Przedmiotem wynalazku jest stop na podstawie zelaza zawierajacy male ilosci skladników stopo¬ wych, które po poddaniu przerobowi jednym z opi¬ sanych dalej sposobów nadaja produktowi final¬ nemu orientowana strukture ziarnista, charaktery¬ zujaca sie regularna orientacja na krawedzi, wzglednie w ujeciu przy pomocy wskazników Mil¬ lera orientacja ziarn (110) [001] i obejmujaca mi¬ krostrukture ziarn pierwotnie rekrystalizowanych i ziarn ulegajacych rozrostowi.Takie materialy magnetyczne sa przydatne, np. jako materialy rdzeniowe w transformatorach mocy oraz transformatorach rozdzielczych.Indukcyjnosci robocze duzej czesci wspólczesnych transformatorów limitowane sa wartoscia nasycenia magrietycznego materialu blachy, z którego wyko¬ nany jest rdzen. Szerokie zastosowanie znajduje obecnie stop na podstawie zelaza o nominalnej za¬ wartosci 3,25% krzemu, który poddaje sie prze¬ róbce w celu uzyskania regularnej orientacji ziarn ra krawedzi iub (110) [001] w produkcie konco¬ wym. Przykladem tego dobrze znanego gatunku stali jest rcdzaj okreslony, zaleznie od koncowych wlasciwosci magnetycznych, jako typ M-5 zawie¬ rajacy 0,10% manganu, 3,25% krzemu i 0,03% we¬ gla i posiadajacy koncowa orientacje ziarn uzys¬ kana przez wrótna rekrystalizacje mikrostruktury.Nalezy podkreslic, ze obecnie produkowane stale elektryczne na rdzenie uzyskuje sie wylacznie na drodze wtórnej rekrystalizacji.Odpowiednia mikrostrukture uzyskuje sie pod¬ czas tzw. koncowego wyzarzania czystego, przy czym korzystnie zorientowane ziarna rosna kosztem ziarn niekorzystnie zorientowanych. Dzieki temu pro¬ cesowi stop sklada sie z ziarn o niezwykle duzym wymiarze, takim, ze ich srednica zazwyczaj prze¬ kracza bardzo znacznie grubosc materialu blachy.Jednak w celu uzyskania tak wielkich ziarn we wtórnie rekrystalizowanej mikrostrukturze i usta¬ lenia sie odpowiedniej orientacji, potrzebna jest dlugotrwala obróbka cieplna w wysokiej tempera¬ turze. Wyzarzanie to jest równiez konieczne dla usuniecia szczatkowej zawartosci siarki. Zawartosc siarki powyzej okolo 100 p.p.m. w koncowym pro¬ dukcie wplywa niekorzystnie na wlasciwosci ma¬ gnetyczne stopu krzemowo-zelazowego.Oprócz tego, ze dlugotrwaly proces wysokotem¬ peraturowego wyzarzania czystego jest kosztowny, to dodatek 3,25% krzemu do czystego zelaza, cho¬ ciaz skuteczny i na ogól korzystny dla znacznego podwyzszenia opornosci objetosciowej, powoduje jednak obnizenie wartosci nasycenia. Dlatego w wiekszej czesci produkowanych, dostepnych w han¬ dlu stopów zelaza o zawartosci 3,25% krzemu, wartosc nasycenia nie przekracza zazwyczaj 20300 gausów. Tak wiec polepszenie opornosci objeto¬ sciowej osiaga sie w oczywisty sposób kosztem obnizenia wartosci nasycenia materialu, poniewaz wartosc nasycenia dla zelaza o czystosci handlowej wynosi okolo 21500 gausów. 92 98292 982 3 4 Jak zostanie wyjasnione dalej, takie wartosci nasycenia osiaga sie tylko wtedy, gdy material wykazuje wysoki stopien orientacji (110) [001] w produkcie koncowym. Ponadto z uwagi na to, ze zelazo handlowe wykazuje znacznie wyzsze straty w rdzeniu w watach i znacznie wyzsze wartosci koercji niz stal krzemowa, nalezalo bilansowac su¬ maryczne obserwowane wartosci magnetycznych.Najlepszy wynik ogólny uzyskany dotychczas odno¬ si sie do stopu zelaza zawierajacego 3,25% krzemu i wykazujacego orientacje (110) [001].Stop na podstawie zelaza wedlug wynalazku ffHjTjjOjlC i do-ftfH% wegla, do 1% manganu, po- V "7nizej J0,Qiy/L slaj-ki, 0,3—^% co najmniej jednego ' * pierwiastka poprawiajacego opornosc objetosciowa, | przy czym udzial ten sklada sie z do 2% krzemu, \ d©^«Wr'Shrp'rrfu^ j| do 3% kobaltu, a w pozostalej i cz$s^j£'zeteW~ zabierajacego przypadkowe zanie¬ czyszczenia. Stop wedlug wynalazku wykazuje przewage ziarn o orientacji (110) [001] i mikro¬ strukture pierwotnie rekrystalizowana o normal¬ nym rozroscie ziarn.Sposób wytwarzania tekstury (110) [001] w sto¬ pach na podstawie zelaza, które nadaja sie do stosowania jako materialy na rdzenie transforma¬ torów polega na tym, ze sporzadza sie wytop z mie¬ szanki zawierajacej do 0,03% wegla, do 1% man¬ ganu, 0,3—4% co najmniej jednego pierwiastka poprawiajacego opornosc objetosciowa, przy czym udzial ten sklada sie z do 2% krzemu, do 2% chromu i do 3% kobaltu, a w pozostalej czesci z zelaza zawierajacego przypadkowe zanieczysz¬ czenia, przeprowadza sie odlew wytopu, odlew pod¬ daje sie obróbce plastycznej na goraco w tempera¬ turze 1000—1100°C, obrobiony material rozwalco- wuje sie na zimno w dwóch lub wiekszej liczbie operacji do grubosci koncowej, przy czym ostatnia operacja obróbki na zimno