DK141817B - Fremgangsmåde til dannelse af en glashinde på overfladen af et stålbånd. - Google Patents

Description

U1817

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til dannelse af en stærkt klæbende, ensartet isolerende glashinde i hovedsagen bestående af forsterit, på overfladen af et kornorienteret silici= umholdigt stålbånd, hvilken fremgangsmåde omfatter en rens-5 ning inklusive en affedtning af overfladen af et silicium= holdigt stålbånd, der er koldvalset, idet stålbåndet har en sluttykkelse og indeholder 2-4% Si, en afkulningsudglødning ved 700-900°C i en befugtet hydrogen/nitrogenatmosfære til dannelse afen SiC>2-holdig oxidhinde på overfladen af stålbån-10 det, en tilførsel til det afkulningsbehandlede stålbånd af en udglødningseparator i hovedsagen bestående af magnesia, en vikling af stålbåndet til en spole, samt en slutudglød-ning af spolen ved 1100-1300°C i en hydrogenholdig atmosfære.

En sådan fremgangsmåde kendes fra USA patentskrift nr.

15 3.700.506. Ved denne fremgangsmåde bliver det varmvalsede og glødede båndmateriale underkastet en ikke nærmere beskrevet bejdsning for behandling af båndmaterialet med henblik på den afsluttende koldvalsning. Bejdsningen kan f. eks. være den såkaldte "svagbejdsning", som er almindelig til be-20 handling af båndmaterialer med henblik på koldvalsning. En sådan bejdsning før koldvalsningen tjener til at opløse de glødeskalspartikler i blikoverfladeporerne, som ikke er blevet fjernet ved mekanisk glødeskalsfjernelse.

Denne kendte fremgangsmåde har imidlertid den ulempe, at der 25 ikke dannes en fuldstændig ren blikoverflade før afkulnings-udglødningen efter koldvalsningen og heller ikke en blikoverflade, som på speciel måde er præpareret med henblik på belægning med en glødeskalseparator. Der må derfor påregnes en forholdsvis ujævn og dårligt vedhæftende glashinde.

30 Fra USA patentskrift nr. 3.331.713 kendes en fremgangsmåde ved dannelse af en isolerende belægning af Si-stålblik, hvor et varmvalset båndmateriale inden påføring af en MgO-holdig opslæmning affedtes og/eller bejdses, hvorpå det belagte stålbånd glødes og derefter valses til komprimering af den påfør- 141817 2 te opslæmning. Derefter normaliseres båndmaterialet for til sidst at blive underkastet en slutudglødning.

Denne fremgangsmåde har den ulempe, at rensebehandlingen ved affedtning og/eller bejdsning udføres før påføringen af den 5 MgO-holdige opslæmning. Som følge heraf er det ikke muligt at foretage en afkulningsudglødning i ubelagt tilstand, hvilket er nødvendigt af hensyn til blikkets kvalitet. Dette hindrer igen dannelsen af en SiC^-holdig oxidhinde på blikoverfladen ved glødebehandlingen.

10 Fra belgisk patentskrift nr. 642.978 er det desuden kendt ved bejdsning at rubehandle blik, som skal emaljeres. Hensigten er at opnå en vedhæftende emaljebelægning.

Formålet med opfindelsen er at anvise en fremgangsmåde af ovennævnte art, og som på enkel måde muliggør en dannelse 15 af en særlig jævn og stærkt vedhæftende glasbelægning på overfladen af båndmaterialet.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at det koldval-sede siliciumholdige stålbånd efter affedtning, men før af-kulningsudglødningen, bejdses på en sådan måde, at der fra 20 stålbåndoverfladen fjernes overfladelag i en mængde på 3-50 g/ 2 m . Denne bejdsning, der foretages i et bestemt trin under processen, giver da en overraskende forøgelse i vedhæftningen, hvilken forøgelse i vedhæftningen kan føres tilbage til en ruhedsdannelse og en overfladetilstand, som muliggør en 25 jævn SiO-j-belægning. Ved bejdsningen ifølge opfindelsen sker der ikke blot en rensning af blikket, men også en aktivering af den frigjorte blikoverflade, således at vedhæftningen af den færdige MgO-SiC^-hinde øges betydeligt.

