Влияние обезуглероживающе-рекристаллизационного отжига на магнитные и механические свойства готовойЭИС

Холоднокатаную изотропную электротехническую сталь подвергают термической обработке для глубокого обезуглероживания и укрупнения зерна.

Обезуглероживающий отжиг проводят в рафинирующей атмосфере при температуре около 820 ^оС, рекристаллизационный – в защитной среде при температурах 950 – 1100 ^оС (в зависимости от степени легирования стали), когда происходит интенсивная собирательная рекристаллизация. При обезуглероживающе-рекристаллизационном отжиге на первом этапе в интервале температур 680 – 850 ^оС в основном протекают процессы обезуглероживания металла и формирования матрицы первичной рекристаллизации. На втором этапе в интервале температур 850 – 1050 ^оС обезуглероживание завершается и происходит окончательное формирование структуры. Повышение степени обезуглероживания металла перед началом подъема температуры приводит к получению в структуре более однородного зерна и уменьшению зоны внутреннего окисления [19].

В работе [23] для двух плавок ЭИС (А - 0,39% Al и Б – 0,5% Al) приведены результаты исследования влияния обезуглероживающего отжига на структуру и свойства динамной стали. Установлено, что увеличение времени выдержки более 4 мин не приводит к дополнительному обезуглероживанию. Недостаточное обезуглероживание связано с невысоким коэффициентом диффузии углерода в кремнистом феррите (до 800 ^оС) и фазе γ выше 900 – 950 ^оС. Резкое изменение магнитных свойств при обезуглероживающем отжиге наблюдалось в температурном интервале первичной рекристаллизации. Увеличение индукции В₂₅₀₀ в интервале температур 600 – 750 ^оС с 1,50 –1,57 до 1,64 – 1,67 Тл свидетельствовало о том, что в плавках полностью прошла первичная рекристаллизация, сформировалась текстура, которая практически не менялась в диапазоне температур до 1050 ^оС. В изменении магнитных потерь Р_1,5/50 прослеживалась аналогичная зависимость: они резко уменьшались в температурном интервале первичной рекристаллизации: с 11,4 – 13,5 до 4,45 – 6,93 Вт/кг в обеих плавках, а затем монотонно снижались и при 1050 ^оС достигали 2,6 – 3,0 Вт/кг в плавке А и 2,5 – 3,2 Вт/кг в плавке Б [23].

Одним из важных факторов, регулирующих структурное состояние и уровень магнитных свойств готового металла, является температура окончательного рекристаллизационного отжига, проводимого по завершению операции обезуглероживания. Однако единого мнения об оптимальных параметрах рекристаллизационного отжига нет, что может быть обусловлено различным химическим составом исследуемого металла и его чистотой по неметаллическим включениям.

Так, например, авторы работы [19] утверждают, что оптимальные магнитные свойства ЭИС могут быть получены при температурах в камере рекристаллизации 990 – 1030 ^оС.

В [19, 20] представлено уравнение для расчета оптимальной температуры окончательного рекристаллизационного отжига (tопт) в зависимости от содержания алюминия, азота, углерода, неметаллических включений в металле, и общего обжатия при прокатке применительно к технологической схеме производства ЭИС из ненормализованного подката на ОАО «НЛМК». Механизм влияния факторов, учитываемых при выборе tопт отжига авторы объяснили с позиции их воздействия на формирование зеренной структуры. В результате отжига ЭИС при температурах, близким к расчетным, улучшение показателя удельных ваттных потерь Р_1,5/50 составляет от 0,02 до 0,16 Вт/кг, повышается индукция В₂₅₀₀ в среднем на 0,02 Тл, и в большинстве случаев уменьшается анизотропия удельных ваттных потерь. Уменьшение температуры рекристаллизационного отжига относительно оптимальной как при высоком, так и при низком содержании алюминия и азота, приводит к уменьшению размера зерна и, как следствие этого, к увеличению удельных магнитных потерь за счет увеличения гистерезисной составляющей. С повышением температуры рекристаллизационного отжига происходит аномальный рост зерен, имеющих благоприятную к росту текстурную ориентировку. Развивается разнозернистость, ухудшающая магнитные свойства отожженной стали за счет увеличения вихретоковой составляющей удельных магнитных потерь в крупных зернах [20]. Кроме того, направленное формирование текстуры в ЭИС в промышленных условиях в настоящее время не освоено, и изменение текстурного состояния может носить как благоприятный, так и неблагоприятный характер. Отжиг при 1100 ^оС вызывает усиление текстурных компонент (222), (123), (112), ухудшающих магнитные характеристики, величина R значительно снижается, при этом происходит значительное увеличение магнитных потерь до Р_1,5/50 = 3,35 Вт/кг [6]. Повышение температуры отжига с 1050 до 1150 ^оС способствует увеличению магнитных потерь при одинаковых значениях магнитной индукции [24].

Авторы других работ [25, 26] температуру рекристаллизационного отжига после холодной прокатки предлагают выбирать с учетом содержания кремния и фосфора, представленные соотношения справедливы для стали с содержанием кремния 1,4 – 2,6 % и фосфора 0,05 – 0,15 %. Благодаря такой температуре устраняется разнозернистость в готовой стали, и достигается стабильный уровень магнитных свойств [25].

В [27] предлагается способ производства ЭИС, при котором температуру рекристаллизации при обезуглероживающе-рекристаллизационном отжиге выбирают не выше критической точки Ас3, в зависимости от содержания кремния и фосфора. В результате такой обработки улучшается структурное и текстурное состояние готовой стали. При этом процесс рекристаллизации происходит ниже критической точки Ас3, что обеспечивает, во-первых, повышение степени изотропности готовой стали при снижении анизотропии удельных магнитных потерь ΔР_1,5/50, во-вторых, возрастание величины отношения σ_т/σ_в, что улучшает штампуемость стали.

Таким образом, в ходе анализа обзора научно- технической литературы изучено влияние химического состава, нормализационного отжига,холодной прокатки, обезуглероживающе-рекристаллизационного отжига на магнитные и механические характеристики электротехнической изотропной стали.