RU2790333C1 - Method for production of thin microcrystal wide tapes of stainless nickel chromium steel of austenite grade by melt spinning - Google Patents

Method for production of thin microcrystal wide tapes of stainless nickel chromium steel of austenite grade by melt spinning Download PDF

Info

Publication number
RU2790333C1
RU2790333C1 RU2021137757A RU2021137757A RU2790333C1 RU 2790333 C1 RU2790333 C1 RU 2790333C1 RU 2021137757 A RU2021137757 A RU 2021137757A RU 2021137757 A RU2021137757 A RU 2021137757A RU 2790333 C1 RU2790333 C1 RU 2790333C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
content
tape
nickel chromium
steel
Prior art date
Application number
RU2021137757A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Игоревна Бобкова
Павел Алексеевич Кузнецов
Михаил Валерьевич Хроменков
Надежда Витальевна Яковлева
Борис Владимирович Фармаковский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Application granted granted Critical
Publication of RU2790333C1 publication Critical patent/RU2790333C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, in particular to the production of microcrystal tapes intended for creation of high-temperature superconductors on a tape carrier of stainless nickel chromium steel of an austenite grade by spinning a melt on a single-roll installation. A method for the production of a microcrystal tape of stainless nickel chromium steel of an austenite grade by melt spinning includes obtainment of a melt of stainless nickel chromium steel of an austenite grade and formation of fast-cured steel in the form of a tape by brining the melt into contact with a surface of a rotating cooling roll. Stainless nickel chromium steel of an austenite grade is melted, brought into contact with a surface of a rotating copper water-cooled crystallizer roll, and a tape is formed with a width of 27 mm, thickness of 41 or 44 mcm by extrusion of the melt under pressure of 0.3-0.9 MPa through a nozzle with a rectangular hole vertically upward to the specified copper water-cooled crystallizer roll rotating relatively to the horizontal axis with a linear rotational speed of 20-40 m/s. At the same time, stainless nickel chromium steel is melted, having a carbon content of ≤0.2 wt.%, total silicon and manganese content of 2.5-4.5 wt.%, total phosphorus and sulfur content of ≤0.05 wt.%, wherein the manganese content is ≤2 wt.%, phosphorus content is ≤0.03 wt.%, and the ratio of a chromium content to iron is 0.46-0.48.
EFFECT: resulting continuous integral tapes have high physical and mechanical properties, resistance to high-temperature oxidation, and a linear expansion temperature coefficient in longitudinal and transverse directions of a spinning track within (10-20)·106 K-1.
1 cl, 3 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению тонких широких микрокристаллических лент, перспективных для создания высокотемпературных сверхпроводников на ленточном носителе, из нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса методом спиннингования расплава на одновалковой установке. К ленточным высокотемпературным сверхпроводникам для изделий широкого спектра применения предъявляется комплекс требований: варьируемая ширина ленты от 5 до 100 мм без утолщения, высокая прочность на разрыв, высокая токонесущая способность, высокие значения генерируемых магнитных полей, работоспособность в широком диапазоне температур. С учетом специфики изготовления высокотемпературных сверхпроводников ленточного типа, большую часть этих требований возможно реализовать за счет изготовления качественной ленты- подложки. Очевидна экономическая эффективность реализации способов прямого получения литой полосы и ленты непосредственно из расплава, связанная с резким снижением расходов на капиталовложения и значительным энергосбережением, по сравнению с традиционными способами прокатки.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of thin wide microcrystalline tapes, promising for the creation of high-temperature superconductors on a tape carrier, from austenitic stainless chromium-nickel steel by melt spinning on a single-roll installation. A set of requirements is imposed on tape high-temperature superconductors for products with a wide range of applications: variable tape width from 5 to 100 mm without thickening, high tensile strength, high current-carrying capacity, high values of generated magnetic fields, operability in a wide temperature range. Taking into account the specifics of the fabrication of high-temperature tape-type superconductors, most of these requirements can be met by manufacturing a high-quality tape-substrate. The economic efficiency of the implementation of methods for direct production of cast strip and strip directly from the melt is obvious, associated with a sharp reduction in investment costs and significant energy savings, compared with traditional rolling methods.

Известен способ получения порошка, волокна или ленты из расплава (RU 95 102 577 А1, 22.02.1995) жаростойких и углеродистых сталей, например хромоникелевых и нержавеющих, металлов и сплавов с низкой температурой плавления, например алюминия, меди. Согласно способу, включающему нанесение на поверхность расплава слоя шлака и погружения в расплав вращающегося охлаждаемого диска, на поверхность расплава наносят слой шлака, толщина которого обратно пропорциональна его вязкости, изменяющейся в пределах 2°С 10 Па⋅с, а погружение диска осуществляют с изменением линейной скорости в зоне контакта диска с расплавом, в результате чего обеспечивается получение однородного продукта из расплава жаростойких и углеродистых сталей при высокой производительности процесса. Недостатками способа являются сложность контролирования геометрических параметров продукта (ширины и толщины ленты), которая регулируется системой поднятия/опускания диска-кристаллизатора и зависит от уровня расплава, снижение уровня которого приводит к обрыву ленты, и отсутствие ввиду вышесказанного возможности формирования лент длиной более 10 метров. Также имеет место загрязнение поверхности ленты материалом шлака.A known method for producing powder, fiber or tape from the melt (RU 95 102 577 A1, 22.02.1995) heat-resistant and carbon steels, such as chromium-nickel and stainless steels, metals and alloys with a low melting point, such as aluminum, copper. According to the method, which includes applying a layer of slag to the surface of the melt and immersing a rotating cooled disk into the melt, a layer of slag is applied to the surface of the melt, the thickness of which is inversely proportional to its viscosity, which varies within 2°С 10 Pa⋅s, and the disk is immersed with a change in the linear speed in the contact zone of the disk with the melt, which ensures the production of a homogeneous product from the melt of heat-resistant and carbon steels at high process productivity. The disadvantages of the method are the complexity of controlling the geometric parameters of the product (width and thickness of the tape), which is regulated by the system of raising/lowering the mold disk and depends on the melt level, the decrease in the level of which leads to the breakage of the tape, and the absence of the above possibility of forming tapes longer than 10 meters. There is also contamination of the belt surface with slag material.

