Текстурованная трансформаторная сталь

Важным примером промышленного материала, в котором текстура рекристаллизации полезна, может служить трансформаторная сталь. Стальной лист в сердечнике трансформатора непрерывно перемагничивается. Около 0,4% общего расхода электроэнергии теряется на нагревание сердечников трансформаторов.

Высокий к. п. д. трансформаторов обеспечивается минимальными потерями на перемагничивание вдоль направления магнитопровода.

Трансформаторная сталь содержит 2,8 — 3,5% Si и минимально возможное количество углерода. Магнитные свойства монокристалла кремнистого железа сильно анизотропны. В нем так же, как и в чистом железе, ребро куба <100> является направлением наиболее легкого намагничивания, а пространственная диагональ куба <111> — направлением наиболее трудного намагничивания. В монокристалле кремнистого феррита максимальная магнитная проницаемость μmax вдоль направления <100> в тридцать раз больше, чем вдоль направления <111>.


Кривые намагничивания

Кривые намагничивания

Кривые намагничивания вдоль разных кристаллографических направлений
монокристалла трансформаторной стали (Вильяме).


С середины 30-х годов начали разрабатывать технологию получения трансформаторной стали с резко выраженной текстурой рекристаллизации, которая обеспечивает наиболее высокую магнитную проницаемость в направлении прокатки и минимальные потери на гистерезис, при этом ухудшаются магнитные свойства в других направлениях. Магнитопровод из текстурованной стали изготовляют так, что направление прокатки листа совпадает с направлением магнитного потока.

В настоящее время промышленность все в больших масштабах производит холоднокатаную трансформаторную сталь с ребровой текстурой {110} <100>, называемой текстурой Госса.

В СССР — это стали марок ЭЗ10, Э320 и др.

При ребровой текстуре ребро куба <100>, т. е. направление самого легкого намагничивания, параллельно направлению прокатки, а плоскость ромбического додекаэдра {110} параллельна плоскости проката. Направление трудного намагничивания <111> находится под углом 54,7° к направлению прокатки, а направление промежуточного намагничивания <110> — поперек прокатки.


Ориентация кристаллографических осей

Ориентация кристаллографических осей

Ориентация кристаллографических осей относительно направления
прокатки в трансформаторной стали с ребровой текстурой
(Бозорт).


Получение промышленного листа толщиной 0,2 — 0,5 мм с ребровой текстурой — сложный технологический процесс. Он включает горячую прокатку, две холодные прокатки с промежуточным отжигом, отжиг (~ 800 °С) после второй холодной прокатки и, наконец, высокотемпературный длительный отжиг (~ 1100 °С) в сухом водороде.

При первом отжиге проходит первичная рекристаллизация, создающая текстуру, один из компонентов которой {110} <110>. Рекристаллизованная матрица стабилизирована дисперсными частицами нитрида кремния, сульфида марганца и другими соединениями, образованными примесями.

При окончательном высокотемпературном отжиге в стабилизированной матрице развивается вторичная рекристаллизация с преимущественным ростом зерен, имеющих ориентацию {110} <100>. В очень чистом сплаве железа с кремнием рекристаллизованная матрица не стабилизирована и ребровая текстура не создается.

Холоднокатаные трансформаторные стали с ребровой текстурой постепенно вытесняют изотропные горячекатаные. Их применение позволяет уменьшить вес и габариты мощных трансформаторов на 20 — 25% и сильно снижает потери электроэнергии в народном хозяйстве.

Еще более высокие магнитные характеристики присущи магнии топроводам из стали с кубической текстурой {100} <001>, когда параллельно плоскости прокатки рекристаллизованные зерна устанавливаются плоскостью {100}, а параллельно направлению прокатки и поперек нее — направлением <001 >.

В такой стали в отличие от стали с ребровой текстурой направление легкого намагничивания лежит в плоскости прокатки вдоль и поперек катаной полосы. Кубическую текстуру в трансформаторной стали получают в лентах толщиной около 0,04 мм, т. е. на порядок более тонких, чем при получении ребровой текстуры.

Кубическая текстура возникает при вторичной рекристаллизации:
в матрице, стабилизированной «эффектом толщины», предпочтительно растут зерна, которые выходят на поверхность проката гранями {100}, имеющими (в присутствии кислорода в атмосфере печи) наименьшую поверхностную энергию.

Режимы обработки для стабильного получения в больших промышленных масштабах кубической текстуры в трансформаторной стали изучены еще недостаточно и находятся в стадии интенсивных исследований.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Рекристаллизационный отжиг

Рекристаллизационный отжиг подразделяют на полный, неполный и текстурирующий. Полный рекристаллизационный отжиг, обычно называемый просто рекристаллизационным — одна из наиболее широко применяемых операций термообработки. Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную (выходную) термическую…

Оптимальный режим рекристаллизационного отжига

Оптимальный режим отжига можно выбрать по графикам температурной зависимости свойств (смотрите Влияние температуры отжига и Влияние температуры часового отжига). Так, для восстановления пластичности меди можно рекомендовать часовой отжиг при 500 — 700 °С (смотрите Влияние температуры часового отжига). Верхняя температурная граница отжига выбрана ниже температуры перегрева (~800 °С), а нижняя — с некоторым превышением tкp…

Выбор режимов дорекристаллизационного и рекристаллизационного отжига

Основные параметры отжига наклепанных металлов и сплавов — температура и продолжительность. Они определяют характер и полноту структурных изменений при отжиге, а также свойства металла и сплава после отжига. В отдельных случаях, которые будут рассмотрены ниже, важную роль играют также скорость нагрева до температуры отжига и скорость охлаждения с этой температуры. Режим отжига каждого металла и…

Фестонистость

Наибольший вред текстура рекристаллизации приносит в том случае, когда листы или ленты предназначаются для глубокой вытяжки. Холоднокатаный лист или ленту перед штамповкой отжигают. Если при отжиге возникает достаточно совершенная текстура рекристаллизации, то лист становится анизотропным. В этом легко убедиться, вырезая плоские образцы для растяжения под разным углом к направлению прокатки. Схема вырезки разрывных образцов Схема…

Упрочнение при дорекристаллизационном отжиге

Давно было замечено, что при низкотемпературном отжиге некоторых металлов и сплавов до начала рекристаллизации значительно повышаются твердость, предел прочности и особенно пределы текучести и упругости. У каждого из таких материалов имеется своя оптимальная температура отжига, при которой упрочнение максимально. Максимальный прирост предела упругости (Δσ/σ ) после дорекристаллизационного получасового отжига при оптимальной температуре (tопт) (Э. Н….