ЛИСТ ИЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ С ОРИЕНТИРОВАННОЙ ЗЕРЕННОЙ СТРУКТУРОЙ, ИМЕЮЩИЙ ПРЕВОСХОДНЫЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА Российский патент 2022 года по МПК C22C38/02 C21D8/12 H01F1/147 H01F1/16 

Область техники

[0001]

Настоящее изобретение относится к листу из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который обеспечивает улучшенные характеристики потерь в сердечнике, и в измельчение магнитных доменов обеспечивают путем формирования кристаллических зерен с ориентацией Госса, имеющих металлургически желательный и ограниченный размер, без проведения специального измельчения магнитных доменов до или после вторичной рекристаллизации.

Уровень техники

[0002]

Листы из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой широко используются и, главным образом, при изготовлении железных сердечников для трансформаторов, и эти листы классифицируют, исходя из обеспечиваемых ими потерь в сердечнике и плотности магнитного потока. Чем ниже обеспечиваемые ими потери в сердечнике и чем выше обеспечиваемая ими плотность магнитного потока, тем больше выгода от применения листов. В общем, при увеличении плотности магнитного потока, увеличивается размер вторично рекристаллизованных зерен, что связано с ухудшением характеристик потерь в сердечнике. В основе обычного метода повышения качества, целью которого является уменьшение потерь в сердечнике, лежит применение после вторичной рекристаллизации средств, которые позволяют уменьшить ширину магнитных доменов. Например, в Патентном документе 1 описано техническое решение, заключающееся в управлении шириной магнитных доменов с использованием облучения лазером. Однако, так как такой способ управления размером магнитных доменов не обеспечивает сохранение эффекта после воздействия тепла, он не подходит для вариантов применения, в которых выполняют отжиг для снятия механических напряжений, поэтому на практике используется способ управления размером магнитных доменов, на который не влияет термическая обработка, и который описан в Патентном документе 2. Кроме того, в Патентном документе 3 описан способ, в котором осуществляют обработку перед вторичной рекристаллизацией для измельчения магнитных доменов вторично рекристаллизованных зерен, и этот способ используется на практике. Эти способы дают превосходный эффект в плане уменьшения размеров магнитных доменов, но при их применении требуется выполнение дополнительных процессов, в результате чего возникают такие проблемы, как увеличение стоимости, ограничение производительности, снижение магнитного КПД, разрушение изолирующего покрытия и необходимость повторного нанесения этого покрытия.

Кроме того, уже известно, что в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой можно обеспечить наличие относительно небольших зерен во вторично рекристаллизованных зернах, которые имеют размер, составляющий приблизительно несколько сантиметров. Однако, так как в этом случае ориентация этих небольших зерен сильно отклоняется от так называемой "ориентации Госса" ({110}<001>), в результате чего ухудшаются магнитные свойства, этот подход на практике не используется.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[0003]

Патентный документ 1: Опубликованный японский патент (Kokai) № 55-018566.

Патентный документ 2: Опубликованный японский патент (Kokai) № 61-117218.

Патентный документ 3: Опубликованный японский патент (Kokai) № 59-197520.

Патентный документ 4: Опубликованный японский патент (Kokoku) № 33-004710.

Патентный документ 5: Опубликованный японский патент (Kokai) № 59-056522.

Патентный документ 6: Опубликованный японский патент (Kokai) № 09-287025.

Патентный документ 7: Опубликованный японский патент (Kokai) № 58-023414.

Патентный документ 8: Опубликованный японский патент (Kokai) № 2000-199015.

Патентный документ 9: Опубликованный японский патент (Kokoku) № 6-80172.

Непатентные документы

[0004]

Непатентный документ 1: Tadao Nozawa: Tohoku University Dissertation (Диссертация, Университет Тохоку): Doctoral Dissertation (Докторская диссертация) 1979.

Непатентный документ 2: Патент США № 1,965,559.

Сущность изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

[0005]

В листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, если применяется условие, позволяющее увеличить плотность магнитного потока (например, высокая степень обжатия при холодной прокатке), ориентация Госса в зернах ориентированных в ориентацию Госса будет очень сильной в структуре, полученной после первичной рекристаллизации, но частота присутствия этих зерен с ориентацией Госса будет низкой. В результате, вторично рекристаллизованные зерна укрупнятся, возрастут аномальные потери от вихревых токов, и ухудшатся потери в сердечнике. То есть потери в сердечнике ухудшаются несмотря на то, что становится высокой (большой) плотность магнитного потока. Это объясняется тем, что возрастают потери на гистерезис, увеличивается ширина магнитных доменов, становятся большими (повышенными) аномальные потери на вихревые токи, и в результате ухудшаются суммарные потери в сердечнике. Кроме того, если при использовании обычной технологии допустить наличие мелких зерен в структуре вторичной рекристаллизации, ориентация этих мелких зерен будет в значительной степени отличаться от ориентации Госса. В результате магнитные свойства улучшены не будут. Таким образом, в условиях текущего промышленного производства размер вторично рекристаллизованных зерен должен быть крупным, чтобы обеспечить высокую плотность магнитного потока, и должен использоваться способ уменьшения потерь в сердечнике путем специального дополнительного управления размером магнитных доменов. Одним из примеров специального дополнительного управления размером магнитных доменов является нанесение изолирующего покрытия, создающего растягивающие напряжения, и на практике с использованием этого подхода изготавливают множество сортов листовой электротехнической стали. Однако, при использовании такой обычной технологии увеличивается количество этапов и растет стоимость, либо уменьшается сопротивление между пластинами из-за разрушения изолирующего покрытия, соответственно, улучшить потери в сердечнике можно лишь ограниченным образом, и существует потребность в совершенствовании подхода.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в котором в структуре вторичной рекристаллизации присутствуют мелкие зерна, имеющие ориентацию Госса, что позволяет значительно улучшить потери в сердечнике без ухудшения плотности магнитного потока. В дальнейшем мелкие зерна, имеющие ориентацию Госса, присутствующие в структуре вторичной рекристаллизации, называются "зернами с размером семени кунжута". Согласно настоящему изобретению, зерна с размером семени кунжута - это зерна, у которых размер по главному (длинному) диаметру составляет 5 мм или менее.

Средства решения проблем

[0006]

(1) Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащей 2,5 - 3,5 мас.% Si, остальное - Fe и неизбежные примеси, причем толщина листа составляет 0,18-0,35 мм,

причем металлографическая структура листа после отжига для вторичной рекристаллизации, содержит вторично рекристаллизованные зерна матрицы с ориентацией Госса, при этом в металлографической структуре среди зерен матрицы частота присутствия зерен с ориентацией Госса, имеющих размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее, составляет 1,5 зерен/см² или более и 8 зерен/см² или менее,

причем плотность магнитного потока В8 составляет 1,88 Тл или более,

при этом углы α и β отклонения направления [001] зерен с ориентацией Госса от направления прокатки составляют 7° или менее и 5° или менее, определяемые как средние (арифметические) значения,

где угол α и угол β представляются следующим образом:

угол α - угол между продольным направлением и проекцией направления [001] на поверхность образца, и

угол β - угол наклона направления [001] относительно поверхности образца.

Эффект изобретения

[0007]

Наличие в структуре вторичной рекристаллизации, мелких зерен с ориентацией Госса, имеющих определенную частоту появления, позволяет получить лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который обеспечивает улучшает потери в сердечнике, и при этом не ухудшает плотность магнитного потока.

Краткое описание чертежей

[0008]

На Фиг.1 показано изображение, которое в трехмерном пространстве показывает связь между тремя направлениями, заданными в стальном листе (направлением прокатки, направлением, перпендикулярным прокатанной поверхности, и направлением по ширине листа) и тремя ориентациями (<001>) в кристалле с ориентацией Госса, эта связь показана с использованием трех углов (α, β, γ).

На Фиг.2 показано изображение, представляющее пример положения мелких зерен с сильной ориентацией Госса (зерен с размером семени кунжута), которые имеют размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее.

На Фиг.3 показано изображение, представляющее связь между размером по главному (длинному) диаметру мелких зерен с сильной ориентацией Госса (зерен с размером семени кунжута), частотой появления этих зерен и потерями в сердечнике (W17/50).

На Фиг.4 показано изображение, представляющее макроструктуру вторичной рекристаллизации. Внизу показана сталь, соответствующая настоящему изобретению, и вверху показана обычная сталь.

На Фиг.5 показано изображение, представляющее связь между частотой появления мелких зерен с сильной ориентацией Госса (зерен с размером семени кунжута), потерями в сердечнике и плотностью магнитного потока.

На Фиг.6 показано изображение, представляющее связь между частотой появления мелких зерен с сильной ориентацией Госса (зерен с размером семени кунжута) и потерями в сердечнике.

На Фиг.7 приведены линии равных значений потерь в сердечнике W17/50 для листа из электротехнической стали (без изолирующего покрытия, создающего растягивающие механические напряжения).

