KR100438996B1

KR100438996B1 - 고-에너지 용접 가능한 연자성강 및 자기 부상 철로의 부품으로서 그의 용도

Info

Publication number: KR100438996B1
Application number: KR10-1999-7000831A
Authority: KR
Inventors: 슈리버우도; 췌어지히한스-요하힘
Original assignee: 테센 스타흘 악팅게젤샤프트
Priority date: 1996-08-10
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 2004-07-03
Also published as: GR3036398T3; WO1998006882A1; DE19632370C2; CN1227613A; ZA977118B; PT917595E; EP0917595A1; KR20000029728A; US6287395B1; DE19632370A1; AU709094B2; CA2262845C; CA2262845A1; ES2159873T3; CN1072274C; AU3851197A; HK1021650A1; ATE202157T1; EP0917595B1; DK0917595T3

Abstract

본 발명은 용접 접합의 열영향 부에서 고 인성, 와류 전류를 감소시키는 높은 비 전기저항, 시효 저항성 및 내후성을 가진 고-에너지 용접 가능한 연자성 강에 관한 것이다.

Description

고-에너지 용접 가능한 연자성강 및 자기 부상 철로의 부품으로서 그의 용도{HEAVY DUTY SOFT MAGNETIC STEEL SUITABLE FOR WELDING AND ITS USE IN PARTS OF MAGNETIC LEVITATIONAL RAILWAYS}

구조용강의 용접시 재료의 열 응력에 의하여 용융 라인 근방의 좁은 영역에서 조대한 결정립 조직이 형성되어, 인성 특성을 손상시킨다. 결정립의 크기 및 조대한 결정립 영역의 폭은 용접시 단위 길이 당 에너지에 의해 영향을 받는다. 단위 길이 당 에너지의 증가는 결정립의 크기를 증가시키고, 결과적으로, 노치 시편 충격 시험에서 흡수된 에너지는 저하한다. 한편으로, 용접의 경제적인 측면에서는 단위 길이 당 에너지가 증가하는 것이 바람직하고, 다른 한편으로, 구성 요소의 안전성을 위해서는 열 영향부의 고 인성이 바람직하므로, 열 영향부에서 인성에 대해 어떠한 허용 손실 없이 단위 길이 당 높은 에너지로 용접할 수 있는 강들에 대한 수요가 높다. "Thyssen Techn. Berichte"(Thyssen 기술 보고서), 1/85 권, 페이지 42 내지 49.

미세 결정립 구조용 강의 제조시 오스테나이트립 성장을 방해할 수 있는 미세한 석출물의 효과를 이용하는 방법이 오랫동안 사용되어 왔고, 알루미늄 질화물 뿐만아니라 니오비움과 티타늄의 질화물, 탄화물 및 탄질화물 등이 입계 이동을 방해함으로써 오스테나이트립의 성장을 방해한다. 용접시 열 응력이 발생되는 경우, 대부분의 석출물들은 용해되고, 따라서 비효율적이다. 단지 티타늄 질화물은 1400℃ 이상의 온도에서도 안정하게 남아 있는다. 상기 오스테나이트립 성장 방해에 대한 티타늄 질화물의 영향은 질화물의 양, 크기 및 분포에 의존한다. 상기 티타늄 질화물의 분산 상태는 주조 후 강의 냉각 조건 뿐만 아니라 티타늄 및 질소의 함량에 영향을 받는다. 0.020μm 보다 적은 입경을 가진 미세한 티타늄 질화물 석출물은, 0.03% 보다 적은 티타늄 함량 및 2 내지 3.4의 티타늄/질소 비율에서 생성된다. 상기 필수 조건에서, 용접시 상기 오스테나이트립 성장에 대해 가장 효율적인 방해가 달성된다.

본 발명은, 용접 접합의 열영향 부에서 고-인성, 전류 와류를 감소시키는 높은 비 전기저항과, 시효 저항성 및 내후성을 가진 고 에너지 용접 가능한 연자성 강뿐만 아니라, 운반력, 안내력 또는 구동력을 흡수하는 자기 부상 철로의 부품, 특히 측부 안내 레일으로서의 그의 용도에 관한 것이다.

부식저항 및 자기 특성에 적합하도록 합금 함량이 조절된 강들은, 열 영향부에서 인성의 손실 없이, 단위 길이 당 높은 에너지로 용접될 수 없다. 따라서, 본 발명은, 한편으로는 인성의 손실 없이 단위 길이 당 높은 에너지로 고-에너지 용접을 실시할 수 있고, 다른 한편으로는 높은 비 전기 저항, 시효 저항성 및 내후성에 관계된 요건을 만족할 수 있는 연자성강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라 다음과 같은 화학 성분(질량 퍼센트)을 가진 강에 의해 성취된다.

