CZ309139B6 - Způsob výroby magneticky měkkého polotovaru z kovu - Google Patents

Abstract

Způsob k výrobě magneticky měkkého polotovaru z kovu se zvláště dobrým magnetizačním chováním, přičemž způsob vykazuje následující způsobové kroky: vyrábění nebo připravování kovového, válcovatelného předrobku kovového produktu, předválcování kovového předrobku s definovaným stupněm tváření na mezitloušťku, přičemž stupeň tváření je přizpůsoben na kritický nebo pokritický stupeň válcování dodržovaný při navazujícím válcování, tepelné zpracování předválcovaného předrobku, přednostně žíhání předválcovaného předrobku, válcování předrobku s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování na konečnou tloušťku a na něj navazující žíhání k nastavení definované velikosti zrn a dokončení polotovaru.

Description

Způsob výroby magneticky měkkého polotovaru z kovu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu pro výrobu magneticky měkkého polotovaru z kovu se zvláště dobrým magnetizačním chováním.

Dosavadní stav techniky

Magneticky měkké polotovary jsou ve stavu techniky známé jako pás elektrotechnické oceli.

Pod magneticky měkkými materiály je možno rozumět materiály, které zejména za působení vnějších elektrických polí, proudem protékaných vodičů a magnetických polí jsou snadno magnetovatelné a odmagnetovatelné, takže jejich použitím v elektrických systémech může být optimálně využívána elektrická energie.

Magneticky měkký polotovar se dále zpracovává na konečné produkty, které například přicházejí k použití v konstrukci elektrických strojů. Podle účelu použití a požadavku se vybírá a nasazuje polotovar s příslušně vhodnými měkkými magnetickými vlastnostmi.

Není-li například pro účel použití magnetický tok stanoven na určitý směr, nýbrž je třeba, aby dobré magnetické vlastnosti byly dány ve všech směrech, používá se polotovar s izotropními vlastnostmi. To se označuje také jako pás elektrotechnické oceli s neorientovaným zrnem a používá se např. v generátorech, elektromotorech nebo relé.

Takové materiály s neorientovaným zrnem se berou dále v úvahu.

Tyto a další vlastnosti, jako např. permeabilita, remanence, indukce a nasycení, jakož i koercitivní síla popisují kvalitu vzhledem k měkkým magnetickým vlastnostem materiálů. Tyto vlastnosti mohou a musejí být přizpůsobovány na příslušný účel použití produktu.

K výrobě pásu elektrotechnické oceli s takovými požadovanými vlastnosti se ve stavu techniky jako výchozí produkt používá předvalek, přednostně za tepla válcovaný pás z oceli. U tzv. typů pásů elektrotechnické oceli s neorientovaným zrnem, na závěr žíhaných, se uskutečňuje po moření za tepla válcovaného pásu válcování za studená ve více válcovacích průchodech na požadovanou konečnou tloušťku a navazující závěrečné žíhání, přičemž vyválcovaná struktura rekrystalizuje, obsah uhlíku se nastavuje na velmi nízké hodnoty a způsobuje se tvorba hrubých zm, takže je možná snadná magnetovatelnost materiálu. Následně se polotovar (pás válcovaný za studená) zpracovává na konečné produkty, přičemž konečné produkty jsou například vysekávány z pásu válcovaného za studená nebo vyřezávány prostřednictvím laserového řezání. Při tomto dalším zpracování je bezpodmínečně třeba vyvarovat se tváření materiálu, protože přetvořením vznikají přeměny ve struktuře, které by magnetovatelnost materiálu výrazně zhoršily a vedly by k nedostatečnému koncovému produktu.

Další možnost k výrobě pásu elektrotechnické oceli s požadovanými vlastnostmi spočívá v tom, že za tepla válcovaný pás z oceli se po moření válcuje za studená, rekrystalizačně žíhá a pak s malým stupněm tváření (kritické přetvoření) válcuje za studená, aby se způsobil cílený růst zm a tím usnadnila magnetovatelnost materiálu. Z tohoto polotovare mohou pak být zhotovovány konečné produkty například ražené a ohýbané díly nebo hluboko tažené díly, přičemž konečné produkty po jejich dokončení musejí být podrobovány zvláštnímu žíhání, aby bylo možno například při tváření do struktury materiálu zavedené přeměny odstranit a připravit produkt s optimálními měkkými magnetickými vlastnostmi.