Подробное описание вариантов реализации

[0009]

Авторы настоящего изобретения провели глубокие исследования с целью устранения указанных выше проблем, и результатом этих исследований стал лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который соответствует настоящему изобретению, и у которого металлографическая структура содержит крупные вторично рекристаллизованные зерна с сильной ориентацией Госса, (далее называемые "зерна матрицы"), и мелкие зерна, также имеющие сильную ориентацию Госса, которые имеют размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее (далее называемые "зерна с размером семени кунжута"), и в этих упомянутых крупных зерна (зернах матрицы). Соответственно, стало возможным получить лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который характеризуется улучшенной структурой магнитных доменов в крупных вторично рекристаллизованных зернах, возникших (зернах матрицы), и обеспечивает улучшение потерь в сердечнике без ухудшения плотности магнитного потока. Другими словами, можно отметить, что зернам матрицы и зерна с размером семени кунжута образуют структуру "острова в море". А именно, зерна с размером семени кунжута, которые являются "островами", присутствуют в зернах матрицы, которые является "морем". При использовании обычной технологии (например, описанной в Патентном документе 9) получают лист из электротехнической стали, имеющий структуру, в которой зерна большого размера и зерна малого размера смешаны друг с другом. Однако следует отметить, что при использовании такой обычной технологии мелкие зерна в структуре располагаются по границам крупных зерен, и в этом случае не возникает структура "острова в море", при которой мелкие зерна (зерна с размером семени кунжута) находятся в крупных зернах (зернах матрицы). Здесь необходимо отметить, что хотя лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему изобретению имеет структуру "острова в море", при которой мелкие зерна (зерна с размером семени кунжута) находятся в крупных зернах (зернах матрицы), но при этом не исключается, что мелкие зерна располагаются по границам крупных зерен. Кроме того, зерна матрицы имеют размер по главному (длинному) диаметру, превышающий по меньшей 5 мм, так как зерна матрицы включают в себя зерна с размером семени кунжута, имеющие размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее. Зерна матрицы - это вторично рекристаллизованные зерна, которые могут иметь размер зерна приблизительно несколько сантиметров, например, размер зерна приблизительно 1-10 см.

Кроме того, на поверхности листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующего настоящему изобретению, может присутствовать стеклянное покрытие, состоящее, главным образом, из форстерита. Помимо этого, на данное покрытие может быть нанесена пленка, создающая растягивающие механические напряжения.

[0010]

Далее настоящее изобретение рассмотрено более подробно.

Ориентация кристаллов

Сначала для листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой будет описана ориентация вторично рекристаллизованных зерен. Для листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой используется феномен вторичной рекристаллизации для получения крупных зерен, имеющих ориентацию Госса. Ориентация Госса представляется следующими индексами {110}<001>. Степень развития ориентации Госса в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой в значительной степени зависит от отклонения ориентации <100> кристаллической решетки от направления прокатки. В частности, как показано на Фиг.1, угол отклонения задается в трехмерном пространстве тремя углами, где углы α, β и γ определяются следующим образом (Непатентный документ 1):

α - угол, образованный между продольным направлением и проекцией направления [001] на поверхность образца,

β - наклон направления [001] относительно поверхности образца,

γ - угол поворота образца вокруг направления [001] из равноугольного положения.

[0011]

Как указано выше, углы α и β характеризуют смещение или отклонение от оси [001] зерен с ориентацией Госса от направления прокатки или поверхности образца. Соответственно, когда смещение или отклонение достигает значительной величины, ось <001> легкого намагничивания зерен с ориентацией Госса в значительной степени смещается или отклоняется от направления прокатки, и магнитные свойства в направлении прокатки ухудшаются. В отличие от этого, так как угол γ - это угол вокруг оси <001> зерен с ориентацией Госса (ось легкого намагничивания), он не оказывает неблагоприятного влияния на плотность магнитного потока. При этом можно сказать, что чем больше угол γ, тем больше эффект измельчения магнитного домена, что является желательным.

В данном случае кристаллическая решетка листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой является объемно-центрированной кубической решеткой. Символы [ ] и ( ) в кубическом кристалле показывают уникальное направление и направление, перпендикулярное плоскости, а символы < > и { } показывают эквивалентную ориентацию и ориентацию, перпендикулярную плоскости. Далее, на фиг. 1 показаны уникальные направления [100], [010] и [001] в правосторонней системе координат, связанной с ориентацией Госса. Что касается "направлений": для уникального направления здесь используется название "направление", и для эквивалентного случая используется название "ориентация".

