Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Пластичность и текстура прокатки электротехнической стали,

Пластичность и текстура прокатки электротехнической стали,

Рассмотрено формирование текстуры прокатки в лентах электротехнической стали, полученной закалкой из расплава. Холодная прокатка приводит к значительному усилению аксиальной кубической составляющей (100) [Ovw] и способствует получению высоких магнитных свойств при последующем рекристаллизационном отжиге.

К известным способам улучшения свойств электротехнических сталей (ЭТС) в последнее время добавилось прямое получение лент закалкой из расплава. Таким лентам присущи несколько особенностей:

• средний размер зерен составляет 5...10 мкм. Это обеспечивает весьма высокую технологическую пластичность и позволяет получать сложную конфигурацию деталей статора и ротора электродвигателей и других электромашин на быстроходных пресс-автоматах;

• высокая плотность дислокаций и дислокационных петель и пониженная степень упорядочения;

• повышенное сопротивление коррозии вследствие высокой однородности микроструктуры и отсутствия ликвации [1].

Пластичность лент ЭТС, полученных закалкой из расплава, вызывает неизменный интерес исследователей. Например, если взять две одинаковые по толщине ленты сплава Fe-6,5 %Si, причем одна будет изготовлена по обычной технологии, а другая - закалкой расплава, то максимальное относительное удлинение при растяжении закаленной из расплава ленты будет примерно в шесть раз больше. Интерес к пластичности также во многом обусловлен большим числом факторов, влияющих на нее.

Было подтверждено, что увеличение содержания кремния и толщины лент неблагоприятно сказывается на пластичности (так же как и в обычных ЭТС). В частности, очень тонкие (толщиной менее 15 мкм) ленты, закаленные из расплава по одновалковой схеме, имели высокую пластичность при климатической температуре независимо от содержания кремния. Из этих лент навивали многослойные тороиды с различным внутренним диаметром. Даже после навивки на маленькую оправку диаметром 5 мм, измерения магнитных свойств и обратного разматывания ленты трещин обнаружено не было. С другой стороны, более толстые (толщиной 0,2 мм и более) ленты были хрупкими при климатической температуре, если содержание кремния превышало 5,5 %. Ленты средней толщины, но с высоким содержанием кремния, выдерживали загиб на угол 180° на оправке диаметром 1...2мм [1-3].

Скорость охлаждения расплава, при ее изменении в пределах формирования микрокристаллической структуры, не оказывает существенного влияния на пластичность полученных лент [3]. Пластичность лент,закаленных из расплава по двухвалковой схеме, при прочих равных условиях даже несколько выше [2].

Легирование церием или хромом увеличивает пластичность закаленных из расплава лент ЭТС. Возможно это происходит благодаря тому, что хром снижает подвижность атомов кремния [4], а церий способствует измельчению зерна. Кроме этого, дополнительным вкладом в повышение пластичности является улучшение качества поверхности и уменьшение шероховатости при небольшом легировании этими элементами. Титан, ванадий, цирконий и ниобий при легировании в количестве до 3 % также повышают пластичность лент. Добавки никеля ухудшают пластичность закаленных из расплава лент ЭТС. Наиболее ярко это проявляется в том, что холодная прокатка таких лент сильно затруднена.

Особый интерес представляет то, что закаленные из расплава ленты ЭТС с высоким содержанием кремния (более 4 %) поддаются холодной прокатке, в то время как холодная прокатка полученных обычным способом ЭТС с таким содержанием кремния невозможна. Это объясняется, в частности, высокой долей специальных и малоугловых границ зерен [5].

Однако вопросы формирования текстуры при холодной прокатке лент ЭТС, полученных закалкой из расплава, исследованы недостаточно. Закаленные из расплава ленты ЭТС имеют закономерность в процессе наследования текстур при переделах. Из холоднокатаной заготовки с повышенной объемной долей составляющей (100) [Ovw] текстуры оказывается значительно легче сформировать при последующем высокотемпературном рекристаллизационном отжиге однокомпонентную и достаточно острую аксиальную кубическую текстуру (100) [Ovw] [6]. При этом направление легкого намагничивания {100) лежит в плоскости листа (ленты), но оно не фиксировано. Направление легкого намагничивания (100) "вращается" в плоскости листа, сохраняя одну степень свободы, в результате чего ЭТС в этой плоскости - изотропная по магнитным свойствам. В этом случае и вдоль, и поперек, и под произвольным углом к направлению прокатки достигаются одинаково хорошие магнитные свойства, что очень важно при сложной конфигурации деталей статора и ротора электродвигателей и других электромашин [1].

1. Характеристики исследованных лент
Сплав Содержание кремния, % Технология закалки из расплава Толщина закаленных из расплава лент, мкм
1 3,9 Двухвалковая 170
2 4,0 Одновалковая 50
3 4,5 Одновалковая 50
4 4,7 Двухвалковая 170
5 5,5 Одновалковая 50

Поэтому в настоящей работе изучали влияние степени деформации в при холодной прокатке лент ЭТС, полученных закалкой из расплава, на формирование текстуры.