-1 CZ 309139 B6

Takový pás elektrotechnické oceli se označuje jako na závěr ne žíhaný pás elektrotechnické oceli s neorientovaným zrnem.

Navazující zvláštní žíhání konečných produktů je náročné a drahé, protože žíhacímu procesu musí být přiváděn každý jednotlivý díl.

Podstata vynálezu

Úkol vynálezu spočívá v tom, vytvořit průmyslově proveditelný způsob, se kterým jsou cíleně nastavitelné měkké magnetické a mechanické vlastnosti polotovaru, přičemž vlastnosti mohou být přizpůsobovány zejména s ohledem na další tvářející zpracování polotovaru, takže není třeba náročné tepelné zpracování tvářením polotovaru vyrobených konečných produktů a je připravován konečný produkt s dobrými měkkými magnetickými vlastnostmi.

K tomu se má uskutečňovat obohacení různorodosti způsobů, mají být tedy dávána k dispozici alternativní řešení k výrobě polotovarů se zvláště dobrými měkkými magnetickými vlastnostmi.

K řešení tohoto úkolu navrhuje vynález způsob podle nároku 1.

Jako výchozí produkt se vyrábí nebo připravuje válcovatelný kovový předrobek. Předrobek může sestávat například z feritické oceli nebo jiného kovového materiálu a vykazuje izotropní vlastnosti.

Kovový předrobek se nejprve předválcuje, přičemž předválcování se uskutečňuje namezitloušťku. Stupeň tváření při předválcování je přizpůsoben na v následujícím válcování nastavovaný kritický, resp. pokritický stupeň válcování, takže při následujícím válcování na konečnou tloušťku je třeba již jenom malé tváření materiálu do kritické, resp. pokritické oblasti tváření s malým stupněm válcování. Stupeň tváření při předválcování na mezitloušťku tedy je v závislosti ke kritickému nebo pokritickému stupni válcování při válcování na konečnou tloušťku.

Po předválcování se předrobek tepelně zpracovává, přednostně rekrystalizačně žíhá.

Následně se uskutečňuje válcování, při kterém se předrobek válcuje s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování na svoji požadovanou konečnou tloušťku, a na toto válcování navazující další žíhání. Válcováním s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování a na něj navazujícím žíháním se způsobuje růst zrn v kovové struktuře, čímž je umožněno snadnější a rychlejší magnetizování a odmagnetizování materiálu.

Při tváření materiálu válcováním se stupněm válcování, který je menší, než kritický stupeň válcování, se neuskutečňuje nejprve žádný nebo přinejmenším žádný za zmínku stojící růst zrn ve struktuře. Teprve při dosažení kritického stupně válcování se způsobuje růst zrn ve struktuře, přičemž se dosahuje maximální velikost zrn při tváření s kritickým stupněm válcování. Je-li stupeň válcování větší než kritický stupeň válcování (pokritický stupeň válcování), tak se zmenšuje velikost zm stále více se stoupajícím stupněm válcování. Stupeň válcování se volí tak, že se provokuje růst zm ve struktuře, tedy alespoň kritický anebo pokritický stupeň válcování, přičemž přes stupeň válcování může být definovaně nastavována velikost zm a z toho magnetické vlastnosti. Čím menší je volen stupeň válcování, tím větší zrna vznikají ve struktuře a tím lepší jsou magnetizační vlastnosti, tzn. tím snadněji a rychleji se nechá materiál magnetizovat. Současně se však s přibývající velikostí zm zhoršují mechanické vlastnosti materiálu.

Velikost zm a s ní spojené magnetické a mechanické vlastnosti se proto mohou a mají nastavovat cíleně přes kritický nebo pokritický stupeň válcování a přizpůsobovat na příslušný pozdější účel použití materiálu, takže vhodný polotovar může být cíleně připravován pro příslušný účel použití.