Som bejdsemiddel foretrækkes svovlsyre eller saltsyre som 30 følge af disse syrers bejdsningsegenskaber, prisbillighed og den lette behandling af spildt syre.

3 141817

Ifølge en foretrukken udførelsesform udføres bejdsningen således, at der opnås en afbejdset materialmængde på mindst 2 10 g/m . Bejdsningen udføres f. eks, i en bejdsningsenhed, som er kombineret med den sidste del af en affedtningslinie.

5 Bejdsningen kan imidlertid også udføres i en bejdsningsenhed, som er kombineret med den forreste del af en afkulnings-udglødningslinie.

Fremgangsmåden kan f. eks. anvendes i forbindelse med Sistålblik til transformatorkerner. Specielt for kerner, som 10 udsættes for bøjninger, er det nødvendigt med vedhæftende Mg0-Si02~belægninger på overfladen. En beskadigelse af de isolerende belægninger fører selvsagt til en forringelse af transformatoregenskaberne.

t

De hidtidige forsøg på at forbedre ensartetheden af adhæsio-15 nen har først og fremmest været rettet mod renheden, eventuelle urenheder, kornstørrelsen og den tilførte mængde udglødningsseparator. Opfinderne har imidlertid til forskel derfra undersøgt betydningen af stålbåndets overfladetilstand efter sidste koldvalsningstrin, men før afkulnings-20 udglødningen. Det blev da konstateret, at man med stor fordel kunne bejdse stålbåndet før afkulningsudglødningen, idet der herefter dannedes en særdeles ensartet og bestandig glashinde med en væsentlig bedre adhæsion, idet hinden ikke skallede af selv under en hård bearbejdning ved fremstilling af 25 jernkerner. Ved den konventionelle teknik udføres alkaliaffedtningen eller den elektrolytiske affedtning, som er en stærkere affedtningsmetode,før afkulningsudglødningen for fjernelse af den valseolie, der er blevet anvendt under sidste koldvalsning. Nogen bejdsning har imidlertid ikke fundet 30 sted.

Årsagen til, at rensningstrinnet er blevet undersøgt er følgende. Glashinden, der i hovedsagen består af forsterit, dannes som ovenfor beskrevet ved reaktion af siliciumoxid i den oxidhinde, der er dannet under afkulningsudglødningen, med 35 udglødningsseparatorens magnesiumoxid under den sidste ud- 141817 4 glødning ved høj temperatur. Opfinderne har konstateret, at det er et uomgængeligt krav for opnåelse af en ensartet glas-hinde, at oxidhinden, der er dannet under udglødningen, altid har en ensartet sammensætning og tykkelse over hele stål-5 båndets overflade og konstateret, at det er af stor betydning, at man fører kontrol med overfladetilstanden af stålbåndet før afkulningsudglødningen, udover at man nøje kontrollerer temperaturen af atmosfæren og udglødningstiden.

Ved produktion af kornorienterede siliciumholdige stålbånd 10 udføres trin som varmvalsning, fjernelse af glødeskal, første koldvalsning, affedtning for valseolie hidrørende fra den første koldvalsning, mellemglødning, anden koldvalsning, affedtning for valseolie hidrørende fra anden valsning, osv., i hovedsagen før afkulningsudglødningen. Overfladen af stål-15 båndet før afkulningsudglødningen er tilsyneladende ren. Når imidlertid en transparent klæbestrimmel påføres på en fuldstændigt affedtet overflade af et koldvalset stålbånd, og strimmelen rives af fra båndet, hæfter der sølvklart sort pulver til strimmelen. Pulvermængden er ikke altid den sam-20 me. Pulveret klæber imidlertid ret fast til strimmelen, og det er vanskeligt at fjerne det fuldstændigt. Selv om det ikke er muligt at måle den mængde pulver, der klæber til strimmelen nøjagtigt, så kan man ved vejning af strimmelen før og efter analysen konstatere, at den vedhæftende mængde 25 andrager 0,5-2,0 g/m . Eftersom den vedhæftende pulvermængde i hovedsagen består af Fe, Si og O, må det antages, at den tynde glødeskal, der er dannet på stålbåndets overflade under mellemglødningen forud for sidste koldvalsning, pulveriseres, presses og klæbes fast til stålbåndets overflade under kold-30 valsningen. Det, at der forekom glødeskalfjerneiser efter varmvalsningen, var ikke helt tilfredsstillende og måtte undersøges. Det viste sig da, at når en sådan glødeskal forekom, havde affedtningsmidlet for valseolien en tendens til ikke fuldstændigt at blive fjernet under vandafvaskningen.

