RU2569260C2 - Method of manufacturing of anisotropic electrical steel - Google Patents
Method of manufacturing of anisotropic electrical steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569260C2 RU2569260C2 RU2014113812/02A RU2014113812A RU2569260C2 RU 2569260 C2 RU2569260 C2 RU 2569260C2 RU 2014113812/02 A RU2014113812/02 A RU 2014113812/02A RU 2014113812 A RU2014113812 A RU 2014113812A RU 2569260 C2 RU2569260 C2 RU 2569260C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tape
- steel
- rolling
- annealing
- magnetic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к области обработки листовой анизотропной электротехнической стали Fe-3% Si, применяемой для изготовления трансформаторных магнитопроводов, эксплуатируемых в переменных магнитных полях и модифицируемых магнитоактивным покрытием в условиях внешнего термомагнитного и лазерного воздействий для улучшения физико-механических свойств, в том числе уменьшения магнитных потерь при их перемагничивании.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the field of processing sheet anisotropic electrical steel Fe-3% Si, used for the manufacture of transformer magnetic circuits operated in alternating magnetic fields and modified by a magnetically active coating under external thermomagnetic and laser influences to improve physical and mechanical properties, including reduction of magnetic losses during their magnetization reversal.
Производство анизотропной электротехнической стали составляет в год более миллиона тонн. Однако современное развитие энергетического, электротехнического и электронного оборудования требует применения сталей с более совершенными электромагнитными свойствами, в то время как в выпускаемых сталях практически реализованы все обычные металлургические методы совершенствования структуры и физических свойств, например создание острой ребровой (110) [001] кристаллографической текстуры при оптимальном химическом составе и пластичности, изготовление листов с оптимальными толщинами, соответствующими минимуму полных магнитных потерь в заданном режиме перемагничивания, уменьшение содержания вредных примесей и неоднородных внутренних напряжений.The production of anisotropic electrical steel is more than a million tons per year. However, the modern development of energy, electrical and electronic equipment requires the use of steels with more advanced electromagnetic properties, while in the manufactured steels all the usual metallurgical methods for improving the structure and physical properties are practically implemented, for example, the creation of a sharp rib (110) [001] crystallographic texture with optimal chemical composition and ductility, production of sheets with optimal thicknesses corresponding to a minimum of full magnetic sweat ь in a given magnetization reversal mode, reducing the content of harmful impurities and inhomogeneous internal stresses.
Очевидно, что значимые результаты можно получить только при реализации перспективных комплексных решений, направленных на разработку разных способов и технологий воздействия на кристаллическую и магнитную структуру электротехнических сталей, обеспечивающих существенное превышение суммарного результата, достигаемого на отдельных этапах обработки материала.Obviously, significant results can only be obtained by implementing promising integrated solutions aimed at developing different methods and technologies for influencing the crystal and magnetic structure of electrical steel, which provide a significant excess of the total result achieved at individual stages of material processing.
Из наиболее перспективных способов управления доменами и свойствами электротехнических материалов являются комплексные деформационно-текстурующие воздействия, направленные на оптимизацию магнитной доменной структуры. Ее можно осуществлять путем дестабилизации магнитной доменной структуры, изменения соотношения объемов магнитных фаз, размеров доменов, созданием дополнительных зародышей перемагничивания и т.д.Of the most promising methods for managing domains and properties of electrotechnical materials are complex deformation-texturing effects aimed at optimizing the magnetic domain structure. It can be implemented by destabilizing the magnetic domain structure, changing the ratio of the volumes of magnetic phases, domain sizes, creating additional magnetization reversal nuclei, etc.
Известен способ улучшения физико-механических свойств изделий, изготовленных из инструментальной стали марки Р6М5К5, в частности концевых фрез диаметром 38 мм, путем их термомагнитной обработки.A known method of improving the physico-mechanical properties of products made of tool steel grade P6M5K5, in particular end mills with a diameter of 38 mm, by thermomagnetic processing.
Образцы, первично подвергнутые стандартной термической обработке, закалка 1230°C в масле, отпуск 3-х кратный 550°C, 1 ч [Марочник сталей и сплавов. Под. ред. Сорокина В.Г. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.], помещали в магнитное поле соленоида. Параметры режимов термомагнитной обработки варьировали по температуре в диапазоне от 500 до 700°C, по времени (τв) от 15 минут до 4-х часов в постоянном магнитном поле напряженностью Н~50-80 кА/м. Затем образцы медленно охлаждали со скоростью 3-5°C/мин до комнатной температуры в рабочем объеме установки. В результате при нахождении оптимального режима термомагнитной обработки, определяемого параметрами: Тв=560°C, τв=1 ч, Н~70 кА/м, обеспечено увеличение относительной износостойкости образцов в 2 раза [Пудов В.И., Соболев А.С. Оптимизация физико-механических свойств поликристаллических многокомпонентных ферромагнитных материалов термомагнитной обработкой. Часть 2. Термомагнитная обработка легированных сталей. Физика и химия обработки материалов, 2004, №5, с. 94-97].Samples first subjected to standard heat treatment, quenching 1230 ° C in oil, tempering 3-fold 550 ° C, 1 h [Marochnik steels and alloys. Under. ed. Sorokina V.G. - M.: Engineering, 1989. - 640 p.], Was placed in the magnetic field of the solenoid. The parameters of the thermomagnetic treatment regimes varied in temperature in the range from 500 to 700 ° C, in time (τ in ) from 15 minutes to 4 hours in a constant magnetic field of strength H ~ 50-80 kA / m. Then the samples were slowly cooled at a rate of 3-5 ° C / min to room temperature in the working volume of the installation. As a result, when finding the optimal thermomagnetic treatment regime determined by the parameters: T at = 560 ° C, τ at = 1 h, N ~ 70 kA / m, an increase in the relative wear resistance of the samples by a factor of 2 is ensured [Pudov V.I., Sobolev A. FROM. Optimization of physical and mechanical properties of polycrystalline multicomponent ferromagnetic materials by thermomagnetic processing. Part 2. Thermomagnetic processing of alloy steels. Physics and Chemistry of Materials Processing, 2004, No. 5, p. 94-97].