Měkké magnetické vlastnosti, které jsou tímto způsobem zaváděny do materiálu, umožňují další

-2CZ 309139 B6 zpracování polotovaru i tvářením, například hlubokým tažením nebo ohýbáním, na konečné produkty se zvláště dobrými měkkými magnetickými vlastnostmi, aniž by musely být konečné produkty podrobovány navazujícímu zvláštnímu žíhání. Tím odpadá náročné a drahé dodatečné zpracování jednotlivých produktů.

Způsobem mohou být vyráběny a připravovány různé polotovary se zvláště dobrými měkkými magnetickými vlastnostmi, například pásy, dráty nebo podobné předvalky z kovu, které jsou návazně tvářeny na konečné produkty.

Přednostně je upraveno, že předrobekje za tepla válcovaný pás z feritické (nebo nelegované) oceli.

Přednostně je upraveno, že předrobek se při předválcování předválcovává se stupněm tváření 30 až 80 %.

Stupeň tváření v tomto velikostním řádu je například při zpracování za tepla válcovaného pásu z oceli nutný, aby při navazujícím válcování s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování mohlo být zajišťováno tváření materiálu do kritické, resp. pokritické oblasti.

Za tepla válcovaný pás z oceli, který má být zpracováván podle způsobu, může vykazovat tloušťku až do 50 mm.

Pokud se používá jiný předrobek, resp. materiál, přizpůsobuje se stupeň tváření na příslušný materiálově specifický kritický, resp. pokritický stupeň válcování.

Při tom je přednostně upraveno, že se uskutečňuje žíhání předválcovaného předrobku při teplotě 550 °C až 700 °C, přičemž přednostně je upraveno, že se žíhání provádí až 50 hodin.

Tím se struktura po předválcování rekrystalizuje.

Dále je přednostně upraveno, že kritický nebo pokritický stupeň válcování leží mezi 8 a 25 %, přednostně mezi 9 a 15 %, přičemž je přednostně upraveno, že na válcování s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování navazující žíhání se uskutečňuje při teplotě až do 710 °C a žíhání se uskutečňuje po časový interval až do 80 hodin.

Předválcováním se stupněm válcování v uvedených mezích a navazujícím žíháním se nechají velikosti zm nelegovaného ocelového materiálu nastavovat variabilně a přizpůsobeně na navazující účel použití polotovaru. Podle volby materiálu leží kritický, a tím i pokritický stupeň válcování v uvedené oblasti, a mohou být nastavovány různé velikosti zm v závislosti na stupni válcování. U oceli (legované nebo nelegované) mohou být nastavovány velikosti zm ASTM 1 až 6, přičemž se velikost zm zmenšuje se stoupajícím stupněm tváření.

Pokud se používá jiný materiál, je třeba určit jeho materiálově specifický kritický nebo pokritický stupeň válcování a použít při válcování.

Přednostně je upraveno, že se před předválcováním předrobku provádí předřazené tepelné zpracování, přednostně žíhání, přičemž přednostně je upraveno, že předřazené žíhání se uskutečňuje při teplotě mezi 650 a 800 °C a přednostně se provádí po časový interval až 60 hodin.

Předřazené tepelné zpracování, přednostně žíhání, slouží k tomu, aby bylo možno připravit kovový materiál předrobku na jeho zpracování a strukturu předrobku uvést do zlepšeného výchozího stavu.

U předrobků z feritického ocelového materiálu, způsobuje předřazené tepelné zpracování například změnu obsahu uhlíku. Před tepelným zpracováním nepravidelně ve struktuře rozdělený uhlík se ukládá tepelným zpracováním na hranicích zm.

-3CZ 309139 B6

Předřazeným tepelným zpracováním mohou být přídavně zlepšovány měkké magnetické vlastnosti polotovaru a může být připravován polotovar s ještě lepší kvalitou.

Přednostně je upraveno, že se předrobek před dokončením a po závěrečném tepelném zpracování válcuje na hotovo, přičemž je přednostně upraveno, že válcování na hotovo se uskutečňuje se stupněm tváření mezi 0,1 a 2 %.

Tím může být nastavována přesná tloušťka materiálu, jakož i rovinnost a kvalita povrchu.

