Структура и текстура вакуумированной и невакуумированной изотропной электротехнической стали после горячей прокатки, нормализации и окончательной термической обработки. Дипломная (ВКР). Другое.
⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Структура и текстура вакуумированной и невакуумированной изотропной электротехнической стали после горячей прокатки, нормализации и окончательной термической обработки
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Магнитные материалы играют в современной технике
весьма важную роль. Такие электротехнические агрегаты, как электромашины,
генераторы, трансформаторы, реле, дроссели, преобразователи энергии, могут быть
созданы только с использованием магнитных материалов. Магнитные материалы
являются также основой и более миниатюрных изделий: элементов памяти в
вычислительной технике, деталей управляемых систем автоматики и электроники,
элементов систем накопления и хранения информации. Уровень магнитных свойств материалов
определяет основные рабочие эксплуатационные характеристики перечисленных выше
агрегатов и изделий. Кроме того, от уровня магнитных свойств зависят также
надёжность, габариты, масса, потребление мощности, коэффициент полезного
действия.
Электротехнические стали, представляющие собой
сплав железа с кремнием (до 6,5%), являются наиболее значительной по
потреблению в электромашиностроении и трансформаторостроении группой
магнито-мягких материалов. Важное место в этой группе по объёму (около 80%) занимает
изотропная электротехническая сталь, применяемая для изготовления вращающихся
магнитопроводов, низковольтной и высоковольтной аппаратуры, трансформаторов,
радиодросселей, реле и т.д.
Качество этих сталей определяет эксплуатационные
показатели, затраты на производство, степень использования материала и
эффективность преобразования в электрических установках.
В ближайшие десятилетия физический принцип
преобразования энергии едва ли претерпит какие-либо существенные изменения.
Поэтому потребность в изотропной электротехнической стали будет постоянно
повышаться. К этому нужно добавить неуклонно растущие требования
электротехнической промышленности к магнитным и механическим свойствам стали.
Поэтому в высокоразвитых промышленных странах фирмы-поставщики ведут
интенсивные исследования, направленные на улучшение качества изотропной
электротехнической стали и на разработку способов получения новых марок стали с
особо низкими удельными магнитными потерями и повышенной индукцией. Кроме того,
жёсткая конкуренция на рынке требует искать новые пути снижения себестоимости
стали при её производстве.
.1.1 Классификация изотропных
электротехнических сталей
Изотропные - это все марки малотекстурованной
холоднокатаной стали с анизотропией магнитных свойств, ограниченной
определённым уровнем, и марки горячекатаной стали, имеющие слабо выраженную
текстуру.
Электротехническая изотропная сталь
подразделяется на пять групп в зависимости от содержания кремния и алюминия -
основных легирующих элементов.
Таблица 1. Группы легирования кремнием
электротехнической изотропной стали (ГОСТ 21427.2-83)
Нелегированииая
Низколегированная Слаболегированная Среднелегированная Повышеннолегированная
Повышеннолегированная
<0,5 0,5-0,8
0,8-2,1 1,8-2,8 2,5-3,8 2,8-3,8
2011,
2012, 2013 2111, 2112 2211, 2212, 2213, 2214, 2215, 2216 2312 2411, 2412
,2413, 2414 2421
Легирование кремнием и алюминием приводит к
повышению электрического сопротивления стали и, соответственно, способствует
снижению вихретоковой составляющей потерь на перемагничивание. Кроме того,
легирование кремнием и алюминием позволяет «связать» в неметаллические
включения оксидов и нитридов избыточное содержание кислорода и азота в жидкой
стали. Особенно благоприятно связывание азота во включения AlN.
Наличие включений AlN
крупных размеров в кремнистой стали способствует предотвращению условий
возможного формирования текстуры (110) [001] в процессе термической обработки
холоднокатаных полос.
Наименование марки складывают из 4-х цифр:
первая цифра означает способ производства (1 - горячекатаная, 2 -
холоднокатаная), вторая - содержание Si
в стали, третья - группу по основной нормируемой характеристике, четвертая -
порядковый номер типа стали.