[0012]

На Фиг.2 приведен пример полюсной фигуры {200} для зерен с размером семени кунжута. (2А) - это пример листа из электротехнической стали, изготовленного с использованием обычного способа, в котором степень развития ориентации для направления прокатки, как рассмотрено позднее, составляет более 7, и (2В) - это пример листа из электротехнической стали, соответствующего настоящему изобретению. В обоих примерах была определена ориентация кристаллических зерен, имеющих размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее, причем в примере (2В) достигнуты очень хорошие потери в сердечнике.

[0013]

Химический состав

Ниже приведен химический состав. В дальнейшем "%" означает мас.%.

Si: 2,5% - 3,5%

Si является химическим элементом, который увеличивает удельное сопротивление и способствует улучшению характеристик потерь в сердечнике. Если его содержание составляет менее 2,5%, удельное сопротивление уменьшается, и потери в сердечнике ухудшаются. Если его содержание составляет более 3,5%, при изготовлении, в частности, при прокатке, часто происходит разрыв, что делает невозможным производство в промышленном масштабе.

[0014]

Химическими элементами, которые обязательно содержатся в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, являются Fe и Si, но остальные элементы, которые неизбежно присутствуют, описаны далее.

[0015]

Химические элементы, которые могут неизбежно присутствовать в металлической части стального листа, исключая его поверхность, включают Al, C, P, Mn, S, Sn, Sb, N, B, Se, Ti, Nb, Cu и т.д. Эти химические элементы разделяются на химические элементы, которые неизбежно попадают в лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой при изготовлении в условиях промышленного производства, и химические элементы, которые добавляют специально, чтобы обеспечить вторичную рекристаллизацию в этом листе. Желательно, чтобы эти неизбежные элементы исключались или присутствовали в малых количествах в готовом продукте.

[0016]

С необходим в процессе производства для улучшения текстуры. Однако, требуется, чтобы он присутствовал в готовом продукте в небольшом количестве, чтобы предотвратить магнитное старение, и предпочтительным верхним предельным значением его содержания является 0,005% или менее, более предпочтительно - 0,003% или менее.

[0017]

Химические элементы, которые не вызывают магнитного старения, но которые добавляют специально, и при этом они являются необязательными в готовом продукте, включают P, N, S, Ti, B, Nb, Se и т.д. Верхним предельным значением содержания для этих химических элементов также предпочтительно является 0,005% или менее, более предпочтительно - 0,0020% или менее. Al не всегда является ненужным, поскольку он присутствует в виде муллита, входящего в состав стеклянной пленки.

[0018]

Al, Mn, Sn, Sb и Cu - это химические элементы-металлы, и наличие некоторых из них является неизбежным, а некоторые из них добавляют намеренно. Все они остаются в готовом продукте. Кроме того, предпочтительно, чтобы они присутствовали в малом количестве, так как они уменьшают плотность магнитного потока при магнитном насыщении. При этом в условиях реального производства приемлемым уровнем содержания тех из них, присутствие которых неизбежно, является максимум приблизительно 0,01%. Реальное содержание может меняться в зависимости от применяемого процесса изготовления.

Содержание каждого химического элемента в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который соответствует настоящему изобретению, а также в слябе или другой заготовке, используемой при изготовлении этого листа, можно определить при помощи обычных способов, выбор которых зависит от химического элемента, содержание которого необходимо определить.

[0019]

Толщина продукта

В условиях реального производства толщина продукта составляет от 0,18 мм. Можно изготавливать стальные листы с толщиной менее 0,18 мм, но если диаметр рабочего валка является большим, невозможно выполнить прокатку с соблюдением в достаточной степени точности по толщине (допуск в толщине листа менее 5%). Верхним значением толщины является 0,35 мм или менее, что является верхним предельным значением по Японскому промышленному стандарту, и это связано с тем, что при увеличении толщины возрастает абсолютное значение потерь в сердечнике, изготовленном из листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой. Согласно техническому решению, предложенному в настоящем изобретении, необходимо, чтобы плотность магнитного потока В8 составляла 1,88 Тл или более при наличии мелких вторично рекристаллизованных зерен (зерен с размером семени кунжута).

[0020]

Кристаллические зерна

Хорошо известно, что потери в сердечнике, изготовленном из листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, складываются из потерь на гистерезис, классических потерь на вихревые токи и аномальных потерь на вихревые токи.

Классические потери на вихревые токи в большой степени зависят от удельного сопротивления и толщины листа. Поэтому считается, что при одинаковом содержании Si и одинаковой толщине листа эти потери будут одинаковыми, даже если размер вторично рекристаллизованных зерен различается.