Однако в этом случае способ обеспечивает повышение физико-механических свойств изделий, изготовленных из стали Р6М5К5, только в результате нахождения оптимальных параметров термомагнитной обработки, а следовательно, требует проведения большого объема экспериментальных работ.However, in this case, the method provides an increase in the physicomechanical properties of products made of P6M5K5 steel, only as a result of finding the optimal parameters of thermomagnetic processing, and therefore requires a large amount of experimental work.
Известен также способ улучшения физико-механических свойств нестандартных изделий, изготовленных из инструментальной стали марки Р6М5, в частности продольных резцов, путем их термомагнитной обработки.There is also a method of improving the physico-mechanical properties of non-standard products made of tool steel grade P6M5, in particular longitudinal cutters, by their thermomagnetic processing.
Продольные резцы в виде пластин толщиной 5 мм с размерами верхнего квадрата 15×15 мм и нижнего квадрата 10×10 мм, первоначально подвергнутые стандартной термообработке [ГОСТ 19265-73. Сталь инструментальная быстрорежущая], были обработаны в постоянном магнитном поле при определенной температуре и времени выдержки (τв) с последующим медленным охлаждением со скоростью 3-5°C/мин до комнатной температуры. В результате при нахождении оптимального режима термомагнитной обработки, определяемого параметрами: Тв=550°C, τв=45 мин, Н~65 кА/м, обеспечено увеличение относительной износостойкости данных изделий, изготовленных из стали Р6М5 ~ в 1,5 раза [Пудов В.И., Соболев А.С., Драгошанский Ю.Н. Модифицирование быстрорежущей стали термомагнитной обработкой. Упрочняющие технологии и покрытия, 2006, №.6, с. 28-30].Longitudinal cutters in the form of plates 5 mm thick with dimensions of the upper square of 15 × 15 mm and the lower square of 10 × 10 mm, originally subjected to standard heat treatment [GOST 19265-73. Tool steel, fast cutting], were processed in a constant magnetic field at a certain temperature and exposure time (τ in ), followed by slow cooling at a speed of 3-5 ° C / min to room temperature. As a result, when finding the optimal thermomagnetic treatment mode determined by the parameters: T at = 550 ° C, τ at = 45 min, N ~ 65 kA / m, the relative wear resistance of these products made of P6M5 steel is increased by 1.5 times [ Pudov V.I., Sobolev A.S., Dragoshansky Yu.N. Modification of high speed steel by thermomagnetic treatment. Strengthening Technologies and Coatings, 2006, No. 6, p. 28-30].
Однако и в этом случае воздействие термомагнитной обработки, обеспечивающее повышение физико-механических свойств изделий, изготовленных в виде продольных резцов из стали Р6М5, может приводить к значимым результатам только в условиях нахождения оптимальных параметров термомагнитной обработки для каждого типа обрабатываемых изделий и для разных марок стали. Такие исследования требует проведения большого объема экспериментальных работ, хотя и улучшают механические свойства.However, even in this case, the effect of thermomagnetic processing, which provides an increase in the physicomechanical properties of products made in the form of longitudinal cutters made of P6M5 steel, can lead to significant results only when the optimal parameters of thermomagnetic processing are found for each type of processed products and for different steel grades. Such studies require a large amount of experimental work, although they improve the mechanical properties.
Известен способ улучшения магнитных свойств крупнозернистых текстурованных электротехнических сталей за счет измельчения зерна путем равномерного нанесения поверхностных линий, преимущественно поперек оси текстуры, с помощью локальной лазерной обработки и воздействия знакопеременного магнитного поля промышленной частоты 50-60 Гц. В результате было обеспечено снижение магнитных потерь в материале на 8-12%,A known method of improving the magnetic properties of coarse-grained textured electrical steels by grinding grain by uniformly applying surface lines, mainly across the axis of the texture, using local laser processing and exposure to an alternating magnetic field of industrial frequency of 50-60 Hz. As a result, the magnetic losses in the material were reduced by 8-12%,
Однако такой способ обеспечивает для сталей с углом отклонения направления прокатки [001] от плоскости листа β>2° незначительное изменение свойств. С другой стороны, при обработке тонколистовой стали способ требует для реализации дополнительные устройства точного управления мощностью лазерного излучения, поскольку неточная регулировка мощности лазерного излучения может приводить к уменьшению массы ферромагнитного материала в зоне воздействия и снижению его прочностных свойств [Заявка Японии, №61-49366, C21D 9/46, 1986].However, this method provides for steels with an angle of deviation of the rolling direction [001] from the plane of the sheet β> 2 ° a slight change in properties. On the other hand, in the processing of sheet steel, the method requires additional devices for precise control of the laser radiation power, since inaccurate adjustment of the laser radiation power can lead to a decrease in the mass of ferromagnetic material in the impact zone and to a decrease in its strength properties [Japanese Application No. 61-49366, C21D 9/46, 1986].