По основной нормируемой
характеристике электротехническую сталь подразделяют на группы: 0 - удельные
потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (Р1,7/50); 1 - удельные
потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (Р1,5/50); 2 - удельные
потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (Р1,0/400); 6 - магнитная
индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В0,4); 7 -
магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В10).
Электротехническая сталь,
выпускаемая в листах, рулонах и ленте, имеет следующие нормируемые показатели
качества: по точности прокатки по толщине (Н - нормальная точность, П -
повышенная), по неплоскостности (классы 1 и 2), по термической обработке (термически
обработанная на магнитные свойства - ТО, без термической обработки на магнитные
свойства - без обозначения), по виду покрытия (без покрытия с металлической
поверхностью - без обозначения, с термостойким покрытием, не ухудшающим
штампуемость - М, с нетермостойким электроизоляционным покрытием, улучшающим
штампуемость - ТШ, с термостойким электроизоляционным покрытием не ухудшающим
штампуемость - Т), по коэффициенту заполнения (группы А и В), по точности
изготовления по ширине (нормальной точности - без обозначения, повышенной
точности - Ш).
Так, рулон 0,50×1000
- П - Ш - 1 - ТО - НШ - А - 2312 ГОСТ 21427.2-75 означает, что
электротехническая сталь поставляется в рулонах толщиной 0,5 мм, шириной 1 000
мм, повышенной точности прокатки, повышенной точности изготовления по ширине,
неплоскостности класса 1, термически обработанной, с термостойким
электроизоляционным покрытием, улучшающим штампуемость, с коэффициентом
заполнения А из стали марки 2312 по ГОСТ 21427.2-75.
Электротехническая сталь,
выпускаемая за рубежом, имеет фирменное наименование, состоящее из слов и букв,
обозначающих тип стали с цифрами, показывающими величину магнитных свойств.
Свойства электротехнической
стали почти во всех странах нормируются ГОСТом, который определяет минимально
допустимый уровень качества и магнитных свойств стали.
Изотропная электротехническая
готовая сталь согласно EN
10106 - 96 (Евронормы распространяемые, на все страны Европейского объединения)
нормируется по трём основным магнитным характеристикам: удельным магнитным
потерям P1,5/50; магнитной
индукции B2500, B5000,
B10000 и анизотропии
магнитных удельных потерь ∆P1,5/50.
В стандартах других стран имеются свои различия и особенности. По стандарту
ГОСТ 21427.2-83 магнитная индукция B5000
и B10000 не
определяется и обеспечивается технологией изготовления. Анизотропия магнитной
индукции при напряжённости магнитного поля 2500 А/м нормируется и для различных
марок стали должна находиться в пределах 0,13-0,16 Тл (до 0,13 Тл для стали с
содержанием Si до 1,8%,
свыше 1,8% 1,16 Тл).
В стандартах ASTM
A677/A677М
- 99 (США) и GB/T
2521-1996 (КНР) анизотропия магнитных потерь и магнитной индукции не
нормируются. В ASTM
не нормируется магнитная индукция, однако нормируется относительная пиковая
проницаемость (μр) при
индукции 15kG (1,5 Тл),
которая для разных марок стали и толщин (0,35; 0,47 и 0,64 мм) находится в
пределах 700-2 500. Чем выше удельные потери в стали и больше толщина, тем выше
относительная пиковая проницаемость. Кроме того, этот стандарт нормирует
удельные магнитные потери P1,5
при частоте переменного тока 50 и 60 Гц. Стандарт КНР нормирует удельные
магнитные потери Р1,5/50 и индукцию В5000. Следует отметить, что при
составлении контрактов на поставку стали, как правило, по требованию заказчика
устанавливаются дополнительные требования по магнитным свойствам (полная петля
гистерезиса, кривые общих удельных потерь в различных полях при частоте
перемагничивания от 25 до 10000 Гц, кривые магнитной проницаемости в слабых и
сильных полях и др.) [1].