powoduje zmniejszenie pola przekroju o 50—70%.Miedzy poszczególnymi operacjami obróbki na zimno material wyzarza sie w temperaturze leza- . cej w granicach od 750°C do temperatury Acx dla mieszanki. Na koniec, material o grubosci koncowej wyzarza sie w temperaturze zawartej w granicach od 800°C do temperatury Ad mieszanki i otrzy¬ muje sie produkt z przewaga ziarn o orientacji (110) [001] i mikrostrukturze okreslonej pierwotna rekrystalizacja oraz normalnym rozrostem ziarn.Stopy wedlug wynalazku wykorzystuja game róz¬ nych wlasciwosci magnetycznych. Obserwowane wlasciwosci magnetyczne, zwlaszcza w przypadku gdy material stosowany jest do wytwarzania rdze¬ ni transformatorowych, zblizone sa do wlasciwosci stali krzemowych stosowanych wspólczesnie, pro¬ dukowanych w skali przemyslowej, które zawie¬ raja 3,25% krzemu. Mieszanka niskostopowa we¬ dlug wynalazku rózni sie radykalnie skladem che¬ micznym od zelaza zawierajacego 3,25% krzemu, lecz dzieki stosowaniu omówionych w dalszej cze¬ sci sposobów obróbki uzyskuje sie taka sama orien¬ tacje, dzieki czemu mikrostruktura jest pierwotnie rekrystalizowana, z normalnym rozrostem ziarn.Ta1: wiec, s^op wedlug wynalazku daje porówny¬ walne wlasciwosci magnetyczne bez stosowania kosztownej wtórnie rekrystalizowanej mikrostruk¬ tury, a mimo to z uzyskaniem takiej samej, orien¬ tacji, przy skladzie calkowicie odmiennym od skla¬ du dostepnych materialów.Jak wspomniano, podczas wtórnej rekrystalizacji s nastepuje wzrost ziarn, który czasem okresla sie jako nieciagly, przesadny lub nienormalny. Sred¬ nice ziarn po wtórnej rekrystalizacji osiagaja roz¬ miary 5—11 razy wieksze od grubosci blachy.Podczas pierwotnej rekrystalizacji wzrost ziarn jest io normalny, a srednice ziarn sa mniejsze lub równe 2,5 grubosciom blachy.Tak wiec, tekstura materialu po wtórnej rekry¬ stalizacji jest zupelnie rózna od tekstury po pier¬ wotnej rekrystalizacji. W znanej obecnie stali krze- mowej tekstura po pierwotnej rekrystalizacji jest slabo zlozona, podczas gdy tekstura po wtórnej rekrystalizacji jest tekstura (110) [001].Wegiel, którego zawartosc w produkcie konco¬ wym utrzymywana jest na mozliwie jak najniz- szym poziomie, wprowadzany jest do mieszanki poczatkowo w celu odtlenienia przy normalnym wytopie skladników. Jakkolwiek korzystnie jest utrzymywac zawartosc wegla w wytopie na mozli¬ wie niskim poziomie, to mozna utrzymywac do 0,03% wegla w stanie roztopionym bez ujemnego wplywu na magnetyczne wlasciwosci stopu. Przy zawartosci 0,03% wegla stop mozna odweglac i do¬ prowadzac zawartosc wegla do potrzebnego, nis¬ kiego poziomu.Przy wytwarzaniu stopu wedlug wynalazku prze¬ widuje sie mozliwosc stosowania manganu w ilo¬ sciach dochodzacych do 1%, zazwyczaj w celu odtlenienia materialu. Jak jednak zaznaczono w dalszej czesci opisu, dodatek manganu poprawia równiez opornosc objetosciowa stopu, choc nie w tym stopniu jak krzem. Dobre wyniki uzyskuje tis sie w przypadku, gdy stop zawiera okolo 0,5% manganu.Dla poprawienia opornosci objetosciowej do stopu 40 wedlug wynalazku nalezy dodac 0,3—4% co naj¬ mniej jednego pierwiastka, takiego jak krzem, chrom lub kobalt. W przypadku stosowania krze¬ mu, mozna dla polepszenia odpornosci objetoscio¬ wej stosowac ilosci tego skladnika dochodzace do 45 2%. Dobre wyniki uzyskuje sie wtedy, jezeli za¬ wartosc krzemu utrzymywana jest w granicach 0,5—1,5%. Korzystnie jest zawezic zawartosc krze¬ mu do tego zakresu, aby stop wykazywal petle gamma dla umozliwienia pierwotnej rekrystalizacji 50 i w celu uformowania odpowiedniej tekstury ziar¬ nistej w stopie.Gdy jako pierwiastek polepszajacy odpornosc ob¬ jetosciowa stosuje sie chrom, to nalezy stosowac co najmniej okolo 0,3% chromu, a unikac stosowania 55 wiecej niz okolo 2% chromu. Poniewaz kobalt rów¬ niez polepsza wartosc nasycenia stopu, wiec w skladzie mieszanki uwzglednia sie ilosci kobaltu dochodzace do 3%, w celu zwiekszenia opornosci objetosciowej, jak równiez wartosci nasycenia dla 60 stopu. Szczególnie skuteczne sa kombinacje któ- rychkolwiek dwóch, albo wszystkich trzech sposród tych skladników zwiekszajacych opornosc. Zawar¬ tosc siarki powinna byc mozliwie jak najnizsza, poniewaz pierwiastek ten nie jest usuwany w cza- 65 sie dalszej obróbki.92 982 Z tego wzgledu zawartosc siarki nie powinna przekraczac 0,012°/o, korzystnie winna byc ona niz¬ sza od okolo 0,010%. Jak stwierdzono, siarka wy¬ wiera prawdopodobnie korzystny wplyw na koer- cje, a w konsekwencji tego na parametry strat w rdzeniu w watach dla rdzeni wykonanych z tych stopów. W odróznieniu od orientowanego zelazo- -krzemu, w którym siarka laczy