Потери на гистерезис и аномальные потери на вихревые токи в большой степени зависят от размера вторично рекристаллизованных зерен (если говорить точнее, от площади границ зерен). При большой площади границы зерна потери на гистерезис увеличиваются, а зерно с размером семени кунжута (имеющее небольшую площадь границы зерна) не увеличивает эти потери. С другой стороны, потери в сердечнике, изготовленном из листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, зависят не только от размера зерна, но также и от структуры магнитного домена внутри зерна. Если говорить более конкретно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно обеспечить уменьшение ширины магнитных доменов в крупных рекристаллизованных зернах (зернах матрицы или зернах, размер которых отличается от размера семени кунжута) благодаря наличию зерен с размером семени кунжута, имеющих сильную ориентацию Госса. Другими словами, при наличии только крупных вторично рекристаллизованных зерен с ориентацией Госса ширина магнитных доменов в зернах неизбежно увеличивается, и увеличиваются аномальные потери на вихревые токи, но, как предполагается, наличие зерен с размером семени кунжута, имеющих подходящую ориентацию (сильную ориентацию Госса), позволяет уменьшить ширину магнитного домена в крупном зерне (измельчение магнитных доменов), и улучшаются аномальные потери на вихревые токи. При том, что, как упомянуто выше, зерна с размером семени кунжута могут обеспечить измельчение магнитных доменов, имеются опасения, что зерна с размером семени кунжута могут вызвать эффект увеличения потерь на гистерезис. Однако в настоящее время трудно сравнить эти эффекты на количественном уровне и объяснить каждый из них. Тем не менее, так как зерна с размером семени кунжута согласно настоящему изобретению имеют подходящую ориентацию, предполагается, что указанное ухудшение является небольшим. Кроме того, улучшение аномальных потерь на вихревые токи из-за измельчения магнитных доменов, обусловленного наличием зерен с размером семени кунжута, пропорционально квадрату скорости смещения стенок доменов, при этом предполагается, что скорость смещения приблизительно пропорциональна расстоянию смещения. Поэтому, при одинаковой ориентировке кристаллов при уменьшении размера зерен (расстояния смещения уменьшается) достигается уменьшение аномальных потерь на вихревые токи, т.е. предполагается, что эффект уменьшения аномальных потерь на вихревые токи проявляется в большей степени.

[0021]

Когда, как в настоящем изобретении, ориентация зерен с размером семени кунжута является той же, что и ориентация крупных зерен (зерен матрицы), измельчение магнитных доменов приводит к получению приемлемых суммарных потерь в сердечнике, даже несмотря на то, что частота появления зерен с размером семени кунжута является достаточно большой. Фиг.3 иллюстрирует причины, по которым необходимо задавать предельные значения для частоты появления и размера. Причина, по которой размер по главному (длинному) диаметру зерен с размером семени кунжута ограничивается величиной 5 мм или менее, заключается в том, что при превышении этим размером по главному (длинному) диаметру величины 5 мм становится большим угол β. В результате, как показано на Фиг.3, потери в сердечнике ухудшаются. В настоящее время причина увеличения угла β не ясна.

[0022]

Кроме того, как показано на Фиг.3, чтобы обеспечить приемлемые потери в сердечнике, частота появления зерен с размером семени кунжута в металлографической структуре задается на уровне 1,5 зерен/см² или более. Если говорить в общем, чем выше частота появления, тем лучше потери в сердечнике, и более предпочтительно, если частота появления составляет 2,0 зерен/см² или более. Верхнее предельное количество зерен с размером семени кунжута задается на уровне 8 зерен/см², это связано с тем, что в настоящее время в промышленных условиях нельзя изготовить лист из электротехнической стали, структура вторичной кристаллизации которого характеризуется приемлемой ориентацией Госса при частоты появления более 8 зерен/см².

[0023] На Фиг.3 приведены данные для случая, когда содержание Si составляет 3,25% - 3,40%, и лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, имеющий толщину 0,27 мм, обеспечивает плотность магнитного потока В8, составляющую 1,91-1,94 Тл (а именно, указаны частота появления зерен с размером семени кунжута, размер этих зерен по главному (длинному) диаметру и потери в сердечнике (W17/50)). Нужно отметить, что потери в сердечнике (W17/50) - это потери в сердечнике, измеренные при максимальной плотности магнитного потока 1,7 Тл и частоте 50 Гц.

[0024]

Частота появления зерен с размером семени кунжута

Как показано на Фиг.3 и 5, нижнее предельное значение частоты появления зерен с размером семени кунжута составляет 1,5 зерен/см², и ее верхнее предельное значение составляет 8 зерен/см², при этом, если металлографическая структура наполовину состоит из этих зерен, вторичную рекристаллизацию выполнить невозможно.

