126288 (593214), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

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].

А люминий

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.

2.3.3 Процесс образования ребровой текстуры в электротехнических сталях

Первичная рекристаллизация приводит только к появлению в текстуре четкой компоненты {110} , но при этом последняя не является доминирующей. Превращение этой компоненты в основную происходит на стадии вторичной рекристаллизации, во время которой центры {110} 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.

Таким образом, правильный выбор состава сплавов и технологических режимов обработки, обеспечивающих оптимальную стабилизацию структуры – важнейшее условие получение ребровой текстуры.

Формирование ребровой текстуры в электротехнической стали – результат протекания вторичной рекристаллизации [7].

Одним из условий для протекания вторичной рекристаллизации с образованием ребровой текстуры является торможение нормального роста зерен (так называемая "стабилизация матрицы"), которое в принципе может осуществляться:

а) при наличии дисперсной неметаллической фазы;

б) в условиях сегрегации примесных атомов на границах зерен;

в) под воздействием канавок термического травления (эффект толщины);

г) в условиях текстурного торможения.

В промышленной анизотропной электротехнической стали, стабилизация матрицы осуществляется включениями второй фазы.

Другим условием является исключение α↔γ – превращений при окончательном отжиге листов. Для развития процесса текстурообразования необходим определенный режим холодной прокатки, причем наиболее важное значение имеет степень деформации (ε) при последней прокатке. Оптимум ε приходится на 40 – 70% обжатия (при больших и особенно при малых обжатиях текстура ослабляется почти до полного подавления при деформациях, близких к кристаллическим).

Вторичная рекристаллизация в электротехнической стали сопровождается резким изменением преимущественной ориентировки от рассеянной многокомпонентной с главными составляющими типа {111} и {112} ± 15° к однокомпонентной {110} . В случае когда условия отжига неблагоприятны для развития вторичной рекристаллизации, например при высокой температуре, или большой скорости нагрева, в образующейся текстуре все равно усиливается составляющая {110} . Повышение термической устойчивости дисперсной фазы, которая обеспечивает протекание вторичной рекристаллизации, приводит к получению текстуры {110} с уменьшенным рассеянием.

В ходе первичной рекристаллизации зерна {110} возникают позже зёрна других ориентировок. Образование ребровой текстуры в анизотропной электротехнической стали, объясняется ориентационной зависимостью скорости роста кристаллитов. Т.е. в текстуре, которая создается после завершения первичной рекристаллизации листа, зерна {110} обладают более высокой эффективной подвижностью границ, что позволяет наиболее крупным из этих зерен в ходе нормального роста перед началом вторичной рекристаллизации превзойти по размеру зерна других ориентировок.

Ребровая текстура образуется при вторичной рекристаллизации вследствие того, что при окончательном отжиге на стадии первичной рекристаллизации и нормального роста зерен в ней формируется такая преимущественная ориентировка, при которой зерна {110} имеют границы с наиболее высокой эффективной подвижностью. Текстура матрицы, обеспечивающая развитие вторичной рекристаллизации с формированием текстуры {110} , должна состоять из 35 – 38% зерен с ориентировкой {111} , 48 – 50% {112} , 5 – 7% {110} и 7 – 10% {110} [10].

Следует обратить внимание на роль дисперсной фазы и сегрегации примесей на границах в обеспечении отбора ориентировок зерен, превращающихся в зародыши вторичной рекристаллизации. Частицы дисперсной фазы не только задерживают нормальный рост зерен, вызывая развитие вторичной рекристаллизации, их тормозящее действие обеспечивает сохранение текстуры, способствующей ускоренному росту крупных зерен с точной ориентировкой {110} и, следовательно, превращению в зародыши вторичной рекристаллизации именно этих зерен. Для получения ребровой текстуры существенно сохранение текстуры матрицы и во время вторичной рекристаллизации. Если ослабление тормозящей силы, связанное с растворением дисперсных частиц, окажется слишком значительным, в участках еще сохранившейся матрицы будет интенсивно развиваться нормальный рост зерен, что уменьшит скорость роста центров вторичной рекристаллизации с точной ориентировкой {110} вследствие изменения текстуры в этих участках. Кроме того, это приведет к возникновению зародышей вторичной рекристаллизации с ориентировкой, отклоняющейся от {110} .

Таким образом, отбор ориентировок крупных кристаллитов, происходящий на стадии их превращения в зародыши вторичной рекристаллизации во время нормального роста зерен, обеспечивает возможность образования ребровой текстуры при вторичной рекристаллизации в электротехнической стали. Формирование ребровой текстуры при вторичной рекристаллизации определяется не только избирательным ростом, но и ориентированным зарождением [7].

Зародыши вторичной рекристаллизации с ориентировкой {110} возникают, в листах холоднокатаной стали в подповерхностных слоях на глубине около 1/6 от толщины листа. На этих горизонтах поперечного сечения оказываются усиленной составляющая {111} текстуры матрицы вторичной рекристаллизации и уменьшенным средний размер зерна. В средних слоях листа условия менее благоприятны для формирования зародышей вторичной рекристаллизации. Благодаря этому в листе с удаленным поверхностным слоем вторичная рекристаллизация замедляется, а рассеяние ребровой текстуры возрастает. Крупные зерна {110} , находившиеся в подповерхностном слое горячекатаной полосы, при холодной прокатке и первичной рекристаллизации вновь дают зерна с точной ориентировкой {110} , которые в ходе высокотемпературного отжига и становятся зародышами вторичной рекристаллизации.

Характеристики

Список файлов ВКР