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ производства листовой анизотропной электротехнической стали, включающий горячую прокатку и по крайней мере одну холодную прокатку, обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг, выпрямляющий отжиг нанесение защитного покрытия и лазерную обработку движущейся ленты, находящейся под растягивающим напряжением (RU 2405841 C1, C21D 8/12,10.12.2010, описание) [1].The closest to the claimed technical essence and the achieved result is a method of producing anisotropic electrical steel sheet, including hot rolling and at least one cold rolling, decarburization and recrystallization annealing, straightening annealing, applying a protective coating and laser processing of a moving tape under tensile stress ( RU 2405841 C1, C21D 8 / 12.10.12.2010, description) [1].
Однако предлагаемая технология обработки листовой анизотропной электротехнической стали позволяет за счет лазерной обработки, проведенной в условиях постоянно регулируемого растяжения ленты, получить незначительное снижение магнитных потерь на 5-11%, причем не для всех марок сталей. Этот недостаток связан с тем, что в узких зонах лазерного воздействия возникают сжимающие напряжения, а по всему объему межзонных промежутков - растягивающие напряжения в ленте, поэтому дополнительное регулирование ее растяжения вносит лишь незначительную добавку в одноосную магнитную анизотропию материала. Кроме этого, использование излучения в виде отдельных лазерных пятен с размерами не более 25 мм может нарушать перпендикулярность протяженных зон лазерного воздействия относительно оси обрабатываемой ленты стали, особенно при большой ширине ленты. Это приведет к снижению магнитных полей рассеяния, а следовательно, к снижению эффекта лазерной обработки. Более того, расположение лазерных пятен их большим размером в направлении прокатки полосы, как это указано в формуле прототипа, создаст неоднородность, скачки в движении доменных границ и, следовательно, увеличит их среднюю скорость, вихревые токи и магнитные потери.However, the proposed technology for processing sheet anisotropic electrical steel allows, due to laser processing carried out under conditions of constantly controlled stretching of the tape, to obtain a slight decrease in magnetic losses by 5-11%, and not for all steel grades. This drawback is due to the fact that compressive stresses arise in narrow zones of laser exposure, and tensile stresses arise in the tape throughout the entire volume of interband gaps, therefore, additional regulation of its tension introduces only an insignificant addition to the uniaxial magnetic anisotropy of the material. In addition, the use of radiation in the form of individual laser spots with dimensions of not more than 25 mm can violate the perpendicularity of the extended zones of laser exposure relative to the axis of the processed steel tape, especially with a large width of the tape. This will lead to a decrease in the scattering magnetic fields and, consequently, to a decrease in the effect of laser processing. Moreover, the location of the laser spots with their large size in the direction of rolling the strip, as indicated in the prototype formula, will create heterogeneity, jumps in the movement of domain walls and, therefore, increase their average speed, eddy currents and magnetic losses.
Задача, на решение которой направлено новое техническое решение, - снижение магнитных потерь холоднокатаных полос разных марок анизотропной электротехнической стали при сохранении высокого уровня магнитной индукции и сопротивления электроизоляционного покрытия. При этом за счет применения новых способов и технологий их обработки, обеспечивающих максимальные показатели улучшения физико-механических свойств, достигается повышение марочности электротехнической стали и получение дополнительной прибыли от ее реализации, длительная устойчивость свойств материала при эксплуатационных воздействиях, экономия массы расходуемого металла и электроэнергии при перемагничивании магнитопроводов.The problem the new technical solution is aimed at is reducing the magnetic losses of cold-rolled strips of different grades of anisotropic electrical steel while maintaining a high level of magnetic induction and the resistance of the electrical insulation coating. At the same time, through the application of new methods and technologies for their processing, which provide maximum indicators of improving physical and mechanical properties, an increase in the grade of electrical steel and an additional profit from its implementation, long-term stability of the material properties under operational influences, and savings in the mass of metal and energy spent during magnetization reversal are achieved magnetic circuits.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления анизотропной электротехнической стали, преимущественно в виде ленты, который включает горячую прокатку и, по крайней мере, одну холодную прокатку, обезуглероживающий и рекристаллизующий отжиг, выпрямляющий отжиг, комплексное воздействие электроизоляционного покрытия и высокоэнергетической лазерной обработки движущейся ленты, находящейся под растягивающим напряжением, согласно предлагаемому изобретению для улучшения магнитных свойств полосовой стали ее поверхности покрывают магнитоактивным электроизоляционным покрытием на основе нитридно-оксидных составов с коэффициентом термического расширения, меньшим, чем у стали, путем ионно-плазменного осаждения с выдержкой 10-5 мин при температуре 20-50°C и подвергают дополнительному отжигу в окислительной среде в режиме высокочастотной термомагнитной обработки путем нагрева до температуры 300-600°C со скоростью 30-50°C/мин в переменном магнитном поле напряженностью 1-5 кА/м, частотой 30-100 кГц, направленном вдоль оси прокатки ленты, осуществляют