Известен способ получения тонких листов-лент и устройства для его осуществления (RU 2002 119 233 А, 16.07.2002), включающий подачу жидкого металла в зазор, образуемый парой вращающихся охлаждаемых валков кристаллизаторов с выдачей затвердевшего металла в противоположную сторону от стороны подачи жидкого металла, торцевая часть которых с одной или двух сторон защищена неподвижной обогреваемой или необогреваемой плитой или плитами, отличающийся тем, что формирование листов-лент во время разливки производят из емкости жидкого металла, образуемой не менее чем двумя парами валков, кристаллизаторами с вводом жидкого металла в образуемую емкость через один или оба торца блока валков. Недостатком известного способа является сложность многовалковой конструкции, особенности которой исключают возможность формирования лент шириной более 15 мм и длиной более 5 метров из материалов с температурой плавления выше 1400°С, а также контролируемого создания направленной микрокристаллической структуры. Способ включает в себя необходимость закрытия зеркала металла в межвалковом пространстве шлаком или теплоизоляционной засыпкой, что приводит к загрязнению поверхностей лент используемым для этих целей материалом.A known method for producing thin sheets-tapes and devices for its implementation (RU 2002 119 233 A, 07/16/2002), including the supply of liquid metal into the gap formed by a pair of rotating cooled mold rolls with the issuance of solidified metal in the opposite direction from the liquid metal supply side, the end part of which on one or both sides is protected by a fixed heated or unheated plate or plates, characterized in that the formation of sheets-tapes during casting is carried out from a container of liquid metal formed by at least two pairs of rolls, molds with the introduction of liquid metal into the formed container through one or both ends of the block of rolls. The disadvantage of the known method is the complexity of the multi-roll design, the features of which exclude the possibility of forming tapes with a width of more than 15 mm and a length of more than 5 meters from materials with a melting point above 1400°C, as well as controlled creation of a directed microcrystalline structure. The method includes the need to close the metal mirror in the inter-roll space with slag or heat-insulating filling, which leads to contamination of the belt surfaces with the material used for these purposes.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения быстротвержденного сплава для магнита (RU 2 255 833 С1, 30.06.2003), выбранный в качестве прототипа. В известном патенте раскрывается способ получения быстроотвержденного сплава, включающий получение расплава и формирование быстроотвержденного сплава со средним размером кристаллических зерен приблизительно от 10-9 до 10-6 м. Расплав имеет состав, представленный общей формулой (Fe1-mTm)100-x-y-zQxRyMz, где Т представляет собой Со и/или Ni; Q представляет собой В и/или С; R-редкоземельный элемент, М выбран из Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Та, W, Pt, Au и Pb, при этом мольные доли х, у, z и m удовлетворяют следующим неравенствам: 10 ат.% ≤ х ≤ 35 ат.%; 2 ат.% ≤ у ≤ 10 ат.%; 0 ат.% ≤ z ≤ 10 ат.% и 0 ≤ m ≤ 0,5. На стадии формирования быстроотвержденного сплава расплав выливают на направляющий элемент, направляющая поверхность которого образует угол наклона по отношению к горизонтальной плоскости, и подают расплав, стекающий по направляющей поверхности, через отверстие по меньшей мере одного канала разливки на контактный участок поверхности охлаждающего валка со скоростью вращения 15 м/с, в результате может быть получен быстроотвержденный сплав в виде тонких полос с равномерной толщиной при постоянной скорости охлаждения. Существенными недостатками известного способа являются:The closest in technical essence to the claimed invention is a method for producing a rapidly hardened alloy for a magnet (RU 2 255 833 C1, 30.06.2003), selected as a prototype. A well-known patent discloses a process for producing a rapidly solidified alloy, comprising obtaining a melt and forming a rapidly solidified alloy with an average crystal grain size of approximately 10 -9 to 10 -6 m. The melt has a composition represented by the general formula (Fe 1-m T m ) 100-xyz Q x R y M z , where T is Co and/or Ni; Q is B and/or C; R-rare earth element, M is selected from Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Ga, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Au and Pb, with mole fractions x, y, z and m satisfy the following inequalities: 10 at.% ≤ x ≤ 35 at.%; 2 at.% ≤ y ≤ 10 at.%; 0 at.% ≤ z ≤ 10 at.% and 0 ≤ m ≤ 0.5. At the stage of forming a rapidly solidified alloy, the melt is poured onto a guide element, the guide surface of which forms an angle of inclination with respect to the horizontal plane, and the melt flowing down the guide surface is fed through the opening of at least one pouring channel to the contact section of the surface of the chill roll at a rotation speed of 15 m / s, as a result, a rapidly solidified alloy in the form of thin strips with a uniform thickness can be obtained at a constant cooling rate. Significant disadvantages of the known method are:

- присутствие в расплаве редкоземельного элемента, что отрицательно сказывается на экономичности материала;- the presence of a rare earth element in the melt, which adversely affects the material efficiency;

