PL106925B1 - Sposob wytwarzania stali krzemowej o zorientowanych ziarnach - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stali krzemowej o zorientowanych ziarnach.Straty w rdzeniu stali krzemowej o zorientowa¬ nych ziarnach stanowia miare sprawnosci urzadzen elektromagnetycznych wykonanych z tej stali. Po¬ niewaz duze straty w rdzeniu obnizaja sprawnosc, a co wiecej powoduja wydzielanie sie ciepla, któ¬ re nalezy odprowadzac, konieczne jest obnizenie tych strat. Jest to szczególnie wazne przy wyso¬ kich wartosciach indukcji, a w takich wlasnie wa¬ runkach pracuje coraz wiecej nowoczesnych urza¬ dzen.Stwierdzono, ze stosowanie powloki tak zwanej wykanczajacej pozwala zmniejszyc te straty. Mie¬ dzy innymi powloka wykanczajaca opisana zostala w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki Pn. nr 3 207 636. Rózni sie ona od powloki wedlug niniejszego wynalazku tym, ze zawiera kwas ortoborowy, a nie zawiera krzemionki koloi¬ dalnej. Co wiecej, powloka ta nie wprowadza do stali krzemowej naprezen wyzszych od 56,25 kG/ /cm2, a takie wlasnie naprezenia powstaja w stali krzemowej o zorientowanych ziarnach wytworzo¬ nej sposobem wedlug wynalazku.Przy uzyciu stali wytworzonej sposobem wedlug wynalazku, uzyskuje sie obnizenie strat w rdzeniu wykonanym ze stali krzemowej p zorientowanych ziarnach. Mówiac konkretnie polega to na pokry¬ waniu stali powloka wykanczajaca, powodujaca powstawanie naprezen w tej stali podczas jej chlo¬ dzenia od temperatury wyzarzania powloki. Pod wzgledem chemicznym, powloke uzyskuje sie przy uzyciu wodnego roztworu, zawierajacego mówiac ogólnie jony fosforanowe, jony magnezowe, krze- * mionke koloidalna i chrom szesciowartosciowy. Po¬ wloke naklada sie po etacie koncowego wyzarza¬ nia, prowadzacego do powstania tekstury.Przedmiotem wynalazku jest wiec ulepszony spo¬ sób wytwarzania stali krzemowej o zorientowa- i* nych ziarnach.Wedlug wynalazku stop stali krzemowej poddaje sie typowym etapom odlewania, walcowania na go¬ raco, jedno- lub wielokrotnego walcowania na zim- #no, miedzyoperacyjnego normalizowania po jedno- » lub wielokrotnym walcowaniu na zimno, ódwegla- nia i koncowego wyzarzania prowadzacego do po¬ wstania tekstury oraz poddaje sie pokrywaniu po¬ wloka wyzarzona stal przy uzyciu wodnego roz¬ tworu, zawierajacego wagowo od 4 do 30*/i jonów * fosforanowych, do <5*/o jonów magnezowych, od 5 do 34*/o krzemionki koloidalnej i od 0,15 to 6Vt chromu szesciowartosciowego, po czym wygrzewa sie stal pokryta powloka w temperaturze co naj¬ mniej 648,9°C w celu utwardzenia powloki i wresz- 55 cie chlodzi sie pokryta powloka stal.# Powloka powoduje powstawanie naprezen w Sta¬ li podczas chlodzenia od temperatury jej utwar¬ dzania. Tradycyjne etapy obróbki nie maja narzu¬ conych krytycznych warunków i moga one prze- * biegac zgodnie z warunkami opisanymi w wielu 106 925106 925 ? publikacjach na przyklad w amerykanskich opi¬ sach patentowych nr 2 867 557 i 3 855 020. Jakkol¬ wiek niniejszy wynalazek nadaje sie szczególnie dli wywarzania ataliikrzemowej o zorientowanych ziarnach posiadajacych orientacje typu daszkowe¬ go; stosowac go mozna równiez przy wytwarzaniu wszystkich stali zorientowanych.Staro drfefTtacji typu daszkowego wytwarza sie ze stepu zawierajacego wagowo do 0,07?