Электротехническая изотропная
сталь относится к классу ферромагнитных магнитно-мягких сплавов, которые
характеризуются узкой петлёй гистерезиса, малой коэрцитивной силой, высокой
магнитной индукцией и проницаемостью, низкими потерями на гистерезис и вихревые
токи, а также минимальными общими удельными потерями.
Магнитная индукция (B)
- величина магнитного потока, отнесённая к единице площади поперечного сечения
магнитопровода: B=Φ/S;
измеряется в теслах (Тл). Напряжённость магнитного поля (H)
- магнитодвижущая сила на единицу длинны магнитной цепи, которая необходима для
создания указанного магнитного потока; измеряется в амперах на метр (А/м) [2].
Магнитная проницаемость
характеризует относительное увеличение магнитного потока, вызванное внесением в
поле магнитного материала [3].
Удельные магнитные потери (P)
определяются потерями энергии в 1 кг намагниченного переменным током
сердечника; измеряются в ваттах на килограмм (Вт/кг). Их можно приблизительно
рассчитать по формуле [4]:
P=d2Bm2ƒ2/γ, (1)
Bm
- максимальная величина магнитной индукции;
Удельные потери, вызывающие
нагрев сердечника, состоят из потерь на гистерезис (которые пропорциональны
площади петли гистерезиса), потерь на вихревые токи и так называемых
дополнительных (или остаточных) потерь. Первая составляющая - потери на
гистерезис - зависит, прежде всего, от структуры металла (размера зёрен,
величины неметаллических включений и содержания металлических примесей) [5]:
Рг=Sƒ/γ, (2)
где S
- площадь квазистатического цикла гистерезиса, Тл∙А/м;
γ - плотность
ферромагнитного материала, кг/м3.
Величина потерь на вихревые
токи в первую очередь определяется удельным электросопротивлением и толщиной
стального листа.
Рв=( 4B2maxƒ2h2k2ƒ)∙10-10/3γρ,
Вт/кг, (3)
где Bmax
- максимальное (амплитудное) значение магнитной индукции, Тл;
ƒ
- частота переменного тока, 50 Гц;
kƒ
- коэффициент синусоидальной формы индукции;
ρ
- удельное электрическое сопротивление, Ом∙м.
Кроме того, удельные потери
прямо пропорциональны квадрату частоты переменного тока, что нужно учитывать
при использовании изотропных сталей в высокочастотной технике.
Для изготовления крупных машин
(мощностью 400-1 000 кВт и более) используется сталь с повышенным содержанием Si,
минимальными магнитными потерями и соответственно относительно меньшей
магнитной индукцией. Для электродвигателей средней мощности (50-400 кВт)
требуется сталь с промежуточным содержанием кремния и сочетанием среднего
уровня двух главных характеристик магнитных свойств. При снижении мощности до
20-40 кВт превалирующее значение приобретает магнитная индукция при умеренных
удельных магнитных потерях. Для электродвигателей мощностью 10 кВт и менее
определяющей характеристикой становится величина магнитной индукции в рабочих
полях, которая должна быть возможно более высокой. В большинстве случаев
применения электродвигатели малой мощности работают в режиме эпизодического и
кратковременного включения - не более 1-5% рабочего времени. Расходы при
использовании дорогой стали, даже с высокими магнитными свойствами, не
окупаются за весь срок службы таких двигателей. Поэтому стоимость при выборе изотропной
электротехнической стали для этой группы двигателей является таким же важным
критерием, как и магнитная индукция.
Магнитная анизотропия в
изотропной электротехнической стали весьма нежелательна. Она вызывает более или
менее сильную пульсацию магнитного потока прежде всего во вращающихся
сердечниках электрических машин, что приводит к неравномерному ходу машины и
дополнительным потерям электроэнергии, а также отрицательно влияет на
эксплуатацию электродвигателей. При изготовлении стали не всегда удаётся
устранить магнитную анизотропию, поэтому в стандартах устанавливают допустимые
пределы магнитной анизотропии для изотропных электротехнических сталей.