- для получения нанокомпозитного сплава, большое значение имеет то, как задаются условия быстрого охлаждения и отверждения расплавленного сплава, поскольку данные условия должны определять конкретную структуру (к примеру, процентное содержание аморфных фаз) получаемого быстроотвержденного сплава, что существенно снижает возможность контролируемого создания направленной микрокристаллической структуры;- to obtain a nanocomposite alloy, it is of great importance how the conditions for rapid cooling and solidification of the molten alloy are set, since these conditions should determine the specific structure (for example, the percentage of amorphous phases) of the resulting rapidly solidified alloy, which significantly reduces the possibility of controlled creation of a directed microcrystalline structure ;

- на стадии формирования быстроотвержденного сплава устанавливают направляющий элемент таким образом, чтобы обеспечить расстояние от около 1 до около 50 мм между концом по меньшей мере одного канала разливки и поверхностью охлаждающего валка с низкой скоростью вращения, что вносит дополнительные температурные потери расплава до его контакта с кристаллизатором и существенно влияет на микрокристаллическую структуру, увеличивая угол разориентировки зерен, что влечет за собой повышение шероховатости поверхности свыше Rz=800 нм.- at the stage of formation of a rapidly solidified alloy, a guide element is installed in such a way as to provide a distance of about 1 to about 50 mm between the end of at least one casting channel and the surface of the cooling roll with a low rotation speed, which introduces additional temperature losses of the melt before it contacts the mold and significantly affects the microcrystalline structure, increasing the grain misorientation angle, which entails an increase in surface roughness above R z =800 nm.

К недостаткам известных способов, в том числе и прототипа, относится невозможность получения длинномерных лент с шириной более 20 мм при толщине 30 мкм и более из нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса с высокой температурой плавления, стойких к высокотемпературному окислению с большим температурным коэффициентом линейного расширения в продольном и поперечном направлениях треку спиннингования, с контролируемой микрокристаллической структурой, представленной вытянутыми зернами, ориентированными перпендикулярно треку спиннингования.The disadvantages of the known methods, including the prototype, include the impossibility of obtaining long tapes with a width of more than 20 mm and a thickness of 30 μm or more from austenitic stainless chromium-nickel steel with a high melting point, resistant to high-temperature oxidation with a high temperature coefficient of linear expansion in the longitudinal and transverse to the spinning track, with a controlled microcrystalline structure represented by elongated grains oriented perpendicular to the spinning track.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа получения тонких микрокристаллических широких лент из нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса методом спиннингования расплава, длиной более 5 м, шириной 27 мм, толщиной 41 или 44 мкм в микрокристаллическом состоянии стойких к окислению вплоть до 900°С способом спиннингования расплава нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса, пригодных для производства высокотемпературных сверхпроводников второго поколения. Разброс размеров зерен в ленте составляет от порядка 1-2 мкм до порядка 17 мкм, встречаются также отдельные зерна размером до 25 мкм, за счет чего обеспечивается предел прочности σв 550-600 МПа. Параметры шероховатости сторон ленты находятся в пределах Rz=300-500 нм.The technical result of the present invention is the creation of a method for producing thin microcrystalline wide tapes of austenitic stainless chromium-nickel steel by the melt spinning method, more than 5 m long, 27 mm wide, 41 or 44 μm thick in the microcrystalline state, resistant to oxidation up to 900 ° C by the melt spinning method austenitic stainless chromium-nickel steel suitable for the production of second-generation high-temperature superconductors. The spread of grain sizes in the tape is from about 1-2 μm to about 17 μm, there are also individual grains up to 25 μm in size, which ensures the ultimate strength σ of 550-600 MPa. The roughness parameters of the sides of the tape are in the range R z =300-500 nm.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения тонких микрокристаллических широких лент из нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса методом спиннингования расплава, включающем получение расплава в тигле методом индукционной плавки в индукторе мощностью 60-100 В из стали марки 20Х23Н18 производят экструдирование расплава под давлением 0,3-0,9 МПа через сопло с прямоугольным отверстием вертикально вверх на медный валок-кристаллизатор, при этом скорости вращения относительно горизонтальной оси обеспечивается в пределах 20-40 м/с.При этом расплавляют нержавеющую хромоникелевую сталь с содержанием углерода ≤0,2 мас. %, суммарным содержанием кремния и марганца 2,5-4,5 мас. %, суммарным содержанием фосфора и серы ≤0,05 мас. %, причем содержание марганца ≤2 мас. %, содержание фосфора ≤0,03 мас. %, а соотношение содержания хрома к железу составляет 0,46-0,48.The technical result is achieved due to the fact that in the method for producing thin microcrystalline wide tapes from stainless chromium-nickel steel of the austenitic class by melt spinning, including the production of a melt in a crucible by induction melting in an inductor with a power of 60-100 V from steel grade 20X23H18, the melt is extruded under a pressure of 0 ,3-0.9 MPa through a nozzle with a rectangular hole vertically upwards onto a copper mold roll, while the rotation speed relative to the horizontal axis is provided within 20-40 m / s. At the same time, stainless chromium-nickel steel with a carbon content ≤0.2 wt. %, the total content of silicon and manganese 2.5-4.5 wt. %, the total content of phosphorus and sulfur ≤0.05 wt. %, and the content of manganese ≤2 wt. %, phosphorus content ≤0.03 wt. %, and the ratio of chromium to iron is 0.46-0.48.

