CZ27278U1

CZ27278U1 - Pás z orientované transformátorové oceli

Info

Publication number: CZ27278U1
Application number: CZ2014-29547U
Authority: CZ
Inventors: Dalibor Kajfoš; František Rosypal; Ondřej Žáček
Original assignee: Arcelormittal Frýdek-Místek A.S.
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2014-08-28

Description

Pás z orientované transformátorové oceli

Oblast techniky

Technické řešení se týká pásu z orientované transformátorové oceli a způsobu jeho výroby. Dosavadní stav techniky

Pásy z orientovaných transformátorových ocelí (tzv. Grain Oriented Electrical Steels - dále jen GOES) se používají na stavbu jader transformátorů. Kvalita pásu přímo ovlivňuje ztráty elektrické energie při její transformaci a hluk transformátoru.

V rámci Evropské unie platí pro posuzování vlastností GOES norma ČSN EN 10107. K základním vlastnostem pro posuzování kvality patří měrné ztráty (W/kg), magnetická polarizace (Tesla) a elektroizolační odpor izolačního povlaku pásu. Čím jsou nižší měrné ztráty a čím vyšší je magnetická polarizace pro danou tloušťku pásu, tím jsou magnetické vlastnosti tohoto pásu lepší. Podle jejich úrovně jsou vyrobené pásy zařazovány do jednotlivých jakostních stupňů („grade“). Tloušťka vyráběných pásů se celosvětově ustálila na hodnotách 0,35; 0,30; 0,27 a 0,23 mm a šířka pásu se ustálila na 950 mm, resp. 1000 mm.

Hodnoty garantovaných magnetických vlastností pro jednotlivé jakosti pásů jmenovité tloušťky 0,35 mm dle normy ČSN EN 10107 pro běžné výrobky jsou uvedeny v Tabulce 1.

Tabulka 1

Označení	Jmenovitá	Maximální měrné ztráty [W.kg^-1] při frekvenci	Minimální magnetická
jakosti dle	tloušťka	50 Hz a při magnetické	polarizace
ČSN EN 10107	[mm]	polarizaci:	pro
		1,5 Tesla	1,7 Tesla	H = 800 A.nf¹
M140-35S	0,35	1,00	1, 40	1,78
M150-35S	0,35	1,05	1, 50	1,78
M165-35S	0,35	1,11	1, 65	1,75

kde v souladu s normou ČSN EN 10107 označuje:

M elektrotechnickou ocel;

140 stonásobek jmenovité hodnoty maximální měrné ztráty při 50 Hz ve wattech na kilogram a při 1,7 T;

stonásobek jmenovité tloušťky výrobku;

S běžné anizotropní výrobky (pro anizotropní výrobky s vysokou permeabilitou se používá písmeno P, srov. Tabulku 6).

Současná technologie výroby GOES jakostí pro běžné výrobky (běžně označovány jako Common Grain Oriented - dále jen CGO) obsahuje následující technologické kroky:

a) výroba vstupního materiálu, tj. za tepla válcovaný svitek (Hot Rolled Coil - dále jen HRC) s definovaným chemickým složením a definovaným úběrovým plánem válcování za tepla,

b) moření HRC,

c) 1. stupeň válcování za studená,

d) odmaštění pásu,

e) oduhličovací žíhání,

f) 2. stupeň válcování za studená,

- 1 CZ 27278 Ul

g) odmaštění pásu,

h) následné nanášení suspenze MgO, ch) vysokoteplotní žíhání,

i) nanášení finálního fosfátového izolačního povlaku a 5 j) termorovnací žíhání.

Pro krok a) je standardně používané složení GOES oceli uvedeno v Tabulce 2.

Tabulka 2

	Obsah příslušných prvků [hmota. %]
C	Mn	Si	P	S	Al_tot	Cu	n₂	Ti	Ti+Nb+V
min.	0,028	0,23	2,90			0,015	0,47			0,0100
max.	0,045	0,30	3,30	0,040	0,035	0,030	0,60	0,06	0,06	0,0150

Standardní podmínky válcování a úběrový plán válcování za tepla plynule lité bramy na HRC ío jsou uvedeny v Tabulce 3.

Tabulka 3

Cílová tl. HRC [mm]	Teplota ohřevu bramy [°C]	Doválcovací teplota: Výpočet [°C]	Navíjecí teplota: Výpočet [°C]
2,5	1280	970	560
Poměrná deformace ε v jednotlivých úběrech [%]/tl. pásu po úběru hi [mm]
1. úběr	2. úběr	3. úběr	4. úběr	5. úběr	6. úběr	7. úběr	8. úběr	9. úběr	10. úběr
19,33 121,00	18,18 99,00	22,22 77,00	24,67 58,00	23,28 44,50	23, 60 34,00	55,29 15,20	55,26 6,80	47,79 3,55	30,42 2,47

Krok b) - moření HRC, probíhá v H₂SO₄ o koncentraci 10 až 13 %.