Objasnění výkresů

Na výkrese je znázorněn příklad provedení způsobu podle vynálezu a následně blíže popisován.

Konkrétně:

obr. 1 ukazuje schematický průběh způsobu; a obr. 2 tabulkové znázornění magnetických a mechanických vlastností nelegované oceli po provedení způsobu s různými stupni válcování.

Příklady uskutečnění vynálezu

Obr. 1 schematicky ukazuje průběh způsobu k výrobě magneticky měkkého polotovaru se zvláště dobrým magnetizačním chováním.

Způsobem se vyrábí polotovar ve formě za studená válcovaného pásu z oceli.

Jako výchozí produkt se k tomu vyrábí nebo připravuje kovový, válcovatelný předrobek z oceli, totiž předvalek, přednostně za tepla válcovaný pás z nelegované oceli, přičemž materiál za tepla válcovaného pásu vykazuje izotropní vlastnosti.

Za tepla válcovaný pás se nejprve předválcuje, přičemž předválcování se uskutečňuje na mezitloušťku. Stupeň tváření při předválcování leží mezi 30 a 80 % a je přizpůsoben na kritický, resp. pokritický stupeň válcování nastavovaný při pozdějším válcování na konečnou tloušťku, takže při válcování na konečnou tloušťku je třeba již jenom malé tváření do kritické, resp. pokritické oblasti tváření materiálu s malým stupněm válcování. Stupeň tváření při předválcování na mezitloušťku tedy je v závislosti ke kritickému nebo pokritickému stupni válcování při válcování na konečnou tloušťku.

Předválcovaný předrobek se následně tepelně zpracovává, přičemž se přednostně provádí žíhání při teplotě mezi 550 a 700 °C po dobu až 50 hodin.

Po žíhání se uskutečňuje válcování, přičemž se předrobek válcuje s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování na svoji požadovanou konečnou tloušťku, a na toto válcování navazující další žíhání při teplotě až do 710 °C přes časový interval až do 80 hodin. Válcováním s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování a na něj navazujícím žíháním se způsobuje růst zrn v kovové struktuře, čímž je umožněno snadnější a rychlejší magnetizování a odmagnetizování materiálu.

Tváření se musí uskutečňovat alespoň s kritickým stupněm válcování, protože při tváření materiálu válcováním se stupněm válcování, který je menší než kritický stupeň válcování, se neuskutečňuje žádný nebo přinejmenším žádný za zmínku stojící růst zrn ve struktuře. Teprve při přetvoření, při kterém je dosažen kritický stupeň válcování, se způsobuje zřetelný růst zrn ve struktuře, přičemž maximální velikost zrn je nastavena při tváření s kritickým stupněm válcování. Je-li stupeň

-4CZ 309139 B6 válcování větší než kritický stupeň válcování (pokritický stupeň válcování), tak se zase zmenšuje velikost zrn, přičemž velikost zrn se zmenšuje s přibývajícím pokritickým stupněm válcování. Tím se nastavuje alespoň kritický anebo pokritický stupeň válcování, přičemž přes stupeň válcování může být definovaně nastavována velikost zrn a z toho magnetické vlastnosti. Stupeň válcování leží v ukázaném příkladu mezi 11 a 25 %. Docílené výsledky vzhledem k magnetickým a mechanickým vlastnostem, které jsou docilovány tvářením materiálu s takovými stupni válcování, jsou ukázané v tabulce na obr. 2. Čím menší je volen stupeň válcování, tím větší zrna vznikají ve struktuře a tím lepší jsou magnetizační vlastnosti, tzn. tím snadněji a rychleji se nechá materiál magnetizovat. Současně se však s přibývající velikostí zrn zhoršují mechanické vlastnosti materiálu.

Velikost zrn a s ní spojené magnetické a mechanické vlastnosti se proto nastavují cíleně přes kritický nebo pokritický stupeň válcování a přizpůsobují na příslušný pozdější účel použití materiálu, takže vhodný polotovar může být cíleně připravován pro příslušný účel použití.