sie tworzac cza¬ steczke prowadzaca do ustalenia sie wysokiego stopnia uporzadkowania ziarn w koncowym pro¬ dukcie, to mechanizmem takim nie mozna prawdo¬ podobnie tlumaczyc ustalania sie tekstury obser¬ wowanej w stopie wedlug wynalazku.Ponadto uwzgledniajac, ze w dostepnym na ryn¬ ku materiale temperatura koncowej obróbki ciepl¬ nej przekracza okolo 1000°C, w której nastepuje dysocjacja siarczku manganowego, nalezy zauwazyc, ze siarka usuwana jest ze stopu po wypelnieniu swego zadania. Jednak sytuacja taka moze miec miejsce tylko w temperaturze przekraczajacej oko¬ lo 1000°C. W przeciwienstwie do tego, po zakon¬ czeniu obróbki plastycznej na goraco stopu o otwar¬ tej petli gamma wedlug wynalazku, nie jest on juz nigdy ogrzewany do temperatury wyzszej od jego temperatury Acx. Z tej przyczyny zawartosc siarki w stopie nie ulegnie istotnym zmianom w trakcie nastepnych operacji. Dlatego konieczne jest kontrolowanie ilosci siarki i doskonale wyniki uzy¬ skuje sie wtedy, gdy maksymalna zawartosc siarki nie przekracza okolo 0,005%. Reszte stopu stanowi glównie zelazo ze zwyklymi przypadkowymi zanie¬ czyszczeniami, które wystepuja przy wytwarzaniu stopów magnetycznych na skale przemyslowa.Wytop o skladzie okreslonym powyzej topi sie i odlewa wlewki, normalnym sposobem przemyslo¬ wym. Metal moze byc odlewany sposobem ciaglym w kesiska plaskie lub prety. Odlane wlewki sa nastepnie poddawane obróbce plastycznej na gora¬ co, zwykle w temperaturze 1000—1100°C, po czym uzyskuje sie odpowiednia grubosc posrednia. W przypadkach gdy stop ma byc poddawany dwu¬ stopniowemu procesowi obróbki plastycznej na zimno, korzystnie jest rozwalcowac metal na goraco do grubosci 2,5±0,64 mm. Z drugiej strony, gdy step ma byc poddawany trzystopniowej operacji cbróbki plastycznej na zimno, to korzystna grubosc koncowa cbróbki na goraco wynosi 4,6±0,76 mm.Jakkolwiek nie ma nieodzownej koniecznosci ochraniania stali w czasie takiej operacji obróbki na goraco, to dla zapobiezenia nadmiernemu zlusz- czaniu sie stopu w czasie obróbki mozna stosowac, argon lub inna atmosfere nieutleniajaca. Korzystnie jest prowadzic proces obróbki plastycznej stopu na geraco w temperaturze okolo 1050°C do zadanej grubosci koncowej obróbki na goraco, zaleznie od redzaju cbróbki plastycznej na zimno, której ma byc peddany stop. Po takiej obróbce plastycznej na geraco do zadanej grubosci, stop poddaje sie zen- drewaniu, zazwyczaj przez wytrawianie, w celu usuniecia calej zgorzeliny, która mogla utworzyc sie na jego powierzchni w czasie takiej operacji cbróbki plastycznej na goraco.Po obróbce plastycznej na goraco stop poddaje sie nastepnie obróbce plastycznej na zimno w 0'wcch lub wiecej etapach, w celu uzyskiwania ma¬ terialu o grubosci koncowej. Jezeli stosuje sie proces walcowania na zimno, to zazwyczaj moze byc konieczne wielokrotne przepuszczanie walco¬ wanego stopu przez walce do obróbki plastycznej na zimno, aby uzyskac potrzebne zmniejszenie po¬ wierzchni przekroju poprzecznego. Niezaleznie od zastosowanej liczby przejsc, przy szeregu opera¬ cjach obróbki plastycznej na zimno konieczne jest stosowanie miedzy operacjami wyzarzania w tem- io peraturze zawartej w granicach od okolo 750°C do temperatury ACi stopu poddawanego obróbce.Tak wiec, przy dwustopniowej obróbce plastycz¬ nej stopu na zimno do zadanej grubosci koncowej, material poddany wstepnej obróbce plastycznej na goraco i posiadajacy grubosc okolo 2,5 mm przera¬ bia sie najpierw na zimno do grubosci okolo 0,64 mm i nastepnie wyzarza w ciagu jednej godziny w temperaturze okolo 850°C, korzystnie w atmo¬ sferze wodoru o temperaturze produktu rosy poni- zej okolo —40°C. Nastepnie arkusz lub tasme stopu poddaje sie drugiemu etapowi obróbki plastycznej na zimno do grubosci koncowej zwykle w grani¬ cach 0,25—0,36 mm.Tak wiec, w typowej przykladowej dwustopnio- wej operacji obróbki plastycznej na zimno osiaga sie okolo 73% ubytku pola przekroju poprzecznego stopu w poczatkowej operacji obróbki na zimno, nastepnie przeprowadza proces wyzarzania posred¬ niego, a w drugim etapie operacji osiaga sie uby- ' tek pola przekroju o okolo 50% do grubosci konco¬ wej. Pierwszy etap walcowania na zimno mozna prowadzic do znacznych redukcji pola przekroju, dochodzacych do 90% i wiecej. Konieczne jest, aby w operacji koncowej obróbki plastycznej na zimno dokonywany byl tylko niewielki zgniot, tak aby ubytek pola przekroju wynosil 50—75% po¬ sredniej grubosci lub pola przekroju materialu pod¬ danego operacji poczatkowego zgniatania na zimno.Doskonale wyniki osiaga sie wtedy, gdy koncowy 40 proces obróbki plastycznej na zimno prowadzi