Krok c) - 1. stupeň válcování za studená, válcování na mezitloušťku 0,65 mm, je standardně rea15 lizován na 4 úběry, a to podle úběrového plánu z Tabulky 4.

Tabulka 4

Poměrná deformace ε v jednotlivých úběrech [%]/tl. pásu po úběru hi [mm]
1. úběr	2. úběr	3. úběr	4. úběr
25,10	29,73	29,23	29,35
1,85	1,30	0,92	0, 65

Krok d) - odmaštění pásu, probíhá v elektrolytické lázni vodného roztoku NaOH s aditivy.

V kroku e) - oduhličovací žíhání, je rychlost oduhličovacího žíhání přizpůsobena pásu mezi20 tloušťky 0,65 mm. Využívá se intervalu rychlostí pohybu pásu 10,0 až 13,5m/min. Složení

-2CZ 27278 Ul oduhličovací atmosféry a teplota žíhání je optimalizována současně z pohledu dosažení oxidické vrstvy požadovaných vlastností, dostatečného snížení obsahu C a vytvoření podmínek pro průběh primární rekrystalizace. Oduhličení a průběhu primární rekrystalizace je dosaženo v poměrně širokém intervalu složení oduhličovací atmosféry 10 % H₂ + 90 % N₂ až 30 % H₂ + 70 % N₂ a v intervalu žíhacích teplot 820 °C až 860 °C.

Krok f) - 2. stupeň válcování za studená z mezitloušťky 0,65 mm na finální jmenovitou tloušťku 0,35 mm, je prováděn na 4 úběry podle úběrového plánu uvedeného Tabulce 5.

Tabulka 5

Poměrná deformace ε v jednotlivých úběrech [%]/tl. pásu
	po úběru	hi [mm]
1. úběr	2. úběr	3. úběr	4. úběr
23,08	16,00	11,90	10,27
0,50	0,42	0,37	0,332

V kroku g), resp. h) - se odmaštění a následné nanášení suspenze MgO provádějí při rychlosti pohybu pásu do 88 m/min a koncentraci vodní suspenze MgO 80 až 100 g/1.

Krok ch) - vysokoteplotní žíhání, se provádí stacionárně ve svitku v poklopových pecích. Standardní režim vysokoteplotního žíhání zahrnuje ohřev rychlostí 30 °C/h na teplotu dehydratační výdrže 600 °C, výdrž 10 h, ohřev rychlostí až 30 °C/h na teplotu rafinační výdrže 1200 °C, výdrž 26 h a následně řízené ochlazování.

V kroku i) - se nanášení finálního fosfátového izolačního povlaku provádí při rychlosti pohybu pásu do 27 m/min a při teplotě sušicí pece průměrně 750 °C. Výsledná tloušťka izolačního povlaku je v intervalu 2,5 až 4,5 gm.

Krok j) - termorovnací žíhání se provádí při teplotě žíhací pece 800 °C.

Rostoucí požadavky zákazníků však často převyšují i hodnoty garantované normou pro nej lepší jakosti běžných výrobků (CGO) v příslušných tloušťkách. Tyto požadavky se přibližují garantovaným hodnotám magnetických vlastností výrobků s vysokou permeabilitou. Značky jakostí pro výrobky s vysokou permeabilitou (běžně označovány jako High Grain Oriented - dále jen HGO) jsou označeny koncovkou „P“ (viz Tabulka 6) a jsou produkovány pomocí výrazně komplikovanější a nákladnější technologie.

Hodnoty garantovaných magnetických vlastností pro jednotlivé jakosti pásů jmenovité tloušťky 0,35 mm dle normy ČSN EN 10107 - výrobky s vysokou permeabilitou - jsou vedeny v Tabulce 6.

Tabulka 6

Označení jakosti dle ČSN EN 10107	Jmenovitá tloušťka [mm]	Maximální měrné ztráty [W.kg'¹] při frekvenci 50 Hz a při magnetické polarizaci:	Minimální magnetická polarizace pro H = 800 A.m'¹
1,5 Tesla	1,7 Tesla
M125-35P	0,35	0,92	1,25	1,88

-3CZ 27278 Ul

Podstata technického řešení

Úkolem předloženého technického řešení je navrhnout pás GOES jmenovité tloušťky 0,35 mm, u kterého se magnetické vlastnosti alespoň přibližují hodnotám garantovaným normou ČSN EN 10107 pro výrobky s vysokou permeabilitou.