Měkké magnetické vlastnosti, které jsou tímto způsobem zaváděny do materiálu, umožňují další zpracování polotovaru i tvářením, například hlubokým tažením nebo ohýbáním, na konečné produkty se zvláště dobrými měkkými magnetickými vlastnostmi, aniž by musely být konečné produkty podrobovány navazujícímu zvláštnímu žíhání. Tím odpadá náročné a drahé dodatečné zpracování jednotlivých produktů.

Po válcování a navazujícím žíhání se předrobek se stupněm tváření např. 0,7 % válcuje na hotovo. Tím se nastavuje přesná tloušťka materiálu, jakož i rovinnost a kvalita povrchu.

K tomu existuje možnost předrobek před předválcování nejprve přivádět žíhání, aby bylo možno materiál připravit na následující způsobové kroky a přivést strukturu do lepšího výchozího stavu. Toto žíhání se provádí přednostně při teplotě mezi 650 a 800 °C.

Žíháním se uskutečňuje změna obsahu uhlíku ve struktuře. Před tepelným zpracováním je uhlík rozdělen ve struktuře nepravidelně a ukládá se žíháním na hranicích zrn. Tím nezamezuje uhlík později negativně magnetizování materiálu a měkké mechanické vlastnosti polotovaru mohou být přídavně zlepšovány. Může být připravován polotovar se zvláště dobrou kvalitou.

Po předřazeném tepelném zpracování se pak provádějí další způsobové kroky.

Způsobem je možné, připravit polotovar se zvláště dobrými měkkými magnetickými vlastnostmi, které jsou nastavitelné tak, že je umožněno i navazující tváření materiálu například v hluboko tažených nebo ražených a ohýbaných dílech se zvláště dobrými měkkými magnetickými vlastnostmi, aniž by konečné produkty musely být návazně podrobovány zvláštnímu žíhání nebo srovnatelnému tepelnému zpracování.

Vynález není omezen na příklad provedení, nýbrž je v rámci ozřejmění mnohonásobně variabilní.

Všechny v popise a/nebo výkrese odhalené jednotlivé a kombinační znaky jsou považovány za vynálezecky podstatné.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby magneticky měkkého polotovaru z kovu se zvláště dobrým magnetizačním chováním, přednostně pásu, drátu nebo podobného předvalku z kovu, přičemž způsob vykazuje následující způsobové kroky:

   vyrábění nebo připravování kovového, válcovatelného předrobku kovového produktu, předválcování kovového předrobku s definovaným stupněm tváření na mezitloušťku, vyznačující se tím, že při předválcování je stupeň tváření přizpůsoben na kritický nebo pokritický stupeň válcování, který je třeba dodržet při navazujícím válcování, tepelné zpracování předválcovaného předrobku, přednostně žíhání předválcovaného předrobku, válcování předrobku s kritickým nebo pokritickým stupněm válcování na konečnou tloušťku a na něj navazující žíhání k nastavení definované velikost zrn, a dokončení polotovaru.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že předrobek je za tepla válcovaný pás z feritické nebo nelegované oceli.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že předrobek se při předválcování předválcovává se stupněm tváření 30 až 80 %.
4. 4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že, se uskutečňuje žíhání předválcovaného předrobku při teplotě 550 °C až 700 °C.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že se žíhání provádí až 50 hodin.
6. 6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že kritický stupeň válcování leží mezi 8 a 25 %, přednostně mezi 9 a 15 %.
7. 7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že žíhání navazující na válcování s kritickým stupněm válcování se uskutečňuje při teplotě až do 710 °C.
8. 8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se žíhání uskutečňuje po časový interval až 80 hodin.
9. 9. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se před předválcováním předrobku provádí předřazené tepelné zpracování, přednostně žíhání.
10. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se předřazené žíhání uskutečňuje při teplotě mezi 650 a 800 °C.
11. 11. Způsob podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že se předřazené žíhání provádí po časový interval až 60 hodin.

    - 6 CZ 309139 B6
12. 12. Způsob podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že se předrobek před dokončením a po závěrečném tepelném zpracování válcuje na hotovo.
13. 13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že se válcování na hotovo uskutečňuje se 5 stupněm tváření mezi 0,1 a 2 %.