35 Eftersom forureningen af ståloverfladen før afkulningsudglød- 141817 5 ningen ikke kun skyldes det vedhæftende pulver, så må man være omhyggelig med den brænding af valseolien, der skyldes temperaturstigningen i valsen, og den rust, der dannes, såfremt affedtningsbehandlingen ikke sker umiddelbart efter 5 valsningen.

Årsagen til, at der altid dannes en meget ensartet og stabil isolerende glashinde, når bejdsningen foretages før afkul-ningsudglødningen, er sandsynligvis, at det vedhæftende pulver og urenhederne på ståloverfladen fjernes fuldstændigt, 10 og at afkulningsreaktionen og oxidhinde-reaktionen sker ens artet over hele stålbåndets overflade. Derudover sker der en uventet forøgelse af vedhæftningen af glasset til stålet. Denne virkning kan ikke forklares blot ved, at ståloverfladen er fuldstændig ren før afkulningsudglødningen. Når f. eks. en 15 glødeskal, der er dannet på et stålbånd under varmvalsningen, fjernes fuldstændigt, og der foretages en kontinuerlig mellemglødning umiddelbart før den sidste koldvalsning ved et dugpunkt, der ligger lavere end -40°C i en tør hydrogenatmosfære (således at der ikke dannes en oxidhinde overalt på stålbån-20 dets overflade), eller når der bejdses med en vandig syreopløsning, der desuden er tilsat nogle procent flussyre, umiddelbart efter en mellemglødning til fuldstændig fjernelse af glødeskal dannet på stålbåndet under mellemglødningen, får båndets overflade efter den sidste koldvalsning og affedt-25 ningen af valseolien en metalglans, der svarer til den metalglans, son koldvalset blødt stål almindeligvis har. Derudover er overfladen fuldstændig ren, når man foretager klæbestrimmelprøven. Når et stålbånd, der er behandlet på denne måde, og et stålbånd, der er blevet bejdset som ifølge opfin-30 delsen, efter affedtningen underkastedes afkulningsudglødning, fik påført en udglødningsseparator, og båndene derefter blev underkastet den sidste udglødning ved entemperatur under samme betingelser til dannelse af glashinder på stålbåndenes overflade, så blev den hinde, der blev dannet ved behandlingen 35 ifølge opfindelsen betydeligt bedre end den første i hense ende til ensartethed og adhæsion. Årsagerne hertil vil blive beskrevet i det følgende: Overfladen af stålbåndet holdes 6 1Λ1817 over det hele altid i en og samme tilstand som følge af fjernelsen af en meget lille mængde substanser, der hæfter til overfladen, før afkulningsudglødningen. Overfladetilstanden af stålbåndet før afkulningsudglødning, som er 5 vanskelig at beskrive kvantitativt eller at styre, har således været let at holde konstant. Selv om de mekanismer, der bevirker glashindens adhæsion, er forbedret, udover at ensartetheden er forbedret, er den endnu ikke forklaret. Man mener imidlertid, at en meget lille ruhed af 10 stålbåndet dannet ved bejdsningen er årsag til adhæsionens forbedring.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal beskrives mere detaljeret i det følgende.