Na základě dosažených, garantovaných magnetických vlastností jsou pásy podle předloženého technického řešení označovány AM125-35S. Pás z GOES jmenovité tloušťky 0,35 mm se podle předloženého technického řešení vyznačuje následujícími magnetickými vlastnostmi:

Tabulka 7

	Jmenovitá tloušťka [mm]	Maximální měrné ztráty [W.kg¹] při frekvenci 50 Hz a při magnetické polarizaci:	Minimální magnetická polarizace pro H = 800 A.m¹
1,5 Tesla	1,7 Tesla
AM125-35S	0,35	0,92	1,25	1,85

ío kde v souladu s normou ČSN EN 10107 označuje:

A symbol výrobce, tzn. přihlašovatele;

M elektrotechnickou ocel;

125 stonásobek jmenovité hodnoty maximální měrné ztráty při 50 Hz ve wattech na kilogram, při odpovídající jmenovité tloušťce výrobku a při 1,7 T;

35 stonásobek jmenovité tloušťky výrobku;

S běžné anizotropní výrobky; dále následujícím chemickým složením:

Tabulka 8

	Obsah příslušných prvků [hmotn. %]
C	Mn	Si	P	S	Altot	Cu	n₂	Ti	Ti+Nb+V
min.	0,028	0,23	3,00			0,015	0,47			0,0125
max.	0,038	0,28	3,20	0,017	0,012	0,017	0,57	0,06	0,06	0,0150

a dále tím, že má hrubozmnou mikrostrukturu s velikostí polygonálního feritického zrna 10 až 15 mm s ostře orientovanou texturou a orientovanými magnetickými doménami se stupněm dezorientace max. 7°.

Co se týká výsledných vlastností má tento pás zejména mimořádně nízké měrné ztráty, a to dosa25 žené překvapivě u materiálu klasické Cu-Al-N koncepce chemického složení, vycházeje tedy z levnější výrobní technologie, než jaká je nezbytná pro produkci pásů pro výrobky s vysokou permeabilitou (HGO) s Al-N koncepcí chemického složení. Poměrně jednoduchými a nákladově příznivými opatřeními je tak oproti stavu techniky dosaženo kvalitativně vyšší úrovně výrobku.

-4CZ 27278 Ul

Stručný popis obrázků

Claims

Obr. 1 představuje pro předmět technického řešení typickou hrubozmnou mikrostrukturu CGO a obr. 2 představuje typický stupeň dezorientace magnetických domén do 7°, při zobrazení pomocí přístroje „domain viewer“.

5 Popis konkrétního příkladu provedení

Vyrobený pás jmenovité tloušťky 0,35 mm orientované transformátorové oceli podle technického řešení s označením B80E, spadající do kategorie GOES, s magnetickými vlastnostmi vyhovujícími jakosti AM125-35S má konkrétní chemické složení uvedené v Tabulce 11.

Tabulka 11

Obsah příslušných prvků [hmotn. %] C Mn Si P S Alft Cu n₂ Ti Ti+Nb+V 0,032 0,27 3,10 0,010 0,004 0,015 0,50 0,0088 0,0035 0,008

Z hodnot chemického složení vyplývá, že za účelem dosažení požadovaných vlastností je interval obsahu jednotlivých prvků pásu podle technického řešení oproti stavu techniky užší.

Tento pás se podle předloženého technického řešení vyznačuje magnetickými vlastnostmi podle Tabulky 7.

15 Tabulka 7

Jmenovitá tloušťka [mm] Maximální měrné ztráty [W.kg'¹] při frekvenci 50 Hz a při magnetické polarizaci: Minimální magnetická polarizace pro H = 800 A.irf¹ 1,5 Tesla 1,7 Tesla AM125-35S 0,35 0,92 1,25 1,85

a dále tím, že má hrubozmnou mikrostrukturu s velikostí polygonálního feritického zrna 10 až 15 mm s ostře orientovanou texturou a orientovanými magnetickými doménami se stupněm dezorientace max.

20 7°. Tyto vlastnosti j sou znázorněny na připojeném obr. 1, resp. 2.

