Способ обработки анизотропной электротехнической стали
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химической обработке поверхности металлов, и может быть использовано при производстве анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов. Цель изобретения - повышение штампуемости стали и увеличения диэлектрических свойств покрытия. Способ обработки включает нанесение на поверхность стали магнийсодержащей водной суспензии, содержащей, г/л: CAO - 60,0 - 100,0 MGO 2,6 - 20,0, тальк 18,6 - 24,0, воду - остальное, а после высокотемпературного отжига при 1150°С в течение 30 ч нанесение фосфатирующего состава, содержащего, г/л: поливиниловый спирт 70,0 - 120,0, ортофосфорную кислоту 19,3 - 62,1, воду - остальное, с последующей выдержкой при 350 - 600°С в течение 5 - 60 с. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (111 (51) 5 С 23 С 22/73, 20/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛ6СТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4408313/23-02 (22) 15.02.88 (46) 23.05.90. Бюл. N 19 (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (72) М.Я.Соколовский, Ю.А.Пименов, N.Á.ÖHðëHH, А.А.Иванов, Л.Х.Певзнер, В.N.Êàâòðåâ, С.Б.Фишман и Е.А.Шалюгин (53) 621.794,62 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
- 157587,êë.Ñ 23 С 22/08, 22/78, 1963.
ТИ 188-ХЛ-13-82. Министерство черной металлургии СССР, ПМО "Уралчермет", — Свердловск, 1986. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ АНИЗОТРОПНОИ
ЭЛЕКРОТЕХНИЧЕСКИЙ СТАЛИ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химической обработке поверхности металлов, и может
Изобретение относится к металлургии, в частности к химической обработке поверхности металлов, и может быть использовано при производстве анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов.
Цель изобретения — повышение штампуемости стали и увеличение диэлектрических свойств покрытия.
Пример. Полосу анизотропной электротехнической стали марки
34 13 после холодной прокатки до конечной толщины 0,50 мм передают в агрегат обезуглероживающего отжига, где удаляют углерод и на поверхность
2 быть использовано при производстве анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов. Цель изобретения — повышение штампуемости стали и увеличение .диэлектрических свойств покрытия.
Способ обработки включает нанесение на поверхность стали магнийсодержащей водной суспензии, содержащей, г/л:
СаО 60,0-100,0; igO 2,6-20,0; тальк
18,6 — 24,0; вода остальное, а после высокотемпературного отжига при
1150 С в течение 30 ч нанесение фосфатирующего состава, содержащего, г/л: поливинлловый спирт 70,0-120,0 ортофосфорная кислота 19,3-62, 1, вода остальное,с последующей выдержкой при 350-600 С в течение 5-60 с.
2 табл. полосы наносят водную суспензию термоизоляционного покрытия, содержащую, г/л: окись кальция 92,0 окись магния
19,4; тальк 21,0. После сушки термоизоляционногс покрытия полосу, смотанную в рулон, помещают в колпаковую печь и подвергают термообработке при
1070 С в течение 30 ч в атмосфере суо хого водорода. В процессе указанной термообработки на поверхности стали формируется грунтовый слой толщиной
2 мкм, имеющий состав, мас.7:
Окись кальция 70
Окись магния 14
Тальк 16
Затем на поверхность стали с грунтовым слоем указанного состава нано1565919 сят электроllзол1п1ионный Бодный раст в р, содержащий, г/Jl; поливиниловый с 1ирт 89,3, ортофосфорная кислота
47,9 вода остальное. После нанесения
5 указанного электроизоляционного раствора осуществляют его сушку и полимернэацию при 500 С в течение 20 с, В процессе этой термообработки формируется покровный слой покрытия толщиной 2-3 мкм.
Диэлектрические свойства стали с двухслойным покрытием определяют по известной методике. Коэффициент сопротивления составляет 55 Ом-см .
Штампуемость стали определяют в соответствии со стойкостью штампов до образования заусенцев, превышающих: допуск, и составляет 8500 иэделий на один комплект штампового оборудования.
Данные, характеризующие физические свойства электротехнической стали, обработанной по предлагаемому и известному способам, приведены в табл.1 (составы 3-11 — оптимальные).
Из табл.1 видно, что уменьшение
Окиси кальция в составе суспензии ниже 60 г/л уменьшает ее содержание в
Составе грунтового слоя снижает поУ .. 30 ристость грунтового слоя и его толщину. Последнее приводит к сваркам меТалла во время высокотемпературного отжига, а низкая пористость уменьшает штампуемость стали, поскольку не обеспечивается прочность сцепления 35 покровного слоя и его втягивание в зону резания. В результате не обеспечивается хорошей "смазки" в зоне резания и резко возрастает износ штампов. Увеличение окиси кальция в сус- 40 пензии вьш1е 100 г/л приводит к увеличению ее в грунтовом слое, при этом возрастает толщина грунтового слоя и увеличивается износ штампов.
