Sposób wytwarzania wyrobów stalowych o ulepszonych wlasnosciach magnetycznych i mechanicznych Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia wyrobów stalowych o ulepszonych wlasciwos¬ ciach magnetycznych i mechanicznych, a szcze¬ gólnie tasm i arkuszy blach. Wytworzony na go¬ raco wyrób jest dekapowany, przerobiony na zim¬ no dla nadania mu ostatecznych wymiarów, pod¬ dany ostatecznej obróbce cieplnej i ewentualnie przed dekapowaniem pokryty zendra wyrób jest poddany obróbce cieplnej pomiedzy 700°C i 950°C.Jak wiadomo stojany i wirniki silników syn¬ chronicznych i silników na prad staly o malych i srednich mocach sa zwykle wykonane z blach elektrotechnicznych walcowanych na zimno, albo na goraco, zawierajacych krzem jako skladnik sto¬ powy. Poniewaz w silnikach asynchronicznych o mocy do 10 kW i w silnikach na prad staly o mocy do 50 kW straty energii wystepujacej w mag¬ netycznie czynnej czesci wynosza zaledwie 8—15% calkowitych strat energii, zastosowanie w takich silnikach stali elektrotecznicznych stopowych nie Jest bardzo skuteczne. Znacznie wieksze znacze¬ nie ma zastosowanie^ stali niestopowej o wyzszej indukcyjnosci.Material taki z jednej strony jest mniej kosz¬ towny niz stal krzemowa, a z drugiej strony jego wieksza indukcyjnosc poprawia w znacznym stop¬ niu parametry techniczne silników. Wazna zaleta stali niestopowej jest magnetyczna izotropowosc polegajaca na tym, ze jej cechy magnetyczne we wszystkich kierunkach sa prawie takie same. Dru- 15 30 ga wymagana cecha jest niestarzenie sie magne¬ tyczne stali, polegajace na tym ze jej cechy magnetyczne takie jak sila koercyjna, taidukcyj- nosc magnetyczna itd, nie zmniejszaja sie w cza¬ sie dluzszego okresu pracy silników.Przygotowanie niestopowych, elektrotechnicznych tasm i blach stosowanych w stojanach i w rdze¬ niach wirników silników elektrycznych wymaga stale pokonania powaznych trudnosci techttieznjteh.Korzystne wlasciwosci magnetyczne niestopowych stali elektrotechnicznych mozna uzyskac tyBco wte¬ dy, gdy ilosc zanieczyszczen w stali, a przede wszystkim zanieczyszczen weglem i tlenefli fest bardzo mala. Ponadto wymagany jest specjalny zabieg walcowania i obróbki cieplnej dla tayska- nia wysokiej indukcyjnosci i fhozHwyctf do przy¬ jecia malych strat w stali.Produkcja stalowego materialu wejsciowego zna¬ nych niestopowych stali elektrotechnicznych wy¬ maga specjalnej starannosci, poniewaz równoczes¬ nie trzeba utrzymac we wlewkach mozliwie na najnizszym poziomie zawartosc tlenu i wegla Cho¬ ciaz z warunków równowagi wynika, ze mala za¬ wartosc wegla bedzie powodowac wieksza zawar¬ tosc tlenu. W celu zmniejszenia ilosci wtracen pro¬ dukuje sie te stale metoda konwertorowa, a dla zwiekszenia ich wlasciwosci magnetycznych dodaje sie na ogól do stali troche fosforu i/albo manganu jako skladników stopowych. Wlewek stalowy o od¬ powiednim skladzie jest nastepnie ogrzewany i na 83 6083 83 608 4 goraco walcowany do grubosci 1,8 do 2,5 mm, na¬ stepnie jest dekapowany i walcowany na ostatecz¬ na grubosc zwykle 0,5 do 1,0 mm.Ten ostatni zabieg jest zwykle wykonywany w nastepujacy sposób: blacha jest walcowana na zim¬ no na grubosc wieksza od wymiaru ostatecznego o 4 do 12%, nastepnie stal# jest wyzarzana i wal¬ cowana na wymiar ostateczny tak zwana krytyczna obróbka na zimno.Dla uzyskania wymaganych wlasciwosci magne¬ tycznych stal powinna byc wyzarzana przy wy¬ miarach ostatecznych. Niestopowa tasma stalowa poddana znanej obróbce cieplnej na przyklad przy