Způsob výroby pásu GOES jmenovité tloušťky 0,35 mm vychází z technologie CGO výroby GOES a obsahuje následující obecné kroky:

a) výroba vstupního materiálu, tj. HRC, s definovaným chemickým složením a definovaným úběrovým plánem válcování za tepla,

25 b) moření HRC,

c) 1. stupeň válcování za studená,

d) odmaštění pásu,

e) oduhličovací žíhání,

f) 2. stupeň válcování za studená,

30 g) odmaštění pásu,

h) následné nanášení suspenze MgO, ch) vysokoteplotní žíhání,

i) nanášení finálního fosfátového izolačního povlaku a

-5 CZ 27278 Ul

j) termorovnací žíhání.

Příklad konkrétního úběrového plánu válcování za tepla vratným způsobem na HRC jmenovité tloušťky 2,0 mm je uveden v Tabulce 9.

Tabulka 9

Cílová tl. HRC [mm] Teplota ohřevu bramy [°C] Doválcovací teplota: Výpočet/ skutečná [’C] Navíjecí teplota: Výpočet./ skutečná ve středu svitku [°C] 2,0 1285 970 967 560 550 Poměrná deformace ε v jednotlivých úběrech [%] /tl. pásu po úběru hi [mm] 1. úběr 2. úběr 3. úběr 4. úběr 5. úběr 6. úběr 7. úběr 8. úběr 9. úběr 10. úběr 14,06 129,00 15,49 109,02 18,33 89,02 19,12 72,00 31,25 49,49 31,24 34,03 59,58 13,74 59,57 5,55 44,96 2,89 29,99 2,02

Krok b) - moření HRC, probíhá v H₂SO₄ o koncentraci 10 až 13 %.

Krok c) - 1. stupeň válcování za studená vratným způsobem se provádí tak, že celková deformace je oproti stavu techniky v tomto kroku koncentrována do nižšího počtu úběrů (srov. Tabulku 4) s vyššími dílčími deformacemi, a to při zachování mezitloušťky, a to podle úběrového plánu válío cování na mezitloušťku 0,65 mm na 3 úběry dle Tabulky 10.

Tabulka 10

Poměrná deformace ε v jednotlivých úběrech [%]/tl. pásu po úběru hi [mm] 1. úběr 2. úběr 3. úběr 32,50 37,04 23,53 2,00 1,35 0,65

Krok d) - odmaštění pásu, probíhá v elektrolytické lázni vodného roztoku NaOH s aditivy.

Krok e) - oduhličovací žíhání, probíhá oproti stavu techniky beze změny, tzn. při teplotě 820 °C 15 v atmosféře o složení 20 % H₂ + 80 % N₂ při rychlosti pásu 12,7 m/min.

Krok f) - 2. stupeň válcování vratným způsobem z mezitloušťky 0,65 mm na finální jmenovitou tloušťku 0,35 mm, probíhá oproti stavu techniky beze změny, a to podle úběrového plánu uvedeného Tabulce 5.

-6CZ 27278 Ul

Tabulka 5

Poměrná deformace ε v jednotlivých úběrech [%]/tl. pásu po úběru hi [mm] 1. úběr 2. úběr 3. úběr 4. úběr 23,08 16,00 11,90 10,27 0,50 0,42 0,37 0,332

Kroky g) a h) - odmaštění a následné nanášení suspenze MgO, se provádějí oproti stavu techniky beze změny při koncentraci MgO suspenze 80 g/1.

5 Krok ch) - vysokoteplotní žíhání pásu se provádí stacionárně ve svitku režimem tvořeným ohřevem rychlostí 30 °C/h na teplotu dehydratační výdrže 600 °C; výdrží 10 h; ohřevem rychlostí 10 °C/h na teplotu rafinační výdrže 1200 °C; výdrží 26 h a řízeným ochlazováním. Snížení rychlosti ohřevu z dehydratační výdrže na rafinační výdrž na rychlosti mezi 8 °C/h až 15 °C/h zásadním způsobem zlepšuje průběh sekundární rekrystalizace a orientovaný růst zma.

ío Krok i) - nanášení finálního fosfátového izolačního povlaku na pás se provádí za standardních podmínek při rychlosti 27 m/min, teplotě sušicí pece průměrně 750 °C. Výsledná tloušťka izolačního povlaku je v intervalu 2,5 až 4,5 pm.

Krok j) - termorovnací žíhání, probíhá oproti stavu techniky beze změny při teplotě žíhací pece 800 °C.

15 Co se týká výsledných vlastností, vyznačují se tyto pásy zejména mimořádně nízkými měrnými ztrátami dosaženými u materiálu klasické Cu-Al-N koncepce chemického složení při využití levnější výrobní technologie, než jaká je nezbytná pro produkci pásů pro výrobky s vysokou