изотермическую обработку в течение 20-5 минут и охлаждение до комнатной температуры в переменном магнитном поле со скоростью 50-200°C/мин. Причем при обработке стали применяют скоростную поверхностную обработку лазером с длиной пятна в направлении прокатки 0,2 мм, наносимым с помощью цилиндрической оптики одномоментно в виде линии на всю ширину движущейся ленты, частота нанесения лазерных зон составляет приблизительно 2:1 относительно скорости движения ленты, измеряемой в см/сек, для тонколистовой стали 0,15-0,23 мм мощность излучения составляет не более 1 Дж/сек, а для стали толщиной 0,27-0,50 мм - не более 2 Дж/сек.The problem is solved in that in the known method for the manufacture of anisotropic electrical steel, mainly in the form of a tape, which includes hot rolling and at least one cold rolling, decarburization and recrystallization annealing, straightening annealing, the complex effect of the electrical insulation coating and high-energy laser processing of moving a tape under tensile stress according to the invention for improving the magnetic properties of strip steel on top of it the bridges are coated with a magnetically insulating coating based on nitride-oxide compositions with a thermal expansion coefficient lower than that of steel by ion-plasma deposition with a holding time of 10-5 min at a temperature of 20-50 ° C and subjected to additional annealing in an oxidizing medium in the high-frequency mode thermomagnetic treatment by heating to a temperature of 300-600 ° C with a speed of 30-50 ° C / min in an alternating magnetic field with a strength of 1-5 kA / m, a frequency of 30-100 kHz, directed along the axis of rolling of the tape, carry out isothermal processing for 20-5 minutes and cooling to room temperature in an alternating magnetic field at a speed of 50-200 ° C / min. Moreover, when processing steel, high-speed surface treatment with a laser is used with a spot length in the rolling direction of 0.2 mm, applied simultaneously using cylindrical optics in the form of a line across the entire width of the moving tape, the frequency of applying laser zones is approximately 2: 1 relative to the speed of the tape, measured in cm / s, for thin-sheet steel 0.15-0.23 mm, the radiation power is not more than 1 J / s, and for steel with a thickness of 0.27-0.50 mm - not more than 2 J / s.
Физическая сущность способа заключается в следующем.The physical essence of the method is as follows.
В предлагаемом способе изготовления электротехнической стали первые операции - деформация ее ленты прокаткой и последующие отжиги формируют ребровую (110) [001] кристаллографическую текстуру. При этом увеличивается магнитная индукция вдоль ленты (направления легкого намагничивания [001]) и уменьшаются намагничивающие поля для ее достижения. Возникающее при этом нежелательное увеличение размеров полосовых 180-градусных доменов, скоростей движения их границ при перемагничивании и, как следствие этого, рост магнитных потерь компенсируем приложением к ленте необходимых растягивающих напряжений в процессе ее выпрямляющего отжига в оптимальном режиме с учетом конкретных толщин лент в отличие от применяемого в прототипе выпрямляющего отжига после операции нанесения покрытия, что может приводить к ослаблению его адгезии к металлу. Кроме того, дальнейшего сужения доменов достигаем формированием уже на выпрямленной ленте магнитоактивного (растягивающего металл) электроизоляционного покрытия на основе нитридно-оксидных составов. Это покрытие состоит из неорганического материала с коэффициентом теплового расширения, меньшим, чем КТР стали. При его охлаждении до комнатной температуры в получаемом двухслойном материале металл-покрытие не только создает высокоэффективную электроизоляцию между отдельными элементами в многослойном магнитопроводе, но также обеспечивает плоскостное растяжение металла с преобладанием продольного растяжения. Это уменьшает объем поперечно намагниченных доменов, сужает продольные полосовые 180-градусные домены, создает более однородное, без скачков, движение их границ, что приводит к снижению магнитных потерь.In the proposed method for manufacturing electrical steel, the first operations — deformation of its strip by rolling and subsequent annealing form a rib (110) [001] crystallographic texture. In this case, the magnetic induction along the tape increases (directions of easy magnetization [001]) and the magnetizing fields decrease to achieve it. The resulting undesirable increase in the sizes of 180-degree strip domains, the velocities of their boundaries during magnetization reversal, and, as a result, the increase in magnetic losses are compensated by applying the necessary tensile stresses to the tape during its straightening annealing in the optimal mode, taking into account specific thicknesses of the tapes, unlike used in the prototype of straightening annealing after the coating operation, which can lead to a weakening of its adhesion to the metal. In addition, we achieve further domain narrowing by the formation of a magnetically active (tensile metal) electrical insulation coating based on nitride-oxide compounds already on a straightened tape. This coating consists of an inorganic material with a coefficient of thermal expansion less than KTP steel. When it is cooled to room temperature in the resulting two-layer material, the metal coating not only creates a highly efficient electrical insulation between the individual elements in the multilayer magnetic circuit, but also provides plane tension of the metal with a predominance of longitudinal tension. This reduces the volume of transversely magnetized domains, narrows the longitudinal strip 180-degree domains, creates a more uniform, without jumps, movement of their boundaries, which leads to a decrease in magnetic losses.
