Дипломная работа: Проект термического отделения высокотемпературного отжига анизотропной электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Годовая программа 150 тысяч тонн
Магнитная проницаемость стали,
увеличивается с увеличением содержания фосфора. На индукцию насыщения фосфор
влияет незначительно.
Положительное влияние
фосфора на уровень магнитных свойств связано с его рафинирующим действием. Он
обладает большим сродством к кислороду, что способствует очистке, стали от этой
вредной примеси.
Было изучено влияние фосфора, на уровень механических
характеристик стали в отожженном состоянии. С увеличением содержания фосфора
все прочностные характеристики стали повышаются.
Фосфор более интенсивно,
чем кремний, упрочняет сталь. При содержании фосфора 0,33 (% масс.) холодная
прокатка затрудняется из-за повышения жесткости металла. В связи с этим
целесообразно содержание фосфора в стали ограничить пределом 0,12 – 0,20 (%
масс.) [1].
Сера
По мере увеличения содержания серы в листах наблюдается
повышение коэрцитивной силы, удельных потерь и снижение магнитной индукции в
средних полях. Максимальная магнитная проницаемость по мере возрастания
содержания серы также заметно снижается. С увеличением содержания серы размеры
зерен феррита уменьшаются.
Вредное влияние серы можно объяснить тем, что при застывании
анизотропной электротехнической стали, сера полностью выделяется из жидкого
раствора в виде включений сернистого железа, сернистого марганца и ряда других
соединений. Выделившиеся включения являются барьерами, препятствующими
нормальному росту зерен феррита при отжиге.
Сера приводит к ухудшению
не только магнитных свойств, но и технологичности стали вследствие
красноломкости. С повышением в металле серы с 0,014 (% масс.) до 0,025 (%
масс.) увеличиваются удельные потери на 0,5 Вт/кг [4].
  Алюминий
Алюминий – активный раскислитель. При производстве
электротехнической стали, алюминий используют наряду с кремнием. Кроме того, он
способствует, росту зерна кремнистой стали и выделению углерода в форме
графита. Алюминий увеличивает электросопротивление, уменьшает склонность стали
к старению, а также резко уменьшает растворимость в стали кислорода и, в
меньшей степени, азота. В то же время алюминий увеличивает хрупкость. Действие
алюминия во многом аналогично действию кремния. Сталь становится ферритной при
одном проценте алюминия. Однако укрупнение зерна феррита алюминием наблюдается
до температуры отжига 850 °С.
При высокотемпературном
отжиге (1100 °С – 1150 °С) магнитные свойства анизотропной электротехнической
стали, при легировании алюминием, ухудшаются в связи с окислением алюминия и
образованием глинозема. Размер зерна феррита в листах после ВТО заметно уменьшается с увеличением
содержания алюминия. Это объясняется тем, что при ВТО в условиях недостаточной
защиты металла от окисления образуются оксиды и нитриды алюминия,
препятствующие, нормальному росту зерен феррита и ухудшающие магнитные свойства
стали. Он также подавляет, склонность стали к старению благодаря связыванию
азота в прочные нитриды.
Нитриды алюминия тормозят
нормальный рост зерен, создавая условия для протекания вторичной
рекристаллизации с образованием ребровой текстуры.
Алюминий, широко
применяется, при производстве анизотропной стали по нитридному варианту, его
влияние (при содержании 0,01 – 0,03 % масс.) связано с его способностью,
образовывать с азотом трудно растворимые соединения – нитриды. Дисперсные
нитриды алюминия, выделяясь в процессе нагрева, тормозят нормальный рост зерен,
создавая условия только для роста ребровых зерен и, обеспечивая, таким образом,
протекание вторичной рекристаллизации с образованием текстуры (110) [001].
Следовательно, при выплавке анизотропной электротехнической стали,
предназначаемой для ВТО в вакууме, следует стремиться к тому, чтобы содержание
алюминия в ней было минимальным. В этом случае алюминий не следует применять ни
в предварительном, ни в окончательном раскислении. В ферросилиции, применяемом,
для раскисления анизотропной электротехнической стали, содержание алюминия не
должно превышать 0,6 – 0,8 (% масс.).
Алюминий резко снижает
растворимость в стали кислорода.
Алюминий, ухудшает,
технологичность стали при горячей и холодной прокатках. Уже при 0,08 (% масс.)
алюминия наблюдается образование большого количества рванин на кромках
горячекатаных полос. Повышение концентрации алюминия ухудшает также качество
поверхности холоднокатаных полос.
В целом, полезное
действие алюминия (в пределах 0,01 – 0,02 % масс.) связано с его положительным
влиянием на текстурообразование [1].
Титан
Титан является вредной
примесью в электротехнической стали. Он образует стабильные мелкодисперсные
включения TiN и TiO2. Так же, как Al2O3, они стойки к высоким температурам
отжига. То есть удаление этих фаз при ВТО практически невозможно.