Предположим, что зерна с размером семени кунжута имеют форму квадрата, средняя длина одной стороны которого составляет 2,5 мм, тогда средняя площадь каждого из этих зерен будет: 2,5 х 2,5=6,25 мм²/зерно. Кроме того, предположим, что площадь, занятая зернами с размером семени кунжута, составляет половину от области металлографической структуры площадью 100 мм² (1 см²), то есть 50 мм². Тогда при условии, что зерна с размером семени кунжута занимают половину площади упомянутой области металлографической структуры, их частота появления будет: 50 мм²/6,25 мм² (1 зерно) = 8 зерен/см². Если частота появления зерен с размером семени кунжута составляет 8 зерен/см² или более, в промышленных условиях изготовить продукты невозможно, так как невозможно выполнить вторичную рекристаллизацию. Частоту появления зерен с размером семени кунжута определяют, изучая поверхность стального листа, с которой удалена стеклянная пленка, визуально или с использованием увеличительного стекла.

[0025]

Угол α, угол β

Как можно видеть на Фиг.6, было подтверждено, что потери в сердечнике являются приемлемыми (предпочтительно находятся на уровне 0,93 или менее), когда угол α составляет 7° или менее, и угол β составляет 5° или менее. Эта разница в значениях объясняется следующим образом. Если сравнивать углы α и β, в случае угла α больше угол поворота (угловое расстояние) от ориентации Госса до оси трудного намагничивания, поэтому в крупных зернах (зернах матрицы) больше проявляется эффект измельчения магнитных доменов - считается, что этот эффект проявляется в большей степени в случае бóльших углов поворота. Это связано с тем, в случае превышения сверх верхнего предельного значения становится большим смещение или отклонение от ориентации Госса, и плотность магнитного потока часто становится меньше 1,88 Тл.

Отметим, что ориентацию кристаллов определяют с использованием метода Лауэ - метода анализа монокристаллов. При выполнении анализа по методу Лауэ центральную область каждого зерна облучают рентгеновским излучением и выполняют измерения для каждого зерна.

[0026]

Способ изготовления

Далее будет рассмотрен способ изготовления листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который имеет указанные характеристики.

Лист из электротехнической стали, который изготавливают с использованием настоящего изобретения, представляет собой лист, который описан в Японском промышленном стандарте JIS С 2553 (полоса электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой), и используется, главным образом, в железных сердечниках для трансформаторов. К слову, впервые электротехническая сталь с ориентированной зеренной структурой упоминается в Непатентном документе 2, автором которого является Н.П. Госс.

После этого способы изготовления были объектом множества изобретений, в качестве примера можно привести способы, описанные в Патентном документе 4 и Патентном документе 5. Если сравнивать с такими способами, лист из электротехнической стали, соответствующий настоящему изобретению, представляет собой лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, при изготовлении которого основным ингибитором является AlN, и степень обжатия при конечной холодной прокатке составляет более 80%. Если рассматривать технические примеры, можно Патентные документы 6, 7 и 8.

[0027]

Если говорить конкретно, например, был изготовлен сляб, имевший следующий химический состав (в мас.%): 0,035% - 0,075% С; 2,5% - 3,50% Si; 0,020% - 0,035% растворимого в кислоте Al; 0,005% - 0,010% N; 0,005% - 0,015% по меньшей мере одного из S и Se; 0,05% - 0,8% Mn; необязательно, 0,02% - 0,30% по меньшей мере одного из Sn, Sb, Cr, P, Cu и Ni; остальное - Fe и неизбежные примеси. Этот сляб был нагрет до температуры менее 1280°С, подвергнут горячей прокатке, отжигу после горячей прокатки, холодной прокатке с одним или более этапов промежуточного отжига и после этого был подвергнут азотированию в газообразной смеси водорода, азота и аммиака, в условиях, позволяющих обеспечить непрерывную подачу полос во время и после обезуглероживающего отжига. Если температура нагрева сляба составляет 1280° или более, азотирование выполнять необязательно. После этого был нанесен сепаратор отжига, основным компонентом которого был MgO, чтобы выполнить окончательный отжиг. После этого в реверсивном режиме была выполнена конечная холодная прокатка. При этой холодной прокатке радиус R (мм) рабочего валка прокатного стана составлял 130 мм или более, температура стального листа поддерживалась на уровне 150°С - 300°С в течение 1 минуты или более по меньшей мере в трех из множества проходов. Кроме того, в процессе изготовления отношение длины дуги захвата валками к толщине заготовки в двух или более из множества проходов было равно 7 или более. На Фиг.7 приведены линии равных значений потерь в сердечнике W17/50 для листа из электротехнической стали толщиной 0,27 мм как готового продукта (без изолирующего покрытия, создающего растягивающие механические напряжения), по горизонтальной оси отложена температура нагрева стальной пластины при холодной прокатке, и по вертикальной оси отложено число проходов холодной прокатки. Из Фиг.7 можно видеть, что приемлемые потери в сердечнике обеспечиваются при температуре нагрева 150°С или выше и числе проходов 2, 3 или более. На основе этого были определены условия процесса конечной холодной прокатки, позволяющие получить лист из электротехнической стали, соответствующий настоящему изобретению. Отметим, что в случае, показанном на Фиг.7, использовался стальной лист, на который не было нанесено изолирующее покрытие, создающее растягивающие механические напряжения, и который обеспечивал менее приемлемые потери в сердечнике, чем стальные листы с той же толщиной, которые приведены в Таблицах 1 и 2 и представляют собой примеры, которые рассмотрены позднее.

