OPIS PATENTOWY. Zgłoszono: (P ) Pierwszeństwo: Japonia. Zgłoszenie ogłoszono:

Transkrypt

1 LSKA flzezslita LUDWA IS ATETWY atent dodatkowy do patentu nr pis patentowy przedrukowano ze względu ni zauważone błędy URZĄD ATETWT RL Zgłoszono: ( ) ierwszeństwo: Japonia Zgłoszenie ogłoszono: pis patentowy opublikowano: Int. l /32 21D 1/78 ZYTELIA Urrędu atentowego Mmtj feec?.rmpi,i,.aj Ludowij Twórca wynalazku Uprawniony z patentu: ippon Steel orporation, Tokio (Japonia) Sposób wytwarzania nieorientowanej, żelaznej blachy elektrotechnicznej rzedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nieorientowanej żelaznej blachy elektrotechnicznej. Żelazna blacha elektrotechniczna w postaci materiału miękkiego magnetycznie występuje w następujących ro dzajach; ziarniście orientowana blacha ze stali krzemowej, posiadająca przelcfystalizowaną strukturę orientowaną, o- pisaną krystalograficznie jako (1) (001), w której płasz czyzna (1) znajduje się na płaszczyźnie walcowania, a ukierunkowanie (001) jest usytuowane w kierunku walcowania, ponadto orientowana blacha ze stali krzemo wej o strukturze przskrystalizowanej, w której nie wystę puje orientowanie, oraz materiał magnetyczny o skrajnie niskiej zawartości węgla, nie zawierający wcale krzemu lub bardzo małe jego ilości. Wymienione blachy elektrotechniczne są stosowane jako żelazne rdzenie urządzeń elektrotechnicznych i tym podo bnych, zgodnie z ich odpowiednimi właściwościami. rzykładowo, ziarniście orientowana blacha krzemowa jest powszechnie stosowana do transformatorów i silników elektrycznych! o dużej pojemności, ze względu na jej znako mite właściwości magnetyczne ponieważ jest ona bardzo łatwo magnesowalna w kierunku walcowania, to znaczy w kierunku (001), wartość strat magnetycznych jest bardzo mała a przenikalność duża. Z drugiej strony, nieorientowana blacha ze stalikrzemowej jest stosowana do silników elektrycznych o małych wymia rach, do przekaźników i tym podobnych, gdzie zwiększenie sprawności może być dokonane kosztem obrabialności, chociaż jest ona trochę gorsza jakościowo w porównaniu z ziarniście orientowaną blachą ze stalikrzemowej pod wzglę dem własności magnetycznych. Materiał magnetyczny o skrajnie niskiej zawartości węgla jest natomiast stosowany powszechnie do silników elektrycznych prądu stałego o małych wymiarach, do silników elektrycznych w przyrzą- 5 dach gospodarstwa domowego i tym podobnych, ponieważ tego rodzaju materiał posiada odpowiednie własności ma-, gnetycine, a jego koszty wytwarzania są niskie. ' gólnie, w przypadku tak zwanego skrajnie niskowęglowego materiału magnetycznego, w którym zawartość krzemu jest poniżej 2 %, stosuje się dodatek dla polepsze nia właściwości magnetycznych. olepszanie właściwości magnetycznych uzyskuje się przez powodowanie wydzielania A1, jednakże sfcuteczna ilość dodatku powinna wynosić więcej niż 0,1 %. W kon- 15 sekwencji rośnie cena skrajnie niskowęglowego materiału magnetycznego, posiadającego pożądane właściwości ma gnetyczne. Z drugiej strony, w przypadku skrajnie nisko węglowego materiału magnetycznego, gdy zawartość jest mniejsza niż 0,1%, wówczas temperatura wydzielania 20 A1, spada, wydzielona faza staje się drobniejsza, i wyraźnie ulega pogorszeniu wielkość strat rdzeniowych. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr znany jest sposób wytwarzania pasów nieorientowanej blachy ze stali krzemowej zawierającej od 2,9 do 3,4% 25 krzemu, od śladu do 0,06% węgla,0,03 do 0,1 % manganu,. do 0,03% siarki, do 0,02% fosforu, 0,03 do 0,9% miedzi, do 0,2% niklu i żelazo wyrównawcze, polegający na ogrze waniu wlewka ze stali krzemowej w temperaturze ponad 1260, następnie na^ walcowaniu na gorąco, usuwaniu 30 zgorzeliny, następnie pierwszym walcowaniu na zimno