На практике в
промышленной анизотропной электротехнической стали, содержится 0,05 – 0,08 (%
масс.) Ti. Поскольку титан имеет большое
сродство к азоту, чем
алюминий и кремний, то весь он будет находиться в виде нитридов, количество
которых, не достаточно для того, чтобы титан был ответственным за
текстурообразование. А наличие нескольких ингибиторов вследствие различных
температур растворения и коагуляции отрицательно сказывается на процессе
текстурообразования.
Кислород
Вредное действие
кислорода проявляется в образовании мелкодисперсных оксидов (Al2O3, SiO2 и т.д.),
ухудшающих магнитные свойства стали. Кроме того, кислород может привести к
образованию под корковых пузырей [4].
Водород
Отжиг листа в токе сухого
водорода повышает электротехнические свойства листа, то есть способствует его
обезуглероживанию и рафинированию от вредных примесей. Однако после того как
водород выполнил свою функцию, его следует удалять из стали путем длительной
выдержки или подогрева до 100 °С – 200 °С. Наличие водорода в металле вызывает
изменение энергетических уровней атомов и переходов их из одного энергетического
состояния в другое, что сопровождается ухудшением механических и магнитных
свойств листа.
Азот
Влияние азота на качество
анизотропной электротехнической стали весьма велико. Азот вызывает химическую и
структурную неоднородность, может явиться причиной рваной кромки, измельчает
зерно, портит текстуру и ухудшает электротехнические свойства листа. Увеличение
содержания азота в готовом листе в десять раз (от 0,002 до 0,02 % масс.)
увеличивает коэрцитивную силу и потери на гистерезис соответственно в 4 и 6
раз. Увеличение концентрации азота ведет к уменьшению магнитной индукции, а
также к резкому расширению петли гистерезиса.
Азот является наиболее
вредной примесью в стали. Азот увеличивает коэрцитивную силу, и удельные потери
в стали благодаря образованию мелкодисперсных нитридов и карбонитридов.
Сохранение же азота в твердом растворе (феррите) приводит, к магнитному
старению стали. Это обусловлено выделением из пересыщенного твердого раствора
метастабильного (Fe16 N2) и стабильного (Fe4 N)
нитридов железа.
Азот используется, при
производстве электротехнической стали по нитридному варианту. Выделение азота в
виде нитридов в интервале протекания собирательной рекристаллизации при окончательном отжиге
обеспечивает стабилизацию матрицы, и протекание вторичной рекристаллизации в
анизотропной стали. Увеличение концентрации азота до 0,010% способствует
совершенствованию текстуры и повышению магнитных свойств [4].
Неметаллические включения
Для оценки влияния
примесей на магнитные свойства необходимо учитывать размеры включений и
напряжения, которые создаются вокруг включений.
Неферромагнитные
включения, находящиеся в ферромагнитном окружении, увеличивают
магнитостатическую энергию, которая является наибольшей, когда размеры
включений соизмеримы с шириной доменных стенок (доли микрометра). На рисунке
показано изменение коэрцитивной силы от диаметра включений углерода.
Также магнитные свойства
ухудшаются из-за наличия зоны искажений матрицы вблизи включений из-за различия
коэффициентов термического расширения. Зона искажений может быть в несколько
раз больше размера включений, и в этой зоне имеется повышенная плотность
дислокаций. Из-за магнитоупругой энергии ферромагнетика происходит возрастание
коэрцитивной силы. Наиболее вредными включениями по этой причине являются AlN, Si2N4, Al2O3, цементит и т.д.
Рис. 8.
Зависимость коэрцитивной силы от размера включений углерода
Зависимость общих потерь
от содержания примесей является более сложной. Если потери от гистерезиса
возрастают с увеличением включений при одной дисперсности, то потери от
вихревых токов, как правило, уменьшаются. Это связано с искажением доменной
структуры и уменьшением размеров доменов.
Установлено также влияние
примесей на структуро – и текстурообразование и магнитные свойства стали
посредством их воздействия на твердость, то есть на уровень внутренней энергии
при деформации.
Первичная рекристаллизация приводит только к появлению в
текстуре четкой компоненты {110} <100>, но при этом последняя не является
доминирующей. Превращение этой компоненты в основную происходит на стадии
вторичной рекристаллизации, во время которой центры {110} <100> растут
быстрее, чем центры других ориентировок. Чтобы это произошло, границы основной
массы зерен должны быть стабилизированы дисперсными частицами вторых фаз [6].
Необходимо чтобы частицы стабилизировали матрицу только до
определенной температуры. Выше этой температуры выделения должны растворяться,
чтобы могла начаться вторичная рекристаллизация. Количество и дисперсность
выделений должны быть достаточными, чтобы задержать преждевременный массовый
рост зерен, но и не чрезмерно большими, чтобы это препятствие снялось при
высокотемпературном нагреве, иначе будет происходить "перестабилизация"
матрицы. Существенны и требования к скорости растворения дисперсных частиц. Во
избежание массового роста зерен скорость растворения выделений должна быть
небольшой.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 |