[0028]

Если рассматривать реальные процессы, трудно поддерживать температуру стального листа на уровне 150°С-300°С в течение 1 минуты или более в трех или более проходах, если только процесс не представляет собой реверсивную прокатку. Поэтому на этапе окончательной холодной прокатки стального листа, соответствующего настоящему изобретению, необходимо было применять реверсивную прокатку.

При этом отношение m длины дуги захвата валками к толщине заготовки задавалось с использованием следующей формулы:

Формула 1

где R - радиус валка (мм), Н1 - толщина листа на входной стороне (мм) и Н2 - толщина листа на выходной стороне (мм).

[0029]

Причина влияния холодной прокатки не ясна. Однако изготовление в указанных условиях, а именно, при таких температуре конечной холодной прокатки, числе проходов и отношении длины дуги захвата валками к толщине заготовки, позволяет получить в крупных вторично рекристаллизованных зернах, и имеющих сильную ориентацию Госса (зернах матрицы), похожие мелкие зерна с сильной ориентацией Госса (зерна с размером семени кунжута), которые имеют размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее и определенную частоту появления. Так как эта металлографическая структура приводит к улучшению структуры магнитных доменов в крупных вторично рекристаллизованных зернах, то сделан вывод, что можно получить лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который обеспечивает улучшенные потери в сердечнике, без ухудшения при этом плотности магнитного потока.

Примеры

[0030]

Пример 1

В Таблице 1 приведены характеристики листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который изготовлен при соблюдении указанных выше условий, и который содержит Si на уровне 2,45% - 3,55%. В некоторых сравнительных примерах в изготовленных листах из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой содержание Si выходило за пределы диапазона, соответствующего настоящему изобретению, или при изготовлении этих листов указанные выше условия не соблюдались (в частности, условие по числу проходов, в которых отношение длины дуги захвата валками к толщине заготовки составляет 7 или более). В Примерах изобретения А1-А7, в которых частота появления зерен с размером семени кунжута находится в пределах диапазона, соответствующего настоящему изобретению, обеспечиваются приемлемые потери в сердечнике, в то время как в Сравнительных примерах а1-а5, в которых частота появления зерен с размером семени кунжута выходит за пределы диапазона, соответствующего настоящему изобретению, потери в сердечнике больше, либо невозможно получить готовое изделие. Если говорить в общем, с увеличением толщины листа потери в сердечнике увеличиваются. Из-за большей толщины листа потери в сердечнике в случае Примера изобретения А4 оказались больше. Кроме того, в Примерах изобретения А1-А7 было подтверждено, что в крупных зернах матрицы присутствуют зерна с размером семени кунжута, как показано на фотографии, приведенной на Фиг.4, которая использовалась при визуальном изучении.

[0031]

Таблица 1

Магнитные свойства полученного листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой

Обозначение Содержание Si,% по массе Толщина листа, мм Частота появления зерен с размером семени кунжута*, зерен/см² Плотность магнитного потока В8,
Тл Потери в сердечнике
W17/50,
Вт/кг Примечания, число проходов с отношением длины дуги захвата валками к толщине заготовки 7 или более Пример изобретения A1 2,55 0,27 2,5 1,945 0,915 3 A2 3,45 0,27 1,95 1,924 0,845 3 A3 3,2 0,18 1,6 1,908 0,791 3 A4 3,2 0,35 1,74 1,945 1,047 2 A5 3,25 0,27 1,52 1,921 0,918 4 A6 3,25 0,27 2,9 1,925 0,847 5 A7 3,25 0,27 3,33 1,919 0,845 5 Сравнительный пример a1 2,45 0,285 2 1,94 1,101 1 a2 3,55 ---- ---- ---- ----- Невозможно выполнить холодную прокатку a3 3,27 0,15 ---- ---- ----- Невозможно получить готовое изделие a4 2,93 0,38 2,5 1,873 1,252 1 a5 3,23 0,27 0,2 1,914 1,012 0