Определено, что соотношение содержания хрома к железу в исходной стали, является важным параметром: так при его значении от 0,46 до 0,48 процесс спиннингования позволяет получить непрерывные целостные ленты длинной более 5 метров. При изменении соотношения в меньшую сторону происходит продольное расслоение ленты на полосы шириной 4-8 мм с сохранением толщины около 30 мкм на длинах до 50 см. При изменении соотношения в большую сторону происходит деформация и поперечное сквозное нарушение целостности ленты, вероятнее всего вызванное повышением хрупкости и существенном различии в теплопроводности материалов медного кристаллизатора и спиннингуемой ленты. Также образцы лент с соотношением содержания хрома к железу 0,47 имеют более высокую стойкость к высокотемпературному окислению.It has been determined that the ratio of chromium to iron content in the original steel is an important parameter: for example, with its value from 0.46 to 0.48, the spinning process makes it possible to obtain continuous integral tapes with a length of more than 5 meters. When the ratio changes to a smaller side, a longitudinal stratification of the tape into strips 4-8 mm wide occurs, while maintaining a thickness of about 30 microns at lengths up to 50 cm. When the ratio changes to a larger side, deformation and a transverse through violation of the integrity of the tape occur, most likely caused by an increase in fragility and a significant difference in the thermal conductivity of the materials of the copper mold and the spinning tape. Also samples of tapes with a ratio of chromium to iron content of 0.47 have a higher resistance to high temperature oxidation.

При отклонении соотношения компонентов состава стали марки 20Х23Н18 от заявляемых (углерода ≤0,2 мас. %, суммарного содержания кремния и марганца 2,5-4,5 мас. %, суммарного содержания фосфора и серы ≤0,05 мас. %, содержание марганца ≤2 мас. %, содержание фосфора ≤0,03 мас. %) в большую сторону ведет к снижению стойкости получаемых лент к высокотемпературному окислению, а в меньшую ведет к охрупчиванию стали и невозможности получения единичных лент длиной более 5 метров.If the ratio of the components of the composition of steel grade 20X23H18 deviates from the declared ones (carbon ≤0.2 wt.%, the total content of silicon and manganese 2.5-4.5 wt.%, the total content of phosphorus and sulfur ≤0.05 wt.%, the content manganese ≤2 wt.%, phosphorus content ≤0.03 wt.%) to a greater extent leads to a decrease in the resistance of the resulting tapes to high-temperature oxidation, and to a smaller one leads to steel embrittlement and the impossibility of obtaining single tapes longer than 5 meters.

Экструдирование расплава производится под давлением 0,3-0,9 МПа через сопло с прямоугольным отверстием вертикально вверх на медный валок-кристаллизатор, при давлении ниже 0,3 МПа невозможна непрерывная подача расплава в зону контакта с кристаллизатором, в результате чего происходят частые обрывы и формируются единичные ленты длиной 40-50 см, при давлении выше 0,9 МПа происходит возмущение формы мениска, что приводит к образованию ленты с рваными краями и делает ее непригодной для использования в качестве ленты-подложки для производства высокотемпературных сверхпроводников на ленточном носителе.The melt is extruded at a pressure of 0.3-0.9 MPa through a nozzle with a rectangular hole vertically upwards onto a copper mold roll, at a pressure below 0.3 MPa it is impossible to continuously supply the melt into the contact zone with the mold, resulting in frequent breaks and single tapes 40-50 cm long are formed, at a pressure above 0.9 MPa, the meniscus shape is perturbed, which leads to the formation of a tape with torn edges and makes it unsuitable for use as a substrate tape for the production of high-temperature superconductors on a tape carrier.

Скорости вращения относительно горизонтальной оси должны находиться в пределах 20-40 м/с, при скорости менее 20 м/с не достигается направленный рост зерен от поверхности кристаллизатора к внешней поверхности лент, а происходит формирование равноосной микрокристаллической структуры ленты, что влечет за собой повышение шероховатости поверхности свыше Rz=600 нм, при скоростях выше 40 м/с происходит частичная аморфизация слоя ленты с контактной к кристаллизатору стороны, что существенно снижает предел прочности σв.Rotation speeds relative to the horizontal axis should be in the range of 20-40 m/s, at a speed of less than 20 m/s, directional grain growth from the surface of the mold to the outer surface of the tapes is not achieved, but an equiaxed microcrystalline structure of the tape is formed, which entails an increase in roughness surface above R z =600 nm, at speeds above 40 m/s, a partial amorphization of the tape layer occurs from the side in contact with the mold, which significantly reduces the ultimate strength σ in .

Практическая реализация предлагаемого технического решения выполнялась по следующей разработанной схеме:The practical implementation of the proposed technical solution was carried out according to the following developed scheme:

- получение в индукционной печи с набивной футеровкой слитка стали прецизионного состава,- obtaining in an induction furnace with a stuffed lining of a steel ingot of a precision composition,

- загрузка порции исходной стали в кристаллическом состоянии в плавильный тигель разливочной машины и вторичная расплавка, нагревание до необходимой для разливки температуры и осуществеление разливки;- loading a portion of the original steel in a crystalline state into the melting crucible of the pouring machine and secondary melting, heating to the temperature required for pouring and pouring;

- подача расплава снизу-вверх осуществляется по металлопроводу, в качестве которого используется кварцевая трубка;- the melt is fed from bottom to top through a metal wire, which is a quartz tube;

- выдавливание расплава из плавильного тигля давлением инертного газа по металлопроводу вверх к разливочному узлу (чтобы компенсировать охлаждение расплава в металлопроводе, в верхней части металлопровода осуществляется индукционный подогрев);- extrusion of the melt from the melting crucible by inert gas pressure along the metal pipeline upwards to the pouring unit (in order to compensate for the cooling of the melt in the metal pipeline, induction heating is carried out in the upper part of the metal pipeline);

- спиннингование расплава на поверхности медного водоохлаждаемого валка-кристаллизатора, вращающегося относительно горизонтальной оси.- spinning of the melt on the surface of a copper water-cooled roll-mould rotating about a horizontal axis.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами:The essence of the invention is illustrated by the following figures:

на фиг. 1 - схема спиннингования с нижней подачей расплава;in fig. 1 - scheme of spinning with bottom melt supply;

на фиг. 2 - СЭМ изображение поверхности ленты, полученной спиннингованием расплава а) глянцевая сторона, б) матовая сторона;in fig. 2 - SEM image of the surface of the tape obtained by melt spinning a) glossy side, b) matte side;

на фиг. 3 - типичная карта распределения кристаллографических ориентаций материала лент, составленная для поперечных срезовin fig. 3 - a typical map of the distribution of crystallographic orientations of the material of the tapes, compiled for cross sections

На фиг. 1 представлена схема способа спиннингования с нижней подачей расплава: 1 - валок-кристаллизатор; 2 - обогреваемый тигель с расплавом; 3 - получаемая лента; 4 - разливочное сопло; 5 - металлопровод; 6 - индуктор.In FIG. 1 shows a diagram of the spinning method with the lower melt supply: 1 - mold roll; 2 - heated crucible with melt; 3 - the resulting tape; 4 - filling nozzle; 5 - metal wire; 6 - inductor.

На фиг. 2 приведено СЭМ изображение поверхностей лент, различие которых обусловлено разницей в условиях кристаллизации расплава при контакте с кристаллизатором. Глянцевая сторона (2а) ленты обращена к кристаллизатору, матовая (2б) - формировалась на воздухе. Результаты исследования элементного состава говорят о большей степени влияния технологических параметров ведения процесса на распределение элементов по толщине ленты, нежели ликвации элементов в толще кристаллизующегося расплава. Параметры шероховатости сторон соответственно равны Rzгл=300 нм и R=500 нм.In FIG. Figure 2 shows the SEM image of the tape surfaces, the difference of which is due to the difference in the conditions of melt crystallization upon contact with the mold. The glossy side (2a) of the tape faces the mold, the matte side (2b) was formed in air. The results of the study of the elemental composition indicate a greater degree of influence of the technological parameters of the process on the distribution of elements over the thickness of the tape than segregation of elements in the thickness of the crystallizing melt. The roughness parameters of the sides are respectively equal to R zgl =300 nm and R zsh =500 nm.

Качественный анализ карт кристаллографических ориентаций (фиг. 3) свидетельствует о направленном росте зерен от поверхности кристаллизатора к внешней поверхности лент. Оценка средней длинны зерна в образце дает значение около 10 мкм. Разброс размеров зерен составляет от порядка 1-2 мкм до порядка 17 мкм, встречаются также отдельные зерна размером до 25 мкм.Qualitative analysis of crystallographic orientation maps (Fig. 3) indicates directed grain growth from the mold surface to the outer surface of the ribbons. An estimate of the average grain length in the sample gives a value of about 10 µm. The scatter of grain sizes ranges from about 1–2 µm to about 17 µm; there are also individual grains up to 25 µm in size.

Экспериментальные исследования выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием «Состав, структура и свойства конструкционных и функциональных материалов» НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования - соглашение №13.ЦКП.21.0014 (075-11-2021-068). Уникальный идентификационный номер - RF-2296.61321X0014.Experimental studies were carried out on the equipment of the Center for the Collective Use of Scientific Equipment "Composition, Structure and Properties of Structural and Functional Materials" of the National Research Center "Kurchatov Institute" - Central Research Institute of KM "Prometey" with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education - agreement No. 13.TsKP.21.0014 (075 -11-2021-068). The unique identification number is RF-2296.61321X0014.

Пример 1Example 1

Выплавка стали производилась в индукционной печи ППИ-0.06, емкостью 60 кг по железу, с набивной футеровкой. Разливка осуществлялась через литейный ковш в чугунные изложницы, с получением 40 кг слитка от каждой плавки. Целью являлось получить требуемый химический состав стали марки 20Х23Н18 с содержанием углерода ≤0,2 мас. %, суммарным содержанием кремния и марганца 2,5-4,5 мас. %, суммарным содержанием фосфора и серы ≤0,05 мас. %, причем содержание марганца ≤2 мас. %, содержание фосфора ≤0,03 мас. % и выдержать соотношение содержания хрома к содержанию железа близкое к 0,47. Литейный ковш чайникового типа прогревался на стенде разогрева ковшей до температуры 650-750°С, в течение 90-120 минут. В качестве шихты использовались следующие материалы: армко железо тип 1 -ТС 00187895; феррохром низкоуглеродистый марки ФХ015А - ГОСТ 4757-91; никель марки Н-1-ГОСТ 849-2008; марганец электролитический Мн998 - ГОСТ 6008-90; ферросилиций марки ФС75 - ГОСТ 1415-93; алюминий марки А7 - ГОСТ 11069-2001; лигатура никель-магний-церий - ТУ 14-2Р-338-2000. Температура расплава на выпуске из печи была в пределах 1570-1590°С. С помощью мостового крана, литейный ковш снимался со стенда разогрева ковшей, подвозился под носик поднимающейся печи и осуществлялся выпуск расплава. Затем через установленную воронку на прибыльной надставке изложницы расплав сливался с получением 40 килограммового слитка. В результате плавки достигнуто содержание элементов в слитке, соответствующее требованиям по химическому составу и соотношению Cr/Fe=0,47, после кристаллизации из изложницы вынимался слиток и отправлялся на участок обрубки и зачистки, для подготовки к дальнейшему переделу для получения ленты методом спиннингования из расплава.Steel smelting was carried out in an induction furnace PPI-0.06, with a capacity of 60 kg for iron, with a rammed lining. Pouring was carried out through a casting ladle into cast iron molds, with the production of 40 kg of ingot from each heat. The goal was to obtain the required chemical composition of steel grade 20Kh23N18 with a carbon content of ≤0.2 wt. %, the total content of silicon and manganese 2.5-4.5 wt. %, the total content of phosphorus and sulfur ≤0.05 wt. %, and the content of manganese ≤2 wt. %, phosphorus content ≤0.03 wt. % and maintain the ratio of chromium content to iron content close to 0.47. The teapot-type casting ladle was warmed up at the ladle heating stand to a temperature of 650-750°C for 90-120 minutes. The following materials were used as a charge: armco iron type 1 -TS 00187895; ferrochrome low-carbon grade FKh015A - GOST 4757-91; nickel grade N-1-GOST 849-2008; electrolytic manganese Mn998 - GOST 6008-90; ferrosilicon brand FS75 - GOST 1415-93; aluminum brand A7 - GOST 11069-2001; ligature nickel-magnesium-cerium - TU 14-2R-338-2000. The temperature of the melt at the outlet from the furnace was in the range of 1570-1590°C. With the help of an overhead crane, the casting ladle was removed from the ladle heating stand, brought under the spout of the rising furnace, and the melt was discharged. The melt was then merged through a mounted funnel on a profitable mold extension to obtain a 40 kg ingot. As a result of melting, the content of elements in the ingot was achieved that met the requirements for the chemical composition and the ratio Cr/Fe=0.47; .