Согласно стандарту EN
10106, магнитная анизотропия удельных потерь для различных марок стали и толщин
нормируется в пределах 6-17%. Следует отметить, что чем ниже удельные магнитные
потери, тем выше магнитная анизотропия.
Магнитострикция - изменение
объёма или формы ферромагнетика. Магнитострикция поликристаллических образцов
железа с повышением напряжённости магнитного поля изменяет не только величину,
но и знак. В слабых магнитных полях образцы железа удлиняются, с увеличением
напряжённости поля - укорачиваются (рис. 1). Несмотря на то, что величины
продольной магнитострикции малые, эффект магнитострикции используется в
практике.
Рис. 1. Зависимость продольной
магнитострикции поликристаллических образцов железа от напряжённости магнитного
поля H
Намагничивание ферромагнетика
осуществляется сначала за счёт процессов обратимого смещения границ доменов,
затем следуют необратимые процессы смещения, далее - процесс вращения. При
уменьшении или снятии поля во время процессов необратимого смещения границ
доменов или вращения происходит отставание изменений обратных величин намагниченности,
имеет место явление магнитного гистерезиса. Снятием намагничивающего поля
намагниченность ферромагнитного образца не обращается в нуль, имеет место
остаточная намагниченность (Jr). Чтобы уменьшить остаточную
намагниченность (Jr) до нуля, необходимо приложить
магнитное поле обратного знака и определённой величины напряжённости,
называемое коэрцитивной (размагничивающей) силой (Hc).
1.1.3 Влияние химического состава на
магнитные свойства
Согласно современной теории
ферромагнетизма, процессы намагничивания и перемагничивания ферромагнетиков
осуществляются путём смещения границ доменов и вращения вектора намагничивания.
Процессы смещения границ доменов по сравнению с вращением требуют меньшей
затраты энергии, поэтому в слабых и средних полях изменение намагниченности
происходит в основном путём смещения. В реальных ферромагнетиках подвижность
границ доменов в процессе их смещения зависит от степени совершенства
кристаллической структуры. Наличие различных дефектов кристаллической решётки:
скоплений дислокаций, комплексов вакансий, инородных фаз, границ блоков, зёрен
и т.п. тормозит смещение границ доменов и тем самым снижает уровень
структурночувствительных магнитных свойств: магнитной индукции и проницаемости,
коэрцитивной силы, потерь на перемагничивание.
Наиболее вредными примесями в
электротехнической стали являются С, N, O и S. Содержание
этих элементов в стали превышает предел их растворимости в твёрдом растворе, и
они выделяются в виде неметаллических включений: карбидов, нитридов, сульфатов и
оксидов.
Концентрация С, Mn, S, P и Cr оказывают
значительное влияние на магнитные характеристики стали. Химический состав
изотропных электротехнических сталей подбирают из соображения низких удельных
потерь и наиболее высокой магнитной индукции.
Углерод является одной из наиболее
вредных примесей в электротехнической стали, расширяющей область существования
аустенита.
На рис. 2 [6] приведена зависимость
примесей на коэрцитивную силу железа технической чистоты. Увеличение содержания
углерода по негативному влиянию на магнитные свойства (Hc) железа
уступает только азоту. Растворимость углерода в α-железо
значительно ниже, чем в аустенит.
На рис. 3 показано влияние углерода
на кривые перемагничивания железа. Снижение содержания углерода в стали на 0,015%
в исследуемом интервале 0,03-0,05% способствует уменьшению удельных потерь на
0,5 Вт/кг и повышению магнитной индукции на 0,15 Тл. Степень влияния углерода
на магнитные свойства зависит от формы его выделения в твёрдом растворе в виде
цементита (пластинчатого или глобулярного) или графита. Наиболее
неблагоприятное влияние на магнитные свойства металла оказывает выделение в
форме структурно-свободных карбидов, расположенных внутри зёрен феррита или по
границам зёрен. Выделение углерода внутри зёрен в форме графита оказывает
незначительное влияние. Значения коэрцитивной силы при одном и том же
содержании углерода в металле, но при разных его формах выделения могут
отличаться в 1,5-2 раза.