temperaturze 750° do 780°C przez 2 godziny pod oslona gazu lub w prózni jest zbyt miekka i jej zwartosc powoduje szereg problemów przy wyci¬ naniu rdzeni zelaznych o skomplikowanych ksztal¬ tach.Mianowicie miekka tasma ulega przy wycina¬ niu znieksztalceniu, na krawedzi ciecia powstaja grady i znieksztalcenia, na skutek czego powstaja rózne trudnosci przy montazu wycietych blach w rdzenie jak równiez przy nawijaniu uzwojenia.Zmniejszaja sie takze w powaznym stopniu wlas¬ ciwosci magnetyczne wyrobu z powodu powsta¬ lych znieksztalcen.W celu unikniecia wyzej omówionych niekorzyst¬ nych zjawisk sprzedaje sie tasme z niestopowej stali elektrotechnicznej w zimnowalcowanym, twar¬ dym stanie, jako tak zwany pólfabrykat. W fabry¬ kach produkujacych silniki, z pólfabrykatów wy- walcowanych na wymiar ostateczny, lecz nie pod¬ danych obróbce cieplnej wycina sie blachy two¬ rzace rdzenie stojanów i wirników silników elek¬ trycznych o odpowiednim ksztalcie i po zmontowa¬ niu rdzenie sa zwykle poddawane obróbce cieplnej.Dla uzyskania zadanych wlasciwosci magnetycz¬ nych przeprowadza sie obróbke cieplna przy wy¬ sokich temperaturach pod oslona gazowa dla unik¬ niecia tworzenia sie zendry.Glówna ujemna cecha tego sposobu jest znacz¬ nie wyzszy koszt produkcji materialu wyjsciowego o bardzo wysokim stopniu czystosci od kosztów produkcji niestopowych tasm stalowych zwyklej jakosci. Zabezpieczenie niskiej zawartosci wegla od 0,02 do 0,03% powoduje najwiecej trudnosci.Dla zapewnienia pozadanych wlasciwosci magne¬ tycznych, wyrób wyciety na wymiar, powinien byc poddany koncowej obróbce cieplnej, a fabryki pro¬ dukujace silniki elektryczne zwykle nie posiadaja pieców do obróbki cieplnej pracujacych przy od¬ powiednich temperaturach i wyposazonych w urza¬ dzenia doprowadzajace gaz do oslony gazowej.Wiadomo równiez, ze niepozadana zawartosc wegla w stali moze byc zmniejszona nie tylko w stanie plynnym przy produkcji stali, lecz rów¬ niez w stali w stanie stalym. Wiele jest znanych sposobów na zmniejszenie zawartosci wegla w stali w stanie stalym (tak zwanych sposobów odwegla- nia). Najprostszym ze znanych sposobów jest tak zwany sposób czarnego wyzarzania, który jest w rzeczywistosci specjalna obróbka cieplna. Wedlug tego znanego sposobu poddaje sie tasme stalowa przed walcowaniem na zimno, a przewalcowana na goraco (niedekapowana) pokryta zendra, obróbce cieplnej w obecnosci powietrza o temperaturze po¬ wyzej 700°C, korzystnie przy 800°C. W tych wa¬ runkach zawartosc wegla w stali zostaje utleniona przez zawartosc tlenu w wierzchniej warstwie stali 5 (w zendrze) w sposób dotychczas niewyjasniony.Niekorzystna cecha tego sposobu jest dlugi czas odweglania, który w warunkach przemyslowych wynosi od 24 do 96 godzin. Ponadto w czasie dlu¬ gotrwalej obróbki cieplnej powierzchniowa warstwa stali wchlania wtracenia tlenu do róznych glebo¬ kosci na skutek wewnetrznego utleniania.Wedlug innego znanego sposobu odweglania, któ¬ ry stosuje sie przede wszystkim dla produkcji tasm zimno walcowanych krzemowo-stopowych dla trans¬ formatorów i pradnic, cala powierzchnie tasmy walcowanej na zimno na wymiar ostateczny i/albo na wymiar posredni o odpowiedniej grubosci wy¬ stawia sie na dzialanie odweglajacego gazu odsla¬ niajacego na przyklad zwilzonej mieszaniny wo- dorowo-azotowej, która nie utlenia stali przy tem¬ peraturach od 750° do 960°C.W tych warunkach nastepuje bardzo szybkie od- weglenie cienkich tasm. Jednak niekorzystna cecha tego sposobu jest koniecznosc wystawienia calej powierzchni tasmy na dzialanie gazu oslaniajacego dla zapewnienia skutecznego odweglenia, w zwiaz¬ ku z tym potrzebne sa dla tego sposobu kosztow¬ ne piece, o ciaglym dzialaniu, których koszty ru¬ chu sa wzglednie wysokie. Na skutek tego koszty tego sposobu powoduja podwyzszenie ceny tasm niestopowych elektrotechnicznych do granic, które nie sa do przyjecia.