После вторичного расплавления стали в плавильной емкости разливочной машины и нагрева до необходимой температуры 1570-1590°С в плавильную емкость подавался инертный газ под давлением 0,9 МПа, который выдавливал расплав из плавильного объема к поверхности закалочного валка, скорость вращения кристаллизатора 40 м/с. Смачивая поверхность валка, расплав двигался вместе с ней, формируя на поверхности ленту, скорости охлаждения при этом составляют 105…106 К/с. От поверхности валка лента отделялась потоком воздуха, подаваемого на съемник ленты. Ширина получаемой ленты составила 27 мм, средняя измеренная толщина 44 мкм, длина единичных лент более 5 метров. Предел прочности (σв), исследованный методом на растяжение согласно ГОСТ 1497-84 на оборудовании Zwick/RoellZ 250 составил 550 МПа, шероховатость сторон составила Rz=300-400 нм. Средний размер зерна составляет 2-4 мкм. Температурный коэффициент линейного расширения в продольном и поперечном направлениях треку спиннингования ленты составил 16-17*106К-1. Образцы лент имеют стойкость к окислению вплоть до нагрева до 1000°С.After the secondary melting of steel in the melting tank of the pouring machine and heating to the required temperature of 1570-1590 ° C, an inert gas was supplied to the melting tank at a pressure of 0.9 MPa, which squeezed the melt from the melting volume to the surface of the hardening roll, the mold rotation speed was 40 m/s . Wetting the surface of the roll, the melt moved along with it, forming a ribbon on the surface, the cooling rates in this case being 10 5 ... 10 6 K/s. The tape was separated from the surface of the roll by a stream of air supplied to the tape stripper. The width of the resulting tape was 27 mm, the average measured thickness was 44 microns, the length of individual tapes was more than 5 meters. The tensile strength (σ in ), investigated by the tensile method according to GOST 1497-84 on the equipment Zwick/RoellZ 250 was 550 MPa, the roughness of the sides was R z =300-400 nm. The average grain size is 2-4 microns. The temperature coefficient of linear expansion in the longitudinal and transverse directions of the tape spinning track was 16-17*10 6 K -1 . Tape samples are resistant to oxidation up to heating up to 1000°C.

Пример 2Example 2

Выплавка стали производилась в индукционной печи ППИ-0.06, емкостью 60 кг по железу, с набивной футеровкой. Разливка осуществлялась через литейный ковш в чугунные изложницы, с получением 40 кг слитка от каждой плавки. Целью являлось получить требуемый химический состав стали марки 20Х23Н18 с содержанием углерода ≤0,2 мас. %, суммарным содержанием кремния и марганца 2,5-4,5 мас. %, суммарным содержанием фосфора и серы ≤0,05 мас. %, причем содержание марганца ≤2 мас. %, содержание фосфора ≤0,03 мас. % и выдержать соотношение содержания хрома к содержанию железа близкое к 0,47. Литейный ковш чайникового типа прогревался на стенде разогрева ковшей до температуры 650-750°С, в течение 90-120 минут. В качестве шихты использовались следующие материалы: армко железо тип 1-ТС 00187895; феррохром низкоуглеродистый марки ФХ015А - ГОСТ 4757-91; никель марки Н-1-ГОСТ 849-2008; марганец электролитический Мн998 - ГОСТ 6008-90; ферросилиций марки ФС75 - ГОСТ 1415-93; алюминий марки А7 - ГОСТ 11069-2001; лигатура никель-магний-церий - ТУ 14-2Р-338-2000. Температура стали на выпуске из печи была в пределах 1570-1590°С. С помощью мостового крана, литейный ковш снимался со стенда разогрева ковшей, подвозился под носик поднимающейся печи и осуществлялся выпуск расплава. Затем через установленную воронку на прибыльной надставке изложницы расплав сливался с получением 40 килограммового слитка. В результате плавки достигнуто содержание элементов в слитке, соответствующее требованиям по химическому составу и соотношению Cr/Fe=0,48, после кристаллизации из изложницы вынимался слиток и отправлялся на участок обрубки и зачистки, для подготовки к дальнейшему переделу для получения ленты методом спиннингования из расплава.Steel smelting was carried out in an induction furnace PPI-0.06, with a capacity of 60 kg for iron, with a rammed lining. Pouring was carried out through a casting ladle into cast iron molds, with the production of 40 kg of ingot from each heat. The goal was to obtain the required chemical composition of steel grade 20Kh23N18 with a carbon content of ≤0.2 wt. %, the total content of silicon and manganese 2.5-4.5 wt. %, the total content of phosphorus and sulfur ≤0.05 wt. %, and the content of manganese ≤2 wt. %, phosphorus content ≤0.03 wt. % and maintain the ratio of chromium content to iron content close to 0.47. The teapot-type casting ladle was warmed up on the stand for warming up the ladles to a temperature of 650-750°C for 90-120 minutes. The following materials were used as the charge: armco iron type 1-TC 00187895; ferrochrome low-carbon grade FKh015A - GOST 4757-91; nickel grade N-1-GOST 849-2008; electrolytic manganese Mn998 - GOST 6008-90; ferrosilicon brand FS75 - GOST 1415-93; aluminum brand A7 - GOST 11069-2001; ligature nickel-magnesium-cerium - TU 14-2R-338-2000. The steel temperature at the outlet from the furnace was in the range of 1570-1590°C. With the help of an overhead crane, the casting ladle was removed from the ladle heating stand, brought under the spout of the rising furnace, and the melt was discharged. The melt was then merged through a mounted funnel on a profitable mold extension to obtain a 40 kg ingot. As a result of melting, the content of elements in the ingot was achieved that met the requirements for the chemical composition and the ratio Cr / Fe = 0.48, after crystallization, the ingot was taken out of the mold and sent to the cutting and stripping area to prepare for further processing to obtain a tape by melt spinning .

