SE411770B - Sett att framstella stalprodukter - Google Patents

Description

¿ *mzszn-v 5 10 h f- 15 20 25 F f- 30 35 40 2 större induktion väsentligt dessa motorers tekniska parametrar.

Det är ett viktigt krav att det olegerade järnet är magnetiskt isotropiskt, dvs. att dess magnetiska beteende är nästan det- samma i alla riktningar. Ett annat krav är att järnet icke åld- ras magnetiskt, dvs. att de magnetiska egenskaperna (koercitiv- kraft, magnetisk induktion etc.) icke minskas, när motorn använ- des lång tid.

Framställningsförfarandena för olegerade, elektrotekniska järnband och -plåtar för vidarebehandling till stator- och rotor- kärnor i elektromotorer är fortfarande behäftade med väsentliga 'tekniska svårigheter. Man kan nämligen uppnå.gynnsamma magnetiska egenskaper hos olegerade elektrotekniska stålsorter endast om mängden föroreningar, framförallt kol och syre, är mycket små i det stål, som användes för framställningen och dessutom erfordras_ ett speciellt valsnings- och värmebehandlingsförfarande för er-l hållande av hög induktion och acceptabelt låg järnförlust.» I Framställningen av det som utgångsmaterial använda stålet för vidarebehandling till kända olegerade elektrotekniska stål- band erfordrar speciell omsorg, ty syre- och kolhalten i götet bör samtidigt hållas vid lägsta möjliga nivå, men-på grund av jämviktsbetingelserna erfordras för låg kolhalt högre syrehalt.

För att minska mängden inneslutningar framställes sådana stål vanligtvis genom en konverterprocess_och för att förbättra deras mekaniska egenskaper sättes i allmänhet en liten mängd fosfor, och/eller mangan till stålet som legeringskomponent. Stålgötet med den rätta sammansättningen förupphettas och varmvalsas till, en tjocklek av ungefär 1,8-2,5 mm, varpå det betas och valsas till den slutliga tjockleken (i allmänhet ca 0,5-1,0 mm) som erfordras för dess användning. Detta sista steg genomföras van- ligtvis på följande sätt: plåten kallvalsas till en tjocklek, som är ca 4-12 % större än den slutliga, varpå stålet glödgas och valsas till slutlig tjocklek genom s.k. "kritisk kallbearbet- _ning". g För att uppnå de erforderliga magnetiska egenskaperna måste stålet glödgas vid de slutliga dimensionerna. Det olegerade järnbandet, som underkastats känd värmebehandling, exempelvis kid 750-780°C i 2 timmar under skyddsatmosfär eller i vakuum, är för mjukt och dess konsistens medför många problem vid utstansning av järnkärnor med komplicerad form, Vid utstansningen deformeras nämligen det mjuka järnbandet och snittkanterna får grader och 10 15 20 25 30 35 40 7213524-7 följaktligen uppstår ett flertal svårigheter vid montering och lindning av kärnorna. Samtidigt försämras i hög grad de magne- tiska egenskaperna hos kärnorna på grund av deformationen.

För att eliminera ovannämnda nackdelar saluföres de olege- rade elektrotekniska stålbanden av tillverkarna i kallvalsat, hårt tillstånd som s.k. halvfärdig produkt. I den fabrik, i vilken motorerna framställes, stansas statorer och rotorer för elektriska motorer ur dessa halvfärdiga produkter, dvs. band, som valsats till slutlig tjocklek men icke underkastats värmebehandling, och kärnorna underkastas vanligtvis värmebehandling efter monteringen.

För att uppnå de önskade magnetiska egenskaperna tillser man att glödskalsbildning undvikes, varför värmebehandlingen vid höga temperaturer genomföres under skyddsatmosfär.

Huvudnackdelen med detta förfarande är att framställningen av utgångsmaterialet med extremt hög renhet medför mycket högre kostnader än framställning av olegerade stålband av vanlig kvali- tet. De flesta svårigheterna uppträder vid tillförsäkring av låg ko1halt¿ dvs. maximum 0,02-0,03 %. För många tillverkare kan ytterligare svårigheter uppstå på grund av att man för att till- försäkra de önskade magnetiska egenskaperna måste underkasta de redan i bestämda dimensioner utstansade produkterna en slutlig värmebehandling och fabriker för framställning av elektromotorer förfogar i allmänhet icke över en värmebehandlingsugn, som arbetar vid den för detta ändamål lämpliga temperaturen och är utrustad med anordning för åstadkommande av skyddsatmosfär.

Det är också känt att stålets icke önskade kolhalt kan minskas icke endast medan stålet befinner sig i form av en smälta under stålframställningen utan också där stålet befinner sig i fast tillstånd. Sålunda känner man till många förfaranden för minskning av kolhalten hos stål i fast tillstånd och dessa be- tecknas som avkolning.