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wy¬ twarzania wyrobów stalowych który umozliwia zmniejszenie zawartosci wegla w niestopowych pól¬ fabrykatach stalowych (w posrednim stanie) w zwyklych urzadzeniach, przez co staje sie mozliwa produkcja niestopowych stalowych tasm i blach elektrotechnicznych o dobrej jakosci i korzystnych wlasciwosciach magnetycznych.Cel wynalazku zostal osiagniety przez opraco¬ wanie sposobu wytwarzania wyrobów stalowych w postaci tasm i arkuszy blach, który polega na tym, ze przed przeprowadzeniem obróbki cieplnej w temperaturze 700°C i 950°C naklada sie na po¬ kryta zendra powierzchnie wyrobu warstwe zasa¬ dowego wodorotlenku metalu i/albo zasadowego wodorotlenku lekkiego metalu i/albo weglanu, i/albo wodorotlenku glinu i ze obróbke cieplna przepro¬ wadza sie w dwóch etapach, przy czym podczas obróbki cieplnej doprowadza sie gaz oslaniajacy.Podstawa wynalazku jest rozeznanie mozliwosci powaznego skrócenia czasu potrzebnego na od- weglajaca obróbke cieplna (tak zwane „czarne wy¬ zarzanie") pólfabrykatów stalowych pokrytych zen¬ dra, mozliwosci unikniecia tworzenia sie wtracen tlenowych spowodowanych wewnetrznym utlenia¬ niem, jezeli na powierzchni pólfabrykatu wytworzy sie przed obróbka cieplna osad skladajacy sie z wodorotlenków albo weglanów niektórych metali.Podstawa wynalazku jest odkrycie, ze czas po¬ trzebny na wyzej omówione odweglenie moze byc jeszcze skróctfny, a jakosc otrzymanych pólfabry¬ katów moze byc jeszcze bardziej ulepszona przez wprowadzenie do pieca w czasie obróbki cieplnej 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 83 608 6 powietrza albo obojetnego gazu o wysokim punk¬ cie rosy.Podstawa wynalazku jest w koncu odkrycie, ze wlasciwosci mechaniczne i magnetyczne moga byc korzystnie ulepszone przez zastosowanie dwueta¬ powej koncowej obróbki cieplnej wyrobu wywal- cowanego na zimno na wymiar ostateczny, przy czym temperatura w drugim etapie obróbki ciepl¬ nej jest wyzsza od temperatury pierwszego etapu.W tych warunkach mozna wyprodukowac tasmy i blachy elektrotechniczne wysokiej jakosci nawet ze stali niestopowych nadajacych sie tylko do po¬ trzeb ogólnych.Sposób produkcji wyrobów stalowych, korzyst¬ nie tasm albo blach, o ulepszonych wlasciwosciach magnetycznych i mechanicznych, w którym uksztal¬ towany na goraco wyrób dekapuje sie a przero¬ biony na zimno na wymiar ostateczny, poddaje sie ostatecznej obróbce cieplnej i ewentualnie przed dekapowaniem wyrób pokryty zendra poddaje sie obróbce cieplnej pomiedzy 700°C i 950°C polega na tym, ze przed przeprowadzeniem obróbki ciepl¬ nej w temperaturze 700°C do 950°C osadza sie na powierzchni wyrobu pokrytego zendra warstwe zasadowego wodorotlenku metalu i/albo zasadowe¬ go wodorotlenku lekkiego metalu i/albo weglanu i/albo wodorotlenku glinu, koncowa obróbke cieplna przeprowadza sie w dwóch etapach, przy czym pierwszy etap obróbki cieplnej przyprowadza sie w temperaturze 350°C do 600°Cj korzystnie przy 460°C do 490°C, a drugi etap obróbki cieplnej przeprowadza sie przy temperaturze 600°C do 780°C, korzystnie przy 680°C do 76Q°C, Zgodnie