DE3009234A1

DE3009234A1 - Weichmagnetischer stahl

Info

Publication number: DE3009234A1
Application number: DE19803009234
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Chem. Dr. 4320 Hattingen Forch
Original assignee: Thyssen AG; August Thyssen Huette AG
Current assignee: Thyssen AG
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1981-09-17
Also published as: GB2071149B; JPH0313301B2; FR2478155B1; GB2071149A; JPS56146858A; US4350525A; FR2478155A1; DE3009234C2

Description

Thyssen Aktiengesellschaft
vorm. August Thyssen-Hütte
4100 Duisburg

Weichmagnetischer Stahl

Die Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Stahl mit hoher magnetischer Induktion und hohem spezifischen elektrischen Widerstand, magnetischer Alterungsbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit.

Für magnetisch wirksame Teile elektrischer Maschinen werden üblicherweise Dynamo- oder Siliziumstähle verwendet. Diese können bis 0,10 % Kohlenstoff, bis 4 % Silizium, bis 0,5 % Mangan, weniger als 0,8 % Aluminium, Rest Eisen enthalten (DE-OS 26 22 353). Die bekannten Dynamostähle besitzen zwar hohe magnetische Induktion und hohen elektrischen Widerstand, sind jedoch schlecht schweißbar und besitzen keine ausreichende Witterungsbeständigkeit, was für geschweißte Bauteile, die im Freien stehen oder sich bewegen, jedoch unerläßlich ist.

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Stähle, deren Legierungsgehalt mit Vorzug auf Korrosionsbeständigkeit abgestimmt ist, weisen zwar einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf, ihre magnetische Induktion ist aber infolge des hohen Legierungsgehaltes nicht ausreichend. Der hohe Gehalt an verhältnismäßig teuren Legierungselementen, insbesondere Chrom in der Größenordnung von 5 bis 20 %, macht zudem den Einsatz dieser Stähle für Konstruktionen mit hohem Materialverbrauch aus Kostengründen unmöglich.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung von Magnetschwebebahnen ist versuchsweise als Werkstoff für Trag- und Führungselemente der Baustahl St 37 zum Einsatz gekommen. Die schlechten Werte des elektrischen Widerstandes dieses Stahls führen aber zu nicht vertretbaren Energieverlusten. Zudem ergibt sich wegen der fehlenden Witterungsbeständigkeit dieses Stahls die Notwendigkeit, einen Schutzanstrich aufzubringen. Schutzanstriche zur Erzielung von Witterungsbeständigkeit sind aber bei allen Trag- und Führungsteilen von Magnetschwebebahnen nachteilig. Bei Notbremsungen der Bahn kommen Bremsbacken an diese Teile zur Anlage. Ein Schutzanstrich würde dabei zerstört, verringert die Bremsleistung und ist im übrigen wartungsintensiv.

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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Stahl vorzuschlagen, der neben hoher magnetischer Induktion und hohem spezifischen elektrischen Widerstand auch magnetische Alterungsbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und gute Schweißbarkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Stahl folgender Zusammensetzung vorgeschlagen:

O bis 0,15 % Kohlenstoff

O bis 0,045 % Phosphor

0 bis 0,008 % Stickstoff

0,75 bis 2,0 % Silizium

0,15 bis 1,00 % Mangan

0,02 bis 0,07 % Aluminium,.. _Ί. ,

loslxcn

0,25 bis 0,55 % Kupfer 0,65 bis 1,00 % Chrom

Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.

Bevorzugt wird ein Stahl folgender Zusammensetzung:

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0,05 bis 0,08 % Kohlenstoff

0,005 bis 0,02 % Phosphor

0,006 bis 0,008 % Stickstoff

1,60 bis 1,80 % Silizium

0,30 bis 0,40 % Mangan

0,040 bis 0,07 % Aluminium_löslich

0,25 bis 0,35 % Kupfer

0,75 bis 0,85 % Chrom.

Besonders eignet sich der erfindungsgemäße Stahl als Werkstoff für Trag- und Führungsteile von Magnetschwebebahnen, insbesondere für deren Seitenführungsschienen, denn er erfüllt die an einen Werkstoff für solche Teile gestellten scharfen Anforderungen hinsichtlich der eingangs genannten Eigenschaften:

hohe magnetische Flußdichte, vor allem im Bereich höherer Feldstärken, ist erforderlich, um die magnetischen Felder in der notwendigen Stärke aufzubauen. Gefordert wird z.B. eine Induktion von mindestens 1,5 T bei einer Feldstärke von 4000 A/m,

hoher spezifischer Widerstand von mindestens 0,3 Si. mm /m bei Raumtemperatur soll einen niedrigen Energieverbrauch

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durch geringe Wirbelstromverluste sicherstellen,

gute Witterungsbeständigkeit wird benötigt, um die Konstanz der Luftspalte zwischen Schiene und Fahrzeugmagneten aufrechtzuerhalten,

gute Schweißbarkeit, die eine für geschweißte Bauteile unerläßliche Voraussetzung ist.

Diesen Anforderungen genügt der erfindungsgemäße Stahl.

Der Kohlenstoffgehalt des erfindungsgemäßen Stahls wurde auf 0,15 % begrenzt, um die erforderliche magnetische Flußdichte sicherzustellen.

Aus demselben Grund wird der Mangangehalt auf maximal 1,0 % begrenzt. Ein Mindestgehalt an Mangan ist erforderlich, um die Forderung hinsichtlich des elektrischen Widerstands zu erfüllen.

