坯加熱，板坯加熱溫度控制在1050℃～1180℃之間，最好在1080℃～1150℃之間，確保原始板坯奧氏體晶粒度均勻并且較為細(xì)小。在完全再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)，大軋制道次壓下率進行快速連續(xù)軋制，確保變形金屬發(fā)生完全再結(jié)晶，為此軋制道次壓下率≥15％，最好≥20％，熱軋總壓下率≥70％，最好≥80％；控制終軋溫度在Ar3點以上，從軋制結(jié)束到開始加速冷卻之間的傳擱時間應(yīng)盡可能控制得短，力爭控制在30秒以內(nèi)，最好控制在15秒以內(nèi)，并且特別重要的是加速冷卻開始時，鋼板溫度必須在Ar3點以上，以≥10℃/s，最好≥20℃/s冷卻速度冷卻至500℃以下，最好在300℃～500℃之間，然后堆垛緩冷至室溫；或者進行軋后直接淬火(DQ-Direct Quenching)至淬火停止溫度(QST-Quenching Stop Temperature)，QST也控制在500℃以下，最好在300℃～500℃之間，然后堆垛緩冷至200℃左右后，自然空冷至室溫；采用堆垛緩冷目的是消除應(yīng)加速冷卻在鋼板內(nèi)部形成的內(nèi)應(yīng)力，提高電磁性能，緩慢冷卻速度控制在≤60℃/hr。
本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明采用極低C、極低Als、中等Mn和Cr含量、鐵磁性元素Ni合金化、加Ca或稀土元素REM處理、并采用MgO冶金技術(shù)及控制Ti/N在2.5～3.2之間等技術(shù)手段，優(yōu)化再結(jié)晶控軋和加速冷卻工藝(RCR(recrystallization controlling rolling，再結(jié)晶控軋)+ACC(acceleration controlling cooling，控制加速冷卻)或優(yōu)化再結(jié)晶控軋和直接淬火(RCR+IDQ(Interrupted Direct Quenching)及后續(xù)緩冷工藝，使成品軟磁結(jié)構(gòu)鋼板的晶粒尺寸在10～20μm，獲得優(yōu)異的機械性能、電磁性能和焊接性，以滿足前述對軟磁鋼所有性能要求，特別適用于磁懸浮列車軌道中的必須吸收承載力、導(dǎo)向力和驅(qū)動力的側(cè)面導(dǎo)向板，尤其鋼板母材-40℃Akv≥100J，焊接模擬熱影響區(qū)(HAZ)-40℃Akv值在27J以上(模擬峰值溫度1350℃、t8/5＝50秒)，確保在極其寒冷地區(qū)磁懸浮列車運行安全。


圖1a為本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼板的形變奧氏體CCT曲線圖；圖1b為本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼板的未形變奧氏體CCT曲線圖；圖2a為本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼板的熱軋后以5℃/s加速冷卻后的金相組織圖；圖2a為本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼板的熱軋后以30℃/s加速冷卻后的金相組織示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例見表1，其與對比例的機械性能比較見表2。
本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼板制造過程如下真空感應(yīng)爐冶煉，鋼液成分達到目標(biāo)成分后，加入Mg合金進行最終脫氧后，立即開始澆鑄，鋼水的澆鑄溫度為1560℃～1580℃。鋼錠在加熱爐中均熱80分鐘，均熱溫度為1100℃～1160℃，熱軋采用6道次軋制工藝，累計壓下率75％～85％，終軋溫度為890℃～910℃，終軋結(jié)束與開始加速冷卻之間的傳擱時間為15s～30s，開始加速冷卻時鋼板的表面溫度在880℃以上，加速冷卻速度為20℃/s～30℃/s，止冷溫度為450℃～500℃，隨后緩慢冷卻至200℃(緩慢冷卻速度≤60℃/hr)，然后自然空冷至室溫。
Pcm(裂縫敏感指數(shù))＝wt％C+wt％Si/30+(wt％Mn+wt％Cu+wt％Cr)/20+wt％Ni/60+wt％Mo/15+wt％V/10+5wt％B，其中Mo、V、B為0。
從本發(fā)明鋼合金體系上看，由于極低碳、高硅含量及低合金含量，在寬范圍的冷卻速度下(0.1℃/s～30℃/s)，均可以獲得等軸鐵素體晶粒，見圖1a、圖1b，圖1a示出了本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼形變奧氏體CCT曲線；圖1b示出了本發(fā)明軟磁結(jié)構(gòu)鋼未形變奧氏體CCT曲線；并且隨著冷卻速度加快，鐵素體晶粒變得更加均勻細(xì)小，見圖2a、圖2b，其所示分別為軟磁結(jié)構(gòu)鋼板熱軋后以5℃/s加速冷卻后的金相組織圖、軟磁結(jié)構(gòu)鋼板熱軋后以30℃/s加速冷卻后的金相組織圖。
表1

