"Nové materiály a technológie pre energetiku", kód k d ITMS 26220220061 Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku / Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Nekonvenčný ný postup prípravy pravy zrnovo orientovanej ocele na báze b nanočast astíc VC a deformačne indukovaného rastu zŕn. z František Kováč,, Ivan Petryshynets,, Martin Sopko, Mária Molnárov rová,, Viktor Puchý Ústav Materiálov lového Výskumu, Slovenská Akadémia Vied, 04001 Košice, Slovensko
Obsah prezentácie Úvod do problematiky zrnovo orientovaných ocelí Súčasný stav a ďalší smer vo výrobe transformátorových torových pásovp Súčasná technológia výroby orientovanej Fe-Si elektroocele Dynamický postup pre dosiahnutie procesu selektívneho rastu zŕn z n v trafo oceliach Teplotne kontrolovaný vývoj mikroštrukt truktúryry riadený gradientom teploty Vývoj optimálnej indukovaného rastu zŕnz Experimentálny postup Výsledky Závery mikroštrukt truktúryry a textúry pomocou deformačne
Úvod do problematiky zrnovo orientovaných ocelí (110)[001] zrnovo-orientované Elektrotechnické ocele (hkl)[uvw] neorientované (100)[0vw]
Súčasný stav a ďalší smer vo výrobe transformátorových torových pásovp Magnetické vlastností: B 800 =1,8-1,93 T; H C =5-10 A/m Textúra: Deviácia pre CGO ~ 7 Deviácia pre HGO ~ 3 Tepelné spracovanie pre dosiahnutie SR: 90-120 hod Smer ďalšieho vývoja Perfektne orientovaný trafoplech: B 800 =2,03 T Zníženie výrobných nákladov
Súčasná technológia výroby orientovanej Fe-Si elektroocele Kľúčovým predpokladom je kontrola sekundárnych častíc Experimenty boli zamerané na oblasť od teplého pásu Nevynímajúc ostatné technologické uzly výroby, najzávažnejšie zmeny textúry sa odohrávajú pri rekryštalizačnom žíhaní plechov
Súčasná technológia výroby orientovanej Fe-Si elektroocele 1200 800 PR 15-25 C/hr SR PR- primárna rna rekryštaliz talizácia SR sekundárna rekryštaliz talizácia 400 Wet 75% H 2 +25%N 2 Dry 100% H 2 50-60 hr 40-60 hr 5-10min Oduhličovanie a PR 90-120 hr Schéma poklopového žíhania Gossova textúra sa dosahuje počas sekundárnej rekryštalizácie v priebehu poklopového žíhania. ocele sa obvykle žíhajú pri teplote 1200 C, s veľmi nízkou rýchlosťou ohrevu 15-25 C/h doba žíhania v poklopových peciach je asi 90 120 hodín. na dosiahnutie {100}<001> textúry počas sekundárnej rekryštalizácie sa využívajú inhibítory normálneho rastu zŕn ako AlN, MnS a ich kombinacia AlN + MnS rozmer inhibítorov je 50-100 nm prítomnosť zŕn s orientáciou {100}<001> v primárne rekryštalizovanej jemnozrnnej matrici.
Dynamický postup spracovania trafo ocele Abnormáln lny rast zŕn bude riadený zvýšen ením m energie hraníc c zŕn z n a použit itím m nového systému inhibítorov VC Použitie dynamického ohrevu materiálov po hladiacom valcovaní Použitie deformačne indukovaného rastu zŕn po primárnej rekryštalizácii Použitie nového systému inhibítorov VC T, C V 10-20 min t, min Schéma finálneho žíhania dynamickým postupom 1200 800 400 PR 5-10min Oduhličovanie a PR 15-25 C/hr SR Dry 100% H 2 Wet 75% H 2 +25%N 2 50-60 hr 40-60 hr 90-120 hr Hrubá schéma poklopového žíhania Zrná materiálu majú vyššiu vnútornú energiu ktorá závisí aj od kryštalografickej orientácie v rovine plechu, preto proces abnormálneho rastu bude prebiehať s vyššou dynamikou prednostne na zrnách s kryštalografickou orientáciou {110}<001>.