do zmniejszenia pola przekroju o 60—70%, do grubosci koncowej.Tam, gdzie potrzebny jest material o mniejszej grubosci koncowej, korzystnie jest prowadzic trzy- 45 stopniowa operacje obróbki plastycznej na zimno, przy czym po kazdym etapie przeprowadza sie pro¬ ces wyzarzania posredniego w temperaturze zawar¬ tej w granicach od okolo 750°C do temperatury ACi stopu. W tym etapie trójstopniowym, w kazdej 50 z operacji obróbki plastycznej na zimno dokonuje sie tylko niewielkich zgniotów na zimno, zawartych zazwyczaj w granicach 50—75% ubytku pola prze¬ kroju, w stosunku do poprzedniej grubosci materialu.Tak wiec, typowa trójstopniowa operacje obróbki 55 plastycznej na zimno rozpoczyna sie przy uzyciu materialu w postaci pasma, którego grubosc wyj¬ sciowa po obróbce plastycznej na goraco wynosi okolo 4,6 mm. Pasmo to najpierw poddaje sie zen- drowaniu, zazwyczaj przez wytrawienie i wyzarze- 60 nie w ciagu okolo 5 godzin w temperaturze 830—900°C.Wyzarzone pasmo ze stopu poddaje sie nastepnie najpierw plastycznej obróbce na zimno do grubosci okolo 2,0 mm, a wiec redukujac jego pole prze- 65 kroju poprzecznego o 55%, nastepnie wyzarza w7 92 982 8 4gu 5 godzin w temperaturze 800—900°C, obrabia elastycznie na zimno do grubosci 0,51 mm, to zna¬ czy osiaga sie wzgledny ubytek grubosci o 75*/o, wyzarza w ci^gu 1 godziny w temperaturze 800— —900°C, a nastepnie obrabia na zimno do grubosci koncowej, zazwyczaj w zakresie 0,13—0,18 mm, to znaczy dokonuje sie redukcji grubosci o 75—65e/o.Zarówno w dwu-, jak i trójstopniowym procesie obróbki plastycznej na zimno, czesc operacji ob¬ róbki plastycznej na zimno oprócz ostatniej mozna prowadzic w temperaturze podwyzszonej do tem¬ peratury zawartej w granicach miedzy temperatura pokojowa i temperatura okolo 300°C. Obróbke w temperaturze zwiekszonej do tych wartosci okresla sie jako obróbke goraco-zimna. Taki sposób obróbki goraco-zimnej moze zachodzic w dowolnej tempe¬ raturze, wyzszej od temperatury pokojowej i niz¬ szej od temperatury rekrystalizacji stopu podda¬ wanego obróbce. Tam, gdzie przeprowadza sie taka obróbke goraco-zimna w dowolnej operacji obróbki plastycznej na zimno za wyjatkiem ostatniej, ko¬ rzystnie jest, stosowac ochronna atmosfere argonu w celu zmniejszenia wszelkich wyrazniejszych ten- deacgi do utleniania powierzchni pasma stopu pod¬ dawanego obróbce. Ponadto, w kazdym posrednim procesie obróbki cieplnej polegajacej na wyzarza¬ niu, któremu poddaje sie material miedzy opera- • ojami obróbki plastycznej na zimno, stosuje sie atmosfere ochronna, korzystnie atmosfere wodoru o temperaturze punktu rosy ponizej okolo —40°C Nalezy ponadto stwierdzic, ze jedno lub wieksza liczbe wyzarzen posrednich mozna prowadzic meto¬ da wyzarzania w tasmie, w odróznieniu do wyza¬ rzania w skrzynce zamknietej. Tak wiec, pojedyn¬ cze pasmo moze byc w sposób ciagly doprowadza¬ ne ze zwoju do pieca do wyzarzania tasmy, w któ¬ rym material ogrzewany jest zazwyczaj do tempe¬ ratury okolo 900°C, przy czym kazdy fragment ta¬ smy jest utrzymywany w tej temperaturze zazwy¬ czaj w ciagu 3 minut. Korzystnie mozna stosowac atmosfere wodorowa o temperaturze punktu rosy ponizej —40°C.Po poddaniu arkusza lub tasmy ze stopu wedlug wynalazku obróbce plastycznej na zimno do gru¬ bosci koncowej, przeprowadza sie proces wyzarza¬ nia koncowego, zazwyczaj czystego w temperaturze od okolo 750°C do temperatury Aci^stopu, zazwy¬ czaj w atmosferze wodoru o punkcie rosy ponizej okolo —40°C. Stop utrzymuje sie w temperaturze, która jest zawsze nizsza od temperatury przemiany struktury alfa w gamma; dla uzyskania pierwotnie rekrystalizowanej mikrostruktury z normalnym rozrostem ziarn.Stwierdzono, ze stop poddany tego rodzaju ob¬ róbce i koncowemu wyzarzaniu osiaga zadany sto¬ pien orientacji, zazwyczaj w ciagu 24—48 godzin w temperaturze wyzarzania czystego. Po zakoncze¬ niu takiego wyzarzania czystego i ochlodzeniu do temperatury pokojowej, stop bedzie posiadac struk¬ ture ziarnista z przewaga ziaren ulozonych wedlug orientacji (110) [001].Stwierdzono, ze ziarna, które osiagaja korzystna orientacje, maja krawedzie szescianów ustawione sa pod katem 10° do kierunku walcowania.Wynalazek zilustrowany jest nastepujacymi przy¬ kladami.P r z y k lad I. Tablica I zawiera dane okresla-^ jace sklad chemiczny szeregu stopów, które wyko- nano i zbadano w porównaniu z dostepnym sto¬ pem M-5 zawierajacym 0,10*/o manganu, 3,25*/o krzemu i 0,03% wegla poddanych obróbce dla wy¬ tworzenia orientacji (110) [0011 droga wtórnej re¬ krystalizacji i korzystnego rozrostu ziarn.Tablica I Wytop 1480 1481 1482 1483 1484 M-5 %Mn 0,15 0,15 0,15 