/» wegla, od 2,6 do 4*/t krzemu, od 0,03 do 0,24*/* manganu, od 0,01 do 0,09*/t substancji zawierajacych siarke 1 selen, od 0,015 do 0,04*/f glinu, do 0,02°/t azotu, do 0,5°/t miedzi, do 0,00354/t boru i zelazo jako reszte.Jak stwierdzono juz powyzej, powloka wytwo¬ rzona sposobem wedlug wynalazku powoduje po¬ wstanie w stali krzemowej naprezen o wartosci co najmniej 56,25 kG/cms, korzystnie co najmniej 87,72 kG/cmf. Czynnikiem stanowiacym o tak wy¬ sokiej wartosci naprezen jest oczywiscie wymiar arkuszy stali krzemowej o zorientowanych ziar¬ nach. Mówiac konkretniej, grubosc tych arkuszy nie przekracza ogólnie 0,353 mm.Do stanu naprezenia przyczynia sie. i to najbar¬ dziej znaczaco, synergistyczny efekt dzialania sub¬ stancji tworzacych powloke. Pozwalaja one na po¬ wstanie stosunkowo grubej powloki, to jest o gru¬ bosci 0,0051 mm, przy czym nie tworzy sie po¬ wierzchnia proszkowata (jako efekt niekorzystnego wplywu dyfuzji i adsorpcji — por. K. Wesolow¬ ski — Metaloznawstwo t. II str. 241 PWT 1957).Krzemionka koloidalna, której obecnosc w glównej mierze powoduje tworzenie sie grubej powloki, wy¬ kazuje niestety tendencje do chloniecia wody. Ten¬ dencje te zmniejsza sie jednakze przez dodatek chromu szesciowartosciowego. Znaczacy jest fakt, iz dodatek chromu trójwartosciowego nie daje ta¬ kich korzysci jak osiaga sie przy uzyciu chromu szesciowartosciowego. W atmosferach wilgotnych zastosowanie chromu trójwartosciowego powoduje powstanie powierzchni nieco lepkiej. Jony fosfo¬ ranowe sluza przede wszystkim jako czynnik wia¬ zacy i umozliwiaja powstanie grubszej powloki.Iloic jonów magnezowych wynosi ogólnie co naj¬ mniej 0,3^/t. Jony te pozwalaja na stosowanie wiek¬ szych ilosci chromu szesciowartosciowego w two¬ rzacym powloke roztworze zapobiegajac powsta¬ waniu powierzchni proszkowatej. Korzystnie jest, gdy tworzacy powloke roztwór zawiera nastepuja¬ ce ilosci wagowe wymienionych substancji: od 8 do VPh jonów fosforanowych, od 0,6 do 3,5*/# jo¬ nów magnezowych, od 9 do 23*/t krzemionki ko¬ loidalnej i od 0,2 do 3,5*/§ chromu szesciowartoscio¬ wego. Tworzacy powloke roztwór zawierac moze równiez zwilzacze, pigmenty lub barwniki do iden¬ tyfikacji i neutralne substancje stale jako wypel¬ niacze i/lub obciazacze.Jest rzecza oczywista, ze powyzej opisane roz¬ twory sporzadzac mozna z róznych substancji.Przykladowo jony magnezowe wprowadzane byc moga jako fosforan magnezowy lub chromian ma¬ gnezowy lub jako tlenek magnezowy wzglednie wodorotlenek magnezowy, jednakze nawet w przy¬ padku uzycia fosforanu lub chromianu magnezo¬ wego moze byc konieczne uzycie innych zródel jo¬ nów fosforanowych i/lub chromu szesciowartoscio¬ wego. Nalezy ponadto stwierdzic, iz w zaleznosci od pH roztworu jony fosforanowe znajdowac sie beda w równowadze z formami na innym stopniu • utlenienia, podobnie jak chrom szesciowartoscio¬ wy znajdowac sie bedzie w równowadze z forma¬ mi na róznych stopniach utlenienia i o róznych zdolnosciach tworzenia kompleksów.Proces utwardzania powloki zalezny jest od cza- 10 su i temperatury. Wystarczajaca temperatura me¬ talu wynosic moze 648,9°C, lecz korzystnie wynosi