Použitím tepelného gradientu počas dinamickeho ohrevu Teplotne kontrolovaný vývoj mikroštruktúry riadený gradientom teploty po hrúbke plechu Teplotný gradient P = S 2λgradT Ω a a) b) Rozloženie teplotného gradientu ( T = T S - T X ) v sledovaných oceliach v závislosti od ich hrúbky a času žíhania pre rýchlosti ohrevu a) V 1, b) V 2
Použitíe deformačne indukovaného rastu zŕn Akumulovaná deformačná energia 1 P = ρµ 2 b 2 ρ- hustota dislokácií~10 15 /m 2 µ- modul pružnosti v šmyku b- Burgersov vektor Oceľ po primárnej rekryštalizácii Distribúcia kryštalografickej textúry zŕn po hrúbke plechu v rekryštalizovanom stave Centre Subsurface Subsurface E (111) >E (110) >E (100) Deformačné krivky pre jednotlivé kryštalografické roviny: (111) (žltá), (011) (červená) a (001) zelená, získaná pomocou nanoindentačnej skúšky Oblasť A z ľavého obrázku
Proces deformačne indukovaného rastu zŕn F1A materiál, 900ºC/5min ε=0% a) ε=3% ε=6% b) c) Plynulá deformácia ε=0% ε=4% ε=4% a) ε=6% b) Skokovitá deformácia a) ε~2,2% b) ε~3,8% c) Deformácia realizovaná pomocou tvrdomeru ε~6,8%
Vplyv VC inhibítorov a nekonvenčného dynamického postupu žíhania na mechanizmus rastu zŕn z n v zrnovo orientovaných oceliach Chemické zloženie experimentálnej tavby Realizácia procesov precipitácie karbidov vanádu (VC)
Vplyv VC inhibítorov a nekonvenčného dynamického žíhania na mechanizmus rastu zŕn z n v zrnovo orientovaných oceliach 850 C 1150 C Schéma laboratórneho spracovania experimentálneho materiálu.
Textúra materiálov po finálnom valcovaní za tepla a vybranej zvinovacej teplote. Povrch IPF map prierezu C vzorky (hrúbka: 2,2 mm) po finálnom valcovaní za tepla a výdrži pri zvinovacej teplote 585 C. Prostredok IPF map prierezu E vzorky (hrúbka: 2,2 mm) po finálnom valcovaní za tepla a výdrži pri zvinovacej teplote 650 C. Povrch
Spracovanie materiálu po valcovaní za studena Experimentál ny materiál Material 83C výdrž v peci 585ºC/45min. Materiály boli odbrúsené z jednej strany a následné Material 83E výdrž zvalcovane na hrúbku 0,32mm v peci 650ºC/45min. 83CA 83EA Žíhanie: 850ºC/10min. (H 2 (75%)+N 2 (25%)) IA ε = 4% Žíhanie pri 850ºC - 1150ºC/5min. Žíhanie: 850ºC/10min. (H 2 (75%)+N 2 (25%)) + 1075ºC/10min. (H 2 ) IIA ε = 4% Žíhanie pri 850ºC - 1150ºC/5min. Žíhanie: 850ºC/10min. (H 2 (75%)+N 2 (25%)) Žíhanie: 850ºC/10min. (H 2 (75%)+N 2 (25%)) + 1075ºC/10min. (H 2 ) Žíhanie: 1075ºC/10min. (H 2 ) + 850ºC/10min. (H 2 (75%)+N 2 (25%)) Žíhanie: 1075ºC/10min. (H 2 ) + 850ºC/10min. (H 2 (75%)+N 2 (25%)) IIIA ε = 4% Žíhanie pri 850ºC - 1150ºC/5min. IB ε = 4% Žíhanie pri 850ºC - 1150ºC/5min. IIB ε = 4% Žíhanie pri 850ºC - 1150ºC/5min. IIIB ε = 4% Žíhanie pri 850ºC - 1150ºC/5min.
Stanovenie optimálnej teploty abnormálneho rastu zŕn z v experimentálnych materiáloch Na stanovenie tejto teploty bola použitá diferenčná kompenzačná kalorimetria Optimálna teplota pre abnormálny rast zŕn z n je okolo 1080 C Záznam z DSC zariadenia
TEM a EDX analýza VC inhibítorov experimentálnych materiálov po zvinovacej teplote 585 C a 650 C TEM analýza materiálu po Tz=585 ºC TEM analýza materiálu po Tz=650 ºC EDX materiálu po Tz=585 ºC EDX materiálu po Tz=650 ºC s
Mikroštrukt truktúrara C materiálov po aplikácii hladiaceho valcovania a následnn sledného žíhania pri 850 C 1150 C
Mikroštrukt truktúrara E materiálov po aplikácii hladiaceho valcovania a následnn sledného žíhania pri 850 C 1150 C
Analýza kryštalografickej textúry experimentálnych materiálov Textúra vývoja abnormálnych zŕn (110)[001] a) b) IPF mapa (a) a ODF rezy primárnej rekryštalizácii. pre φ 2 =45 (b), na skúmaných C vzorkách po
Analýza kryštalografickej textúry experimentálneho materiálu C po finálnom žíhaní Goss kryštalografická orientacia a) a) IPF mapa (a) a ODF rezy pri φ 2 =45 (b) získané na materiáli C po hladiacom valcovaní a finálnom žíhaní pri 1050 C v laboratórnych podmienkách b) IPF mapa (a) a ODF rezy pri φ2=45 (b) získané na materiáli C po dekarburizácii a finálnom žíhaní pri 1050 C v laboratórnych podmienkách b)
Meranie koercitivity 2,0 1,5 1,0 0,5 B (T) 0,0-0,5-1,0-20 -10 0 10 20 H (A/m) DC -1,5 H c = 11 A/m Förster type hysteresis loop tracer developed at the Institute of Experimental Physics SAS, Košice -2,0-40 -30-20 -10 0 10 20 30 40 H (kam) 2,0 DC hysteresis graph 1,5 1,0 0,5 B (T) 0,0-0,5-1,0-80 -40 0 40 80 H (A/m) 50 Hz -1,5 H c = 44 A/m Remagraph-Remacomp combination C-710, Magnet-Physik, Dr. Steingroever GmbH -2,0-6000 -4000-2000 0 2000 4000 6000 H (A/m) AC hysteresis graph
Meranie koercitivity Koercitivita referenčnej vzorky z klasickej technológie Závislosť hodnôt koercitivity skúmaných C a E vzoriek v závislosti od teplôt žíhania.