2 3 na grubość 1,3 do 2,5-krotności grubości finalnej produktu, wyżarzaniu walcowanego na zimno pasa blachy w tempera turze pomiędzy 870 a, drugim walcowaniu na zimno otrzymanego pasa na grubość przekraczającą finalną grubość produktu od 2 do 12 %, żarzeniu normalizu jącym otrzymanego w ten sposób pasa w temperaturze pomiędzy 760 a 843, walcowaniu odpuszczającym normalizowanej stali dla uzyskania zgniotu od około 2 do 12% dla uzyskania grubości finalnej produktu, oraz od prężaniu otrzymanej stali w temperaturze nie większej niż 927 i w okresie czasu nie dłuższym niż 5 minut. statnio został opublikowany sposób polepszania włas ności magnetycznych blachy przez dodawanie do stali W procesie wytwarzania ziarniście ukierunkowanej blachy ze stali krzemowej, zawierającej krzem i aluminium. Sposób ten został opublikowany w japońskim opisie paten towym nr /77 lub 12613/77. W przypadku rozwiązań według przytoczonych publi kacji, jako pomocniczy przy uzyskiwaniu jednokierunkowej blachy ze stali krzemowej o doskonałych własnościach magnetycznych, posiadającej orientowaną strukturę zbio rową ziaren krystalicznych, opisaną wskaźnikami (1) (001) według Indeksu Millera, jest traktowany dodatek do stali boru. W zasadzie, polepszenie właściwości magnetycznych ziarniście orientowanej blachy ze stali krzemowej, poprzez dodatek tworzy tak zwaną blachę ze stali krzemowej, która zawiera krzem w ilości większej niż 2,2% a mniejszej niż 4,5%, materiałem podatnym do obróbki, i pomaga przy tworzeniu struktury zbiorczej (1) (001) poprzez przyspieszenie rekrystalizacji wtórnej podczas wyżarzania końcowego. elem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania nieorientowanej, żelaznej blachy elektrotechnicznej, po siadającej bardzo dobre własności magnetyczne, zwłaszcza ze względu na straty rdzeniowe, przy jednoczesnych nis kich kosztach wytwarzania. Sposób wytwarzania nieorientowanej, żelaznej blachy elektrotechnicznej według wynalazku charakteryzuje się tym, że walcuje się na gorąco w temperaturze od 1150 do 1330 stalowe kęsisko ze stopu o zawartości zasadniczo od śladu do 0,065 %, od śladu do 0,%, od śladu do 2% i od śladu do 0,020% oraz* i w stosunku zawartości / mieszczącym się w zakresie od 0,50 do 2,50, przy czym zawartość wynosi od śladu do 0,00%, ą resztę składu stopu stanowi Fe i nieuniknione zanieczysz czenia, a następnie jeden lub kilka razy walcuje się na go rąco i na zimno rozwalcowany arkusz dla otrzymania od powiedniej grubości końcowej, i wreszcie wyżarza się po nownie w temperaturze od 700 do 850 tak uzyskany arkusz blachy walcowanej na zimno, mający pożądaną grubośćkońcową. dmiana sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że ogrzewa się do temperatury 1200 stalowe ^kęsisko ze stopu o zawartości %, 0,31%, 0,025%, 0,0030%, 6%, %, a resztę stanowi Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, następnie