ona co najmniej 757,8°C. Czasu utwardzania nie mozna wyznaczyc precyzyjnie, gdyz jest on oczy¬ wiscie zalezny od temperatury i innych zmien- 15 nych. Poniewaz z reguly pozadane jest odprezenie stali, utwardzanie i wyzarzanie odprezajace pro¬ wadzic mozna równoczesnie pó etapie wyzarzania koncowego prowadzacego do powstania tekstury.Wyzarzanie odprezajace przeprowadza sie zazwy- 20 czaj w temperaturze od 801,7oC do 825,6°C.Wyrób wytworzony sposobem wedlug wynalazku, charakteryzuje czesciowo opis wodnego roztworu, z którego powstaje powloka, poniewaz jest rzecza niemozliwa scisle okreslenie produktów chemicz- 25 nych tworzacych sie rzeczywiscie na powierzchni stali. Mozna jednak przypuszczac, ze jony fosfo¬ ranowe tworza polimeryczne polifosforany modyfi¬ kowane innymi skladnikami powloki.Naprezenia w stali wyznacza sie znanymi meto- ** darni okreslajac ugiecie w zaleznosci od napreze¬ nia. Metody te opisali A. Brenner i S. Senderoff w Journal of Research of the National Bureau of Standards tom 42 (1949) str. 105. Ugiecie swobod¬ nego konca tasmy ze stali krzemowej okresla sie •* mocujac drugi koniec tej tasmy, ustawiajac tasme poziomo i usuwajac powloke z jednej tylko jej strony za pomoca roztworu kwasu.Wynalazek ilustruja ponizej podane przyklady.Pewna ilosc próbek stali krzemowej o zoriento- 40 wanych ziarnach w postaci arkuszy o grubosci 0,305 mm pocieto na tasmy Epsteina. Tasmy pod¬ dano wyzarzaniu odprezajacemu w temperaturze 801,1°C przez 120 minut, w atmosferze zawierajacej 80% azotu i 20*/t wodoru, a nastepnie zlozono w 48 piec pakietów Epsteina (A, B, C, D i E) po 12 tasm w kazdym pakiecie. Zbadano straty w rdzeniu dla kazdego pakietu (wyrazone w watach/kg przy in¬ dukcji wynoszacej 17 kilogausów). Wyniki badan umieszczono w tablicy I: Tabli Pakiet A B C D E ca I Straty w rdzeniu 1,4991 \ 1,4705 1,4418 1,5410 1,5035 Kazdy pakiet pokryto przy uzyciu walka roz¬ tworami o róznych skladach. Sklady tych roztwo¬ rów podano w tablicy II. Pakiety A, B/6T'I i E pokryto odpowiednio roztworami A, B, C, D i E.106*25 Roz¬ twór two- rza- 1 cy po¬ wlo¬ ke A B C D E Tablica II Sklad p/o wagowe) Mg*+ P) 0,97 1,7 M P 1,8 po4*-P) f 13,4 14,2 17,1 15,2 14,8 Icrze- mionka koloi¬ dalna 15,2 . 12,9 13,8 13,4 13,1 chrom p) szescio¬ warto¬ sciowy 0,4 2,2 0,7 0,5 0,3 woda reszta reszta reszta reszta reszta) P) wprowadzone jako tlenek magnezowy P) wprowadzone jako kwas fosforowy P) wprowadzone jako trójtlenek chromu Powloki na pakietach utwardzano umieszczajac je w piecu w temperaturze 704,4°C na okres 45 sekund, a nastepnie wyzarzaniu odprezajacemu w powietrzu w temperaturze 801,7°C przez 1 godzine.Zbadano straty w rdzeniu dla kazdego pakietu (wyrazone w watach na kg przy indukcji wynosza¬ cej 17 kilogausów). Wyniki badan zawiera tabli¬ ca III.Tablica III Pakiet A B C D E Straty w rdzeniu 1,3911 1,4021 1,3250 1,4352 1,3999 Z danych zamieszczonych w tablicy I i III wy¬ nika, ze dzieki zastosowaniu procesu wedlug wy¬ nalazku otrzymuje sie wyroby ze stali krzemowej charakteryzujace sie nizszymi stratami w rdzeniu niz straty w rdzeniu z tego samego materialu 10 ao przed jego pokryciem powlokami wedlug wyna¬ lazku.Przykladowo, straty w rdzeniu pakietu A wy¬ nosza 1,4991 przed pokryciem powloka i 1,3911 po pokryciu powloka. Jest to istotnie znaczna rózni¬ ca. Jest rzecza oczywista, iz podane w poszczegól¬ nych przykladach zasady niniejszego wynalazku su¬ gerowac moga wiele jego modyfikacji i zastoso¬ wan. Dlatego tez zastrzezenia patentowe nie ogra¬ niczaja sie jedynie do tych szczególnych przykla¬ dów.