DE3009234C2 - Verwendung eines weichmagnetischen Stahls für Teile von Magnetschwebebahnen - Google Patents

Verwendung eines weichmagnetischen Stahls für Teile von Magnetschwebebahnen

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DE3009234C2
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Description

0 bis 0,15% Kohlenstoff 0 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 löslich 0,25 bis 0,55% Kupfer
0,65 bis 1,00% Chrom
Rest Eisen
mit erschmelzungsbedingten
Verunreinigungen
als Werkstoff für Teile von Magnetschwebebahnen, die Trag-, Führungs- oder Antriebskräfte aufnehmen, insbesondere für Seitenführungsschienen.
2. Verwendung eines Stahls gemäß Anspruch 1 mit
0.05 bis 0.08%
0,005 bis 0.02%
0.006 bis 0.008%
1.60 bis 1,80%
OJO bis 0.40%
0.040 bis 0.07%
0.25 bis 035%
9.75 bis 0.85%
Rest
Kohlenstoff
Phosphor
Stickstoff
Silizium
Mangan
Aluminium löslich
Kupfer
Chrom
Eisen
mit erschmelzungsbedingten
Verunreinigungen
für den Zweck nach Anspruch 1.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Werkstoffs für Teile von Magnetschwebebahnen, die Trag-. Führungs- oder Antriebskräfte aufnehmen, insbesondere Seitenführungsschienen.
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 ss Witterungsbeständigkeit, was für geschweißte Bauteile, die im Freien stehen oder sich bewegen, jedoch unerläßlich ist.
Stähle, deren Legierungsgehalt mit Vorzug auf Korrosionsbeständigkeit abgestimmt ist, weisen zwar eo 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.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen für den eingangs genannten Verwendungszweck geeigneten Stahl vorzuschlagen
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen weichmagnetischen Stahl folgender Zusammensetzung zu verwenden:
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 055%
0,65 bis 1,00%
Rest
Kohlenstoff
Phosphor
Stickstoff
Silizium
Mangan
Aluminium löslich
Kupfer
Chrom
Eisen
mit erschmelzungsbedingten
Verunreinigungen.
Bevorzugt soll ein Stahl folgender Zusammensetzung verwendet werden:
0.05 bis 0,08% Kohlenstoff
0,005 bis 0,02% Phosphor
0.006 bis 0,008% Stickstoff
1.60 bis 130% Silizium
OJO bis 0.40%
0.040 bis 0.07%
0,25 bis 035%
0.75 bis 0,85%
Rest
Mangan
Aluminium löslich
Kupfer
Chrom
Eisen
mit erschmelzungsbedingten
Verunreinigungen.
Stähle ähnlicher Zusammensetzung sind aus der DE-OS 14 83331 und AT-PS 1 52 173 zwar bekannt, do; t aber für andere Zwecke vorgesehen.
Der erfindurigsgemäß zu verwendende Stahl erfüllt die an einen Werkstoff für Trag- und Führungsteile von Magnetschwebebahnen, insbesondere für deren Seitenführungsschienen, gestellten scharfen Anforderungen hinsichtlich hoher magnetischer Induktion, hohem spezifischen elektrischen Widerstand, Alterungsbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit.
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 0,3nmm2/m bei Raumtemperatur soll einen niedrigen Energieverbrauch durch geringe Wirbelstromverluste
sicherstellen.
Gute Witterungsbeständigkeit wird benötigt, um die Konstanz der Luftspalte zwischen Schiene und Fahrzeugmagneten aufrechtzuerhalten.
Gute Schweißbarkeit ist eine für geschweißte Bauteile unerläßliche Voraussetzung.
Der Kohlenstoffgehalt des erfindungsgemäß verwendeten Stahls wurde auf 0,15% begrenzt, um die erforderliche magnetische Flußdichte sicherzustellen.
Aus demselben Grund wird der Mangangehalt auf ic 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 Siliziumgehalt auf maximal 2,0% begrenzt werden.
Der verhältnismäßig hohe Siliziumgehalt ermöglicht es ferner, den zur Sicherung der Korrosionsbeständigkeit vorgesehenen lasatz an Chrom zugunsten der Magnetisierbarkeit auf maximal 1,0% 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-Tabelle 1
Nitridbildung verhindert, soll ein Oberschuß 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 Ah-;-rungsanfälligkeit) zu verhindern. Da der AIuminium-Nitrid-Gehalt des Stahls die magnetische Induktion des Werkstoffes 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 aher 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 erfindungsgemäß zu verwendenen Stahls, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Verformungswerte und Dauerfestigkeit, entsprechen denen der Güte St 37.
Zur Einstellung optimater physikalischer und mechanischer Eigenschaften wird der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl normalisiert ggf. spannungsarmgeglühL
Beispiele für den erfincrungsgemäß zu verwendenden Stahl sind in Tabelle 1 angegeben.
C Si Mn P Al Cr Cu N
löslich
(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (ppm)
Schmelze A .05 1.78 .32 .012 .047 .78 .33 80
Schmelze B .07 1.60 .40 .006 .048 .76 .29 60
Schmelze C .07 1.69 .40 .009 .064 .80 .26 70
Aus der nachfolgenden Übersicht ergibt sich die Überlegenheit des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls gegenüber einem zum Vergleich herangezoge-
Tabelle 2
nen unlegierten Stahl mit 0,07% Kohlenstoff, 0,25% Silicium, 0,39% Mangan, 0,010% Phosphor, 0,016% Aluminium, 0,07% Chrom, 0,06% Kupfer, Rest Eisen.
Stahl Magnetische Spez. elektr. Witterungs
Flußdichte in Widerstand bei beständigkeit
Tesla bei 4000 A/m RT in W mmVm Gew.-Verlust
g/m2/Jahr
Gemäß Erfindung
A 1,584 0,406 88
B 1,593 0,393 93
C 1,588 0,405 90
Vergleichsstahl
(St 37) 1,642 0,175 150
•HDIN 17 100).
Festigkeit
N/mm3
Bruchdehnung A
480
450*)
30
23»)

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verwendung eines weichmagnetischen Stahls mit hoher magnetischer Induktion und hohem spezifischen elektrischen Widerstand, Alterungsbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und guter Schweißbarkeit der Zusammensetzung
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