СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВ МАГНИТОПРОВОДА Российский патент 1995 года по МПК C21D9/46 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам термической обработки листов магнитопроводов из электротехнической изотропной стали.

Известен способ термообработки листов магнитопровода, в котором оксидирование проводят при 650-720^оС многократно (а.с.СССР N 836157, кл. С 21 D 9/46, 1977). Недостатком этого способа является то, что оксидирование проводится при пониженной температуре, что не позволяет сформировать достаточно крупное зерно в листах магнитопровода и получить высокий уровень магнитных свойств. К тому же при многократном оксидировании формируется толстый оксидный слой, который может отслаиваться, что приводит к повышенным потерям металла.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки листов магнитопровода из холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающий отжиг при 750-950^оС в экзотермическом газе, очищенном от двуокиси углерода и водяных паров, оксидацию проводят при 600-650^оС [1]
Недостатком указанного способа является то, что температура выдержки не зависит от содержания таких элементов, как азот и сера в стали, на базе которых формируются дисперсные включения нитриды и сульфиды. Эти включения эффективно тормозят миграцию границ зерен. Повысить движущую силу миграции зерен можно подбором температуры выдержки в зависимости от содержания азота и серы в стали.

Цель изобретения повышение уровня магнитных свойств листов магнитопроводов.

Цель достигается тем, что при суммарном содержании азота и серы до 0,010 мас. выдержку осуществляют при 750-780^оС, а при суммарном содержании азота и серы выше 0,010 мас. выдержку осуществляют при 781-880^оС, при этом выдержку проводят в "бедном" увлажненном экзогазе при соотношении парциальных давлений водяного пара и водорода, выбранном в зависимости от суммарного содержания кремния и алюминия по формуле:
PH₂O: PH₂ 0,2(Si + Al) 0,1, где РН₂О парциальное давление в контролируемой атмосфере водяного пара;
РН₂ парциальное давление в контролируемой атмосфере водорода;
0,2 эмпирический коэффициент, 1 мас.

Si содержание кремния в стали, мас.

Al содержание алюминия в стали, мас.

0,1 эмпирический коэффициент, а если выдержку осуществляют в "богатом" экзогазе, то соотношение парциальных давлений окиси и двуокиси углерода должно быть
РСО:PCO₂ 0,4-0,6
Экспериментально установлено, что подбор температуры выдержки в зависимости от содержания в стали азота и серы, а также окисление углерода стали за счет увлажнения "бедного" экзогаза при определенном соотношении парциальных давлений водяного пара и водорода или при соотношении парциальных давлений окиси и двуокиси углерода РСО:РСО₂ 0,4-0,6 в "богатом" экзогазе формирует оптимальную структуру листов магнитопровода, которая обеспечивает высокий уровень магнитных свойств и повышение энергопараметров электрических машин.

Для термообработки используется сталь, изготовленная по следующей технологической схеме: выплавка стали в конвертере или электропечи, разливка на УНРС, горячая прокатка, травление, первая холодная прокатка на промежуточную толщину, рекристаллизационный отжиг при 600-700^оС, вторая холодная прокатка с обжатием 1-6% на конечную толщину. После вырубки листов магнитопроводов при суммарном содержании азота и серы до 0,010 мас. выдержка осуществляется при 750-780^оС, а при суммарном содержании азота и серы выше 0,010 мас. выдержка осуществляется при 781-880^оС. Увеличение температуры выдержки при отжиге листов магнитопровода с повышением суммарного содержания серы и азота увеличивает движущую силу роста зерен и способствует формированию оптимальной структуры для получения высокого уровня магнитных свойств.

Причем выдержку проводят в "бедном" увлажненном экзогазе при соотношении парциальных давлений водяного пара и водорода, выбранном в зависимости от суммарного содержания кремния и алюминия по формуле
РН₂: РН₂О 0,2(Si + Al) 0,1, где РН₂О парциальное давление в контролируемой атмосфере водяного пара;
РН₂ парциальное давление в контролируемой атмосфере водорода;
0,2 эмпирический коэффициент, 1 мас.

Si содержание кремния в стали, мас.

Al содержание алюминия в стали, мас.

0,1 эмпирический коэффициент.

С увеличением суммарного содержания кремния и алюминия для обеспечения достаточно полного обезуглероживания стали (С_ост. 0,005%) необходимо увеличение окислительного потенциала РН₂:РН₂О контролируемой атмосферы во время выдержки. Это способствует разрыхлению поверхностного слоя окислов кремния и алюминия, затрудняющего диффузию углерода к поверхности листов.