Размеры углеродсодержащих включений
в электротехнической стали обычно составляют 5-20 мкм, что значительно больше
критических размеров (d < 1 мкм), оказывающих
максимальное тормозящее действие на смещающиеся доменные границы. Максимальная
коэрцитивная сила получается при диаметре включений 0,12 мкм [6].
Форма выделения углерода зависит от
параметров горячей обработки металла: температуры нагрева и продолжительности
томления слябов в методической печи, температура конца прокатки и смотки,
скорости охлаждения после горячей прокатки, температуры отжига горячекатаных и
холоднокатаных рулонов и скорости их охлаждения. Медленное охлаждение
способствует выделению углерода в виде крупных частиц, быстрое - выделению
дисперсных частиц и фиксации углерода в твёрдом растворе. Последующее выделение
углерода из твёрдого раствора является причиной магнитного старения.
Рис. 2. Влияние примесей на
коэрцитивную силу железа технической чистоты: 1 - азот; 2 - углерод; 3 - сера;
4 - фосфор; 5 - кислород; 6 - марганец
Рис. 3. Влияние примеси углерода на
кривые намагничивания железа
Углерод оказывает решающее влияние
на рост зерна и коэрцитивную силу, особенно при быстром нагреве и охлаждении
[7]. При скоростном нагреве и охлаждении фазовое превращение происходит в
условиях некоторого перегрева и значительного переохлаждения, когда образуется
много зародышевых центров новой фазы, в результате чего зерно сильно
измельчается. При отжиге изотропной электротехнической стали (1,6% Si) увеличение
содержания углерода с 0,02 до 0,05% уменьшает размер зерна в 12 раз. Однако это
влияние при медленном нагреве проявляется в значительно меньшей степени, чем
при быстром. Медленный нагрев создаёт условия для перераспределения углерода,
коагуляции и укрупнения участков аустенита, что облегчает рост ферритных зёрен.
Углеродсодержащая фаза в зависимости от формы выделения значительно влияет на
пластичность электротехнической стали при холодной прокатке, особенно после
нормализационного отжига горячекатаных рулонов [8].
Введение в сталь карбидообразующих
элементов приводит к образованию устойчивых карбидов и ухудшению магнитных
свойств.
Рис. 4. Влияние различных
загрязнений на гистерезисные потери железокремнистого сплава с 4% Si; при В =
1,0 Тл
Важным для улучшения магнитных
свойств и пластичности металла является выплавка изотропной электротехнической
стали с углеродом менее 0,005%. Другие способы - обезуглероживание и
рафинирование металла в конечной толщине менее эффективны. Недостатком первого
способа является длительность операции и недостаточно глубокое
обезуглероживание (до 0,008-0,010%). При втором способе, хотя и проводится
глубокое обезуглероживание (до 0,002-0,005%), но отжиг во влажной атмосфере
приводит к внутреннему окислению. Включения оксидов кремния, образующиеся при
внутреннем окислении в процессе обезуглероживания, значительно ухудшают
магнитные свойства стали.
Кремний является основным легирующим
элементом в электротехнических сталях. Легирование кремнием повышает магнитную
проницаемость в слабых и средних магнитных полях (рис. 5), уменьшает
коэрцитивную силу, потери на гистерезис, вихревые токи и постоянную
магнитострикции, сильнее других элементов уменьшает энергию магнитной
анизотропии (рис. 6).
Рис. 5. Влияние кремния на величину
максимальной магнитной проницаемости
Наибольшую индукцию насыщения имеет
чистое железо, однако вследствие низкого удельного электросопротивления оно
имеет большие потери на вихревые токи. Легирование увеличивает электросопротивление
(рис. 7), но сильнее других его увеличивает кремний, и соответственно более
других уменьшает вихретоковые потери.
С увеличением содержания кремния
происходит значительное сужение γ-области. Сталь с содержанием
2% кремния и 0,002% углерода становится чисто ферритной, что обеспечивает
получение в металле крупного зерна феррита проведением отжига при 1 100о С без
фазовой перекристаллизации.