z korzystnym zastosowaniem wynalazku, w czasie obróbki cieplnej wyrobu pokrytego zen¬ dra wprowadza sie do pieca powietrze albo gaz oslaniajacy o temperaturze rosy powyzej 20QC, ko¬ rzystnie powyzej 50°C.Warstwe wodorotlenku albo weglanu naklada sie przez zanurzenie wyrobu pokrytego zendra w roz¬ tworze albo w zawiesinie zawierajacej odpowiedni wodorotlenek i/albo weglan. Zgodnie z innym spo¬ sobem powlekania natryskuje sie roztwór albo za¬ wiesine na powierzchnie wyrobu, który ma byc poddany obróbce. W przypadku walcowanych tasm mozna korzystnie nalozyc warstwe roztworu lub zawiesiny przez natryskiwanie w czasie nawijania tasmy.Glówne zalety sposobu wedlug wynalazku sa na¬ stepujace: a) Mozna w bardzo znacznym stopniu zwiekszyc skutecznosc odweglania w czasie obróbki. Zawar¬ tosc wegla w tasmie stalowej moze byc zmniejszo¬ na od wartosci poczatkowej. 0,08 do 0,10%, do za¬ wartosci 0,01% albo i nizej bez przeciazania pro¬ cesu obróbki cieplnej. Zgodnie z tym niestopowe na goraco walcowane tasmy stalowe o zwyklym skladzie, wyprodukowane w zwykly sposób i pow¬ szechnie uzytkowane (jako stal konstrukcyjna) mo¬ ga byc uzyte jako produkt wyjsciowy dla produkcji niestopowych elektrotechnicznych tasm o wysokiej- jakosci. b) Staje sie mozliwym zastosowanie niestopo¬ wych, na goraco walcowanych tasm stalowych przygotowanych do ogólnego uzytku i zawieraja¬ cych zwykle zanieczyszczenia dla produkcji elektro¬ technicznych tasm stalowych. c) Nie ma potrzeby specjalnego wyposazenia, a sposób mozna zastosowac bez dodatkowych kosz- 5 tów w piecach do obróbki cieplnej, na przyklad w piecach kolpakowych bedacych praktycznie do dyspozycji we wszystkich walcowniach. d) Do produkcji niestopowych elektrotechnicznych blach stalowych mozna uzyc stali produkowanych io w zwykly sposólb i o zwyklym stopniu czystosci.Ponadto mozna w bardzo znacznym stopniu ulep¬ szyc wlasciwosci magnetyczne wyrobu koncowego, jezeli podda sie obróbce stale o wysokim stopniu czystosci, przygotowane w bardziej staranny spo- 15 sób. e) Dzieki wlasciwosciom mechanicznym wyrobu mozna doskonale wycinac blachy rdzenia o skom¬ plikowanych ksztaltach,. a w czasie obróbki wyci¬ nania zmieniaja sie tylko nieznacznie wlasciwosci 20 magnetyczne wyrobu, dzieki czemu dodatkowa ob¬ róbka gazowa pod oslona gazowa, powodujaca na ogól trudnosci w fabrykach produkujacych silniki jest zbedna.Sposób wedlug wynalazku jest w dalszym ciagu 25 opisany za pomoca nastepujacych przykladów: Przyklad 1. Próbka o grubosci 2 mm z tas¬ my stalowej walcowanej na goraco pokryta zen¬ dra, przygotowana do wyrobu zwyklej stali kon¬ strukcyjnej, zawierajaca 0,08% C, 0,36% Mn, 0,02% 30 Si, 0,027% S i 0,010% P jako zanieczyszczenia, zo¬ stala pokryta warstwa Ca(OH)2 przez zanurzenie próbki w mleku wapiennym. Gdy osad wysechl próbka byla grzana przy temperaturze 800°C przez 4 godziny w piecu muflowym o wymiarach labo- 35 ratoryjnych z elektrycznym podgrzewaniem. Obrób¬ ka cieplna zmniejsza zawartosc wegla w próbce do 0,007%, Próbke z tej samej tasmy pokryta takze zendra poddano obróbce cieplnej na takich samych warun- 40, kach, lecz bez pokrycia osadem mleka wapiennego.Obróbka cieplna zmniejsza' zawartosc wegla tylko do 0,039%.Przyklad 2. Próbke z tej samej tasmy, jaka uzyto w przykladzie 1, pokryta zendra, zanurzono 45 w roztworze zawierajacym 120 g/l NaOH i 100 g/l Al. Gdy osad wysechl, poddano próbke ta¬ kiej samej obróbce cieplnej, jaka opisano w przy¬ kladzie 1. Obróbka cieplna zmniejsza zawartosc wegla w próbce do 0,009%. 