1.3. Влияние химического состава на свойства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали

Анализ исследовательских данных показывает, что уровень магнитных свойств (P_1,5/50 = 5,35...6,80 Вт/кг, B₂₅₀₀= 1,67...1,69 Тл) бескремнистой стали, легированной фосфором, достаточно высок. Такой уровень удельных магнитных потерь при сравнительно небольшом размере зерна обеспечивается:

– высоким электросопротивлением легирующего элемента - фосфора;

– достаточно высоким уровнем кубической составляющей текстуры (до 40 %);

– отсутствием зоны внутреннего окисления;

– низким содержанием углерода (≤ 0,003 %) после обезуглероживающе-рекристаллизационного отжига, так как при очень низком содержании кремния в стали (сотые доли процента) улучшается процесс обезуглероживания.

Высокие значения магнитной индукции связаны с легированием фосфором, увеличивающим кубическую составляющую текстуры и магнитную индукцию, а также с низким содержанием кремния и алюминия в стали.

Исследования показали, что бескремнистая сталь, легированная фосфором и отжигаемая при достаточно высокой температуре (> 900 °С), имеет механические свойства (σ_т = 245...330 Н/мм², HV₅ = 126...146, σ_т/σ_в = 0,63...0,74), обеспечи­вающие хорошую штампуемость.

Принцип увеличения содержания фосфора и уменьшения содержания кремния и алюми­ния, выбор соотношения фосфора и алюминия в стали были сохранены и при разработ­ке технологии производства стали с высокой магнитной индукцией марок М270-35АР, М300-35АР, М290-50АР, М310-50АР, М400-50АР, М530-50АР, М700-65АР. Результаты исследований приведены в табл. 1.4-1.5 и на рис.1.1-1.2.

Исследования показали, что уменьшение содержания кремния и алюминия в изотроп­ной электротехнической стали увеличивает не только магнитную индукцию, но и относи­тельную пиковую магнитную проницаемость. На рис. 1.1-1.2 приведены зависимости отно­сительной пиковой магнитной проницаемости μ_1,5/50от содержания кремния и алюминия в изотропной электротехнической стали, леги­рованной фосфором. С уменьшением содер­жания кремния и алюминия относительная пиковая проницаемость μ_1,5/50 увеличивается.

Таблица 1.4. Магнитные свойства высокопроницаемой стали

	Значение параметра для стали марок
Параметр	M270-35AP	M300-35AP	M290-50AP	M310-50AP	M400-50AP	M530-50AP	M600-50AP	M700-50AP	M800-50AP	M700-65AP
Содержание кремния, %	2,10-2,30	2,10-2,30	2,20-2,40	2,10-2,30	1,20-1,30	0,50-0,60	0,10-0,20	0,05-0,10	0,05-0,10	0,50-0,60
B2500, Тл, не менее	1,57	1,58	1,57	1.58	1,64	1,66	1,67	1,67	1,67	1,66
B5000, Тл, не менее	1,67	1,68	1,67	1,68	1,72	1,74	1,75	1,75	1,75	1,74
μ1,5/50	1050-1100	1100-1150	1300- 1450	1400-1450	1700-2000	2300-2500	2500-2680	2250-2370	2270-2370	2300-2500

Таблица 1.5. Магнитные и механические параметры стали, изготовленной по разным технологиям

Номер варианта	Марка стали	Содержание кремния, %	P1,0/50, Вт/кг	P1,5/50, Вт/кг	∆P1,5/50, Вт/кг	B2500, Тл	B5000, Тл	μ1,5/50	HV5	σт/σв
1	М270-35АР,	2.30	1,08	2,54	9,0	1,58	1,68	1102	171	0,77
	новая техно-
	логия
2	М270-35А	3,06	1,14	2,63	9,0	1,49	1,60	442	193	0,78
3	М290-50АР,	2,30	1,21	2,87	7,0	1,60	1,70	1483	172	0,71
	новая техно-
	логия
4	М290-50А	3,01	1,22	2,86	10,0	1,56	1,66	950	192	0,75
Примечание. № 1, 3, 4 - технология с нормализацией горячекатаного, подката,№2 - без нормализации.

Исследования показали, что уменьшение содержания кремния и алюминия в изотропной электротехнической стали увеличивает не только магнитную индукцию, но и относительную пиковую магнитную проницаемость.

На рис. 1.1-1.2 приведены зависимости отно­сительной пиковой магнитной проницаемости μ_1,5/50 от содержания кремния и алюминия в изотропной электротехнической стали, легированной фосфором. С уменьшением содержания кремния и алюминия относительная пиковая проницаемость μ_1,5/50 увеличивается.

Рис. 1.1. Зависимость относительной пиковой магнитной проницаемости μ_1,5/50 от содержания кремния в изотропной электротехнической стали

Рис. 1.2. Зависимость относительной пиковой магнитной проницаемости μ_1,5/50 от содержания алюминия в изотропной электротехнической стали

Бозорт в своей монографии приводит результаты исследований Гумлиха, согласно которым для сплавов Fe-Al начальная (μ₀) и максимальная (μ_max) магнитная проницаемость уменьшаются с увеличением содержания алюми­ния. Гумлих объяснял эту закономерность увеличением магнитострикции материала.

Зависимости на рис. 1.1-1.2 нельзя в полной мере считать корректными, так как с увеличением содержания кремния в стали увеличивается и концен­трация алюминия. Однако они четко определяют поведение относительной пиковой магнитной проницаемости с изменением концентрации этих эле­ментов.

Из табл. 1.4 следует, что все указанные марки стали удовлетворяют требо­ваниям по магнитной индукции на высокопроницаемую сталь каталогов фирм USINOR и EBG (см. табл. 1.3), кроме марки М530-50АР по B₅₀₀₀ (каталог EBG).

Следует особо отметить разработку стали марок М270-35АР, М300-35АР, М290-50АР и М310-50АР с содержанием кремния 2,10-2,40 %, которые по обычной технологии изготавливают из стали с ~3,0 % Si. Новая технология предусматривает вакуумирование стали с обезуглероживанием и легирование фосфором. Температура нормализационного отжига горячекатаного подката толщиной 2,0 мм была рассчитана в зависимости от содержания в стали кремния и фосфора по уравнению:

t_н= 950 - 45 [% Si] + 100 [% P] ± 10 °С,

где Si и Р– содержание кремния и фосфора в стали, %.

Рекристаллизационный отжиг проводили в сухой азотоводородной атмосфере (15-20 % Н₂) с изменением температуры и продолжительности выдержки по сравнению с обычным режимом.

Готовая сталь после рекристаллизационного отжига имела средний размер зерна 130-165 мкм и 135-170 мкм для толщин 0,35 и 0,50 мм соответственно, что характерно для стали с ~3.0 % Si. В табл. 1.5 приведены сравнительные типичные характеристики стали, изготовленной по новой и обычной технологиям (варианты № 1-4).