0.65 내지 1.0% 미만의 Cr,

1.0 초과 내지 2.0%의 Si,

0.25 내지 0.55%의 Cu,

0.003 내지 0.008%의 N,

0.15 내지 0.6% 미만의 Mn,

0.02 내지 0.07%의 Al,

0.01 내지 0.02%의 Ti,

0.15% 이하의 C,

0.045% 이하의 P,

잔부 Fe 및 불가피한 불순물.

상기 강은 바람직하게 다음과 같은 성분을 가진다.

0.75 내지 0.85%의 Cr,

1.60 내지 1.80%의 Si,

0.25 내지 0.35%의 Cu,

0.003 내지 0.008%의 N,

0.30 내지 0.40%의 Mn,

0.040 내지 0.07%의 Al,

0.01 내지 0.02%의 Ti,

0.05 내지 0.08%의 C,

0.005 내지 0.02%의 P,

잔부의 Fe 및 불가피한 불순물.본 발명의 강에 대한 화학 조성의 한정 이유는 다음과 같다.본 발명에 따른 강의 C 함량은, 필요한 자속 밀도 확보를 위하여, 상한이 0.15%로 한정된다.Cr은, 충분한 내식성 확보를 위하여, 본 발명에 따른 강에 0.65% 이상 첨가되며, 또한, 내후성을 손상시키지 않으면서 강의 자기적 성질을 향상시키기 위하여, 1.0% 미만으로 첨가된다. Cr이 그 이상으로 첨가되면, 자기 유도를 현저하게 손상시킨다.Si는, 강의 자기적 성질을 향상시키기 위하여, 본 발명에 따른 강에 1.0% 초과하는 함량이 함유된다. 그러나, 자기적 거동을 너무 손상시키지 않기 위해서는, Si 함량은 최대 2.0%로 한정되어야 한다. 그 뿐만이 아니라, 비교적 Si 함량을 증가시킬 경우에는, 내식성 확보를 위해 첨가되는 Cr의 첨가를 제한하는 것이 가능하다.0.25% - 0.55%의 범위의 비교적 소량의 Cu는, 내후성을 실질적으로 개선시키기에 충분하다.Al은, N을 고정하기 위하여 본 발명의 강에 첨가되어, 강의 자기적 성질을 손상시키는 질화철의 형성을 방지한다. 자기적 데이터에 바람직하지 않은 영향을 미치지 않으면서 전기 저항을 증가시키기 위해서는, 과잉의 Al이 강 내에 존재하여야 한다.강의 알루미늄 질화물이 자기 유도에 영향을 미치므로, N 함량의 상한은 0.008%로 설정된다. 그러나, 고속 용접에 대한 요건을 만족하기 위해서는, 본 발명에 따른 Ti 함량과 결합하는 N 함량은 0.003% 이상, 바람직하게는 0.005%가 첨가된다.Ti는, 용접시에 오스테나이트립의 성장을 방해하기 위하여, 본 발명에 의한 강에 0.01% ~ 0.02% 범위의 양이 첨가된다. Ti를 함유하지 않는 경우에는, 용접 에너지가 도입되어 강의 가열에 의해 오스테나이트립이 영향을 받게 된다.P는 강의 내후성 확보를 위하여 첨가된다. 그러나, 강의 자기적 성질을 손상시키지 않으면서 동시에 양호한 용접성을 확보하기 위해서는 0.005% - 0.02%의 범위로 한정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 강은 상기 문제를 해결한다. 한편으로, 고-에너지 용접에 대한 분석적인 요건을 만족하고, 다른 한편으로는, 예를 들면 높은 비 전기저항, 시효 저항성 및 내후성에 관하여 자기 부상 철로의 베어링 및 안내 부재용 재료에 대한 요건을 만족한다.

유사한 성분의 연자성 강이 DE 30 09 234 C2로부터 알려져 있지만, 고- 에너지 용접, 예를 들면, 단위 길이 당 높은 에너지로 용접하는 것은 적당하지 않다. 자기 부상 철로의 이송로가 길다는 점을 고려한다면, 상기 강들의 용접 작업시 단위 길이 당 높은 에너지는, 빠른 속도로 용접이 가능하기 때문에 상당히 상업적으로 중요하다.

본 발명에 따른 상기 강은 주조, 압연, 노어멀라이징에 의해 생산되거나 노어멀라이징 압연 및 가속화된 냉각에 의해 생산되어진다. 높은 에너지 용접의 적합성에 관한 요건을 만족하기 위해서, 본 발명에 따른 강의 티타늄 함량을 바람직하게 0.01 내지 0.02%로 설정하고 질소 함량을 0.005 내지 0.008%로 설정하는 것이 바람직하고, 티타늄/질소 비율을 2 내지 4로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 요건 하에서, 고입열 용접시 오스테나이트립 성장에 대한 가장 효율적인 방해가 달성된다.

