СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ КУБИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИОННОЙ ТЕКСТУРЫ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО ОТЖИГА В ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЖЕЛЕЗОКРЕМНИСТОЙ ТЕКСТУРОВАННОЙ СТАЛИ И СПЛАВАХ Российский патент 2003 года по МПК C21D8/12 C21D9/663 C21D1/26 

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к производству холоднокатной тонколистовой электротехнической текстурованной железокремнистой стали, используемой в качестве магнитопроводов.

Наличие кристаллографической кубической ориентационной текстуры отжига в железокремнистой электротехнической стали (2,3-3,5 Si) является важнейшим фактором для улучшения магнитных характеристик магнитопроводов.

Способ может быть применен при окончательном высокотемпературном рекристаллизационном отжиге в печах колпакового типа, холоднокатаного тонколистового материала с термостойким покрытием.

Известен "Способ получения высокотекстурованной ребровой холоднокатаной железокремнистой трансформаторной стали" (см. патент 2121515), который может быть принят в качестве прототипа. Способ достигается тем, что перед окончательным рекристаллизационным отжигом, при прокатке на конечную толщину, в прокате получают предварительно упругорастягивающие напряжения, реализуемые при рекристаллизационном отжиге, для получения ребровой текстуры высокого совершенства.

Отсутствие в настоящее время стройной теории текстурообразования при горячей деформации непрерывно литых заготовок, а также после холодной деформации, в процессе осуществления первичной и вторичной рекристаллизаций, затрудняет определение путей дальнейшего совершенствования технологии и обеспечения гарантированного уровня магнитных характеристик электротехнических сталей.

Согласно одним данным текстура деформации не влияет на совершенство ребровой текстуры отжига, в частности при вторичной рекристаллизации.

Согласно другим данным имеется связь между степенью деформации и текстурой первичной и вторичной рекристаллизации на совершенство ребровой текстуры.

Имеется утверждение, что при холодной деформации трудно изменить характер ребровой текстуры в сторону получения кубической текстуры, варьируя условиями прокатки или иными приемами технологических переделов.

Как показывает практика любое возможное варьирование, в сторону желания получить кубическую текстуру отжига, приводит (почему-то) к получению преобладающей ребровой текстуры.

По устоявшимся технологическим приемам устойчиво формируется ребровая текстура и промышленность вынуждена пользоваться уже десятки лет этим материалом, не нашла возможности, на базе железокремнистого материала, получать достойную времени, кубическую текстуру, отвечающую высоким значениям магнитной проницаемости, так необходимой для приборов, работающих в области слабых и средних магнитных полей. Например: трансформаторы тока, реле, усилители и ряд др. приборов автоматики.

Поиск объяснения - почему стойко формируется только ребровая текстура отжига, причем упорно при высокотемпературном рекристаллизационном отжиге, и неудачи поиска получения кубической текстуры отжига, натолкнули на версию, что на формирование ребровой текстуры, каким-то образом, действует гравитационное поле Земли и участвует в построении атомной решетки получаемого материала.

Принятая версия легко подтвердилась экспериментальным путем.

Удалось изменить ориентационное направление взаимодействия гравитационного поля Земли, по отношению к матрице холоднокатаного тонколистового материала, и была получена кубическая текстура отжига высокого совершенства.

После экспериментальной проверки принятой версии оказалось, что принятая версия открывает дверь в ранее неизвестную область построения атомной решетки в кристаллических материалах, в которых присутствуют кремний и медь. Построение атомной решетки кристаллов, при первичной и вторичной рекристаллизациях, и по-видимому при кристаллизации из расплава, осуществляется под взаимодействием гравитационного поля Земли. Гравитационное поле устанавливает определенный порядок в атомной решетке кристаллов.

Известно, что из четырех взаимодействий материального мира - гравитационного, электромагнитного, сильного - ядерного и слабого - универсальным является только гравитационное. Всемирному тяготению подвержены все частицы материального мира.

Теперь объяснение формирования стойкой ребровой текстуры отжига, в железокремнистых материалах, в присутствии еще и меди, становится очевидным на фоне взаимодействия атомов с гравитационным полем.

Присутствие в магнитомягких материалах кремния и меди смещают центр тяжести в каждой отдельной из элементарных частиц атомной решетки, в сторону одного из ребер элементарного куба. В силу этого каждая из элементарных частиц атомной решетки стремится развернуться ребром элементарного куба в сторону взаимодействия с гравитационным полем.

Этому способствуют еще ряд условий, при которых осуществляется высокотемпературный рекристаллизационный отжиг.