Det siliciumholdige stålbånd, der skal behandles, indeholder 15 2-4% Si. Båndene er forud blevet varmvalset, derefter udglø det og koldvalset til en sluttykkelse. Derefter er båndene blevet affedtet. Stålbåndet kan f. eks. indeholde S, Se, Sb eller Al. Desuden kan enhver grad af reduktion ske under varm- og koldvalsningerne. Bejdsningen kan fofetages i en 20 bejdsningsenhed, der er kombineret med den sidste del af en konventionel affedtningslinie eller i en bejdsningsenhed, der er kombineret med den forreste del af en konventionel afkulningsudglødningslinie. Såfremt det er nødvendigt at forebygge rustdannelse efter bejdsningen så meget som muligt, 25 kan man med fordel kombinere bejdsningsenheden med den forreste del af en afkulningsudglødningslinie. Efter bejdsningen kan efterbehandlingen foretages på samme måde som ved almindelige stålbånd, dvs. det bejdsede stål vaskes med vand og tørres. De syrer, der skal anvendes ved bejdsningen, er de 30 almindeligt anvendte, såsom svovlsyre, saltsyre, saltpeter-syre, flussyre, phosphorsyre eller lignende. Svovlsyre og saltsyre foretrækkes som følge af disse syrers bejdsningsegenskaber, prisbillighed og den lette behandling af spildt syre.

35 Det er nødvendigt at udføre bejdsningen i en sådan grad, at 1Λ 1 8 1 7 7 de substanser, der klæber til ståloverfladen, fuldstændigt fjernes, og stållegemet blotlægges over hele overfladen.

Por at opnå en pålidelig adhæsion af glashinden er det i-midlertid hensigtsmæssigt at vælge en bejdsningstilstand, 5 så stålets overflade opløses og fjernes til en vis grad både i det tilfælde, hvor en stor mængde substanser klæber til stålfladen, og i det tilfælde, hvor i hovedsagen ingen substanser klæber dertil.

10 I det følgende refereres der til tegningen, der viser relationen mellem stålbåndets reduktion ved bejdsning som funktion af glashindens adhæsion.

Et stålbånd blev bejdset under forskellige omstændigheder, som vist i tabel 1. Det bejdsede bånd blev underkastet en 15 afkulningsudglødning, tilsat magnesiomoxid og til slut udglødet ved en høj temperatur til dannelse af en glashinde.

Tabel 1

Bejdsnings-

Koncentration Temperatur Tid reduktion

Syre (vægt$) (°C) (sek.) (g/m^) 20 H2S04 5 70 20 1,9 HC1 20 40 30 3,4 H2S04 5 70 40 5,1 HC1 20 50 45 14,0 H2S04 20 75 60 38,0 25 Den på tegningen viste figur viser stålbåndets reduktion ved den ovenfor beskrevne bejdsning som funktion af den resulterende glashindes adhæsionsstyrke. Adhæsionsstyrken blev målt på følgende måde. Et klæbemiddel i form af en epoxyharpiks blev påført i den ene ende af to båndformede prøvestykker 30 dækkende 1 cm . Prøvestykkerne blev derefter lagt over hin- 1Λ1 8 1 7 8 anden og klæbet fast til hinanden. Derefter blev de to prøvestykker trukket i en vandret retning. Den nødvendige kraftpåvirkning til afrivningen blev målt. Prøvestykkerne blev udtaget fra ti dele i stålbåndets tværretning i hver bejdsnings-5 tilstand.

Som det fremgår af figuren, er - når bejdsningsreduktionen 2 ikke er mindre end 3 g/m - adhæsionsstyrken forbedret, og ruheden i båndets tværgående retning er reduceret. Når bejds- 2 ningsreduktionen ikke er mindre end 10 g/m , opnås en meget 2 10 høj adhæsionsstyrke på omkring 200 kg/m .

Bejdsningsgraden repræsenteres ved bejdsningsreduktionen, som 2 2 er på mindst 3 g/m . I dette tilfælde betyder udtrykket "1 m " 2 - 1 m af stålbåndet på begge sider. Bejdsningsreduktionen pr.