Det enklaste av dessa förfaranden är den s.k. svartglödg- ningen, som är en alldeles speciell värmebehandling, vid vilken man före kallvalsningen underkastar det varmvalsade, med valshud försedda (obetade) stålbandet en värmebehandling i luften vid en temperatur över 700°C, företrädesvis vid 800°Cr Under dessa be- tingelser oxideras det i stålet ingående kolet av oxidhalten i det ytliga oxidskiktet (valshuden) på ett sätt som ännu icke klargjorts.

I En nackdel med detta förfarande är att avkolningen är '7213-524-'7 10 15 20 25 30 _35 40 tidskrävande. Under industriella betingelser behöver man för ändamålet ca 24-96 timmar. Under denna långa värmebehandling upptar dessutom det metalliska järnet i ytskiktet oxider, som inneslutes i ytskiktet på olika djup på grund av inre oxidation.

Enligt ett annat känt avkolningsförfarande, vid vilket man framförallt framställer kallvalsade elektrotekniska stål- kisellegeringar för vidarebehandling till transformator- och generatorband, exponerar man det till slutlig eller lämplig mellanliggande tjocklek kallvalsade bandets hela yta vid 750- 960°C för en avkolande/skyddande gas, exempelvis en fuktig blandning av väte och kväve, som icke oxiderar stålet. Under dessa betingelser avkolas snabbt de tunna banden. En nackdel med detta förfarande är emellertid att man i ändamål att till- försäkra effektiv avkolning måste exponera bandets hela yta för gasblandningen, vilket innebär att man för förfarandet måste ha tillgång till dyrbara s.k. "pull-over"-ugnar och kontinuerligt arbetande system, vilket medför relativt höga driftskostnader.

Följaktligen blir processkostnaderna höga och de olegerade elektrotekniska bandens pris alltför högt.

Enligt uppfinningen avses ett förfarande, vilket möjlig- gör minskning av kolhalten i olegerade, halvfärdiga stålproduk- ter (mellanprodukter) i en anläggning med konventionella anord- ningar, varigenom möjliggöres framställning av olegerade elektro- tekniska stålband och -plåtar med god kvalitet och gynnsamma magnetiska egenskaper.

I Uppfinningen baserar sig på upptäckten att den tid, som erfordras för avkolande värmebehandling_(svartglödgning) av mellanprodukterna av stål ytbelagda med glödspån väsentligt kan minskas och att samtidigt bildningen av oxidinneslutningar på grund av inre oxidation kan undvikas, om man på mellanprodukternas ytor före värmebehandlingen avsätter en beläggning av vissa metallhydroxider och/eller -karbonat.

Vidare baserar sig uppfinningen på upptäckten att den tid, som erfordras för den ovan angivna avkolande värmebehandlingen ytterligare kan minskas och kvaliteten hos den erhållna mellan- produkten ytterligare kan förbättras genom att man inför luft eller en inert gas med hög daggpunkt i ugnen under värmebehand- lingen.

I Slutligen grundar sig uppfinningen på upptäckten att de mekaniska och magnetiska egenskaperna hos produkten gynnsamt kan 40 15 20 25 50 40 g 1213524-vi påverkas genom att man genomför den slutliga värmebehandlingen av produkten, som kallvalsats till slutlig tjocklek, i tvâ steg, varvid temperaturen i det andra steget är högre än i det första.

Under dessa betingelser kan man framställa olegerade elektrotek- niska stålband och -plåtar med hög kvalitet till och med av ole- gerade stål lämpliga endast för allmänna ändamål.

Sålunda hänför sig uppfinningen till ett förfarande för fram- ställning av stålprodukter, företrädesvis band och plåt med för- bättrade magnetiska och mekaniska egenskaper, varvid den varmfor- made produkten betas, överföres till sina slutliga dimensioner i kallt tillstånd, underkastas en slutlig värmebehandling och den med glödskal försedda produkten före betningen underkastas värme- behandling vid en temperatur mellan 700 och 950°C, vilket förfa- rande kännetecknas av att man, före den vid 700-950°C genomförda värmebehandlingen, avsätter på den med glödskal försedda produkten ett skikt av en eller flera av följande föreningar, nämligen hydr- oxid av alkalimetall, hydroxid av alkalisk jordartsmetall, karbo- nat av alkalimetall, karbonat av alkalisk jordartsmetall och alu- miniumhydroxid, och eventuellt genomför den slutliga värmebehand- lingen i två steg, det ena vid 550-600°C, företrädesvis vid 460- 490°C och det andra vid 600-780°C, företrädesvis vid 680-760°C.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen införes i ugnen under värmebehandlingen av den med glödskal försedda pro- dukten luft eller en skyddsgas med en daggpunkt över +20°C, före- trädesvis över 50°C.