0,15 0,t0 %Cr — 0,6 — - — %Su — — 0,6 1,2 3,25 % C *) 0,03 0,03 - - 0,03 . c/p& cm-1 ,4 11,4 14,5 19,2 26,3 44,0 *) Nadmiar do odtlenienia.Tablica I zawiera ponadto zestawienie wyników pomiarów wartosci opornosci (g) dla róznych sto¬ pów. Stopy te wytwarza sie i poddaje obróbce na¬ stepujacymi metodami.Proces pierwszy obejmuje: walcowanie na goraco w temperaturze 1050°C i w argonie do grubosci 2,5 mm; wytrawianie; walcowanie na cieplo w temperaturze 260°C w atmosferze argonu do gru¬ bosci 1 mm; walcowanie na zimno do grubosci 0,64 mm; wyzarzanie w ciagu 1 godziny w tempe¬ raturze 850°C lub 900°C w atmosferze suchego wo¬ doru; walcowanie na zimno do grubosci 0,33—0,28 mm; wyzarzanie koncowe w temperaturze 850— —950°C; przeprowadzenie badania.Proces drugi obejmuje: walcowanie na goraco w temperaturze 1050°C w atmosferze argonu do gru¬ bosci 4,6 mm; wytrawianie i wyzarzanie w ciagu godzin w temperaturze 850—900° C w obecnosci suchego wodoru; walcowanie na cieplo w tempera¬ turze 260°C w atmosferze argonu do grubosci 2,0 mm; wyzarzanie w ciagu 5 godzin w tempera¬ turze wyzarzania posredniego, to znaczy w tempe¬ raturze okolio 850°C w wodorze nie zawierajacym wilgoci; walcowanie na cieplo w temperaturze 260°C przy zastosowaniu argonu do grubosci 1,0 mm; i nastepujace potem walcowanie na zim¬ no do grubosci 0,51 mm; wyzarzanie w ciagu 1 go¬ dziny w posredniej temperaturze wyzarzania za¬ wartej w zakresie 850—900°C w atmosferze wodoru nie zawierajacego wilgoci; walcowanie na zimno do grubosci 0,18—0,13 mm.Zgodnie z kierunkiem walcowania wycina sie paski Epsteina i ze stopów wykrawa sie krazki o srednicy 25,4 mm do badania momentu obroto¬ wego, które poddaje sie koncowemu wyzarzaniu w temperaturze 850—900°C w ciagu 48 godzin w atmosferze suchego wodoru, a nastepnie próbki doswiadczalne studzi sie razem z piecem. Wyniki pomiarów wartosci momentu i stalopradowe dane magnetyczne badanych próbek zestawiono w ta¬ blicy II. 40 45 50 55 6092 982 Tablica II 1 Wytop 1480 1481 1482 1483 1480 1481 1482 H83 1484 M-5 Proces 1 1 1 1 2 2 2 2 2 — Grubosc nominalna (mm) 0,30 0,30 0,30 0,30 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,28 Moment szczytowy (erg/cm3) 72.000 51.700 164.200 103.900 106.100 85.900 177.700 144.100 155.900 167.000 Stosunek szczytowy 0,56 0,67 0,42 0,49 0,53 0,53 0,49 0,61 0,63 0,34 Hc (oersted) 0.27 0,30 0,22 0,19 0,23 0,26 0,20 0,17 0,16 0,10 Bio (kG) 16,0 16,4 18,1 17,1 16,9 16,9 18,3 17,9 17,5 18,3 Bioo (kG) 18.&/ 19,0 ,4 i9,r 19,7 19,6 ,7 ,5 ,2 | 19,8 Typowe wartosci handlowe.Dane zestawione w tablicy II wykazuja, ze stopy zawierajace chrom i krzem poddane próbce wedlug metody okreslonej jako proces pierwszy, wykazuja stosunkowo dobra orientacje (110) [001]. Dowodza tego wartosci stosunku szczytowego zawarte w gra¬ nicach 0,42—0,50. Handlowa stal krzemowa o za¬ wartosci 0,10% manganu, 3,5% krzemu i 0,03% we¬ gla, dla której stosunek szczytowy wynosi 0,34, wykazuje doskonaly stopien orientacji (110) [001].Jednakowoz stosunki szczytowe dla wytopów o- znaczonych numerami 1483, 1483 i 1484 wykazuja, ze przewazajaca czesc ziaren posiada rozbudowana wewnatrz teksture (110) [001]. Nalezy zauwazyc, ze wtedy gdy wartosci B10 sa nizsze, to wartosci na¬ sycenia B100 sa badz to porównywalne, badz tez przewyzszaja wartosci dla stopu typu M-5. Rów¬ niez koercja jest zupelnie dobra. Badania mikro¬ struktury próbek o numerach 1481, 1482, 1483 i 1484 wykazuja, ze wszystkie one posiadaja pierwotnie rekrystalizowana mikrostrukture z normalnym roz¬ rostem ziarn.Proces drugi prowadzi do pewnego ogólnego po¬ lepszenia wartosci momentu szczytowego i nieco wyzszych stosunków szczytowych, w porównaniu z dostepna w handlu stala o zawartosci 0,10% man¬ ganu, 3,5% krzemu i 0,03% wegla. Jednakowoz raz jeszcze przewazajaca ustalajaca sie tekstura jest tekstura okreslona jako (110) [001].W szczególnosci wytop numer 1482 o zawartosci 0,6% chromu ma wartosc B10 identyczna z wytwa¬ rzana na skale przemyslowa stala o zawartosci 45 3,25% krzemu, a wartosc B100 wyzsza od analogicz¬ nej wartosci dla materialu przemyslowego. Stopy za¬ wierajace krzem, a mianowicie stopy oznaczone numerami 1483 i 1484, wykazuja nizsze wartosci Bio, a wyzsze B100. Jak mozna bylo spodziewac sie na podstawie wykazywanych wartosci stosunku szczytowego, zaden z powyzszych procesów nie pro¬ wadzi do ustalenia sie korzystnej tekstury w wy¬ topach oznaczonych numerami 1480 i 1481.Tablica III zawiera zestawienie wartosci zmie¬ rzonych dla pradu zmiennego 60 Hz stopów ozna¬ czonych numerami 1482, 1483 i 1484 otrzymanych na drodze procesu drugiego.Dane zmiennopradowe