Рис. 6. Первая постоянная
магнитной анизотропии сплавов в зависимости от атомной концентрации легирующих
элементов
Рис. 7. Влияние различных элементов
на электросопротивление железа при 20о С
Кремний уменьшает растворимость
углерода и азота в стали и снижает склонность её к магнитному старению.
Введение в сталь 1% кремния снижает магнитное старение до 6-8%.
Вредное влияние кремния проявляется
в снижении величины магнитной индукции насыщения, что связано с образованием
соединения Fe3Si (рис. 8). В
электротехнических изделиях и агрегатах, требующих высокий уровень магнитной
индукции в средних и сильных полях, применяют сталь с содержанием кремния не
более 0,5%. В нелегированной электротехнической стали, содержащей 0,1-0,5%
алюминия, повышают концентрацию кремния до 0,8% и путём определения режимов
обработки на прокатных переделах обеспечивают высокий уровень удельных потерь и
магнитной индукции.
Рис. 8. Зависимость магнитной
индукции от содержания кремния
В промышленности используются сплавы
железо - кремний, в которых содержание кремния находится в пределах 0,5-4,5%.
Горячая прокатка сплава затруднена при содержании свыше 4,5% кремния. Для
холоднокатаных листов содержание кремния не превышает 3,5-3,8%, из-за хрупкости
подката.
При производстве электротехнической
стали алюминий используют наряду с кремнием. Его широкое применение обусловлено
положительным влиянием на магнитные свойства указанной стали. Действие алюминия
во многом аналогично действию кремния. Так, он увеличивает электросопротивление
и снижает индукцию насыщения почти в той же степени, что и кремний. Сталь
становится ферритной при 1% алюминия. Однако укрупнение зерна феррита
наблюдается до температуры отжига 850о С. При высокотемпературном отжиге (1
100-1 150о С) магнитные свойства ухудшаются в связи с окислением алюминия и
образованием глинозёма.
Общеизвестна роль алюминия, как
одного из основных раскислителей жидкой стали, в повышении чистоты выплавляемой
стали за счёт связывания кислорода и азота во включения крупных размеров, легко
удаляемых в процессе внепечной обработки жидкого металла. Он также подавляет
склонность стали к старению благодаря связыванию азота в прочные нитриды [9].
В последнее время алюминий в
количестве 0,2-0,4% стали вводить в нелегированную изотропную электротехническую
сталь для улучшения её магнитных свойств.
Алюминий ухудшает технологичность
стали при горячей и холодной прокатках. Уже при 0,08% алюминия наблюдается
образование большого количества рванин на кромках горячекатаных полос.
Ухудшается также качество поверхности холоднокатаных полос.
Содержание 1-5% алюминия в стали
значительно повышает уровень магнитных свойств, а при содержании до 0,05% -
уровень магнитных свойств снижается.
Содержание связанного азота в стали
по мере роста концентрации алюминия увеличивается (рис. 9), коэффициент
старения снижается до 0-1%.
Рис. 9. Изменение количества
связанного азота от концентрации кислорастворимого алюминия в стали
Кремний и алюминий -
ферритообразующие элементы, поэтому при достижении максимально возможных
концентраций этих элементов необходимо принимать во внимание содержание
аустенитообразующих элементов - углерода и марганца. Фазовый состав при высоких
температурах оказывает существенное влияние на пластичность железокремнистых
сталей при горячей прокатке. При определённом количественном соотношении α-железа и
аустенита из-за неравномерной деформации этих фаз наблюдается повышенная
хрупкость стали. Наиболее «опасным» в структуре горячекатаных полос является
соотношение содержании ферритообразующих элементов (кремния, алюминия) и
аустенитообразующих элементов (углерода и марганца) выбирают таким, чтобы
сдвинуть двухфазное (α+γ)
состояние
от наиболее «опасного» соотношения фаз α и γ в сторону
преобладания ферритной составляющей.