walcuje się na gorąco w temperaturze od 1150 do 1330 stalowe kęsisko dla uformowania arkusza o grubości 2,7 mm, po czym walcuje się na zimno ten przewalcowany na gorąco arkusz dla otrzymania walcowanego na zimno arkusza o grubości 0,5 mm po wytrawieniu, a następnie tak przygoto wany arkusz poddaje się wyżarzaniu ciągłemu w temperaturze^750 przez 60 sekund.. astępna odmiana sposobu według wynalazku charakte- ryzuje się tym, że ogrzewa się do temperatury 1200 stalowe kęsisko o zawartości %. 0,73 %, 0,018 %, 3%, 0,0021 %, 0,0022% a resztę stanowi Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, następnie walcuje się 5 na gorąco w temperaturze od 1150 do 1330 stalowe kęsisko dla uformowania arkusza o grubości 2,3 mm, po czym walcuje się na zimno ten przewalcowany na gorąco arkusz dla otrzymania walcowanego na zimno arkusza o grubości 0,5 mm po wytrawieniu, a następnie tak przygoto wany arkusz poddaje się wyżarzaniu ciągłemu w tempera turze 775 przez 60 sekund i ponownemu wyżarzaniu w zakresie temperaturod 750 do 800 przez 2 godziny. Stale, używane jako materiał magnetyczny blachy wy twarzanej sposobem według wynalazku, są przygotowywane 15 przez topienie w piecach do świeżenia, takich jakkonwertory, piece elektiyczne i tym podobne, a następnie oczyszczane w próżniowych piecach do świeżenia, tak że zawartość węgla może być zmniejszona do ilości mniej niż 0,065%, po czym dodaje się do nich krzem, bor i tym podobne 20 pierwiastki według potrzeby, i reguluje się skład stalowego kęsiska, jak podano w dalszej części opisu. dnośnie składu stalowego kęsiska, ilość jest ograni czona do poniżej 0,065 %, ąkorzystnie nie więcej niż 0,015 %. onieważ wartość w stali wywiera niekorzystny wpływ 25 na jej właściwości magnetyczne, zatem stalowe kęsisko jest zwykle odwęglane przy wyżarzaniu wykańczającym, chociaż obróbka odwęglająca jest czasami pomijana ze względu na właściwości lub zastosowanie wyrobu. Jednakże, jeżeli zawartość węgla przekracza podane powyżej granice, 30 wówczas staje się trudne dostateczne odwęglenie przy wyżarzaniu wykańczającym i musi trwać długo dla uzyskania pożądanego stopnia odwęglenia. wynosi zwykle*więcej niż 2,2% dla polep szenia właściwości magnetycznych blach ze stali magnetycz- 35 nej wysokiej jakości, lecz według niniejszego wynalazku nie występuje wcale lub w ilości mniejszej niż 2 %, ponieważ wynalazek dotyczy wytwarzania taniej blachy. Do odtleniania stali jest stosowane, jednakże nie powinno ono występować w ilości większej niż 0,%. Gdy zawartość 40 wynosi ponad 0,%, wówczas nie tylko rosną koszty, co jest sprzeczne z celem wynalazku, lecz również nie można uzyskać właściwego skutku dodatku boru. Tlen pogarsza właściwości magnetyczne, a ponadto powoduje zbędne zużycie boru. Z tego powodu zawartość tlenu powinna być 45 regulowana do mniej niż 0,020%, a korzystnie nie więcej niż %. boru według wynalazku powinna być wyrównoważona w pewnym zakresie z ilością azotu zawartego w stali, to znaczy zawartość boru ma mieścić się w zakresie od 0,50 50 do 2,50, a korzystnie 0,65 do 1,50 jako stosunek zawartości boru do zawartości azotu /. Jeżeli stosunek / wynosi poniżej 0,50, wówczas nie uzyska się żadnego skutku do datku boru, a mianowicie uzyskania korzystnego poziomu strat rdzeniowych po