一种高性能软磁结构钢板及其制造方法技术

一种高性能软磁结构钢板及其制造方法，通过合金元素的组合匹配设计，并采用Ca处理等技术手段，优化再结晶控轧和离线正火工艺(RCR+N)及后续缓冷工艺，使成品钢板的显微组织为均匀细小的等轴铁素体+珠光体，珠光体含量≤5％，显微组织平均晶粒尺寸在15～25μm，实现了软磁结构钢板的高强度、高韧性、良好的焊接性及优良电磁特性的有机统一，钢板的磁感应强度B3≥0.50T，B

【技术实现步骤摘要】
Quenching))及后续缓冷工艺，使成品软磁结构钢板的晶粒尺寸在10～30μm，获得优异的机械性能、电磁性能和焊接性。-40℃的Akv≥150J，可以采用较大线能量焊接，模拟焊接热影响区(HAZ)-40℃Akv≥50J(模拟参数：峰值温度为1350℃、t
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为50秒、单循环)，满足了在-30℃以下寒冷地区的使用安全；但软磁结构钢板磁感应强度，尤其钢板磁感应强度波动较大(尤其低磁场强度下的磁感应强度波动更大)，影响高速运行磁悬浮列车安全，造成这一现象的成因是钢板TMCP制造工艺所产生的低温相变组织
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贝氏体含量、大小、分布及形貌相相联。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高性能软磁结构钢板及其制造方法，实现软磁结构钢板的较高强度、高韧性、良好的焊接性及优良的电磁特性的有机统一，更重要的是彻底消除软磁结构钢板生产制造、焊接加工过程中出现的磁感应强度波动(尤其低磁场强度条件下磁感应强度剧烈波动)，提高钢板制造工艺及现场焊接工艺性的窗口与工艺适应性，且进一步适配钢板的电磁性能(磁感应强度、电阻率)、力学性能及焊接性；特别适用于磁悬浮轨道梁制造；其不仅有较高的强度、优良的电磁性能和低温韧性、良好的焊接性(焊前无预热、焊后无需消应处理、可以承受较大热输入焊接，焊接热影响区韧性优良)，下屈服强度Rel≥300MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率δ5≥27％，母材横向-20℃冲击功KV2≥47J，焊接热影响区(55kJ/cm)-20℃冲击功KV2(J)≥47J，相对腐蚀率≤60％，又具有高的磁感应强度(B3≥0.50T、B
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≥1.50T)、高电阻率(≥0.35μΩm)以及优良的抗磁时效性、耐大气腐蚀。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0009]本专利技术通过简单的合金元素的组合匹配设计，采用超低C、1.20％～1.50％Si含量、中高Mn含量、高Als含量、Ni和Cr合金化、加入0.008％～0.016％的Ti、控制N含量低于0.0050％、奥氏体稳定化指数Au≥2.70、25≤电阻率成分指数γ≤31、0.90≤成分适配性指数λ≤1.15，并采用Ca理等技术手段。
[0010]具体的，本专利技术所述的高性能软磁结构钢板，其成分重量百分比为：
[0011]C：0.040％～0.070％，
[0012]Si：1.20％～1.60％，
[0013]Mn：0.60％～1.00％，
[0014]P：≤0.013％，
[0015]S：≤0.0030％，
[0016]Cu：0.25％～0.45％，
[0017]Ni：0.20％～0.45％，
[0018]Cr：0.40％～0.60％，
[0019]Ti：0.008％～0.016％，
[0020]N：≤0.005％，
[0021]Als：0.035％～0.070％，
[0022]Ca：0.0010％～0.0035％，
[0023]其余为Fe和不可避免的杂质；且上述元素含量必须同时满足如下关系：
[0024]奥氏体稳定化指数Au≥2.70，其中Au＝2.54+40.53(％C+％N)+0.43(％Cu+％Ni
+％Mn)-0.22(％Als)-2.64(％P+％S)-1.26(％Cr+％Mo)-(％Si)；
[0025]25≤电阻率成分指数γ≤31，其中γ＝6.25(％Mn)+11.3[(％Si)+(％Als)]+6.5(％Cr)+3.17[(％Cu)+(％Ni)]；
[0026]0.90≤成分适配性指数λ≤1.15，其中λ＝[1.67(％Mn)+(％Ni)+0.33(％Cu)]/[1.21(％Si)+0.87(％Als)]。
[0027]本专利技术所述钢板的显微组织为均匀细小的等轴铁素体+珠光体，珠光体含量≤5％，显微组织平均晶粒尺寸在15～25μm。
[0028]本专利技术所述钢板的下屈服强度Rel≥300MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率δ5≥27％，母材横向-20℃冲击功KV2≥47J，焊接热影响区(55kJ/cm)-20℃冲击功KV2(J)≥47J，相对腐蚀率≤60％，磁感应强度B3≥0.50T，B