wykazuja definitywnie, ze silnie teksturowane stopy maja wlasciwosci zblizo¬ ne do wlasciwosci stali krzemowej typu M-5 o za¬ wartosci 0,10% manganu, 3,25% krzemu i 0,03% wegla. Stopy z dodatkami krzemu maja nieco mniejsze stratnosci, lecz gorsze charakterystyki wzbudzania VA/kg, anizeli stop zawierajacy chrom.Powyzsze wyniki wykazuja, ze przez pierwotna rekrystalizacje i normalny rozrost ziarn osiaga sie wysoki stopien orientacji (110) [001] w stali nisko- stopowej. Te korzystne tekstury otrzymuje sie dla stopów zawierajacych niewielkie ilosci chromu i krzemu. Poniewaz obydwa te rodzaje wymagaja tylko niewielkiego zmniejszenia grubosci w kon¬ cowej obróbce plastycznej na zimno, a koncowe zgniatanie na zimno odgrywa glówna role w roz¬ woju tekstury, wiec wyniki te swiadcza, ze opra¬ cowany stop o wlasciwosciach magnetycznych cha¬ rakteryzuje sie dobra przydatnoscia.Tablica III Wytop 1482 1483 1484 M-5 Giubosc nominalna (mm) 0,15 0,15 0,15 0,30 Pcl5 W/kg 1,85 1,55 1,36 1,21 Pai5 VA/kg 1,96 2,18 1,91 1,63 Pctr W/kg 2,29 2,20 1,98 1,85 Pat 7 VA/kg ,10 ,84 16,48 4,51 Pc18 W/kg 2,84 2,51 2,20 2,31 Pa18 VA/kg ,9 44,4 64,2 18,092 982 11 12 Stopy wedlug wynalazku maja wartosci B10 rów- nowazne z danymi dla przemyslowej stali krzemo¬ wej typu M-5 zawierajacej 0,10% manganu, 3,25% krzemu i 0,03% wegla, a wartosci B100 przewyzsza¬ jace analogiczne dane dla dostepnej stali krzemo¬ wej. Mierzone przy pomocy pradu zmiennego o cze¬ stotliwosci 60 Hz wlasciwosci stali o grubosci 0,15 mm sa zblizone do analogicznych wartosci zmierzonych dla stali krzemowej znajdujacej sie w sprzedazy.Przyklad II. Wykonuje sie dwa wytopy prze¬ myslowe oznaczone numerami 3523 i 3524 o skla¬ dzie okreslonym powyzej. Dla celów porównaw¬ czych wykorzystuje sie dane dla wytopu numer 1482, który poddaje sie przerobowi sposobem zilu¬ strowanym w przykladzie I wedlug procesu dru¬ giego. Sklad chemiczny i wartosci opornosci elek¬ trycznej zestawione sa w tablicy IV.Obydwa wytopy o numerach 3524 i 3523 wyta¬ piano indukcyjnie na powietrzu i kazdy z nich wazyl okolo 2270 kg. Wytop o ciezarze 2270 kg odlewa sie w blok, który nastepnie przetapia sie lukiem elektrycznym pod zmniejszonym cisnieniem, walcuje sie na kuzniarce i rozdziela na dwa kesy do obróbki plastycznej na goraco. Jedne z kesów rpzwalcowuje sie na goraco do grubosci 4,1 mm, a nastepnie czesc goracego materialu tasmowego pod¬ daje przerobowi w nastepujacy sposób: Dla wytopu oznaczonego numerem 3524 walco¬ wana na goraco tasma ma grubosc 4,1 mm. Tasme walcowana na goraco zendruje sie, walcuje na go¬ raco do grubosci 2,0 mm, wyzarza w ciagu 1 go¬ dziny w temperaturze 850°C w atmosferze wodoru wolnego od wilgoci, a nastepnie rozwalcowuje na zimno do grubosci 0,5! mm. Material o grubosci 0,51 mm poddaje sie nastepnie wyzarzaniu w pas¬ mach w temperaturze 900°C, w atmosferze wodoru nie zawierajacego wilgoci. Czas przetrzymywania materialu w temperaturze 900°C wynosi 3 minuty.Po wyzarzeniu material rozwalcowuje sie na zim¬ no do grubosci 0,15 mm, stanowiacej zadana war¬ tosc koncowa. Nastepnie material o koncowej gru¬ bosci poddaje sie koncowemu wyzarzaniu w ciagu 48 godzin, w temperaturze 900°C w atmosferze wo¬ doru, o temperaturze punktu rosy ponizej —40°C.Próbki umieszcza sie w zimnym piecu i ogrzewa z zaprogramowana predkoscia 50°C/godzine do tem- peratury 900°C, nastepnie przetrzymuje w tej tem¬ peraturze w ciagu 48 godzin, a potem zgodnie z programem schladza sie z predkoscia 50uC/godz., tak, ze obróbka wytopu numer 3524 obejmuje trój¬ stopniowy proces rozwalcowywania, scisle zblizo¬ ny do procesu drugiego, zilustrowanego w przykla¬ dzie I.W przeciwienstwie do tego, jeden z kesów z wy¬ topu oznaczonego numerem 3523 rozwalcowuje sie na goraco na powietrzu na tasme o takiej samej grubosci 4,1 mm po obróbce na goraco. Nastepnie oczyszcza sie ja przez zendrowanie i wyzarzanie w ciagu 1 godziny w temperaturze 850°C w atmo¬ sferze wodoru nie zawierajacego wilgoci. Pierwszy etap rozwalcowywania na zimno obejmuje walco¬ wanie na goraco-zimno w temperaturze 260°C, w czasie którego grubosc materialu ulega redukcji z 4,1 do 0,13 mm. Material ten poddaje sie nastep¬ nie wyzarzaniu w temperaturze 850°C w ciagu 1 godziny w atmosferze nie zawierajacego wilgoci wodoru, a nastepnie rozwalcowywuje na goraco- -zimno w temperaturze 260°C do grubosci 0,41 mm.Raz jeszcze material wyzarza sie w ciagu 1 go¬ dziny w temperaturze 850°C w atmosferze suchego wodoru i potem walcuje material na zimno do grubosci koncowej 0,15 mm. Material o grubosci koncowej poddaje sie koncowemu wyzarzaniu czy¬ stemu w atmosferze wodoru o