При этом использование плазменного метода нанесения покрытия обеспечивает высокую адгезию покрытия к металлу, большее по величине и однородности его растяжение, чем при обычном формировании покрытия методом растворной керамики, хотя и этот метод дает хорошие результаты.At the same time, the use of the plasma coating method provides high adhesion of the coating to the metal, its tensile strength and uniformity are greater than with conventional coating formation by the solution of ceramic ceramics, although this method also gives good results.
Создаваемые при таких операциях растягивающие напряжения уже не требуют проведения дополнительных регулируемых операций, как в процессе лазерной обработки по прототипу.The tensile stress created during such operations no longer requires additional controlled operations, as in the process of laser processing according to the prototype.
Последующая низкотемпературная термомагнитная обработка (ТМО-отжиг и охлаждение ленты в присутствии переменного магнитного поля) снижает объем поперечно намагниченных 90-градусных замыкающих доменов, препятствующих движению полосовых 180-градусных доменных границ. Это усиливает магнитную одноосность материала дополнительно к созданной ранее продольной кристаллографической анизотропии. А также дестабилизирует магнитные домены, имеющие в исходном состоянии неизбежные задержки движения границ вследствие локальной перестройки кристаллической структуры, вызванной охлаждением каждого домена в магнитном поле собственной намагниченности. Дестабилизация доменов переменным магнитным полем, не позволяя возникать локальному закреплению доменных границ, облегчает их движение при перемагничивании, то есть увеличивает магнитную проницаемость, снижает коэрцитивную силу и магнитные потери.Subsequent low-temperature thermomagnetic treatment (TMT-annealing and cooling of the tape in the presence of an alternating magnetic field) reduces the volume of transversely magnetized 90-degree closure domains that impede the movement of 180-degree strip domain walls. This enhances the magnetic uniaxiality of the material in addition to the previously created longitudinal crystallographic anisotropy. It also destabilizes magnetic domains, which in the initial state have inevitable delays in the motion of boundaries due to local rearrangement of the crystal structure caused by cooling of each domain in a magnetic field of its own magnetization. The destabilization of domains by an alternating magnetic field, not allowing the local fixation of domain walls, facilitates their movement during magnetization reversal, that is, increases magnetic permeability, reduces coercive force and magnetic loss.
Применение уже локальной лазерной обработки позволяет создавать в ленте узкие зоны тепловой деформации (с помощью CO2-лазера с λ=10,6 мкм) и формировать магнитные поля рассеяния над ними, ориентированные поперек оси этой ленты. При этом максимум эффекта дробления доменов обеспечивается путем одномоментного нанесения лазерного пятна (ориентированного строго поперек оси ленты), преобразованного с помощью цилиндрической оптики в прямую линию. Такой вид лазерного воздействия обеспечивает резкий нагрев локальной зоны поверхности с максимальным градиентом температур и глубокий прогрев. Непрерывность зоны лазерного воздействия обеспечивает однородность магнитных полей рассеяния вдоль этой зоны, что приводит к плавному, без скачков, смещению доменных границ и наименьшей средней скорости их движения при перемагничивании. Это обстоятельство существенно снижает магнитные потери на вихревые токи, пропорциональные квадрату скорости движения доменных границ. При этом одномоментное нанесение зоны лазерного воздействия на всю ширину ленты позволяет располагать эти зоны строго поперек направления прокатки, используя на 100% ориентационный фактор воздействия, а также обеспечить в рамках настоящего изобретения высокопроизводительную (до ~70 м/мин) обработку ленты стали без оплавления металла или разрушения покрытия.The use of local laser treatment allows one to create narrow heat-distortion zones in the ribbon (using a CO 2 laser with λ = 10.6 μm) and to form magnetic scattering fields above them, oriented across the axis of this ribbon. In this case, the maximum effect of domain fragmentation is ensured by the simultaneous deposition of a laser spot (oriented strictly across the axis of the tape), converted using a cylindrical optics into a straight line. This type of laser exposure provides a sharp heating of the local surface zone with a maximum temperature gradient and deep heating. The continuity of the laser irradiation zone ensures uniformity of the scattering magnetic fields along this zone, which leads to a smooth, without jumps, displacement of domain walls and the lowest average speed of their movement during magnetization reversal. This circumstance significantly reduces magnetic losses due to eddy currents, which are proportional to the square of the velocity of domain walls. In this case, the simultaneous application of the laser irradiation zone over the entire width of the tape allows these zones to be positioned strictly across the direction of rolling, using a 100% orientation influence factor, and also provides, within the framework of the present invention, high-performance (up to ~ 70 m / min) processing of a steel tape without metal fusion or destruction of the coating.