Отжигу подвергаются холоднокатаные высоконагартованные тонкие листы железокремнистого материала, которые уже по своей природе стремятся избавиться от запредельных внутренних напряжений в своей матрице деформированных прокаткой кристаллов. Этому способствует высокая температура рекристаллизации (до 1300^oС и время действия высокой температуры (160 ч). А если еще проводилась прокатка на конечную толщину с получением в прокате предварительно упругорастягивающих напряжений, то они дополнительно способствуют совершенству текстуры, вдоль направления прокатки и, в то же время, оказывают помощь в ориентации фрагментов матрицы листа в направление гравитационного поля.

Замечено, что на ориентацию отдельных фрагментов матрицы листа, в сторону направления гравитационного поля, оказывают: вибрация фундамента стенда колпаковой печи, от рядом со стендом работающего электропривода и переменное электромагнитное поле, от навесных электронагревателей, если под колпаком печи не установлен защитный металлический муфель.

Задачей предложенного способа является получение кубической текстуры рекристаллизационного отжига на базе ранее неизвестного действия гравитационного поля Земли, которое способствует построению, в определенном порядке, атомной решетки кристаллических материалов.

Эта задача состоит в том, что в колпаковую печь высокотемпературного рекристаллизационного отжига загрузку пачек листового холоднокатаного железокремнистого материала проводят не как обычно - путем установки пачек планшетного листового материала в горизонтальном положении, когда гравитационное поле способствует формированию ребровой текстуры отжига, а устанавливают пачки тонколистового планшетного материала под углом 45^o к горизонтали на специальных подставках, т.е. к направлению действия гравитационного поля под углом 45^o к плоскости листа, и проводят обычный полный цикл рекристаллизационного высокотемпературного отжига.

Это вызвано необходимостью, т.к. нет иной другой возможности, при высокотемпературном рекристаллизационном отжиге, изменить направление взаимодействия гравитационного поля, на построение в определенном порядке, атомной решетки железокремнистого материала, собранного в полновесные пачки и уложенные на стенде печи в горизонтальном положении. Оказалось достаточным изменить пространственное ориентационное положение пачек в рабочем объеме печи - уложив их под углом 45^o к горизонтали, на специальные подставки, т.к. на этот же угол изменится взаимодействие гравитационного поля. В результате рекристаллизационный отжиг осуществляется как и в обычном порядке, но текстура отжига, по отношению плоскости листа, формируется кубической.

Если же при прокатке были получены предварительные упругорастягивающие напряжения, способствующие совершенствованию текстуры вдоль направления прокатки и в плоскости прокатки, то текстура высокотемпературной рекристаллизации становится кубической и высокосовершенной.

Изложенное поясняется примером экспериментальных проверок версии взаимодействия гравитационного поля на построение, в определенном порядке, атомной решетки в железокремнистом материале.

Для этого из ряда партий металла текущего производства были отобраны по несколько листов металла, готового для посадки на высокотемпературный рекристаллизационный отжиг. Отобранные листы были порезаны на карты, из которых можно было изготовить пробы для магнитных измерений и образцы на зерновую структуру и ориентационную текстуру отжига.

Все партии были разделены на два варианта пространственного положения экcпepимeнтaльныx партий по отношению направления взаимодействия гравитационного поля. По первому варианту экспериментальные партии загружались в печь отжига в обычном порядке. По второму варианту экспериментальные партии проб загружались на специальных подставках, изготовленных под углом 45^o к горизонтали. Отжиг проводился по обычному, годами установившемуся режиму.

Испытания экспериментальных партий подтвердили версию влияния гравитационного поля на получение кубической текстуры при высокотемпературном отжиге.

Наличие кубической текстуры высокого совершенства в экспериментальных партиях, рекристаллизованных под углом 45^o к направлению действия гравитационного поля, в сравнении с экспериментальными партиями рекристаллизованных в обычных условиях - загруженных горизонтально, подтверждаются испытаниями на удельные потери по Р_15/50 и на совершенство ориентационной текстуры рекристаллизационного отжига в планшетной плоскости листа.

Испытания экспериментальных образцов на удельные потери в толщине листов 0,27 мм, загруженных в печь под углом 45^o к направлению действия гравитационного поля, показали потери, по Р_15/50=0,68-0,76 Вт/кг.

Испытания экспериментальных образцов на удельные потери в толщине листов 0,27 мм, загруженных в печь в обычном порядке - горизонтально, к направлению действия гравитационного поля, показали по Р_15/50=0,87-0,94 Вт/кг.

Испытание образцов, соответственно, в толщине 0,35 мм показали потери по Р_15/50=0,74-0,87 и 1,03-1,10 Вт/кг.