temperaturze punk¬ tu rosy ponizej —40°C. W przeciwienstwie do me¬ todyki zastosowanej dla przerobu wytopu ozna¬ czonego numerem 3524, próbki wytopu oznaczonego numerem 3523 umieszcza sie w piecu nagrzanym do temperatury roboczej i po wyzarzeniu chlodzi sie go z predkoscia 50°C/godz., az do osiagniecia temperatury 300°C.Tablica V zawiera zestawienie magnetycznych wlasciwosci stalopradowych oraz danych dotycza¬ cych momentów dla materialu poddanego obróbce zilustrowanym wyzej sposobem.Tablica IV Sklad chemiczny i wartosci opornosci elektrycznej Wytop Nr 1482 3525 1 3523 % Si o,on] 0,51 0,04 % Cr 0,6ti] 0,025 0,60 % Mn 0,15H] 0,15 0,12 % S 0,0032t2] 0,0024f2] % o2 0,0016t2] 0,019012] % N, 0,005[2l O,0062[2] % c Dcdany 0,03 0,03 0,03 Dodatki kadziowe 0,009 0,0020 0,022 Po kon¬ cowym wyzarza¬ niu czystym 0,0009 0,001 0,0025 [^ cm-1 14,5 17,9 14,2 i1] nominalny t2] goraca tasma Wszystkie analizy przeprowadzone byly na próbkach wlewków lub stopniowych na powietrzu kadzi, o ile nie zaznaczono inaczej. i os % 00 01 v 45 5592 982 13 14 Tablica V Wartosci momentów u stalopradowych parametrów magnetycznych Seria Nr 1482 3524 3523 Moment szczytowy (erg/cm3) 177.700 225.000 204.100 Stosunek szczytowy 0,49 ,0,42 0,41 Bio (kG) 18,3 19,6 19,3 Bi oo (kG) ,7 21,4 21,3 Hc (kG) . 0,20 0,15 0,29 Br.., (kG) i ¦ 15,8 j "17;9 ; ¦1^4 u Dane momentu szczytowego i stosunku szczyto¬ wego swiadcza o wysokim stopniu orientacji typu (110) [001]. Poniewaz dla doskonalego monokrysz¬ talu zelaza o 3% zawartosci krzemu, posiadajacego orientacje (110) [001] wartosc stosunku szczytowego wynosi 0,35, a momentu szczytowego okolo 215000 erg/cms, to dane te swiadcza o wysokiej przewadze zawartosci ziarn wykazujacych orientacje typu (100) [001].Interesujaca cecha stalopradowych danych ma¬ gnetycznych stanowi to, ze wartosc nasycenia okre¬ slana jako wartosc B100 wynosi okolo 21300 kG.Porównanie danych B10 z danymi nasycenia swiad¬ czy o tym, ze stopy wedlug wynalazku maja tak wysoki stopien uteksturowania, ze wszystkie one osiagaja powyzej 85% wartosci nasycenia przy na¬ tezeniu pola magnesujacego 10 erstedów.Tablica VI zawiera zmiennopradowe wlasciwosci magnetyczne tych samych wytopów, które scha¬ rakteryzowane sa w tablicy IV. nowe (110) dla wytopów oznaczonych numerami 1482, 3524 i 3523, natomiast fig. 1A, 3A i 5A — odpowiadajace im histogramy. Fig. 2, 4 i 6 przed¬ stawiaja figury biegunowe (200) dla wytopów o nu¬ merach 1482, 3524 i 3524 i 3523, a fig. 2A, 4A i 6A — odpowiadajace im histogramy. Badanie róznych fi¬ gur biegunowych prowadzi do potwierdzenia da¬ nych momentu, danych magnetycznych i wyników analizy struktury domenowej. Jak swiadcza wyniki przedstawione w formie graficznej na fig. 1-M kazdy kontur przedstawia wielokrotnosci natezen statystycznych dla zelaza, przy czym zaleznosc ksztaltem i iloscia rozproszen jest ujeta na kazdej figurze.Dla dalszego sprawdzenia tekstury uformowanej w stopach wedlug wynalazku przeprowadza sie ilo¬ sciowa analize struktury domenowej dla kazdej próbki^ w celu oznaczenia odsetka objetosciowego ziarn o teksturze zorientowanej tak, ze plaszczyzna (110) tworzy z powierzchnia próbki kat 12°. Pro- Tablica VI Wlasciwosci magnetyczne dla pradu o czestotliwosci 60 Hz Wytop 1482 3524 3523 Grubosc 0,16 0,16 0,15 Pc W/kg kG 1,65 1,34 1,78 17 kG 2,29 1,56 2,33 18 kG 2,84 1,94 2,75 19kG|20kG 3,56 2,27 3,19 2,57 Pa VA/kg kG 1,96 1,45 2,00 17kG ,10 2,00 3,17 18 kG ,9 3,63 6,6 19 kG 86,9 26,1 28,4 kG 77,7 Z danych zamieszczonych w tablicy VI wynika, ze straty mocy oraz pozorne straty mocy dla tych materialów maja doskonala wartosc, jezeli uwzgled¬ ni sie, ze opornosc stopów wedlug wynalazku jest przeszlo dwukrotniej mniejsza od opornosci do¬ stepnej w handlu stali krzemowej typu M-5 o po¬ danym poprzednio skladzie. Najlepsze wlasciwosci magnetyczne, zarówno pod wzgledem strat w rdze¬ niu, jak i pozornych strat w rdzeniu wykazuje wytop oznaczony numerem 3524 charakteryzujacy sie najnizsza koercja i najwyzsza opornoscia.Dla okreslenia tekstury ziarn lub orientacji usta¬ lajacej sie W stopach wedlug wynalazku dla kaz¬ dej próbki wykonuje sie figury biegunowe naksi- mcw dyfrakcyjnych (110) jak i (200) i odpowiada¬ jace im histogramy.Uzyskane w przeprowadzonych próbkach wyniki przedstawione sa graficznie na figurach 1-^6 i lA-=-6A. Fig. 1, 3 i 5 przedstawiaja figury biegu- 65 porcjonalny do wyników tej samej analizy odsetek objetosciowy plaszczyzny (100), która jak stwier¬ dzono, zorientowana byla pod katem 12° do po¬ wierzchni próbki oznaczony byl razem z odsetkami ziarn, w których kierunek [001] zorientowany byl pod róznymi wartosciami