2 15 side er følgelig 1,5 g/m . Når bejdsningen sker under strengere omstændigheder, er båndtykkelsen mindre. Selv når det tilsigtede tykkelsesinterval er opretholdt, er afstandsfaktoren reduceret og det økonomiske tab større. Den øvre grænse er følgelig begrænset ved kommerciel produktion. Selv om man 20 principielt ikke kan tale om en øvre grænse for bejdsningsreduktionen ved nærværende opfindelse, er den ved praksis be-grænset til 50 g/m .

De trin, der omhandler kontinuert afkulningsudglødning, påføring af udglødningsseparator og slutudglødning ved en høj 25 temperatur efter bejdsningen, sker efter metoder, der er velkendt ved produktion af kornorienterede, siliciumholdige stålbånd. Ved disse foretages en afkulningsudglødning kontinuert i en H2-H20-holdig atmosfære til dannelse af et lag af sili= ciumoxid og jernoxid. Når tykkelsen af oxidlaget er lille og 30 er mindre en 3 y, forbedres adhæsionen mærkbart. Den forbedres selv når tykkelsen er stor og er omkring 5 μ. Som udglødningsseparator anvendes magnesiumoxid enten alene eller iblandet titanoxid. I begge tilfælde forbedres ensartetheden og adhæsionen af den resulterende glashinde. Den sidste udglødning 35 foretages ved udglødning i en lukket beholder ved 1100-1300°C

9 U1817 i en hydrogenholdig atmosfære.

Opfindelsen vil i det følgende blive illustreret ved nogle eksempler.

Eksempel 1.

5 Et koldvalset 3,3% siliciumholdigt stålbånd med en tykkelse på 0,30 mm, en bredde på 970 mm og en længde på omkring 2800 m blev affedtet og renset. Derefter blev stålbåndet bejdset i 60 sekunder i et 20% svovlsyrebad med en temperatur på ca. 75°C. Bejdsningsreduktionen ved denne behandling 10 blev målt ved brug af et lille prøvestykke, og den viste sig at være omkring 40 g/m . Derefter blev det bejdsede stålbånd underkastet en kontinuert afkulningsudglødning ved 820°C i 5 minutter i en atmosfære med et dugpunkt på 60°C og for 70%'s vedkommende bestående af hydrogen og for den reste-15 rende dels vedkommende af nitrogen. Derefter blev der til stålbåndet tilført en vandig opslæmning af pulveragtig MgO som udglødningsseparator. Stålbåndet blev derefter tørret ved opvarmning og derefter viklet til en spole. Den mængde 2

MgO, der pr. side blev tilført, androg efter tørring 6,5 g/m .

20 Den resulterende spole blev underkastet en sidste udglødning ved 1200°C i 15 timer i hydrogenatmosfære i en muffelovn. Efter køling blev den ikke-reagerede udglødningsseparator fjernet, og ensartetheden af den resulterende glashinde blev vurderet. Det resulterende stålbånd blev underkastet en udflad-25 ningsudglødning til fjernelse af båndets spoleform. Derefter blev der for forbedring af båndets isolationsegenskaber tilført en opløsning, der var tilvejebragt ved opløsning af 3 kg chromoxid og 7,5 kg aluminiumnitrat i 100 liter af en 15% magniumphosphatopløsning, hvorefter stålbåndet blev bagt ved 30 450°C i 1 minut til opnåelse af et slutprodukt. Epstein-prø- vestykker af en bredde på 30 mm blev udtaget. Prøvestykkerne blev underkastet en afspændings-glødning ved 800°C i 5 timer i nitrogenatmosfære. Derefter blev bøjningsadhæsion, adhæsionskraft og me11emrumsfaktor udmålt.

141817 ίο

De opnåede resultater er vist i tabel 2 sammen med resultaterne ved de følgende eksempler.

Eksempel 2.