Причем для различных скоростей движения ленты стали формируют интервалы между зонами в 2-10 мм. Этот интервал между зонами деформации является наиболее эффективным, так как меньший 2-х мм вызывает нежелательное увеличение объема искаженной деформированной части материала и рост гистерезисной составляющей потерь, а больший 10 мм - малый эффект дробления полосовых доменов и слабое снижение вихретоковой составляющей магнитных потерь. То есть оптимальной является средняя величина интервала ~ 5 мм (достаточное дробление полосовых доменов и допустимое увеличение деформированного объема кристалла). Эта величина интервала в 5 мм достигается при любой реальной скорости движения ленты, если каждому ее перемещению на 1 см будет соответствовать нанесение 2-х зон лазером, то есть частота нанесения лазерных зон составляет 2:1 относительно скорости движения ленты, измеряемой в см/сек. В частности, в высокотекстурованных магнитомягких материалах интервал составляет 2-5 мм при крупных кристаллитах диаметром 15 мм и более, а при мелкокристаллической структуре стали (кристаллиты менее 15 мм) - 5-10 мм. В последнем случае в дробление доменов вносит больший вклад более частое распределение межзеренных границ в поликристаллическом материале.Moreover, for different speeds of movement of the steel tape, intervals between the zones of 2-10 mm are formed. This interval between the deformation zones is the most effective, since less than 2 mm causes an undesirable increase in the volume of the distorted deformed part of the material and an increase in the hysteresis component of losses, and a larger 10 mm causes a small effect of fragmentation of strip domains and a slight decrease in the eddy current component of magnetic losses. That is, the average value of the interval ~ 5 mm is optimal (sufficient fragmentation of the strip domains and an allowable increase in the deformed volume of the crystal). This interval size of 5 mm is achieved at any real speed of the tape, if each of its movement by 1 cm corresponds to the application of 2 zones with a laser, that is, the frequency of applying laser zones is 2: 1 relative to the speed of the tape, measured in cm / sec . In particular, in highly textured soft magnetic materials, the interval is 2-5 mm for large crystallites with a diameter of 15 mm or more, and for a fine-crystalline structure of steel (crystallites less than 15 mm), 5-10 mm. In the latter case, a more frequent distribution of grain boundaries in a polycrystalline material makes a greater contribution to the fragmentation of domains.
Применение данного комплексного подхода в решении задачи повышения эффективности изготовления ленты анизотропной трансформаторной стали заключается в последовательности выполнения основных технических операций: нанесение магнитоактивного электроизоляционного покрытия на основе нитридно-оксидных составов, уменьшающего объем поперечно намагниченных доменов, путем плоскостного растяжения металла с преобладанием продольного растяжения в материале с ребровой текстурой; термомагнитная и локально-лазерная обработка путем формирования дополнительной магнитной анизотропии за счет выстраивания пар примесных атомов Si-Si вдоль продольной оси ленты и сужения полосовых 180-градусных доменов за счет введения зон тепловой деформации поперек оси ленты, что снижает скорости движения доменных границ при перемагничивании; существенно повышает ее физико-механические свойства и значительно превышает суммарный результат, достигаемый на отдельных этапах обработки.The application of this integrated approach to solving the problem of increasing the efficiency of manufacturing anisotropic transformer steel tape consists in the sequence of basic technical operations: applying a magnetically insulating coating based on nitride-oxide compositions, which reduces the volume of transversely magnetized domains, by plane tension of the metal with a predominance of longitudinal tension in the material with rib texture; thermomagnetic and local laser treatment by forming additional magnetic anisotropy by aligning pairs of Si-Si impurity atoms along the longitudinal axis of the tape and narrowing the 180-degree strip domains by introducing thermal deformation zones across the axis of the tape, which reduces the velocity of domain walls during magnetization reversal; significantly increases its physical and mechanical properties and significantly exceeds the total result achieved at individual stages of processing.
Таким образом, заявляемый способ изготовления и обработки лент анизотропной трансформаторной стали позволяет получать сталь с высоким уровнем физико-механических свойств, более устойчивых к эксплуатационным воздействиям. Данный эффект достигается за счет применения новых комплексных технологий и режимов обработки материала и не требует больших технических затрат.Thus, the inventive method of manufacturing and processing tapes of anisotropic transformer steel allows you to get steel with a high level of physico-mechanical properties, more resistant to operational influences. This effect is achieved through the use of new integrated technologies and processing modes of the material and does not require large technical costs.
Следовательно, новый технический результат заключается в улучшении физико-механических свойств лент разных марок анизотропной электротехнической стали при сохранении высокого уровня магнитной индукции, электросопротивления покрытия и снижении магнитных потерь.Therefore, a new technical result is to improve the physicomechanical properties of tapes of different grades of anisotropic electrical steel while maintaining a high level of magnetic induction, electrical resistance of the coating and reducing magnetic losses.
Пример осуществления способаAn example of the method
С целью улучшения физико-механических свойств ленту толщиной 0,05-0,50 мм анизотропной крупнозернистой электротехнической стали Fe-3%Si предварительно подвергают горячей прокатке и, по крайней мере, одной холодной прокатке, обезуглероживающему и рекристаллизационному отжигам, выпрямляющему отжигу, находящуюся в условиях движения ленту, далее подвергают комплексному воздействию магнитоактивного электроизоляционного покрытия, термомагнитной и лазерной обработкам.In order to improve the physicomechanical properties, a tape of 0.05-0.50 mm thick anisotropic coarse-grained electrical steel Fe-3% Si is preliminarily subjected to hot rolling and at least one cold rolling, decarburization and recrystallization annealing, straightening annealing, located in the conditions of movement of the tape, then subjected to the combined effects of a magnetically active electrical insulating coating, thermomagnetic and laser treatments.