Hydroxid- eller karbonatskiktet påföres lämpligen genom att produkten, som är försedd med glödskal, doppas i en lösning eller en dispersion innehållande den lämpliga hydroxiden och/eller det lämpliga karbonatet. Enligt en annan utföringsform sprutas lös- ningen eller dispersionen på den för behandling avsedda produktens yta. Vid behandling av valsat band avsättes lösningen eller disper- sionen lämpligen pà bandets yta genom att denna besprutas, medan bandet uppspolas.

' De viktigaste fördelarna med sättet enligt uppfinningen är följande: a) Avkolningshastigheten och -effektiviteten kan stegras vä- sentligt. Sålunda kan kolhalten i ett stàlband sänkas till 0,01 % eller ännu mindre från ett ursprungligt värde av 0,08-0,40 % utan att värmebehandlingskapaciteten överlastas. Följaktligen kan man som utgångsmaterial för framställning av olegerade elektroteknis- ka stàlband med hög kvalitet använda olegerade, varmvalsade ~_ vz-:zszu-v 5 10 Ip, f'\ 15 20 25 r h ' 30 35 40 stålband, som har konventionell sammansättning och som framställts på vanligt sätt för framställning av stål för allmänna ändamål, exempelvis konstruktionsstål.

I b) Genom förfarandet enligt uppfinningen blir det möjligt att man som utgångsmaterial för framställning av elektrotekniska stålband använder olegerade, varmvalsade stålband framställda för allmänna ändamål och innehållande de vanliga föroreningarna. c) Förfarandet enligt uppfinningen erfordrar ingen special- utrustning och kan genomföras utan ytterligare kostnader i varm- behandlingsugnar, exempelvis i klockugnar, dvs. ugnar som finns i praktiskt taget alla valsverk. d) Vid sättet enligt uppfinningen kan man för framställ- ning av olegerade elektrotekniska stålband som utgångsmaterial använda konventionellt framställda stål av vanlig renhetsgrad.

Dessutom kan man, om man enligt uppfinningen bearbetar stål, som har högre renhetsgrad och som framställts med hjälp av en mera noggrant reglerad metod, erhålla slutprodukter med väsentligt förbättrade magnetiska egenskaper. e) Tack vare de utmärkta mekaniska egenskaperna hos den produkt, som framställts enligt förevarande uppfinning, är det möjligt att utstansa kärnplåtar med komplicerad form och produktens magnetiska egenskaper undergår knappast någon försämring genom stansningen, varför man i allmänhet kan eliminera den efterföljande behandlingen under skyddsatmosfär, dvs. den behandling som i all- mänhet är svår att genomföra i den fabrik, i vilken motorerna framställes. , Uppfinningen belyses i närmare detalj i följande ekempel.

Exempel l: Ett 2 mm tjockt, varmvalsat stålband, vars yta var försedd med varmvalshud och som framställts av stål för all- männa konstruktionsändamål innehållande 0,08 % C; 0,36 % Mn; 0,02 % si; 0,027 % s ooh o,o1o m P som föroreningar, yfbolades med Ca(OH)2 genom doppning i kalkmjölk. Sedan ytbeläggningen torkat upphettades bandet vid 800°C i 4 timmar i en muffelugn (laboratorieskala) med elektrisk motståndsupphettning. Under värme- behandlingen sjönk bandets kolhalt till 0,007 %.

Ett prov av samma band, även detta försett med en ytbelägg- ning av varmvalshud, värmebehandlades under ovan angivna beting- elser men utan kalciumhydroxidbeläggning. Vid denna värmebehand- ling sjönk kolhalten endast till 0,039 %.

Exempel 2: Ett prov av det i exempel l omnämnda bandet lO 15 20 25 30 35 40 7213524-7 ytbelagt med varmvalshud doppades i en lösning innehållande 120 g/1 Na0H och 100 g/1 Al. När beläggningen torkat underkasta- des bandet värmebehandling under de i exempel 1 angivna beting- elserna. Därvid sjönk kolhalten i bandet till 0,009 %.

Exempel 3: Ett 2 mm tjockt band av stål med den i exempel l angivna sammansättningen och försett med varmvalshud med en tjock- lek av minst 20 mp försågs med en ytbeläggning av kalciumhydroxid på sätt som angives i exempel 1. Sedan beläggningen torkat värme- behandlades bandet i 4 timmar vid 80000 i ett vakuum av lO'1 mmHg.

Genom värmebehandlingen minskades stålbandets kolhalt till 0,002 %.