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≥1.50T，电阻率≥0.35μΩm。
[0029]在本专利技术所述钢板的成分设计中：
[0030]C：C对软磁结构钢的磁感应强度(尤其低磁场强度条件下磁感应强度)、低温冲击韧性及焊接性影响很大，从改善钢的磁感应强度(尤其低磁场强度条件下磁感应强度)、低温冲击韧性及焊接性角度，希望钢中C含量比较低为宜；但从软磁结构钢的强度，更重要的从热轧过程和正火过程的显微组织控制角度，C含量不宜过低，因为软磁结构钢中Si含量比较高，过低C含量(＜0.045％)造成Ac1、Ac3、Ar1、Ar3较高且高温奥氏体单相区过于狭窄，甚至无奥氏体单相区，这给再结晶控轧和正火过程中细化、均匀化显微组织带来较大问题，易形成混晶组织，造成软磁结构钢低温韧性低下和焊接热影响区低温韧性劣化；其次，C含量过低将导致晶粒长大速度变快，造成组织粗化，劣化低温冲击韧性。当C含量过高时，高于0.070％时，由于软磁结构钢中Si含量很高，强烈抑制碳化物析出而促进M-A形成，焊接热影响区(HAZ)M-A岛大量形成，严重劣化HAZ的冲击韧性，更为主要的是钢中C含量高时，钢板的磁感应强度(尤其低磁场强度条件下磁感应强度)急剧劣化。综合以上的因素，并考虑C在铁素体内最大固溶度0.02％左右，因此，C含量合理范围为0.040％～0.070％。
[0031]Si：Si元素可以提高钢的电阻率和磁导率，减小磁致伸缩、涡流损耗及磁滞损耗，软磁结构钢中加入一定量的Si可以极大地提高钢的电磁性能和电阻率，而过低的硅含量不仅(＜1.20％)对减小磁致伸缩、涡流损耗及磁滞损耗不利，而且大幅度降低钢板电阻率，导致侧导板服役过程中涡流急剧增大，侧导板温度急剧上升，侧导板磁感应强度急剧下降，造成侧向力与导向力急剧降低，危机高速磁悬浮列车运行安全；而Si是强铁素体稳定化元素，太多加入Si(＞1.55％)不仅会造成磁感应强度降低，还会造成Ac1、Ac3、Ar1、Ar3较高，更重要的是高温奥氏体单相区过于狭窄甚至无单相奥氏体区，这给热轧和正火的均匀细化组织带来较大问题，易形成混晶组织，造成软磁结构钢低温冲击韧性低下和焊接热影响区低温冲击韧性劣化；其次，Si是钢中的脆化元素，过多合金化不仅给钢本身造成很大的脆性，而且严重损害钢的焊接性，此外Si有抑制C从奥氏体和铁素体中析出，提高钢的淬硬性，促进A/M岛形成，因此，钢中Si含量合理范围为1.20％～1.60％。
[0032]Mn：Mn元素作为合金元素在软磁结构钢中除提高其电阻率、强度和改善韧性外，还具有扩大高温奥氏体单相区，降低Ac1、Ac3、Ar1、Ar3点温度，具有强烈细化再结晶控轧态及正火态铁素体晶粒之作用；但是加入过多Mn(＞1.00％)会降低软磁结构钢的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能软磁结构钢板，其成分重量百分比为：C：0.040％～0.070％，Si：1.2％～1.6％，Mn：0.60％～1.00％，P：≤0.013％，S：≤0.003％，Cu：0.25％～0.45％，Ni：0.20％～0.45％，Cr：0.40％～0.60％，Ti：0.008％～0.016％，N：≤0.0050％，Als：0.035％～0.070％，Ca：0.0010％～0.0035％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；且上述元素含量必须同时满足如下关系：奥氏体稳定化指数Au≥2.70，其中Au＝2.54+40.53(％C+％N)+0.43(％Cu+％Ni+％Mn)-0.22(％Als)-2.64(％P+％S)-1.26(％Cr+％Mo)-(％Si)；25≤电阻率成分指数γ≤31，其中γ＝6.25(％Mn)+11.3[(％Si)+(％Als)]+6.5(％Cr)+3.17[(％Cu)+(％Ni)]；0.90≤成分适配性指数λ≤1.15，其中λ＝[1.67(％Mn)+(％Ni)+0.33(％Cu)]/[1.21(％Si)+0.87(％Als)]。2.如权利要求1所述的高性能软磁结构钢板，其特征是，所述钢板的显微组织为均匀细小的等轴铁素体+珠光体，珠光体含量≤5％，显微组织平均晶粒尺寸在15～25μm。3.如权利要求1或2所述的高性能软磁结构钢板，其特征是，所述钢板的下屈服强度Rel≥300MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率δ5≥27％，母材横向-20℃冲击功KV2≥47J，焊接热影响区(55kJ/cm)-20℃冲击功KV2(J)≥47J，相对腐蚀率≤60％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自成，李红斌，顾晔，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：