Для повышения магнитной одноосности ленты стали и выпрямления ее подвергают в условиях выпрямляющего отжига одноосному растягивающему напряжению, ориентированному вдоль ее продольной оси.In order to increase the magnetic uniaxiality of the steel strip and to straighten it, it is subjected to uniaxial tensile stress oriented along its longitudinal axis under conditions of straightening annealing.
При этом поверхности ленты покрывают магнитоактивным электроизоляционным покрытием на основе нитридно-оксидных составов с коэффициентом термического расширения, меньшим, чем у стали, путем ионно-плазменного осаждения с выдержкой 10-5 мин при температуре 20-50°C и подвергают дополнительному отжигу в окислительной среде. Для получения плавного перемагничивания стали создают пологую петлю гистерезиса в режиме высокочастотной термомагнитной обработки путем нагрева до температуры 300-600°C со скоростью 30-50°C/мин в переменном магнитном поле напряженностью 2-5 кА/м, частотой 30-100 кГц, направленном вдоль оси прокатки ленты, осуществляют изотермическую обработку в течение 20-5 минут и охлаждение до комнатной температуры в переменном магнитном поле со скоростью 50-200°C/мин. Причем при обработке ленточной стали применяют скоростную поверхностную обработку лазером с длиной пятна 0,2 мм в направлении прокатки, наносимого одномоментно на всю ширину движущейся ленты, при этом частота нанесения лазерных зон составляет 2:1 относительно скорости движения ленты, измеряемой в см/сек, для тонколистовой стали 0,15-0,23 мм, мощность излучения не превышает 1 Дж/сек, а при толщине 0,27-0,50 мм - 2 Дж/сек, которых достаточно для перестройки магнитной доменной структуры на всю толщину ленты стали.In this case, the surface of the tape is coated with a magnetically insulating coating based on nitride-oxide compositions with a thermal expansion coefficient lower than that of steel by ion-plasma deposition with a holding time of 10-5 min at a temperature of 20-50 ° C and subjected to additional annealing in an oxidizing medium . To obtain a smooth magnetization reversal, a shallow hysteresis loop is created in the high-frequency thermomagnetic treatment mode by heating to a temperature of 300-600 ° C at a speed of 30-50 ° C / min in an alternating magnetic field of 2-5 kA / m in intensity, 30-100 kHz, directed along the axis of rolling the tape, carry out isothermal treatment for 20-5 minutes and cooling to room temperature in an alternating magnetic field at a speed of 50-200 ° C / min. Moreover, when processing steel tape, high-speed laser surface treatment with a spot length of 0.2 mm is used in the direction of rolling applied simultaneously on the entire width of the moving tape, while the frequency of applying laser zones is 2: 1 relative to the speed of the tape, measured in cm / sec, for thin-sheet steel 0.15-0.23 mm, the radiation power does not exceed 1 J / s, and with a thickness of 0.27-0.50 mm - 2 J / s, which is enough to rebuild the magnetic domain structure to the entire thickness of the steel strip .
Результаты применения предлагаемого способа комбинированной обработки лент электротехнической стали толщиной 0,27 мм марок 3408-3409 приведены в таблице 1. Они показывают успешное решение поставленной задачи - снижение магнитных потерь P1,7/50 при сохранении высокого уровня магнитной индукции (исходный и конечный уровень индукции одинаков и в поле 800 А/м составляет 1,91 Тл). Как видно из таблицы, магнитные потери в анизотропной электротехнической стали снижаются на 12-15% при оптимальных режимах предлагаемого способа обработки (в частности, при температуре ТМО 420-440°C). Представленные в таблице 1 результаты также показывают повышенную эффективность предлагаемого нового способа по сравнению с известным способом, выбранным за прототип.The results of the application of the proposed method for the combined processing of electrical steel tapes 0.27 mm thick with grades 3408-3409 are shown in table 1. They show a successful solution of the problem - reduction of magnetic losses P 1.7 / 50 while maintaining a high level of magnetic induction (initial and final level induction is the same and in the field of 800 A / m is 1.91 T). As can be seen from the table, magnetic losses in anisotropic electrical steel are reduced by 12-15% under optimal conditions of the proposed processing method (in particular, at a temperature of TMT 420-440 ° C). The results presented in table 1 also show the increased efficiency of the proposed new method compared to the known method selected for the prototype.