Závery Abnormálny rast zŕn s veľmi silnou Gossovou textúrnou zložkou bol dosiahnutý pomocou nového systému precipitátov karbidov vanádu VC s veľkosťou 10-20 nm, ktoré sú rovnomerne lokalizované. Optimálne podmienky pre precipitáciu nanočastíc VC boli dosiahnuté pri zvinovacej teplote 585 C. Rast zŕn z ostrou kryštalografickou orientáciou (110)[001] prebiehal počas dynamického ohrevu pri relatívne nízkych teplotách (1025 C - 1075 C) s využitím procesu deformačne indukovaného pohybu hraníc zŕn. Hodnota koercitivity na vzorkách spracovaných podľa navrhnutého spôsobu je 11 A / m. Táto hodnota je porovnateľná s koercitivitou ocele pripravenej konvenčným dlhodobým žíhaním. Nový postup podľa podaného vynálezu PP 00091 2012 umožňuje zníženie teploty a podstatné skrátenie doby finálneho žíhania ocele.
Výstupy 1. Petryshynets I., Kováč F., Stoyka V.: Application of unconventional dynamic heat treatment in production of grain oriented electrical steels. Technológia 2011, Bratislava. 2. GavendováP.,MolnárováM., PetryshynetsI., StoykaV.: Stanovenie rozdielov v mechanických vlastnostiach nanoindentačnou metódou medzi jednotlivými zrnovými orientáciami v elektrotechnických oceliach. Metalurgia Junior 2011, Košice. 3. Stoyka V., Kováč F., Petryshynets I., Molnárova M., Gommonai M.: Study of deformation state in temper rolled electrotechnical steels by EBSD method, Chem. Listy 105 (S), s417-s652 (2011), ISSN 0009-2770. 4. Gavendová P., Čtvrtlík L., Kováč F., Pešek L., Petryshynets I.: Dependence of indentation properties of electrotechnical steels on temperature and grain orientation, Chem. Listy 106, s413-416, 2012. 5. Gavendová P., Petryshynets I., Molnárová M., Sopko M., Kováč F., Puchý V.: Meranie mikrotvrdosti vo vybraných zrnách elektrotechnickej ocele pri vyšších oceliach, Metalurgia Junior 2011, Košice, p. 24. 6. Petryshynets I., Kováč F., Petrov B.: Developmentm of grain growth mechanism in grain oriented steels. Physics of materials 2012, Košice, p.225. 7. Kováč F., Petryshynets I., Škorvánek I., Marcin J., Sopko M.: Unconventional method of grain-oriented steel preparation in combination with nano particles VC and strain induced grain boundary motion. Zborník z vedeckej konferencie: Materiály a technológie pre energetiku, Košice, 25.marca 2013, s. 55-61, ISBN: 978-80-89656-00-4. 8. KováčF.,PetryshynetsI., Marcin J., ŠkorvánekI.: Effect of VC Nano-Inhibitors and Dynamic Continuous Annealing on the Magnetic Properties of GO Steels. IEEE Transactions on Magnetics, July 2013, Vol. 49, Num. 7, pp.4196-4199, ISBN 978-1-4673-5625-1. 9. Petryshynets I., Kováč F., Marcin J., Škorvánek I.: Magnetic Properties of Temper Rolled NO FeSi Steels with Enhanced Rotation Texture. IEEE Transactions on Magnetics, July 2013, Vol. 49, Num. 7, pp.4303-4306, ISBN 978-1-4673-5625-1. 10. Kováč F., Petryshynets I., Škorvánek I., Falat L., Marcin J.: Effect of VC inhibitors in combination with unconventional dynamical heat treatment on the magnetic properties of GO steels. JEMS 2012, Italy, p.17006-p.1-4,online, ISBN: 978-2-7598-0879-3. 11. Frantíšek Kováč, Ivan Petryshynets: Zrnovo orientovaná elektrotechnická oceľ mikrolegovaná vanádom a spôsob jej výroby, Patentová prihláška PP 00091 2012.
Prístroje Pracovná stanica TruLaser Station 3003 s laserovým zdrojom TruFiber 400 od firmy TRUMPF Nanoindentor G200 Pec Nabertherm
Poďakovanie Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku / Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ "Nové materiály a technológie pre energetiku" kód d ITMS 26220220061