Exempel 4: En spole av ett 2 mm tjockt band av stål med den i exempel 1 angivna sammansättningen ytbelades med Ca(0H)2 utan att varmvalshuden avlägsnades genom att spolens varv lös; gjordes från varandra, varpå spolen flera gånger doppades i en kalkmjölklösning.

Efter torkning värmebehandlades spolen vid 800°C i en klockugn, varvid man tillförsäkrade att spolens alla delar hölls vid 800°C i minst 3 timmar. Under denna behandling inblåstes under klockan luft med en aeggpunkt av +so°c. efter värmebehand- lingen avlägsnades klockan och spolen kyldes snabbt. Kylnings- hastigheten är visserligen icke kritisk men med hänsyn till den efterföljande, speciella och slutliga värmebehandlingen är det fördelaktigt med relativt snabb kylning.

Därefter betades spolen i en 15-20%-ig svavelsyralösning på konventionellt sätt och bandet kallvalsades i flera stick till en slutlig tjocklek av 0,70 mm på vanligt sätt. (Om ett band med annan slutlig tjocklek erfordras, kan produkten valsas till lämplig dimension, exempelvis en tjocklek av 0,5 mm, 0,65 mm, 0,85 mm eller 1,00 mm.) Det till sin slutliga tjocklek valsade bandet värmebe- handlades i en exotermisk skyddsgas med vanlig sammansättning (exempelvis 16 % az, 10 % coz, 1o % co och resten NZ) vid 47s°c.

(Bandets alla delar bör hållas vid nämnda temperatur i 2 timmar.) Därefter upphettedee bandet 1111 e9o°c een hölls vid denna tempe- ratur, till dess att varje del av spolen exponerats för 690°C i 0,5 timmer. 0 Genom denna värmebehandling erhölls ett band, som var lätt att skära och som hade en tjocklek av 0,70 mm. Järnförlusten (V10) uppgick till 4,3 W/kg. Bandets B25-induktionsvärde (induk- tion bestämd vid en fältstyrka av 25 Oe) var 1,67 tesla. '_ 7213524-7 10 15 20 8, §§gm2elv5: Som utgångsmaterial användes ett varmva1sat_ band av ett stål med den i exempel 1 angivna sammansättningen.

Detta band behandlades i huvudsak på det sätt, som angives i exempel 4, men värmebehandlingen genomfördes i två steg. Sålunda underkastades det 2 mm tjocka bandet först kallvalsning i flera stick till en tjocklek av 0,77 mm, varpå bandet glödgades på vanligt sätt vid 720°C. Det glödgade bandet kallvalsades i ett enda stick till_den slutliga tjockleken 0,70 mm. Det så erhållna bandet underkastades värmebehandling i två steg på sätt som an- gives i exempel 4. Det värmebehandlade bandet hade en järnförlust (V10) av 3,7 W/kg och en induktion (B25) av 1,68 tesla.

Det så behandlade bandet hade något sämre egenskaper vid stansning än det enligt exempel 4 behandlade bandet.

Exempel 6: Ett varmvalsat band med en tjocklek av 2 mm och innehållande 0,31 % Si; 0,52 % Mn; 0,06 % C; 0,007 % S och 0,011 % P som föroreningar behandlades på sätt som angives i exempel 4. Det så behandlade bandet med en slutlig tjocklek av 0,70 mm hade efter värmebehandling goda egenskaper vid stansning.

Jäxnförlusten (V10) var 3,3 W/kg och induktionen (B25) 1,64 tesla.

Claims (2)

40 15 7213524-7 Patentkrav

1. Sätt att framställa stålprodukter, i synnerhet band och plåt, med förbättrade magnetiska och mekaniska egenskaper, varvid den varmformade produkten betas, överföres till sina slutliga dimen- sioner i kallt tillstånd, underkastas en slutlig värmebehandling och den med glödskal försedda produkten före betningen underkastas värme- behandling vid en temperatur mellan 700 och 950°C i och för avkol- ning, i av w: man, fen-eden vid 7oo-95o°c genomförda värmebehandlingen, avsätter på den med g1ödskal.försedda produkten ett skikt av en eller flera av följande föreningar, nämli- gen hydroxid av alknlimetall, hydroxid av alkalisk jordartsmetall, knrbonet av alkelimetall, karbonat ev alkalisk jordartsmetall och aluminiumhydroxid, och eventuellt genomför den slutliga värmebehand- lingen i tvâ steg, det ena vid 550-600°C, företrädesvis vid 460-490°C och det nndrfl vid 600~780°C, företrädesvis vid 680-760°C.

2. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att man i ugnen under värmebehandlingen av produkten, som är belagfi med glöd- skal, inför luft eller en skyddsgas med en daggpunkt över +20°C, företrädesvis över +50°C. k ä n n e t e c k n'a t ANFÖRDA PUBLIKATIONER: US 935 274 (179-185)