После вторичного расплавления стали в плавильной емкости разливочной машины и нагрева до необходимой температуры 1570-1590°С в плавильную емкость подавался инертный газ под давлением 0,3 МПа, который выдавливал расплав из плавильного объема к поверхности закалочного валка, скорость вращения кристаллизатора 20 м/с. Смачивая поверхность валка, расплав двигался вместе с ней, формируя на поверхности ленту, скорости охлаждения при этом составляют 105…106 К/с. От поверхности валка лента отделялась потоком воздуха, подаваемого на съемник ленты. Ширина получаемой ленты составила 27 мм, средняя измеренная толщина 41 мкм, длина единичных лент более 5 метров. Предел прочности (σв), исследованный методом на растяжение согласно ГОСТ 1497-84 на оборудовании Zwick/RoellZ 250 составил 600 МПа, шероховатость сторон составила Rz=500-600 нм. Средний размер зерна составляет 4-6 мкм. Температурный коэффициент линейного расширения в продольном и поперечном направлениях треку спиннингования ленты составил 16-17*106К-1. Образцы лент имеют стойкость к окислению вплоть до нагрева до 900°С.After the secondary melting of steel in the melting tank of the pouring machine and heating to the required temperature of 1570-1590 ° C, an inert gas was supplied to the melting tank at a pressure of 0.3 MPa, which squeezed the melt from the melting volume to the surface of the hardening roll, the mold rotation speed was 20 m/s . Wetting the surface of the roll, the melt moved along with it, forming a ribbon on the surface, the cooling rates in this case being 10 5 ... 10 6 K/s. The tape was separated from the surface of the roll by a stream of air supplied to the tape stripper. The width of the tape obtained was 27 mm, the average measured thickness was 41 microns, the length of individual tapes was more than 5 meters. The tensile strength (σ in ), investigated by the tensile method according to GOST 1497-84 on the equipment Zwick/RoellZ 250 was 600 MPa, the roughness of the sides was R z =500-600 nm. The average grain size is 4-6 microns. The temperature coefficient of linear expansion in the longitudinal and transverse directions of the tape spinning track was 16-17*106K -1 . Tape samples are resistant to oxidation up to heating up to 900°C.

Использование способа получения тонких микрокристаллических широких лент из нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса методом спиннингования расплава перспективно для изготовления лент-подложек с заданными характеристиками, что позволит обеспечить производство высокотемпературных сверхпроводников и соответствующее внедрение на предприятиях-представителях реального сектора экономики РФ.The use of a method for producing thin microcrystalline wide tapes from austenitic stainless chromium-nickel steel by the method of melt spinning is promising for the manufacture of substrate tapes with desired characteristics, which will ensure the production of high-temperature superconductors and the corresponding implementation at enterprises representing the real sector of the Russian economy.

Claims (1)