Unter demselben Gesichtspunkt ist ein Mindest-Siliziumgehalt von 0,75 % notwendig. Um das magnetische Verhalten jedoch nicht unzulässig zu beeinträchtigen, muß der SiIigehalt auf maximal 2,0 % begrenzt werden.

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Der verhältnismäßig hohe Siliziumgehalt ermöglicht es ferner, den zur Sicherung der Korrosionsbeständigkeit vorgesehenen Zusatz an Chrom zugunsten der Magnetisierbarkeit auf maximal 1,00 % ohne Einbuße an Witterungsbeständigkeit zu beschränken. Höhere Cr-Gehalte verschlechtern die magnetische Induktion merklich.

Aus demselben Grund konnte der für die Witterungsbeständigkeit erforderliche Phosphorgehalt mit maximal 0,045 % vergleichsweise niedrig angesetzt werden, wobei gleichzeitig die gute Schweißbarkeit sichergestellt wird.

Neben dem zur vollständigen Abbindung des Stickstoffs vorgesehenen Aluminiumgehalt, der eine die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigende Eisen-Nitridbildung verhindert, soll ein Überschuß an Aluminium im Stahl vorhanden sein, um den spezifischen elektrischen Widerstand zu erhöhen, ohne aber die magnetischen Werte zu beeinträchtigen. Eine vollständige Abbindung des Stickstoffs durch Aluminium ist wesentlich, um eine bei Temperaturbelastung oder mechanischer Belastung durch nicht an Aluminium gebundenen Stickstoff verursachte Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften (magnetische Alterungsanfälligkeit) zu verhindern. Da der Aluminium-Nitrid-Gehalt des Stahls die magnetische Induktion des Werkstoffes

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beeinflußt,hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Stickstoffgehalt des Stahls auf den Wert von 0,008 % zu begrenzen.

Bei einem Stahl mit den angegebenen Si-Gehalten genügt bereits ein vergleichsweise geringer Cu-Gehalt, um die Korrosionsbeständigkeit wesentlich zu verbessern. Kupfer in einer Menge von 0,25 bis 0,55 % ist aber zur Erzielung der Witterungsbeständigkeit erforderlich.

Ein Zusatz von mehr als 0,55 % Cu führt zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften, wie Induktion und Koerzitivkraft.

Die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Verformungswerte und Dauerfestigkeit, entsprechen denen der Güte St 37.

Zur Einstellung optimaler physikalischer und mechanischer Eigenschaften wird der erfindungsgemäße Stahl normalisiert ggf. spannungsarmgeglüht.

Ausfünrungsbeispiele für den neuen Stahl sind in Tabelle 1 gegeben.

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	A	T A	BEL	LEI	P	Al	Cr	Cu	N
	B	C	Si	Mn	(%)	(%)	(%)	(%)	(ppm)
	C	(%)	(%)	(%)	.012	.047	.78	.33	80
Schmelze	.05	1 .78	.32	.006	.048	.76	.29	60
Schmelze	.07	1.60	.40	.009	.064	.80	.26	70
Schmelze	.07	1 .69	.40

Aus der nachfolgenden Übersicht ergibt sich die Überlegenheite des erfindungsgemäßen Stahls gegenüber einem zum Vergleich herangezogenen unlegierten Stahl mit 0,07 % Kohlenstoff, 0,25 % Silizium, 0,39 % Mangan, 0,010 % Phosphor, 0,016 % Aluminium, 0,07 % Chrom, 0,06 % Kupfer, Rest Eisen.

TABELLE

	Ά	Vergleichs	Magnetische	spez.elektr.	Witterungs	a	Festig	ν, I	45o	Bruch
	8	stahl (St 37:	Plußdichte	Widerstand	beständigkeit	keit	I 48o	deh
			in T-esla bei	bei RT in	Gew.-Verlust		j	nung
Stahl		4oooA/m	Ω nim^/m	g/m^/Jahr	^Rm		A
		1,584	o,4o6	88	111
		.1,593	o,393	93
		1,588	o,4o5	9o	N/mm	*
gemäß
Erfindung <	1,642	o,175	15o	3o

		.
		23^X)
		ι) (DIN I7I00)

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Claims

COHAUSZ & FLORACK PATENTANWALTS BÜRO SCHUMANNSTR. Θ7 . D-4000 DÜSSELDORF Telefon:(0211) 683346 Telex:08586513 copd PATENTANWÄLTE: DipHng. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dipl.-Ing. H. B COHAUSZ · Dipl-Ing. D. H. WERNER 10.3.1980 Ansprüche:

1. Weichmagnetischer Stahl mit hoher magnetischer Induktion und hohem spezifischen elektrischen Widerstand, magnetischer Alterungsbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit, dadurch gekennzeichnet , daß er aus

0 bis 0,15 0 bis 0,045 0 bis 0,008 0,75 bis 2,0 0,15 bis 1,00 0,02 bis 0,07 0,25 bis 0,55 0,65 bis 1,00 Rest

% Kohlenstoff % Phosphor % Stickstoff % Silizium

% Mangan

% Aluminium_löslich

% Kupfer

% Chrom

Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen

besteht.

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W/Ka

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2. Weichmagnetischer Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus

O,05 bis 0,08 % Kohlenstoff

0,005 bis 0,02 % Phosphor

0,006 bis 0,008 % Stickstoff

1,60 bis 1,80 % Silizium

0,30 bis 0,40 % Mangan

0,040 bis 0,07 % Aluminium,.. , . ,

0,25 bis 0,35 % Kupfer

0,75 bis 0,85 % Chrom

besteht.

3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2 als Werkstoff für Teile von Magnetschwebebahnen, die Trag-, Führungs- oder Antriebskräfte aufnehmen, insbesondere für Seitenführungsschienen.

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