В последнее время в мировой практике
производства изотропной электротехнической стали с успехом применяется
легирование фосфором. Это относится к производству как нелегированной, так и
легированной изотропной электротехнической стали. Добавки фосфора используются
и при производстве стали с высокой магнитной индукцией (В2500~1,7 Тл).
Ранее считалось, что содержание
фосфора в стали должно быть минимальным, потому что фосфор, как известно,
оказывает охрупчивающее действие на сталь. Однако со временем появились стали,
в которые фосфор специально вводится для повышения прочности. Это стало
возможным благодаря тому, что был выяснен механизм охрупчивающего действия
фосфора. Кроме того техника легирования достигла такой надёжности, что можно уверенно
предотвратить получение концентраций фосфора, неблагоприятных для определённого
типа сталей. Фосфор увеличивает прочность железа, и стали в большей степени,
чем кремний, марганец, молибден, хром, ванадий и некоторые другие элементы.
При производстве изотропной
электротехнической нелегированной стали, фосфор так же использовался для
увеличения прочности и, как следствие, улучшения штампуемости. Это было вызвано
тем, что при недостатке кремния пластины магнитопроводов нелегированной стали
после штамповки имеют кромочный дефект - заусенец.
Изучено влияние фосфора на уровень
механических характеристик стали в отожжённом состоянии. Определены предел
прочности, предел текучести, относительное удлинение и модуль сдвига G.
Прочностные характеристики стали с увеличением содержания фосфора повышаются,
что улучшает показатель штампуемости стали (рис. 10). При 0,33% фосфора
твёрдость HV достигает
170 единиц, предел прочности равен 470 МПа, предел текучести равен 340 МПа. При
увеличении содержания фосфора от 0,09 до 0,33% относительное удлинение
снижается с 36 до 22%.
Рис. 10. Влияние фосфора на σв, σт и HV
нелегированной электротехнической стали
Дальнейшие исследования полностью
изменили представления о фосфоре как элементе, повышающем только твёрдость и
прочность стали. Установлено, что легирование фосфором значительно улучшает
магнитные свойства изотропной электротехнической стали.
Фосфор, образующий с железом твёрдый
раствор замещения, интенсивнее повышает сопротивление стали, чем кремний,
алюминий и марганец, что оказывает положительное влияние на уменьшение вихревой
составляющей удельных магнитных потерь. Удельное электросопротивление чистого
железа составляет 0,1 Ом·мм2/м, нелегированной электротехнической стали с
добавлением кремния (0,3-0,5%) и марганца (до 0,3%) - 0,12-0,14 Ом·мм2/м, при
легировании стали фосфором до 0,33% удельное электросопротивление возрастает до
0,22 Ом·мм2/м, т.е. в ~1,5 раза (рис. 12). Увеличение массовой доли фосфора до
0,6% приводит к линейному росту удельного электрического сопротивления.
Дальнейшее повышение содержания фосфора практически не влияет на эту
характеристику.
Рис. 11. Влияние содержания
различных легирующих элементов на предел текучести σт α-железа
Рис. 12. Влияние содержания фосфора
на удельное электросопротивление
Фосфор, так же как и кремний,
относится к элементам, суживающим γ-область, но действие его
значительно сильнее, чем кремния. Уменьшение γ-области способствует
увеличению размера зерна и снижению потерь на гистерезис (Рг). При этом не
увеличиваются потери на вихревые токи (Рв), так как с повышением содержания
фосфора преобладающее влияние на величину потерь на вихревые токи оказывает
увеличение удельного электросопротивления (ρ), что определяет монотонное
снижение общих удельных потерь.
На основе результатов
микроструктурных исследований показано, что легирование стали фосфором до ~
0,33% не приводит к образованию фосфидов (неметаллических включений), твёрдый
раствор состоит из одной фазы - феррита.
Анализ результатов многих
исследований позволяет сделать выводы, что легирование изотропной
электротехнической стали фосфором снижает удельные магнитные потери,
коэрцитивную силу (рис. 13), коэффициент старения, увеличивает магнитную
индукцию, величину зерна после рекристаллизационного отжига, магнитную
проницаемость.