wyżarzaniu wykańczającym i ponow- 55 nym wyżarzaniu. Z drugiej strony, gdy stosunek / jest wyższy niż 2,50, wówczas nie można uzyskać polepszenia właściwości magnetycznych proporcjonalnie do dodatku boru jedy nym wynikiem jest tylko wzrost ceny. onadto pogarszają 50 się wówczas własności mechaniczne. azotu w stali musi być ograniczona do ilości nie większej niż 0,00 %, a korzystnie nie większej niż 5 %. Stal przygotowana w piecu do świeżenia dla uzyskania. składu opisanego powyżej, jest następnie odlewana dla $5 otrzymania stalowych kęsisk w ciągłym procesie odlewania 4

3 lub odlewana do formy dla otrzymania stalowych, wlewków, które są następnie zgniatane do postaci stalowych kęsisk. Stalowe kęsiska są następnie walcowane na gorąco do po średniego wymiaru grubości. ie ma potrzeby nakładania specjalnych wymagań odnośnie walcowania na gorąco, które może być przeprowadzane w tych samych warunkach co zwykłe kęsiska stalowe. rzykładowo, kęsiska są ogrzewa ne do temperatury w zakresie od 1150 do 1330 i walco wane. Uzyskane w ten sposób, walcowane na gorąco arkusze blachy są trawione a następnie poddawane jednemu lub kilku walcowaniom na zimno przy zastosowaniu pomiędzy walcowaniami wyżarzania pośredniego, dla uzyskania końcowej grubości. rzewalcowane na zimno stalowe wyżarzaniu pomiaru własności magnetycznych są zesta wione w Tablicy 2. znaczenie Wis/* oznacza straty rdzeniowe przy częstotliwości 30 Hz i indukcji magnetycz nej prądu zmiennego, wynoszącej 1,5 T, Wio/30 straty rdzeniowe przy częstotliwości 50 Hz i indukcji magnetycz nej 1,0 T, zaś 2s indukcję magnetyczną generowaną w żelaznym rdzeniu przy natężeniu pola magnetycznego, wynoszącym 1990 A/m, a 5o przy natężeniu wynoszą cym 3980 A/m. Żelazna blacha elektrotechniczna A, uzyskana sposobem według wynalazku, wykazuje doskonałe właściwości mag netyczne, pomimo zawartości 0,025, w porównaniu z własnościami magnetycznymi konwencjonalnej blachy j Tablica 1 uzupełniających s lacha według wynalazku A 1 lacha konwencjonalna 1 c.d. A 0,0002 0,31 0,30 / 1,33 arkusze, mające odpowiednią grubość końcową, są nastę pnie wyżarzane. pisane powyżej wyżarzanie może służyć jednocześnie jako znane wyżarzanie odprężające. Z tego względu tempera tura wyżarzania leży w zakresie od 700 do 850, a ko rzystnie około 800. Rodzaj atmosfery nie nakłada spe- 30 cjalnych wymagań. Uzyskana sposobem według wynalazku nieorientowana blacha elektrotechniczna wykazuje znakomity poziom strat rdzeniowych przy wyżarzaniu wykańczającym. rzedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykła- 35 dach wykonania i na podstawie rysunku, który przedstawia ' wzajemną zależność temperatury ponownego wyżarzania i wartości strat rdzeniowych^ rzedstawiony na rysunku wykres dotyczy jednego przykładu wykonania blachystalowej, zawierającej 0,80J^. 40 ś X na rysunku odnosi się do temperatury wyżarzania, zaś osy odnosi się do temperatury ponownego wyżarzania. Linia ciągła odnosi się do blachy według wynalazku, zaś linia przerywana do blachy konwencjonalnej. Jak przedstawiono na rysunku, blacha według wynalazku 45 wykazuje niższy poziom strat rdzeniowych niż odpowiedni poziomi strat rdzeniowych blachy konwencjonalnej w ca- ^ łym zakresie temperaturowym wyżarzania, oraz bardzo dobry poziom strat rdzeniowych w zakresie temperatur niższych. 