Исследовали пять сплавов, полученных закалкой из расплава в виде лент (табл. 1).

Структуру и текстуру определяли металлографически, в том числе методом фигур травления, и рентгенографически методами прямых и обратных полюсных фигур.

В текстуре лент ЭТС, полученных закалкой из расплава, количество составляющей (100) [Ovw] составило 20...30 %. Рассеяние плоскости (100) от идеальной ориентировки не превышало 20°. Холодная прокатка этих лент с небольшими степенями деформации устраняет разнотолщинность и заметно понижает шероховатость поверхности [7]. При этом процессы формирования текстуры прокатки не выражены. После холодной прокатки с е = 20...30 % исчезла неоднородность структуры и текстуры по толщине и длине лент; и начали активно развиваться процессы формирования текстуры прокатки. Составляющая (100) [Ovw] становится преимущественной. По мере дальнейшего увеличения степени деформации до 80 % наблюдали формирование основной составляющей (100) [Ovw] текстуры. Ее доля составила примерно 50 %.

Проведенные эксперименты по изучению влияния числа проходов при достижении заданной степени деформации на текстуру прокатки не дали положительных результатов. Образцы лент ЭТС, полученных закалкой из расплава, после однонаправленной и реверсивной прокатки при прочих равных условиях имели одинаковую структуру и текстуру прокатки.

Ранее было показано, что если в поликристаллическом материале с кубической текстурой (100) [001] средний размер зерен не менее 0,1 мм, то при прокатке формируется более совершенная кубическая составляющая текстуры деформации [8].

Поэтому с целью усиления составляющей (100) [Ovw] в текстуре в работе также исследовали текстурообразование при холодной прокатке лент с увеличенной объемной долей исходной составляющей (100) [Ovw] текстуры.

С помощью низкотемпературного предварительного отжига (НТПО) улучшили структурное и текстурное состояние сплавов (табл. 2).

2. Структура и текстура исследованных сплавов после НТПО
Сплав Средний размер зерен, мм Объемная доля составляющей (100) [Ovw] текстуры, %
2,3,5 0,12...0,13 -50
1.4 -0,09 55...60

НТПО (Т < 800 °С) увеличивает средний размер зерен и объемную долю составляющей (100)[0vw] текстуры и в то же время не переводит ленты в состояние с повышенной склонностью к хрупкому разрушению. Электронно-микроскопическое исследование структуры отожженных сплавов (800 °С, 7 ч, вакуум) показало, что какие-либо признаки упорядочения твердого раствора отсутствуют. Тем самым, ленты после НТПО сохранили достаточно высокую технологическую пластичность, позволяющую осуществить холодную прокатку с большими степенями деформации.

При последующей холодной прокатке, особенно при больших Е = 70...80 %, наблюдали формирование более сильной составляющей (100) [Ovw] текстуры. Например, если без предварительного отжига объемная доля составляющей (100) [Ovw] текстуры прокатки сплавов 2, 3 и 5 составила примерно 50 %, то после НТПО (700 °С, 1 ч, вакуум) она составила 70...75 %.

В случае сплавов 1 и 4 существенное увеличение объемной доли составляющей (100)[0vw] текстуры было достигнуто только в результате НТПО при 800 °С в течение 7 ч. Последующая холодная прокатка с s = = 60...80 % привела к росту объемной доли составляющей (100) [Ovw] текстуры прокатки до 75...85 %.

Заключение:

1. Формирование текстуры прокатки в лентах ЭТС,полученных закалкой из расплава, устойчиво к изменению технологических условий. Изменение числа проходов, необходимых для достижения заданной степени деформации, или изменение схемы прокатки с однонаправленной на реверсивную или наоборот не оказывают влияния на текстурообразование в пределах погрешности использованных методов изучения текстуры.

2. Показано, что холодная прокатка лент ЭТС, полученных закалкой из расплава, приводит к усилению составляющей (100) [Ovw] текстуры в 1,5...2,5 раза независимо от схемы закалки из расплава и режимов предварительного отжига в широком интервале температур и времени.

Литература

  1. Машиностроение. Энциклопедия. Том II - 2. Стали. Чугуны. М.: Машиностроение, 2001. С. 343-390.
  2. Стародубцев Ю.Н., Пятыгин А.И., Коробка О.В. и др.Исследование свойств микрокристаллической электротехнической стали //Электротехника. 1991, № 5. С. 67-69.
  3. Е. Vogt and G. Frommeyer. Correlation of pyrometrically measured cooling rates and microstructure of Iron - 6,3 % wt Silicon melt spin ribbons // Rapidly Solidified Materials Proc. Int. Conf., San Diego, Calif.,February 3-5, 1985. Metals Park, Ohio, 1985. P.291-296.

Г.А.НУЖДИН
Справочник. Инженерный журнал. №11, 2005, с. 15-16

Статьи партнеров