Влияние обработки холодом на диффузионные процессы выделения и роста дисперсной фазы в нелегированной электротехнической стали

Влияние обработки холодом на диффузионные процессы выделения и роста дисперсной фазы в нелегированной электротехнической стали

В работах [1,2] установлено, что обработка нелегированной ЭТС глубоким холодом путем закалки образцов в жидком азоте с температуры отжига и последующий отжиг приводит к снижению удельных магнитных потерь Р1.5/50 на ≈ 20%, сопровождаемому коалесценцией дисперсной фазы металла.

Поэтому поставлена задача детально исследовать диффузионные процессы, протекающие в стали при обработке холодом, установить механизмы коалесценции и разработать научные основы управления этими процессами.

Дальнейшие исследования [3, 4] показали, что влияние обработки холодом проявляется только на полуспокойной стали, не содержащей алюминий.

Как видно из табл. 1. (поз. 1 и 3), обработка стали полуспокойного варианта раскисления и последующий отжиг при той же температуре приводят к интенсивной коалесценции сульфидных включений, в результате которой средний диаметр частиц MnS возрастает примерно в 1.5 раза, а их концентрация уменьшается в четыре раза. При этом, как показали оценочные расчеты диффузионная подвижность фазообразующих элементов Мn и S при коалесценции после обработки холодом возрастает на несколько порядков [3].

Повторный отжиг без обработки холодом не влияет на свойства и характеристики стали (табл. 1. поз. 1 и 2). В случае спокойного варианта раскисления стали с использованием AI обработка холодом практически не изменяют магнитные свойства и характеристики дисперсной фазы (табл. 1. поз. 6 и 7).

Таким образом, сульфидные включения MnS размером менее 40..50 нм существенно ухудшают магнитные свойства стали. Эти данные подтверждают выводы об отрицательном влиянии Мп и S, полученные при математическом моделировании зависимости P^so от химического состава и свидетельствуют о проявлении этого влияния через сульфидные включения.

Таблица 1. Влияние обработки холодом и добавок AL на магнитные свойства и характеристики дисперсной фазы ЭТС

Пози ция

Обработка стали

Содержание

Al, %

P 1.5/50

Вт/ru

В 2.5,

Тл

d,

нм

n -- 10 – 12 ,

см3

Полуспокойная сталь

1

Отжиг

-

6.6

1.64

52

23

2

Повторный отжиг

-

6.5

1.65

53

20

3

Отжиг + закалка + отжиг

-

5.4

1.65

78

8.5

4

Добавка AI в раскислитель

0.02

5.7

1.64

85

2.7

5

Отжиг + закалка + отжиг

0.02

5.5

1.64

73

2.5

Спокойная сталь

6

Отжиг

0.3

5.5

1.62

44

49

7

Отжиг + закалка + отжиг

0.3

5.3

1.63

56

32

Следовательно, для устранения отрицательного влияния марганца и серы необходимо либо подавить образование сульфидных включений MnS, либо, наоборот, вызвать их укрупнение (коалесценцию), что достигается обработкой стали холодом или же, как будет показано ниже, использованием коагулянтов дисперсных частиц [3].

В связи с абсолютной новизной рассматриваемого явления многие вопросы, касающиеся его физической природы и практического применения, оставались не выясненными.

Поэтому необходимо выяснить:

  • роль закалки в коалесценции дисперсных частиц при заключительном отжиге;
  • механизм интенсификации диффузионных процессов массопереноса
  • роль алюминия в коалесценции дисперсной фазы;
  • практическое значение рассматриваемого явления.

Для решения этих задач прежде всего были проведены исследования кинетики процессов коалесценции дисперсной фазы [4]. В частности, были детально исследовано состояние дисперсной фазы после обработки холодом и выдержки при комнатной температуре.

Исследования проводили на нелегированной стали, содержащей ( в мас. % ): С - 0,03, Sf - 0,065,

Мn - 0,53, S - 0,025, Р - 0,028, Ti - 0,005 остальное железо.

Первоначально исследовали сталь, раскисленную смесью силикомарганца и ферротитана

[1].

Магнитные свойства определяли на 4-х полосных стандартных образцах в аппарате

Эпштейна после их аттестационного отжига при Т = 750°С в течение 1.5 ч. в защитной атмосфере (исходное состояние -1).

Микроструктуру исследовали на световом микроскопе Neophot - 32, дисперсную фазу - на электронном микроскопе ЭММА -2 с применением фолы и угольных экстракционных реплик. Идентификацию частиц дисперсной фазы проводили методом микродифракции, учитывали включения размером от 10 до 300 нм. Обработку холодом проводили путем погружения отожженных образцов в жидкий азот и выдержки в нем в течение 3 мин, что соответствовало закалке с температуры отжига до температуры кипения азота Т = - 196°С. Затем образцы извлекали из жидкого азота и исследовали после выдержки при комнатной температуре в течение недели (промежуточное состояние - 2). Далее образцы повторно отжигали в условиях аттестационного отжига и вновь подвергали исследованию (конечное состояние -3).

Результаты исследования показали, что дисперсная фаза состоит из сульфидов MnS и двойных сульфидов MnS·FeS округлой формы размером от 10 до 40 нм (преобладающий тип включений) и сложных оксидов типа МnО2·CaO·MnO2·FeO Cr2·O2 в виде кристаллов непра- вильной формы размером 30...60 нм.

На рис. 1. представлено распределение по размерам среднего числа частиц в поле зрения электронного микроскопа. В табл. 1. приведены характеристики дисперсной фазы и магнитные свойства стали.

В исходном состоянии дисперсная фаза имеет высокую концентрацию мелкодисперсных

частиц, равномерно распределенных по объему металла.

Рис. 1. Распределение по размерам среднего числа частиц в поле зрения электронного микроскопа ( х 10000 ):

1отжиг; 2- отжиг + закалка; 3- отжиг + закалка + отжиг

После закалки частицы значительно укрупняются и располагаются в плотных скоплениях вдоль зеренных и субзеренных границ.

Последующий отжиг приводит к дальнейшему укрупнению частиц и их более равномерному пространственному распределению. Они выделяются преимущественно на узлах сетки дислокаций.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Способ термической обработки магнитопроводов. Фельдман Б.А., Сидоркин В.И., Глухман Г.Е., Миронов Л.И. Бюл. № 43, 1987.
  2. Сидоркин В.И., Фельдман Б.А., Глухман Г.Е. Обработка холодом электро-технической нелегированной стали // Сталь.1989, №12, с. 70-77.
  3. Енин Н.Н., Смирнов Л.А., Герман В.И. Улучшение технико-экономических показателей при производстве нелегированной электротехнической стали в конверторах // Металлург. – 1988, №11., с. 25-35.
  4. Сидоркин В.И., Нечаев Ю.С. Влияние обработки холодом на структурные характеристики дисперсной фазы нелегированной изотропной электротехнической стали IХ Всесоюзное Совещание по физике и металловедение ЭТС и сплавов: Тез. Докл. – Минск, БелНИИНТИ, 1991., с. 132-135.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...