Выдержка в "богатом" экзогазе при соотношении парциальных давлений окиси и двуокиси углерода РСО:РСО₂ 0,4-0,6 обеспечивает достаточно полное обезуглероживание (С_ост ≅ 0,005%) листов магнитопровода.

Подбор в зависимости от суммарного содержания серы и азота температуры выдержки, которая осуществляется в обезуглероживающей атмосфере в "бедном" увлажненном экзогазе при соотношении парциальных давлений водяного пара и водорода, выбранном в зависимости от суммарного содержания кремния и алюминия, или в "богатом" экзогазе при определенном соотношении парциальных давлений окиси и двуокиси углерода позволяет получить оптимальную структуру листов магнитопровода и, соответственно, высокий уровень магнитных свойств.

Способ опробован в промышленных условиях. Металл, выплавленный в электропечи или конвеpтере, имел следующий химический состав, мас. углерод до 0,06; кремний 0,7-0,2; алюминий 0,2-0,5; сера до 0,025; азот до 0,015. После разливки на УНРС нагретые в методических печах слябы прокатывали до толщины 1,5-2,5 мм, травленные полосы подвергали холодной прокатке на промежуточную толщину, рекристаллизационный отжиг проводили при 650^оС с выдержкой в течение 20 ч, вторую холодную прокатку осуществляли с околокритическими обжатиями 2-5% затем полосу распускали на ленту, из которой вырубали листы магнитопровода, последующую окончательную термообработку листов магнитопровода проводили согласно предлагаемому способу и измеряли магнитные свойства по стандартной методике.

П р и м е р 1 (таблица). Так как суммарное содержание серы и азота составляет 0,008 мас. то листы магнитопровода отжигали при температуре выдержки Т_в 750^оС в "богатом" экзогазе при соотношении парциальных давлений окиси и двуокиси углерода РСО:РСО₂ 0,4. Затем проводили оксидацию листов магнитопровода. Такой режим обработки позволяет обезуглеродить металл (С_ост. 0,004 мас.) и получить достаточно крупное однородное зерно (d_ср.150 мкм) и высокий уровень магнитных свойств (Р_1,5/50 4,4 Вт/кг; В₂₅₀₀ 1,66 Тл).

П р и м е р 2. Поскольку суммарное содержание серы и азота составляет 0,010 мас. то листы магнитопровода отжигали при температуре выдержки Т_в. 780^оС в "бедном" увлажненном экзогазе при соотношении парциальных давлений водяного пара и водорода, определяемом по формуле РНО₂:РН₂ 0,2 (1,4 + 0,4) 0,1 0,27. После охлаждения проводили оксидацию листов магнитопровода на воздухе. Такой режим обработки позволяет обезуглеродить металл (С_ост. 0,003 мас. ) и по-лучить достаточно крупное однородное зерно (d_ср. 170 мкм) и высокий уровень магнитных свойств (Р_1,5/50 4,2 Вт/кг, В₂₅₀₀1,65 Тл).

П р и м е р 3. Так как суммарное содержание серы и азота составляет 0,016 мас. то листы магнитопровода отжигали при температуре выдержки Т_в 880^оС в "богатом" экзогазе при соотношении парциальных давлений окиси и двуокиси углерода РСО: РСО₂ 0,60. Затем после охлаждения проводили оксидацию листов магнитопровода на воздухе. Такой режим обработки позволяет обезуглеродить металл (С_ост.0,004 мас.) и получить достаточно крупное однородное зерно (d_ср. 180 мкм) и высокий уровень магнитных свойств (Р_1,5/504,0 Вт/кг; В₂₅₀₀ 1064 Тл).

В случае отклонения от рекомендуемых режимов (таблица, примеры 4-8) цели изобретения достигнуть не удалось.

Пpи уменьшении температуры выдержки до 730^оС (пример 4), т.е. ниже нижнего предела, замедляется процесс обезуглероживания стали, поэтому повышается содержание остаточного углерода (С_ост.0,008 мас.) и формируется мелкозернистая структура стали, для которой характерен пониженный уровень магнитных свойств (Р_1,5/50 4,9 Вт/кг; В₂₅₀₀ 1,63 Тл). Повышение температуры выдержки при отжиге (пример 5) также приводит к замедлению процесса обезуглероживания листов магнитопровода (С_ост. 0,007 мас.), формированию неоднородной структуры со средним диаметром зерна d_ср. 110 мкм и пониженным уровнем магнитных свойств (Р_1,5/50 4,7 Вт/кг; В₂₅₀₀ 1,63 Тл).