* Мелкие зерна с сильной ориентацией Госса, которые имеют размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее

[0032]

Пример 2

В Таблице 2 приведена связь между частотой появления и ориентацией зерен с размером семени кунжута, имеющих размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее, и магнитными свойствами. Результаты приведены для изделий, изготовленных с соблюдением условий, согласно Опубликованному японскому патенту (Kokoku) № 60-48886, что температура нагрева сляба составляла 1350°С, и азотирование не выполнялось. Конечная холодная прокатка выполнялась в условиях, которые указаны выше. Число проходов, в которых соотношение длины дуги захвата валками к толщине заготовки составляло 7 или более, было таким, как указано в столбце "Примечания". Толщина продукта составляла 0,27 мм. В этом диапазоне чем больше частота появления зерен с размером семени кунжута, или чем меньше итоговые углы α, β отклонения, тем меньше потери в сердечнике, при том, что плотность магнитного потока не уменьшается. Кроме того, в Примерах В1-В4 также было подтверждено, что в крупных зернах матрицы присутствуют зерна с размером семени кунжута, как показано на фотографии, приведенной на Фиг.4, которая использовалась при визуальном изучении.

[0033]

Таблица 2

Связь между частотой появления и ориентацией зерен с размером семени кунжута и магнитными свойствами

Обозначение Содержание Si, % по массе Толщина листа, мм Частота появления зерен с размером семени кунжута*, зерен/см² Угол отклонения** Плотность магнитного потока В8,
Тл Потери в сердечнике
W17/50,
Вт/кг Примечания, число проходов с отношением длины дуги захвата валками к толщине заготовки 7 или более Угол α, град. Угол β, град. Пример изобретения B1 3,2 0,27 1,74 3,1 2,0 1,931 0,871 3 B2 3,25 0,27 1,52 2,5 3,5 1,929 0,89 3 B3 3,25 0,27 2,9 0,6 1,1 1,934 0,847 5 B4 3,25 0,27 3,33 0,7 0,8 1,936 0,845 5

* Мелкие зерна с сильной ориентацией Госса, которые имеют размер по главному (длинному) диаметру 5 мм или менее

** Угол отклонения направления [001] в зерне с ориентацией Госса от направления прокатки или поверхности образца

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, используемому в качестве материала для изготовления железных сердечников трансформаторов. Лист имеет толщину 0,18-0,35 мм и содержит 2,5-3,5 мас.% Si и 0,005 мас.% или менее С, остальное – Fe и неизбежные примеси. Металлографическая структура листа после отжига вторичной рекристаллизации содержит вторично рекристаллизованные зерна матрицы с ориентацией Госса. В металлографической структуре среди зерен матрицы частота присутствия зерен с ориентацией Госса, имеющих размер по главному или длинному диаметру 5 мм или менее, составляет 1,5 зерен/см² или более и 8 зерен/см² или менее. Плотность магнитного потока В8 листа составляет 1,88 Тл или более, а углы α и β отклонения направления [001] зерен с ориентацией Госса от направления прокатки, определяемые как средние или средне арифметические значения, составляют 7° или менее и 5° или менее соответственно, где угол α – угол между продольным направлением и проекцией направления [001] на поверхность образца, а угол β – угол наклона направления [001] относительно поверхности образца. Обеспечивается значительное улучшение потерь в сердечнике без ухудшения плотности магнитного потока. 7 ил., 2 табл., 2 пр.

Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащей 2,5-3,5 мас.% Si и 0,005 мас.% или менее С, остальное - Fe и неизбежные примеси, причем толщина листа составляет 0,18-0,35 мм,

причем металлографическая структура листа после отжига для вторичной рекристаллизации содержит вторично рекристаллизованные зерна матрицы с ориентацией Госса, при этом в металлографической структуре среди зерен матрицы частота присутствия зерен с ориентацией Госса, имеющих размер по главному или длинному диаметру 5 мм или менее, составляет 1,5 зерен/см² или более и 8 зерен/см² или менее,

причем плотность магнитного потока В8 составляет 1,88 Тл или более,

при этом углы α и β отклонения направления [001] зерен с ориентацией Госса от направления прокатки составляют 7° или менее и 5° или менее, определяемые как средние или средне арифметические значения,

где угол α и угол β представляются следующим образом:

угол α - угол между продольным направлением и проекцией направления [001] на поверхность образца, и

угол β - угол наклона направления [001] относительно поверхности образца.