티타늄을 함유한 연자성강의 본 발명 합금 결과로서, 전술된 용접성의 개선이 동시에 높은 전기저항과 조합된다는 점이 특징이다. 상기 높은 전기저항은 전류 와류 손실을 최소화함으로써 상기 자기 부상 철로의 작동시 낮은 전력 소모를 확보한다.

본 발명에 따른 상기 강은 상당히 더욱 효율적으로 처리될 수 있고 결과적으로 우수한 전기 특성은 작동 조건 하에서 적은 전류 와류 손실을 발생시킨다.

전술된 특성의 결과로서, 본 발명에 따른 상기 강은 베어링력, 안내력 및 구동력을 흡수해야 하는 측면 안내 레일과 같은 자기 부상 철로의 부품으로서 가장 적당하다.

본 발명에 따른 강의 일례가 표 1에 주어졌다.

질량 퍼센트로 화학성분

강	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

DE 30 09 234 C2에 준하여 티타늄이 함유되어 있지 않은 종래 강과 본 발명에 따른 강의 특성을 비교할 목적으로, 전술된 용강으로부터 30mm의 강판이 압연된 후 노어 멀라이징되었다. 강 D는 0.07% C, 1.73% Si, 0.36% Mn, 0.013% P, 0.003% S, 0.006% N, 0.07% Al, 0.77% Cr, 잔부 Fe로 구성되었다.

표 2에 요약은, 강 A, B 및 C가, 비교로 사용된 티타늄이 함유되지 않은 종래 강 D에 비하여, 대등하고 바람직한 자기 및 전기 특성을 가지고 있음을 나타낸다.

인장 및 노치 시편 충격 벤딩 시험으로부터의 기계적 특성을 티타늄이 함유되어 있지 않은 종래 강 D의 특성과 비교하여 표 3에 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따른 강 A, B 및 C는 종래 강 D로부터 그들의 기계적 특성에 관해서는 실질적으로 다르지 않다.

용접 접합의 열 영향부에서 인성을 조사하기 위해 상기 열 영향부의 조직이 용융 라인에 근접하여 존재하는 것으로 시뮬레이션되었다. 상기 시뮬레이션은 1350℃의 최고 온도 및 냉각 시간 t_8/s= 50초로 이루어졌다. 상기 노치 시편 충격 벤딩 시편에 대한 시뮬레이션 시험의 결과를 도 1에 나타내었다. 티타늄이 함유되어 있지 않은 종래 강 D에 비하여, 본 발명에 따른 강이 우수하다는 점을 명확히 알 수 있다.

기계적 특성의 비교

강	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	-
노치 시편충격 시험(ISO-V) [J]
-20 C	-	13	-	-
0 C	12	57	13	-
10 C			117
20 C	72	147	149	95
50 C	233	221	205
100 C	275	294	281
150 C	289	298	314

열처리: 10분 950℃/AC

시편 위치: 횡방향; 1/4 강판 두께

결과적으로 티타늄 첨가 합금은 바람직한 기계적 및 자기적 특성 손상 없이 연자성 강의 용접성 개선을 이루는 것이 가능하다.

Claims

질량 퍼센트로,

0.65 내지 1.0% 미만의 Cr,

1.0 초과 내지 2.0%의 Si,

0.25 내지 0.55%의 Cu,

0.003 내지 0.008%의 N,

0.15 내지 0.6% 미만의 Mn,

0.02 내지 0.07%의 Al,

0.01 내지 0.02%의 Ti,

0.15% 이하의 C,

0.045% 이하의 P,

잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되며, 용접 접합의 열영향 부에서 고 인성, 와류 전류를 감소시키는 높은 비 전기저항, 시효 저항성 및 내후성을 가진 것을 특징으로 하는 고-에너지 용접 가능한 연자성강.
질량 퍼센트로,

0.75 내지 0.85%의 Cr,

1.60 내지 1.80%의 Si,

0.25 내지 0.35%의 Cu,

0.003 내지 0.008%의 N,

0.30 내지 0.40%의 Mn,

0.040 내지 0.07%의 Al,

0.01 내지 0.02%의 Ti,

0.05 내지 0.08%의 C,

0.005 내지 0.02%의 P,

잔부의 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고-에너지 용접 가능한 연질 자성강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 티타늄/질소의 비율이 2.0 내지 4.0인 것을 특징으로 하는 고-에너지 용접 가능한 연질 자성강.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조성으로 이루어진 강을, 지지력, 안내력 또는 구동력을 흡수해야 하는 자기 부상 철로의 부품용으로 사용하는 용도.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조성으로 이루어진 강을, 지지력, 안내력 또는 구동력을 흡수해야 하는 측부 안내 레일용으로 사용하는 용도.