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania stali krzemowej o zorien¬ towanych ziarnach skladajacy sie z etapów wy¬ twarzania stopu stali krzemowej, odlewania tej stali, walcowania tej stali na goraco, walcowania tej stali na zimno, odweglania tej stali i konco¬ wego wyzarzania stali w celu uzyskania tekstury, pokrywania tej wyzarzonej stali wodnym roztwo¬ rem zawierajacym jony fosforanowe i szesciowar¬ tosciowego chromu, sezonowania tak pokrytej sta¬ li w podwyzszonej temperaturze, chlodzenia stali, przy czym w pokrytej stali wytwarza sie napreze¬ nie podczas chlodzenia wynoszace co najmniej 56,25 kG/cm1, znamienny tym, ze wyzarzona stal pokrywa sie powloka wytworzona przy uzyciu wodnego roztworu zawierajacego wagowo 4—30*/# jonów fosforanowych, do 6V§ jonów magnezowych, 5—34Vo krzemionki koloidalnej i 0,15—6V# chromu szesciowartosciowego, po czym wygrzewa sie stal pokryta powloka w temperaturze wynoszacej co najmniej 648,9°C. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie roztwór wodny zawierajacy wagowo 0,3—0V§ jonów magnezowych. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze pokryta powloka stal wygrzewa sie w temperatu¬ rze co najmniej 760°C. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie wodny roztwór zawierajacy korzystnie 8—19f/§ jonów fosforanowych, 0,6—3,5f/» jonów ma^ gnezowych, 9—23Vf krzemionki koloidalnej i 0,2— 3,59/t chromu szesciowartosciowego. PL PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania stali krzemowej o zorien¬ towanych ziarnach skladajacy sie z etapów wy¬ twarzania stopu stali krzemowej, odlewania tej stali, walcowania tej stali na goraco, walcowania tej stali na zimno, odweglania tej stali i konco¬ wego wyzarzania stali w celu uzyskania tekstury, pokrywania tej wyzarzonej stali wodnym roztwo¬ rem zawierajacym jony fosforanowe i szesciowar¬ tosciowego chromu, sezonowania tak pokrytej sta¬ li w podwyzszonej temperaturze, chlodzenia stali, przy czym w pokrytej stali wytwarza sie napreze¬ nie podczas chlodzenia wynoszace co najmniej 56,25 kG/cm1, znamienny tym, ze wyzarzona stal pokrywa sie powloka wytworzona przy uzyciu wodnego roztworu zawierajacego wagowo 4—30*/# jonów fosforanowych, do 6V§ jonów magnezowych, 5—34Vo krzemionki koloidalnej i 0,15—6V# chromu szesciowartosciowego, po czym wygrzewa sie stal pokryta powloka w temperaturze wynoszacej co najmniej 648,9°C.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie roztwór wodny zawierajacy wagowo 0,3—0V§ jonów magnezowych.

3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze pokryta powloka stal wygrzewa sie w temperatu¬ rze co najmniej 760°C.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie wodny roztwór zawierajacy korzystnie 8—19f/§ jonów fosforanowych, 0,6—3,5f/» jonów ma^ gnezowych, 9—23Vf krzemionki koloidalnej i 0,2— 3,59/t chromu szesciowartosciowego. PL PL PL