Способ получения микрокристаллической ленты из нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса методом спиннингования расплава, включающий получение расплава нержавеющей хромоникелевой стали аустенитного класса и формирование быстроотвержденной стали в виде ленты путем приведения расплава в контакт с поверхностью вращающегося охлаждающего валка, отличающийся тем, что расплавляют нержавеющую хромоникелевую сталь аустенитного класса, содержащую углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель и остальное - железо, приводят ее в контакт с поверхностью вращающегося медного водоохлаждаемого валка-кристаллизатора и формируют ленту шириной 27 мм, толщиной 41 или 44 мкм путем экструдирования расплава под давлением 0,3-0,9 МПа через сопло с прямоугольным отверстием вертикально вверх на указанный медный водоохлаждаемый валок-кристаллизатор, вращающийся относительно горизонтальной оси с линейной скоростью вращения 20-40 м/с, при этом расплавляют нержавеющую хромоникелевую сталь с содержанием углерода ≤0,2 мас. %, суммарным содержанием кремния и марганца 2,5-4,5 мас. %, суммарным содержанием фосфора и серы ≤0,05 мас. %, причем содержание марганца ≤2 мас. %, содержание фосфора ≤0,03 мас. %, а соотношение содержания хрома к железу составляет 0,46-0,48.A method for producing a microcrystalline strip of stainless chromium-nickel steel of austenitic class by melt spinning, including obtaining a melt of stainless chromium-nickel steel of austenitic class and forming a fast-hardening steel in the form of a ribbon by bringing the melt into contact with the surface of a rotating chill roll, characterized in that the stainless chromium-nickel steel of austenitic class is melted containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, nickel and the rest - iron, bring it into contact with the surface of a rotating copper water-cooled mold roll and form a tape 27 mm wide, 41 or 44 microns thick by extruding the melt under pressure 0 3-0.9 MPa through a nozzle with a rectangular hole vertically upwards onto the specified copper water-cooled mold roll rotating about the horizontal axis with a linear rotation speed of 20-40 m/s, while stainless chromium-nickel steel is melted with a content carbon content ≤0.2 wt. %, the total content of silicon and manganese 2.5-4.5 wt. %, the total content of phosphorus and sulfur ≤0.05 wt. %, and the content of manganese ≤2 wt. %, phosphorus content ≤0.03 wt. %, and the ratio of chromium to iron is 0.46-0.48.
RU2021137757A 2021-12-20 Method for production of thin microcrystal wide tapes of stainless nickel chromium steel of austenite grade by melt spinning RU2790333C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790333C1 true RU2790333C1 (en) 2023-02-16

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1821032A3 (en) * 1991-06-07 1996-02-10 О.М. Жигалина Method for obtaining strip from high-strength magnetic alloy of permalloy class
JP2002212686A (en) * 2000-05-24 2002-07-31 Sumitomo Special Metals Co Ltd Paridly cooled alloy for iron based rare earth alloy magnet and method for producing iron based rare earth alloy magnet
RU2255833C1 (en) * 2002-08-08 2005-07-10 Неомакс Ко., Лтд. Method for producing quickly crystallized alloy for magnet
DE60131561D1 (en) * 2000-10-06 2008-01-03 Neomax Co Ltd METHOD FOR PRODUCING A RAW ALLOY THROUGH BELT FORMING FOR NANOVERIC COMPOSITE PERMANENT MAGNETS
RU2509821C2 (en) * 2008-08-22 2014-03-20 Акихиро МАКИНО ALLOY COMPOSITION, Fe-BASED NANOCRYSTALLINE ALLOY AND METHOD OF ITS MAKING AND MAGNETIC ASSY

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1821032A3 (en) * 1991-06-07 1996-02-10 О.М. Жигалина Method for obtaining strip from high-strength magnetic alloy of permalloy class
JP2002212686A (en) * 2000-05-24 2002-07-31 Sumitomo Special Metals Co Ltd Paridly cooled alloy for iron based rare earth alloy magnet and method for producing iron based rare earth alloy magnet
DE60131561D1 (en) * 2000-10-06 2008-01-03 Neomax Co Ltd METHOD FOR PRODUCING A RAW ALLOY THROUGH BELT FORMING FOR NANOVERIC COMPOSITE PERMANENT MAGNETS
RU2255833C1 (en) * 2002-08-08 2005-07-10 Неомакс Ко., Лтд. Method for producing quickly crystallized alloy for magnet
RU2509821C2 (en) * 2008-08-22 2014-03-20 Акихиро МАКИНО ALLOY COMPOSITION, Fe-BASED NANOCRYSTALLINE ALLOY AND METHOD OF ITS MAKING AND MAGNETIC ASSY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI680190B (en) A non-oriented electromagnetic steel sheet, and a method for manufacturing the non-oriented electromagnetic steel sheet
TWI681064B (en) A non-oriented electromagnetic steel sheet, and a method for manufacturing the non-oriented electromagnetic steel sheet
CN110000355B (en) Method for improving frame segregation of bloom continuous casting billet
TWI696707B (en) A non-oriented electromagnetic steel sheet, and a method for manufacturing the non-oriented electromagnetic steel sheet
US20060102315A1 (en) Method and apparatus for producing amorphous alloy sheet, and amorphous alloy sheet produced using the same
CN102069167A (en) Method for preparing oriented silicon steel isometric crystal thin strip blank by twin-roll thin strip continuous casting
CN109825781B (en) Method for continuously preparing iron-based amorphous thin strip
JP2002501437A (en) Metal strip casting
GB1588543A (en) Process for producing nondirectional electical steel sheet
US4927467A (en) Method for producing thin plate of phosphor bronze
RU2790333C1 (en) Method for production of thin microcrystal wide tapes of stainless nickel chromium steel of austenite grade by melt spinning
CN110494235B (en) Method for continuously casting steel
Yukumoto et al. Thin strip casting of Ni base alloys by twin roll process
NURI et al. Solidification microstructure of ingots and continuously cast slabs treated with rare earth metal
Soda et al. Development of net-shape cast aluminium-yttrium alloy wires and their solidification structures
CN209811187U (en) Casting and rolling device for continuously preparing amorphous thin strip
JP2937707B2 (en) Steel continuous casting method
JP3039369B2 (en) Method for producing Ni-containing steel
JP3570224B2 (en) Continuous casting method for large section slabs for thick steel plates
CN117286431B (en) Iron-based amorphous soft magnetic alloy casting belt and preparation method thereof
WO2023174404A1 (en) Electrical steels
JP3570225B2 (en) Continuous casting method for large section slabs for thick steel plates
JPH0314541B2 (en)
Minkoff et al. Solidification/liquid state processes
JP4592974B2 (en) Continuous casting method of molten steel for non-oriented electrical steel sheet and slab for non-oriented electrical steel sheet