Таким образом, заявляемый способ изготовления и обработки ленты анизотропной трансформаторной стали позволяет получать сталь с высоким уровнем магнитных свойств, более устойчивых к эксплуатационным воздействиям. Существенное увеличение качества анизотропной трансформаторной стали при относительно малых технических и энергетических затратах на ее обработку характеризует данный способ как перспективный для широкого внедрения на производстве, что позволит развивать электротехнические устройства на новом качественном уровне.Thus, the inventive method of manufacturing and processing tape anisotropic transformer steel allows you to get steel with a high level of magnetic properties, more resistant to operational influences. A significant increase in the quality of anisotropic transformer steel with relatively low technical and energy costs for its processing characterizes this method as promising for widespread adoption in production, which will allow the development of electrical devices at a new qualitative level.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014113812/02A RU2569260C2 (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Method of manufacturing of anisotropic electrical steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014113812/02A RU2569260C2 (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Method of manufacturing of anisotropic electrical steel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014113812A RU2014113812A (en) | 2015-10-20 |
| RU2569260C2 true RU2569260C2 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54326793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014113812/02A RU2569260C2 (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Method of manufacturing of anisotropic electrical steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2569260C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633868C1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-10-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Production method of electrotechnical anisotropic steel |
| RU2717034C1 (en) * | 2017-02-28 | 2020-03-17 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Textured electrical steel sheet and method of its production |
| RU2803297C1 (en) * | 2019-12-25 | 2023-09-12 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Sheet from oriented electrical steel and method for its manufacturing |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115972693B (en) * | 2022-12-06 | 2024-01-05 | 江苏伊斯达尔精密科技有限公司 | Tipping-resistant metal ceramic cutter and preparation method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1744128A1 (en) * | 1990-04-04 | 1992-06-30 | Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР | Method of producing anisotropic electrical steel |
| UA23865U (en) * | 2007-01-24 | 2007-06-11 | Public Corp Ukrainian Oil And | Method for development of steeply pitching oil stratum |
| RU2358346C1 (en) * | 2005-05-09 | 2009-06-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Sheet out of electric steel with oriented grain structure possessing low losses in core and procedure for fabricating this sheet |
| WO2009104521A1 (en) * | 2008-02-19 | 2009-08-27 | 新日本製鐵株式会社 | Low core loss unidirectional electromagnetic steel plate and method of manufacturing the same |
-
2014
- 2014-04-08 RU RU2014113812/02A patent/RU2569260C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1744128A1 (en) * | 1990-04-04 | 1992-06-30 | Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР | Method of producing anisotropic electrical steel |
| RU2358346C1 (en) * | 2005-05-09 | 2009-06-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Sheet out of electric steel with oriented grain structure possessing low losses in core and procedure for fabricating this sheet |
| UA23865U (en) * | 2007-01-24 | 2007-06-11 | Public Corp Ukrainian Oil And | Method for development of steeply pitching oil stratum |
| WO2009104521A1 (en) * | 2008-02-19 | 2009-08-27 | 新日本製鐵株式会社 | Low core loss unidirectional electromagnetic steel plate and method of manufacturing the same |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633868C1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-10-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Production method of electrotechnical anisotropic steel |
| RU2717034C1 (en) * | 2017-02-28 | 2020-03-17 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Textured electrical steel sheet and method of its production |
| RU2803297C1 (en) * | 2019-12-25 | 2023-09-12 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Sheet from oriented electrical steel and method for its manufacturing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014113812A (en) | 2015-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102104769B1 (en) | Non-oriented electrical steel sheet and method for manufacturing non-oriented electrical steel sheet | |
| Ushigami et al. | Recent development of low-loss grain-oriented silicon steel | |
| RU2594543C1 (en) | Textured siliceous steel with high magnetic induction and its production method | |
| JP7028327B2 (en) | Directional electrical steel sheet | |
| KR101421387B1 (en) | Grain oriented electrical steel sheet and method for manufacturing the same | |
| KR101593346B1 (en) | Grain-oriented electrical steel sheet and manufacturing method thereof | |
| EP3050979B1 (en) | Method for producing grain-oriented electromagnetic steel sheet | |
| JP5273944B2 (en) | Manufacturing method of mirror-oriented electrical steel sheet | |
| KR102231500B1 (en) | Directional silicon steel with low iron loss for low-noise transformer and its manufacturing method | |
| JP7028325B2 (en) | Directional electrical steel sheet | |
| US11984249B2 (en) | Grain-oriented electrical steel sheet, wound transformer core using the same, and method for producing wound core | |
| KR20170043658A (en) | Low-core-loss grain-oriented electromagnetic steel sheet and method for manufacturing same | |
| RU2610204C1 (en) | Method of making plate of textured electrical steel | |
| JP2011084761A (en) | Non-oriented electromagnetic steel sheet for rotor and manufacturing method therefor | |
| JP6855896B2 (en) | Non-oriented electrical steel sheet and its manufacturing method | |
| Xiuhua et al. | Magnetic properties of grain oriented ultra-thin silicon steel sheets processed by conventional rolling and cross shear rolling | |
| RU2569260C2 (en) | Method of manufacturing of anisotropic electrical steel | |
| US4545828A (en) | Local annealing treatment for cube-on-edge grain oriented silicon steel | |
| CN111133118B (en) | Grain-oriented electromagnetic steel sheet | |
| WO2020111006A1 (en) | Manufacturing method for non-oriented magnetic steel sheet | |
| JP2007169762A (en) | Method for producing low core loss grain oriented silicon steel sheet | |
| JP2000017334A (en) | Production of grain-oriented and nonoriented silicon steel sheet having low core loss and high magnetic flux density and continuous annealing equipment | |
| WO2011016758A1 (en) | Method for producing anisotropic electrotechnical sheet steel | |
| CA2459479C (en) | Method of producing (110)[001] grain oriented electrical steel using strip casting | |
| JP4192399B2 (en) | Oriented electrical steel sheet and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160409 |