katów do kierunku wal¬ cowania. Wyniki te zestawione sa w tablicy VII.Wyniki prób zestawione w tablicy VII wykazuja, ze kazda z próbek zawiera przeszlo 50% objeto¬ sciowych ziarn o plaszczyznie (110) zorientowanej pod katem 12° do powierzchni arkusza.Nalezy zauwazyc, ze obserwuje sie skladowa ziarn o plaszczyznie (100) zorientowanej pod katem 12° do powierzchni arkusza i w kazdym przypadku objetosc ta wynosila 15—25%. Poniewaz obserwuje sie zarówno teksture (110) jak i (100), a krawedzie szescianów zorientowane sa wyraznie w kierunku [001], to dane te potwierdzaja wiarygodnosc da-15 92 982 Tablica VII Analiza ilosciowa struktury domenowej 16 Wytop Nr 1482 ,3524 3523 % obj. (110) pod katem 12° do powierzchni arkusza 65 61 65 % obj. (100) pod katem 12° do powierzchni arkusza 22 % ziarn o [001] pod katem 10° do kierunku walcowania 68 86 78 % ziarn o [001] pod katem 15° do kierunku walco¬ wania 86 96 90 Srednie odchyle¬ nie [001] od kie¬ runku walcowania 8,2° ,6° ,7* nych magnetycznych, zwlaszcza analizy momentów omówionych poprzednio.Analize ilosciowa struktury domenowej przepro¬ wadza sie na trzech próbkach Epsteina, które prze¬ mierza sie punktowo z odleglosci 0,5 m. Orientacje kierunku latwej magnesowalnosci, to znaczy [001] w stosunku do kierunku walcowania próbek, ozna¬ cza sie przez pomiar 50 ziarn, badz to (110) badz tez (100) w próbach, z zastosowaniem specjalnej optycznej nasadki goniometrycznej do metalografu.We wszystkich przypadkach procent objetosci próbki zajmowany przez ziarna o plaszczyznie (110) zorientowanych pod katem 12° do plaszczyzny bla¬ chy przekracza znacznie 30%. Ponadto w przypad¬ ku takiego samego ulozenia drugorzedowego sklad¬ nika o plaszczyznach (100), jak ulozona jest plasz¬ czyzna (110) obserwuje sie lepsze wlasciwosci ma¬ gnetyczne. Tak wiec, w tablicy VI obserwuje sie zadawalajaca zgodnosc miedzy srednim odchyle¬ niem katowym kierunku [001] od kierunku walco¬ wania, a wyniki te potwierdzaja wiarygodnosc wartosci B10 zamieszczonych w tablicy IV.Dla uzupelnienia analizy opartej o rentgenowskie figury biegunowe zamieszczono w tablicy VIII wy¬ niki histogramowe.Próbka 1482 (1) 3524 (2) 3523 (3) Tablica VIII Wyniki histogramowe % (110) w zakresie ° od powierzchni blachy (4) 60,6 67,3 74,2 % (100) w zakresie ° od powierz¬ chni blachy 18,6 ,2 214 (1) Patrz histogramy na fig. 1 i 2 (2) Patrz histogramy na fig. 3 i 4 (3) Patrz histogramy na fig. 5 i 6 (4) Skorygowany dla wielokrotnosci (110) Zamieszczone w tablicy VIII dane histogramowe wyprowadzone z figur biegunowych wykazuja za¬ dowalajaca zgodnosc z zamieszczonymi w tablicy VII wynikami analizy struktury domenowej. Tak wiec, przy porównaniu z danymi momentów, a zwlaszcza stosunku szczytowego, obecnosc (100) zo¬ rientowanej pod katem 10° do powierzchni blachy oraz orientacja krawedzi wzdluz [001] lub w kie¬ runku walcowania, decyduje o wyzszych warto¬ sciach stosunku szczytowego i momentu szczyto- wego zamieszczonych w tablicy IV.Powyzsze dane dowodza, ze stopy o skladzie chemicznym wedlug wynalazku, poddane obróbce sposobem wedlug wynalazku maja doskonale wla¬ sciwosci magnetyczne, ustalajace sie w nich dzieki wysokiemu odsetkowi ziarn o orientacji (110) [001].Produkt koncowy charakteryzuje sie wiec struk¬ tura pierwotnie rekrystalizowana i determinowana normalnym rozrostem ziarn, która przyczynia sie w znacznej mierze do wystepowania obserwowa- nych wlasciwosci magnetycznych.W odróznieniu od sposobu wytwarzania handlo¬ wej stali o zawartosci 3,25°/© krzemu, zilustrowane w poprzednich przykladach stopy wedlug wynalaz¬ ku nie wymagaja realizacji oddzielnego etapu wy- zarzania odweglajacego przed koncowym wyzarza¬ niem czystym. Stwierdzono, ze przy zastosowaniu badz to procesu pierwszego, badz tez drugiego z których zaden nie przewiduje wyzarzania odwe¬ glajacego w mokrym wodorze, zawartosc nominal- na wegla w stopie po koncowym wyzarzaniu czy¬ stym jest nizsza od okolo 0,003%. Wyniki aktual¬ nych analiz zawartosci, zarówno dla wlewków jak i po koncowym wyzarzaniu czystym zamieszczone sa w tablicy IV. Jednakowoz tam, gdzie to jest 40 potrzebne mozna dla osiagniecia niezwykle niskiej zawartosci wegla stosowac wyzarzanie odweglajace, bez wywierania niekorzystnego wplywu na wla¬ sciwosci magnetyczne stopu.Porównywalne wyniki osiagnac mozna przez do- 45 dawanie kobaltu do stopów. Tak wiec, stop o za¬ wartosci 0,6% chromu, 0,5% kobaltu lub stop za¬ wierajacy 0,4% chromu, 1% krzemu i 0,3% kobaltu po poddaniu procesowi obróbki dwu- lub trójstop¬ niowej daja blache o wysokiej zawartosci ziarn 50 (110) [001] i dobrych wlasciwosciach magnetycz¬ nych. PL