Рис. 13. Влияние содержания фосфора
на коэрцитивную силу
В области сильных и средних полей
(до 50 А/м) крутизна кривых намагничивания, т.е. проницаемость стали с 0,09%
фосфора составляет 7600·10-1/(1/π) Тл/(А/м), стали с 0,33%
фосфора 9050·10-1/(1/π)
Тл/(А/м)
(рис. 14). В полях свыше 50 А/м кривые намагничивания сливаются, т.е. индукция
в больших полях для всех изученных сталей практически одинакова и не зависит от
содержания фосфора.
Рис. 14. Зависимость магнитной
проницаемости нелегированной электротехнической стали от содержания фосфора, %;
1 - 0,09; 2 - 0,16; 3 - 0,33
Добавки фосфора способствуют
увеличению доли кубической составляющей текстуры готовой стали. Положительное
влияние фосфора связывают с его рафинирующим действием. Обладая большим
сродством к кислороду, фосфор способствует очистке стали от вредных примесей (Al2O3; SiO2; TiO2 и др.),
ухудшающих магнитные свойства. Зависимость содержания H2 и N2 от
содержания фосфора не обнаружена. Фосфор существенно снижает окисление стали
при высокотемпературном нагреве.
Влияние содержания фосфора в стали
на величину зерна, кубическую составляющую текстуры (100)[0VW] и (310)[0VW] и удельные
магнитные потери после рекристаллизационного отжига показано на рис. 15.
С увеличением содержания фосфора от
0,013 до 0,071% величина зерна (dср) после рекристаллизационного
отжига при температуре 1050° C увеличивается с 96,7 до 126,2 мкм.
Эти данные хорошо согласуются с результатами исследований влияния добавок
фосфора в нелегированную и легированную изотропную электротехническую готовую и
легированную полуготовую стали. Подобные результаты получены при
рекристаллизационном отжиге чистого железа и углеродистой стали с добавками
фосфора в холоднокатаной стали марки 08ЮП приводит к ускорению процесса
рекристаллизации, особенно на стадии собирательной рекристаллизации.
Рис. 15. Зависимость среднего
размера зерна, полюсной плотности кубических ориентировок (100) [0VW]+(310)[0VW] и удельных
магнитных потерь P1,5/50 готовой стали от содержания
фосфора (2,98-3,01 Si
Похожие работы на - Структура и текстура вакуумированной и невакуумированной изотропной электротехнической стали после горячей прокатки, нормализации и окончательной термической обработки Дипломная (ВКР). Другое.
Реферат: Чиланзар
Курсовая работа по теме Особенности формирования национального богатства
Эссе На Тему Древнее Общество
Реферат по теме Философия эпохи Возрождения (Ренессанс) (XV-XVI века)
Дипломная Работа На Тему Система Соціального Захисту В Україні
Шпаргалки На Тему Экономика Предприятий Отрасли
Опасные Вещества И Продукты Питания Реферат
3 Части Реферата
Доклад по теме Хифессобрикон гетерорабдус
Реферат по теме Роль генетичного поліморфізму цитохрому Р450 у ефективності медикаментозного лікування
Сборник Эссе
Дипломная работа по теме Совершенствование системы доставки нефтепродуктов потребителям в городе Омске
Реферат: А. А. Леонтьев психология общения
Реферат по теме Себестоимость продукции на предприятии
Контрольная работа по теме Міжнародна торгівля товарами
Дипломная работа: Природоохранные мероприятия ГПЗ "Лопчинский"
Адам Мен Табиғат Егіз Ұғым Эссе
Курсовая работа по теме Примусове стягнення податкової заборгованості податковими органами України
Курсовая работа по теме Влияние гендерных стереотипов на ролевые установки супругов
Фипи Итоговое Сочинение Темы Третьего Направления
Похожие работы на - Физиология пищеварения
Похожие работы на - Рыночные отношения в России
Курсовая работа: Мотивация предпринимательской деятельности