Увеличение количества талька в 45 составе суспензии выше 24,0 г/л увеличивает его содержание в грунтовом слое, ухудшает адгезию первого слоя покрытия к металлической основе и обуславливает его отслоение, Снижение 50 количества талька ниже 18,6 г/л уменьшает его содержание в грунтовом слое, увеличивает твердость покрытия и ухудшает штампуемость.
Увеличение окиси магния в суспен- 55 зии выше 20,0 г/л увеличивает ее содержание в 1рунтовом слое, снижает его пористость и увеличивает твердость, что приводит к повышению износа штампов. Уменьшение окиси магния в суспензии ниже 2,6 г/л снижает ее содержание в грунтовом слое, уме.ньшает адгезию термоизоляционного покрытия и ухудшает дизпектричаские свойства.
Увеличение количества иоливинилового спирта в электроизоляционном покровном слое более 120 г/л приводит к возрастанию его вязкости, что затрудняет его использование в промьш1ленных условиях. Снижение этого ком.1онента ниже 70 г/л вызывает формирование крайне тонкого покрытия с наличием дефектов в виде участков без покровного слоя, вследствие чего снижаются диэлектрические. свойства.
Фосфорная кислота, находящаяся в электроизоляционном составе, оказывает при формировании покровного слоя покрытия ускоряющее влияние на переход пленкообраэующего агента в нерастворимое состояние и позволяет осуществлять эту реакцию при более низких температурах. Кроме того, она способствует повышению диэлектрических свойств покрытия. При содержании ее ниже 19,3 г/л не обеспечивается формирования водостойкого покрытия с дос.таточно высокими диэлектрическими свойствами. При увеличении ее содержания выше 62,1 г/л покрытие становится гигроскопичным, снижаются его диэлектрические свойства и ухудшается товарный вид стали.
Результаты влияния температурных и временных режимов отжига и последующего отпуска согласно предлагаемому и известному способам на физические свойства анизотропной электротехнической стали представлены в табл.? (варианты 10-17 термообработки по предлагаемому способу — неоптимальные) .
Как видно из табл.2, снижение температуры высокотемпературного отжига ниже 1000 С приводит к срыву процессов формирования грунтового слоя, что обуславливает ухудшение. диэлектрических свойств покрытия. Кроме того, при температурах отжига ниже 1000 С не происходит достаточно полной рафинировки стали от вредных примесей и это ухудшает ее магнитные свойства, Увеличение температуры высoKoTpM
0 пературного отжига выше 1150 С приводит к формированию толстого грунтовоI O KO
5 15659 ничества окислов железа и крупных пор.
Это делает невозможным при последующих стадиях обработки получение качественного покровного слоя и обуславливает ухудшение штампуемости. При температуре отжига выше 1150 С также происходят сварки витков отжигаемого рулона между собой, что делает невозможным использование стали по наэначению.
При продолжительности отжига менее
20 ч грунтовый слой характеризуется значительной структурной неоднородностью и незавершенностью процессов его формирования, что приводит к низким диэлектрическим характеристикам. Наличие значительного количества остаточных вредных примесей в структуре стали снижает ее магнитные свойства.
Продолжительность высокотемпературного отжига более 40 ч не оказывает положительного влияния на структуру и свойства грунтового слоя и двухслойного покрытия, но значительно 25 снижает производительность печей высокотемпературного отжига и приводит к сваркам витков отжигаемых рулонов стали.
Термическая обработка покровного слоя при температуре ниже 350 С затрудняет отрыв гидроксильных групп от молекулярных цепей пленкообразующего вещества и замедляет процесс полимериэации. При этом получается покрытие, которое самогидратируется и сно- 35 ва переходит в жидкую фазу, снижая диэлектрические свойства.
Термическая обработка при температуре выше 600 С приводит к деструкции покрытия и его разрушению, тем самым ухудшая его диэлектрические характеристики.
Недостаточная продолжительность термообработки покровного слоя (менее 5 с) препятствует полному удале- 45 нию растворителя (воды) из покровного
19 6 слоя, что обуславливает низкие ди— электрические свойства.
Значительная продолжительность термообработки (более 60 с) приводит к сильному окислению покровного слоя покрытия, ухудшению товарного вида покрытия, к снижению его диэлектрических свойств и штампуемости, а также к снижению производительности агрегатов, где наносится покровный слой и окончательно формируется покрытие.
Таким образом, предлагаемый способ обработки электротехнической стали позволяет повысить штампуемость стали и увеличить диэлектрические свойства покрытия.
Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я
Способ обработки анизотропной электротехнической стали, включающий нанесение на ее поверхность магнийсодержащей водной суспензии с последующим высокотемпературным отжигом и нанесение фосфатирующего состава с,последующей термообработкой, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения штампуемости стали и увеличения диэлектрических свойств покрытия, на поверхность стали наносят магнийсодержащую водную суспензию, содержащую, г/л:
Сао 60, 0-100,0
I1g0 2,6-20,0
Тальк 18,6-24,0
Вода Остальное высокотемпературный отжиг ведут при температуре 1150 С в течение .30 ч, после чего наносят фосфатирующий состав, содержащий, г/л:
Поливиниловый спирт 7,0-120,0
Ортофосфорная кислота 19ю3-62>!
Вода Остальное с последующей выдержкой при 350600 С в течение 5-60 с.
1565919 л и ц, 1
Т а б!
Среднее !Примечание
Состав суспенэии
Фк г/л
Коэффициент электСостав покровного раствора, г/л
СОстав покрытйя стали число ударов штампа между переточкаТальк
Мео
СаО росопротивН Р04
1!оливиниловы спирт ления, Ом см ми, тыс. к+«
550
10,0
0,3
120
90,3 — 15,4
1,5
3,5
68,0 14,0 18,8
3,0
5,5
0,5
5 0
100,0 38,9
Сварка металла при
КТО
Отслоение
10 покрытия
Гигроскопичное покрытие
68,5 9,2 23,2
70,5
63,5
6,5
98,5 19,9 18,8
77,2 10,/ 19,3
18,1
19,7
118,3
121,5
5,0
8,0
19
Ухудшение техно 1огичности нанесения покрытия
98,5 18,3 ?3,2
4,5
68,7 61,4
Режимы ВТО: температура 1150 С в течение ЗО ч; термообработка поа кровного слоя: 850 С в течение 120 с. кк
Остальное в составах суспензий и растворов — вода.
Состав покровного раствора дополнительно содержит 58 г/л гидроокиси к«к ал кФ 1 и н и я °
«кк«, "" Режим ВТО: температура 1070 С, продолжительность 30 ч, термообработЮ ка покровного слоя раствора; температура 500 С, продолжите11ьность
20 с °
Известный
2
Однослойный
2
Предлагае- ««ФФ
МЬ1й
2
4
6
8
l0
11
12
13
14
16
92,0 19,4 21,0
60,0 19,3 22,4
100,0 10,5 2.1,1
100,0 2,6 22,8
62,0 20,0 18,8
98,8 19,8 18,6
68,0 8,0 24,0
67,0 11,0 22,0
65,0 15,0 20,0
62,0 20,0 18,8
67,0 11 0 22,0
58,0 19,0 23,0
101,6 11,8 20,0
98,6 1,3 23,5
61,3 21,5 18,8
98,3 19,7 17, 1
63,0 13,2 25,4
89,3
95,0
102,4
106,6
101,9
94,2
83,3
70,0
120,0
117,5
71,4
100,0
95,0
78,5
85,9
82,1
79,7
47,9
42,8
35,3
32,3
37,4
41,1 и9,3
57,2
19,8
19,3
62,1
38,9
42,8
55,9
48,5
50,9
54,2
S,5
7,0
8,0
10,0
6,0
6,0
8,0
6 5
7,0
6,0
6,5
4,5
5 0
5,0
4,0
4,5
6,0
1565919
Таблица2
Примечание
Среднее число
Термообработка слоя суспензии
Еоэффициент
Термообработка покровного слоя раствора
Термообработка по способу электросопротивударов шгампа
Пр одолжиТемпеТемпеИродолжительления, Ом. см2 тельность, Ч между переточратура, ОС ратура, оС ность, ч ками, тыс.
850 120
10,0
1,5
1150
500
1200
50 50
40 12
1040
510
3,5
41
500
6,0
30 20
1100
340
1090
8 5
620
3,0
1050
1070
520
9,0
1090
500
30.
На первой стадии обработки используют водную суспензию, содержащую
120 г/л igO. Для формирования покровного слоя покрытия используют водный раствор, содержащий, г/л: ортофосфорная кислота 550, гидроокись алюминия 58.
44На первой стадии обработки используют водную суспензию, содержащую, q/ë: СаО 92,0, NgO 19,4 тальк 21,0. Для формирования покровного слоя покрытия используют водный раствор, содержащий, г/л: полнвиниловый спирт 89,3, ортофосфорная кислота 47,9.
Известный
Предлагаемый""
2
4
6
8
10
950
32
29
28
36
510
8,5
9,0
7,5
8,0
8,0
8 5
8,0
7,5
8,0
4,0
Ухудшение магнитных свойств стали
Сварка металла при ВТО
Ухудшение магнитных свойств стали
Сварка металла при ВТО
Гигроскопичное покрытие
Разрушение покрытия
Гигроскопичное покрытие
Разрушение покрытия