Определение отношения парциальных давлений водяного пара к водороду не по эмпирической зависимости (пример 6) приводит к повышенному внутреннему окислению в поверхностных слоях кремния и алюминия, что способствует измельчению зерна в этих зонах, замедлению обезуглероживания (С_ост. 0,006 мас.) и снижению уровня магнитных свойств (Р_1,5/50 4,6 Вт/кг; В₂₅₀₀ 1,63 Тл).

При уменьшении отношений парциальных давлений окиси и двуокиси углерода до 0,30 (пример 7), т.е. ниже нижнего предела, снижается окислительный потенциал контролируемой атмосферы, что приводит к замедлению процесса обезуглероживания стали, повышенному содержанию остаточного углерода (С_ост. 0,008 мас. ), формированию мелкозернистой структуры (d_ср.115 мкм) и, соответственно, пониженному уровню магнитных свойств (Р_1,5/50 4,8 Вт/кг; В₂₅₀₀ 1,63 Тл). Повышение отношения парциальных давлений окиси и двуокиси углерода до 0,70 (пример 8), т.е. выше верхнего предела, приводит к повышенному окислению в поверхностных слоях кремния, алюминия и частично железа. Образующийся с поверхности слой окислов затормаживает процесс обезуглероживания листов магнитопровода, вследствие чего увеличивается содержание остаточного углерода (С_ост. 0,007 мас.) и формируется структура с мелким зерном (d_ср. 120 мкм) и с пониженным уровнем магнитных свойств (Р_1,5/50 1,63 Тл).

Таким образом, отклонения от предлагаемых режимов приводят к замедлению процесса обезуглероживания, формированию мелкозернистой структуры и снижению уровня магнитных свойств.

При обработке листов магнитопровода по известному способу в пределах прототипа (пример 9) получено высокое остаточное содержание углерода (С_ост. 0,030 мас. ), мелкозернистая структура с низким уровнем магнитных свойств (Р_1,5/50 6,0 Вт/кг; В₂₅₀₀ 1,60 Тл).

Как видно из таблицы, только в случае соблюдения предлагаемых режимов (таблица, примеры 1-3) достигается цель изобретения, вследствие чего параметры предлагаемого способа следует считать существенными.

Таким образом применение предлагаемого способа с соблюдением заниженных параметров обеспечивает по сравнению с прототипом при термообработке листов магнитопровода существенное повышение уровня магнитных свойств. Магнитная индукция (B₂₅₀₀) повышается на 0,04 Тл, удельные потери (Р_1,5/50) снижаются на 1,60 Вт/кг.

Использование: при термической обработке листов магнитопроводов из электротехнической изотропной стали. Способ включает нагрев, выдержку, охлаждение в атмосфере очищенного и осушенного экзогаза и оксидацию, при этом при суммарном содержании азота и серы до 0,010 мас. выдержку осуществляют при 750-780°С, а при суммарном содержании азота и серы выше 0,010 мас. при 781-880°С. Кроме того выдержку проводят в увлажненном экзогазе при соотношении парциальных давлений водяного пара и водорода, выбранном в зависимости от суммарного содержания кремния и алюминия по формуле: (PH₂O)=0,2(Si+Al)-0,1, где PH₂O парциальное давление в контролируемой атмосфере водяного пара; PH₂ парциальное давление в контролируемой атмосфере водорода; 0,2 эмпирический коэффициент, 1 мас. Si содержание кремния в стали, мас. Al содержание алюминия в стали, мас. 0,1 эмпирический коэффициент. Также выдержку осуществляют в экзогазе при соотношении парциальных давлений окиси и двуокиси углерода PCO:PCO₂=0,4-0,6. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВ МАГНИТОПРОВОДА, включающий нагрев листов из стали, содержащей: 0,7 2,0 мас. кремния, 0,2 0,5 мас. алюминия, до 0,06 мас. углерода, азот и серу, выдержку и охлаждение в атмосфере очищенного и осушенного экзогаза, оксидацию, отличающийся тем, что при суммарном содержании азота и серы до 0,010 мас. выдержку осуществляют при 750 780^oС, а при суммарном содержании азота и среды выше 0,010 мас. - при 781 880^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку проводят в экзогазе при соотношении парциальных давлений водяного пара и водорода, соответствующем зависимости

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку осуществляют в экзогазе при отношении парциальных давлений оксида и диоксида углерода 0,4 0,6.