50 rzykład I. lacha elektrotechniczna A według wynalazku ze stopu o składzie uzupełniających.. (poza żelazem) jak pokazano w Tablicy 1, została wytwo rzona ze stalowego kęsiska, które zostało przygotowane 55 przez stopienie w konwertorze, oczyszczenie w próżnio wym naczyniu odgazowywującym, odlanie w procesie odlewania ciągłego, następnie ogrzanie do 1200 w piec*i ogrzewczym, rozwalcowanie na gorąco na grubość 2,7 mm a następnie przewalcowanie na zimno do grubości 0,5 mm q po wytrawieniu. Uzyskany w ten sposób walcowany na zimno arkusz był poddany wyżarzaniu ciągłemu w tempera turze 750 przez 60 sekund. Wyniki wykonanego po tym 0,19 0,22 0,016 '0,020 lacha wg wyna lazku Ą 1 lacha konwen- cjonalna 0,007 0,003 0,0025 Tablica 2 Wio/'* 3,58 4,91 Wis/" 7,67,53 0,025 0, ,67 1, ,76 rzykład II. Stalowe kęsisko o składzie pierwiast ków uzupełniających przedstawionym w Tablicy 3 dla bla chy według wynalazku, zostało przygotowane poprzez stopienie w konwertorze, oczyszczenie w próżniowym naczyniu odgazowywującym, odlanie w procesie odlewania ciągłego, ogrzanie do 1200 w piecu do odlewania ciągłego, a następnie rozwalcowanie na gorąco na* grubość 2,3 mm. Uzyskany tym sposobem rozwalcowany na gorąco arkusz poddano walcowaniu na zimno na grubość 0,5 mm po wy trawieniu. astępnie, walcowany na zimno arkusz blachy poddano wyżarzaniu wykańczającemu w piecu ciągłym w warunkach 775 przez 60 sekund, po czym poddano go ponownemu wyżarzaniu przez 2 godziny jako odpowiednio czas przetrzymywania przy 750 i 300. Wyniki pomiaru własności magnetycznych obrobionego w ten sposób arkusza blachy zestawiono w tablicy 4. o wyżarzaniu wykańczającym onowne wyża rzanie (750 ) I onowne wyża- rzanie (800 ) Tablica 4 lacha wg wynalazku W15/" 7,00 4,45 4,09 5o 1,70 1,70 lacha kon wencjonalna D W«/" 7,43 5,05 4,55 5ó 1,72 1,71

4 ' Tabllca 3 uzupełniających S / lacha wg wynalazku lacha konwencjonalna D 0,73 0,78 0,16 0,21 0,026 0,018 0,0021 0,0030 0,018 0, ,0022 0,0003 1,05 Tabl ica 5 uzupełniających S / lacha wg wynalazku E lacha konwencjonalna F 1,66 1,63 0,27 0,25 0,029 0,020 0,007 0,008 0,0027 0,0025 0,0023 0,285 0,0031 0,0029 0,0020 0,74. Tablica 6 ' lacha wg wynalazku lacha konwencjonalna F Wio/" 2,06 2,13 WM/» 4,60 4,78 lacha według wynalazku wykazuje korzystniejszą wartość strat rdzeniowych w porównaniu z konwencjonal ną blachą D we wszystkich przypadkach obróbki na gorąco. Tym samym blacha według wynalazku wykazuje korzystny poziom strat rdzeniowych pomimo niedużych kosztów wytwarzania, ponieważ zostało użyte tylko do odlewania. (znaczenie W15/50 dotyczy wielkości strat rdzeniowych przy częstotliwości 50 Hz i indukcji magnetycznej prądu zmiennego, wynoszącej 1,5 T.) rzy zastosowaniu sposobu według wynalazku jest mo żliwe uzyskiwanie blachy żelaznej o doskonałym praktycz nym-poziomie strat rdzeniowych poprzez ponowne wyża rzanie w niskiej temperaturze, uzależnionych w niewielkim stopniu od temperatury ponownego wyżarzania, jak u- widoczniono na rysunku, przy czym dopuszczalny zakres temperatur, obróbki jest wysoki, a postępowanie łatwe, przez co otrzymuje się wyroby o właściwościach stabilnych. onadto fakt, że doskonały poziom strat rdzeniowych może być uzyskany przy obróbce na gorąco w niskiej temperatu rze, jak wspomniano powyżej, pociąga za sobą dalsze