Испытание образцов на совершенство ориентационной текстуры ребра и куба, загруженных в печь под углом 45^o, показали 86-92% кубической текстуры рекристаллизационного отжига.

Испытания образцов на совершенство ориентационной текстуры ребра и куба, загруженных в печь в обычном порядке - горизонтально к направлению действия гравитационного поля, показали 72-78% ребровой текстуры отжига.

Формирование ребровой или кубической текстуры при высокотемпературном рекристаллизационном отжиге, как стало известно, зависит только, и только, от направления взаимодействия гравитационного поля, действующего на матрицу деформированных кристаллов тонколистового материала. Загружая в печь пачку листового материала горизонтально, получают ребровую текстуру отжига. Когда элементарный куб располагается в матрице листа направлением ребра к плоскости листа, загружена пачка под углом 45^o к направлению действия гравитационного поля и плоскость элементарного куба в матрице листа совмещается с планшетной плоскостью листа.

Практически уже при кристаллизации расплава, при получении неприрывнолитых заготовок, ось каждого из элементарных кубиков [III] 3 (см. фиг.1 и 2) совмещается с осью взаимодействия гравитационного поля, в сторону направления одного из ребер элементарного куба.

Формирование кристаллической матрицы неприрывнолитого слитка пока еще не имеет своей определенной выраженной текстуры кристаллизации, но уже есть тенденция формирования текстуры в сторону продольной оси непрерывнолитого слитка.

При горячей прокатке слитка, в ряде пропусков между прокатными валками, а затем в холодном состоянии, с дробным обжатием полосы на многоклетьевом стане, с промежуточным рекристаллизационным отжигом, текстура деформации матрицы полосы, с каждым отдельным переделом, усовершенствуется в сторону направления оси прокатки, но еще нет и намека на какую-либо ориентационную текстуру в плоскости листа - ребровую или кубическую.

На высокотемпературный рекристаллизационный окончательный отжиг, на готовый продукт, металл поступает в виде холоднокатаного тонколистового проката, со сверх предела нагартованной матрицей деформированных кристаллов, т. е. уже готовых под действие гравитационного поля. Только нужно чуть подтолкнуть и кристаллы выстраиваются в определенном порядке, в зависимости от направления взаимодействия гравитационного поля.

Имеются предпосылки, которые должны быть проверены экспериментально, что получение многих кристаллических ферромагнитных и диамагнитных материалов, для электротехнической и электронной промышленностей, содержащих кремний, медь и ряд других сопутствующих химических элементов, работающих в электромагнитных полях или являются проводниками или полупроводниками электричества, то они также подвержены взаимодействию гравитационного поля при высокотемпературных технологических процессах получения готового продукта.

Гравитационное поле в технологических процессах получения кристаллических материалов может влиять на их рабочие характеристики, как в сторону их улучшения так и в сторону их ухудшения.

В силу этого, на данном этапе времени, требуется контроль влияния гравитационного поля на технологические процессы получения ряда материалов, связанных с работой их в электромагнитных полях, в качестве магнитопроводов с высокой проницаемостью проводников и полупроводников электрического тока, а также материалы с фотоэлектрическим эффектом.

Широкий спектр влияния гравитационного поля Земли на многие технологические процессы, формирования различного рода атомных решеток в получаемых материалах для промышленности, заслуживает особого внимания в наше время технического прогресса в сфере наукоемких технологий.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству электротехнической стали, используемой в качестве магнитопроводов. Техническим результатом изобретения является получение кубической текстуры рекристаллизационного отжига на базе взаимодействия гравитационного поля Земли, которое способствует построению в определенном порядке атомной решетки стали и сплава. В колпаковую печь высокотемпературного рекристаллизационного отжига пачки листового холоднокатаного железокремнистого материала устанавливают под углом 45^o к горизонтали на специальных подставках, т.е. к направлению действия гравитационного поля под углом 45^o к плоскости листа, и проводят обычный полный цикл рекристаллизационного высокотемпературного отжига. 2 ил.

Способ получения кристаллографической кубической ориентационной текстуры рекристаллизационного отжига в холоднокатаной железокремнистой текстурованной стали, включающий высокотемпературный рекристаллизационный отжиг пачек тонколистового холоднокатаного проката с предварительно упругорастягивающими напряжениями, действующими вдоль направления оси прокатки, отличающийся тем, что пачки тонколистового проката загружают в колпаковую печь высокотемпературного отжига на подставках под углом 45^o к направлению взаимодействия гравитационного поля с обрабатываемым в пачках тонколистовым прокатом.