50 Przyklad 3. Próbke z tasmy o grubosci 2 mm posiadajaca taki sam sklad, jaki opisano w przy¬ kladzie 1, i posiadajaca zendre o grubosci przynaj¬ mniej 20 m^, pokryto mlekiem wapiennym tak jak opisano w przykladzie 1. Gdy osad wysechl próbka 55 byla ogrzewana przez 4 godziny w temperaturze 800°C w prózni 10-1 mm Hg. Obróbka cieplna zmniejszyla zawartosc wegla w próbce do 0,002%.Przyklad 4. Zwój tasmy o grubosci 2 mm, posiadajacy taki sam sklad, jak opisano w przy- 60 kladzie 1, zostal pokryty warstwa Ca(OH)2 bez usuwania zendry przez wielokrotne zanurzenie roz¬ luznionego zwoju w roztworze mleka wapiennego.Po wysuszeniu powleczony zwój tasmy byl pod¬ dany obróbce cieplnej przy temperaturze 800°C 65 w piecu kolpakowym, przy zapewnieniu, ze wszyst- %83«68 8 kie czesci wsadu byly ogrzewane w temperaturze 800°C przez przynajmniej trzy godziny. W czasie obróbki cieplnej wdmuchiwano pod kolpak po¬ wietrze o temperaturze rosy +50QC. Po obróbce cieplnej usunieto kolpak grzejacy i szybko ochlo¬ dzono zwoje. Szybkosc chlodzenia nie ma zasad¬ niczego znaczenia ale ze wzgledu na nastepna specjalna obróbke cieplna bardziej korzystnym jest wzglednie szybkie ochlodzenie.Nastepnie dekapowano zwoje w roztworze 15 do zWo-owym kwasu siarkowego w zwykly sposób, przewalcowano je w zwykly sposób na zimno w kilku przejsciach na grubosó ostateczna 8,79 mm.(Jezeli zachodzi potrzeba otrzymania tasmy o innej grubosci ostatecznej, wyrób moze byc walcowany na odpowiedni wymiar na pTzyklad na grubosc A,5 mm, ^,65 mm, 0,85 mm, albo 1,00 mm).Tasma pTZewalcowana na wymiar ostateczny zo¬ stala poddana obróbce cieplnej w egzotermicznym gazie oslaniajacym (na przyklad lWo H2, 10*/o C02, lO^o CO i reszta Nj) w temperaturze 475°C. Wszyst¬ kie czesci tasmy powinny byc utrzymywane w tej temperaturze przez 2 godziny. Nastepnie wklad zo¬ stal podgrzany do 696°C i utrzymywany w tej temperaturze tak dlugo, az kazda czesc tasmy przebywala w temperaturze 698PC przez 0,5 go¬ dziny.Po tej obróbce otrzymuje sie latwa do ciecia tasme o grubosci 0,70 mm. Straty w zelazie (V10) wynosza 4,3 W/kg.Wartosc indukcyjnosci tasmy (Ba) wynosi 1,67 Tesla (indukcyjnosc mierzona jest w polu o na¬ tezeniu 25 Oe).Przyklad 5. Materialem wyjsciowym jest go¬ raco walcowana tasma posiadajaca ten sam sklad, jaki jest popisany w przykladzie 1. Tasma zostala poddana w zasadzie takiej samej obróbce, jaka podano w przykladzie 4, z ta róznica, ze obróbke cieplna przeprowadzono w dwóch etapach.Zgodnie z tym tasma o grubosci 2 mm byla najn irierw walcowana na zimno w wielu przejsciach do grubosci 0,77 mm, otrzymana tasme wyzarzono w zwykly sposób przy 720°C i wyzarzona tasma zo¬ stala przewalcowana na zimno za jednym przejs¬ ciem na ostateczna grubosc 0,78 mm. Otrzymana 10 15 20 30 35 41 45 tasme poddano dwuetapowej koncowej obróbce cieplnej, takiej, jaka podano w przykladzie 4. Tas¬ ma po obróbce cieplnej ma straty w zelazie o wielkosci 0,37 W/kg i indukcyjnosci (B^) o wiel¬ kosci 1,68 Tesla.Tak otrzymana tasma jest nieco gorsza do po¬ ciecia niz tasma obrobiona w sposób podany w przykladzie 4.Przyklad 6. Tasme walcowana na goraco o grubosci 2 mm, zawierajaca 0,31*/« Si, 0,52*/t Mn, 0,0«*/o C, 0^07°/« S oraz 0,011% P jako zanieczysz¬ czenia, poddano obróbce podanej w przykladzie 4.Otrzymana tasma o grubosci ostatecznej 0,70 mm staje sie dobra do ciecia po obróbce cieplnej. Stra¬ ty w zelazie (Vn) wynosza 3,3 W/kg a indukcyj¬ nosc (B^) wynosi 1,62 Tesla. PL PL PL PL