ko rzyści; mianowicie oszczędność energii oraz niewystępo wanie tego rodzaju problemów jak sklejanie i łuszczenie się wierzchniej warstwy blachy; co ma często miejsce przy obróbce na gorąco w wysokiej temperaturze. rzykład III. Żelazna blacha E według wynalazku i blacha konwencjonalna F o składzie uzupeł niających przedstawionym w Tablicy 5, zostały wykonane ze stalowych kęsisk, które stopiono w konwertorze, oczysz czono w próżniowym naczyniu'odgazowywującym i odlano w procesie odlewania ciągłego, a następnie ogrzano do 1200 w piecu ogrzewczym, po czym przewalcowano je na gorąco do grubości 2,3 mm. Tak uzyskane arkusze były następnie walcowane na zimno do grubości 0,5 mm po wytrawieniu. astępnie, przewalcowane na zimno arkusze były poddane wyżarzaniu odwęglającemu w piecu odwęglającym w warunkach 775 przez 60 sekund i przy stosunku HiÓ/H2» 0,30 atmosfery utleniającej. dwęgfone arkusze zostały następnie poddane wyżarzaniu rekrystalizującemu w warunkach 900 przez 30 sekund ;s 1,59 1 1,58 5o 1,68 1,67 Stosunek pogarszania się jakości wskutek starzenia (150, 00 godz.) 1 0,5% 0,7% zaś wyniki pomiaru właściwości magnetycznych tych arkuszy są zestawione w ta>'icy 5. - lacha według wynalazku wykazuje lepsze właściwości magnetyczne w porównaniu z blachą konwencjonalną F pomimo niskiej irv..irtości, to jest mniej niż 1/ zawartości. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania nieorientowanej, żelaznej blachy elektrotechnicznej, znamienny tym, że walcuje się na gorąco w teraperaturze od 1150 do 1330 stalowe kę sisko ze stopu o zawartości zasadniczo do 0,065 %, do 0, %, do 2 % i do 0,020 % oraz i w stosunku zawartości / mieszczącym się w zakresie ód 0,50 do 2,50 przy czym zawartość wynosi do 0,00 %, a resztę składu stopu stanowi Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, a następ nie jeden lub kilka razy walcuje się na gorąco i na zimno rozwalcowany arkusz dla otrzymania odpowiedniej grubości końcowej, po czym wyżarza się ponownie w temperaturze od 700 do 850^. 2. Sposób wytwarzania nieorientowanej, żelaznej blachy elektrotechnicznej, znamienny tym, że ogrzewa się do temperatury 1200 stalowe kęsisko ze stopu o zawartości %, 0,3i%, 0,025%, 0,0030 %, 6%, %, a resztę stanowi Fe i nieuniknione zanieczyszcze nia, następnie walcuje się na gorąco w temperaturze od 1150 do 1330 stalowe kęsisko dla uformowania arkusza ó grubości 2,7 mm, po czym walcuje się ńa zimno przewalcowany na gorąco aikusz do grubości 0,5 mm po wytrawieniu, a następnie tak przygotowany arkusz poddaje się wyżarza niu ciągłemu W temperaturze 750 przez 60 sekund. 3. Sposób wytwarzania nieorientowanej, żelaznej blachy elektrotechnicznej, znamienny tym, że ogrzewa się do temperatury 1200 stalowekęsisko o zawartości %, 0,73 %, 0*016 %-, 3 %, 0,0021 %, 0,0022% a resztę stanowi Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, nastę-

5 pnie walcuje się na gorąco w temperaturze od 1150 do 1330 stalowe kęsisko dla uformowania arkusza o grubości 2,3 mm, po czym walcuje się na zimno przewalcowany na gorąco arkusz do grubości 0,5 mm po wytrawieniu, a nastę- pnie tak przygotowany arkusz poddaje się wyżarzaniu ciągłemu w temperaturze 775 przez 60 sekund i ponow nemu wyżarzaniu w zakresie temperatur od 750 do 800 przez 2 godziny. watykg 4 Wl^,ol 4.8 ^ to o ' , 825