表2

焊接熱模擬參數(shù)單循環(huán)，模擬峰值溫度1350℃、t8/5＝50秒。
權(quán)利要求
1.具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，含有如下組分，其重量百分比為C0.010％～0.020％Si1.0％～2.0％Mn0.60％～1.00％P≤0.015％S≤0.008％Als0.001％～0.010％Cr＜0.60％Cu0.20％～0.60％Ti0.005％～0.02％Ni≤1.00％Ca或REM≤0.005％其余為鐵和不可避免的夾雜。
2.如權(quán)利要求1所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，還包含有如下組分，按重量百分比Mg0.001～0.008％[O]0.001～0.008％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，還進一步包含有N，其含量為0.001％～0.006％，按重量百分比。
4.如權(quán)利要求1所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，所述的組分進一步優(yōu)選范圍為按重量百分比計C0.010％～0.020％Si1.45％～1.65％Mn0.70％～0.90％P≤0.010％S≤0.0035％Als0.002％～0.005％Cr0.40％～0.60％Cu0.25％～0.35％Ti0.009％～0.016％Ni0.40％～0.60％其余為鐵和不可避免的夾雜。
5.如權(quán)利要求1所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，所包含的Ca或REM的含量優(yōu)選為0.002％～0.004％，按重量百分比。
6.如權(quán)利要求3所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，所述的N的優(yōu)選含量為0.003％～0.005％，按重量百分比。
7.如權(quán)利要求1所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，所述的Mg的含量優(yōu)選為0.003～0.006％，[O]0.002～0.004％，按重量百分比。
8.如權(quán)利要求1所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)鋼的晶粒尺寸為10～20μm。
9.具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，其特征在于，包括如下步驟，a.采用連鑄工藝，澆鑄溫度≤1600℃，得到連鑄板坯；b.板坯加熱、軋制，板坯加熱溫度在1050℃～1180℃；在完全再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)，大軋制壓下率進行快速連續(xù)軋制，變形金屬發(fā)生完全再結(jié)晶，每一軋制道次壓下率≥15％，軋制總壓下率≥70％，終軋溫度控制在Ar3點以上；c.控制冷卻，從軋制結(jié)束到開始加速冷卻之間的時間在30秒以內(nèi)，加速冷卻開始時鋼板溫度必須在Ar3點以上，然后以≥10℃/s冷卻速度冷卻至500℃以下，然后堆垛緩冷至室溫。
10.如權(quán)利要求9所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，其特征在于，步驟b后直接淬火至淬火停止，溫度控制在500℃以下，然后堆垛緩冷至200℃左右，再自然空冷至室溫。
11.如權(quán)利要求9所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，其特征在于，所述的步驟a中的優(yōu)選澆鑄溫度≤1580℃。
12.如權(quán)利要求9所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，其特征在于，所述的步驟b中的優(yōu)選板坯加熱溫度在1080℃～1150℃，每一軋制道次壓下率≥20％，總壓下率≥80％。
13.如權(quán)利要求9所述的具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，其特征在于，所述的步驟c中從軋制結(jié)束到開始加速冷卻之間的時間優(yōu)選在15秒以內(nèi)，以≥20℃/s冷卻速度冷卻至在300℃～500℃之間，然后堆垛緩冷至200℃左右后，自然空冷至室溫。
全文摘要
具有良好低溫韌性易焊接的軟磁結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，軟磁結(jié)構(gòu)鋼含有如下組分，按重量百分比，C0.010％～0.020％、Si1.0％～2.0％、Mn0.60％～1.00％、P≤0.015％、S≤0.008％、Als0.001％～0.010％、Cr＜0.60％、Cu0.20％～0.60％、Ti0.005％～0.02％、Ni≤1.00％、Mg0.001～0.008％、[O]0.001～0.008％、N0.001％～0.006％、Ca或REM≤0.005％、其余為鐵和不可避免的夾雜，Pcm≤0.18％。具有較高的強度、極其優(yōu)良的低溫沖擊韌性、良好的焊接性，又具有高磁通密度、高電阻率、優(yōu)良的抗磁時效性和耐大氣腐蝕性，確保軟磁結(jié)構(gòu)鋼板在嚴(yán)寒地區(qū)(－30℃～－40℃左右)使用的安全性；同時簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C22C38/16GK1534105SQ0311609
公開日2004年10月6日 申請日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者劉自成, 吳祥明, 丁建華, 黃靖宇 申請人:上海磁懸浮交通發(fā)展有限公司, 寶山鋼鐵股份有限公司