Det samme stålbånd som anvendt i eksempel 1 blev affedtet og 5 renset. Derefter blev stålbåndet bejdset i 45 sekunder i et 20% saltsyrebad ved 50°C. Derefter blev stålbåndet underkastet en kontinuert udglødning ved 820°C i 5 minutter i en atmosfære med et dugpunkt på 60°C, hvilken atmosfære for 70%'s vedkommende bestod af hydrogen og for den resterende dels 10 vedkommende bestod af nitrogen. Til stålbanen blev derefter tilført en vandig opslæmning bestående af 10% Ti02 og resten MgO som udglødningsseparator. Stålbåndet blev derefter viklet til en spole.

I ovennævnte behandling androg bejdsningsreduktionen omkring 2 15 14 g/m , og den tilførte mængde separator pr. side androg 2 7,5 g/m . Den resulterende spole blev behandlet på samme måde som beskrevet i eksempel 1,

Eksempel 3.

Den i eksempel 1 nævnte behandling blev gentaget med den und- 20 tagelse, at bejdsningen blev foretaget i omkring 40 sekunder i et 5% svovlsyrebad ved en temperatur på omkring 70°C. Ved 2 denne behandling var bejdsningsreduktionen omkring 5 g/m . Sammenligningseksempel.

Den i eksempel 1 nævnte behandling blev gentaget med den und-25 tagelse, at der ikke blev foretaget bejdsning.

Tabel 2 viser de resultater, der blev opnået i ovennævnte eksempler. Som det fremgår af tabellen opnås en betydelig forbedring af ensartetheden og adhæsionen af glashinden.

Især den kendsgerning, at glashinden efter sidste belægning 30 og afspændings-glødning i nitrogen har en høj adhæsions-kraft, viser-, at stålbånd med glashinder ifølge opfindelsen 11 1A1817 er meget anvendelige som kernemateriale for en transformator af den type, der har en viklet kerne, hvilket kernemateriale underkastes imprægneringsklaebning og mekanisk bearbejdning efter afspændings-glødning.

5 Desuden er mellemrumsfaktoren som opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen i hovedsagen den samme som den, der opnås ved den konventionelle metode.

141817 12 i

CQ

d d - _ : d O'-' oo Ο σ σ d P'ta. - ~ - - p t- oo c- c~· ra cd σι σ σ σ «Η «Η <! CNJ ΙΠ a fl «ν Ο-Ρ a ^ .Η ρ ρ ο Ο Ο Ο ο m d οο co Η ιλ tp $ d W) Η Η Η β ΛΛ Μ Ρ d ^ d <4 d «.

Η σ ra .

εη ι d WJ bo S bp Q) _, h d rf d o d \> d d φ Ρ ·Η Ρ O d d MO d d H d d d

ffi d d d ·Η ·Η d Ρ MOP

a d ra d 3 o -p i> d d cd _d to o d £8 § d rdS Hd p ρ φ Ρ Ρ Φ Φ P

d m i>dri cu-Pd mi «« £8·—' ο φ φ d d cd d od

d i«. i|ti) M d Φ MO H *P d H

<d da dri ddd d cd d +> dH Ρ Ρ P 8 ρ ρ 4-) d P 4-) 4-j ra H MOO . ·· ·· ·· d cm d d ·· rf ·· ρν-χ ω d φ d cd d d d cu d <d d cd •n p d P d P d

cm s raP ra P ra P

pq d ra d ra d ra H CD d CD d <D d

φ d cd d * CD d CD

•jo d d d d d d • ctf *H ·Η E-)

II

CD CD

. .

rad d d tso °d d cd p +3 (D d d CD d r| o d

dp «Ι>ΐί rd -P (D

dd oh ο o d p POPP d d MO d ra ,d P cd md d orad ragpdcD . d & ce CD d p I* °d CD a H d d d o d d cis P ra MD M0

d 83 cd CD Η H

rad

Mo P

dp ^ ω P P CM CD ra dH a ο η- σ r^d ra d \ Ρ Η ,Μ "c-3

d d MQ P CD

•ra (D H

ID d PQ 1 H ran

φ I MO CD

Pi dda a <D p a

Φ H CM HP a d CD

ra a MO ra Λ cd P >1 pq cq Η φ