Primerjava klasično in konti vlitih jekel za neorientirane elektro pločevine F Marinšek,*1 F. Vodopivec*2 UDK: 669.018.583-418:620.192.45:621.746.074/22 ASM/SLA: D9p, D9q, SGAn, 4—53, P15g, 9—69 Z namenom, da bi dobili zanesljive primerjalne podatke, smo izbrali po 11 šarž jekel iz redne proizvodnje. Vzorce smo vzeli iz vroče valjanih trakov, ki so bili izvaljani v redni proizvodnji iz klasično vlitih bram in iz konti vlitih slabov. Po sestavi ta jekla predstavljajo 80 % asortimenta neorientiranih elektro pločevin železarne Jesenice. Delo predstavlja primerjavo mikrostrukturnih značilnosti in elektromagnetnih lastnosti teh pločevin, izdelanih po različnih postopkih. 1. UVOD Železarna Jesenice je edini izdelovalec elektro pločevine v Jugoslaviji. Neorientirane — dinamo pločevine izdelujemo že od I. 1945 in smo doslej izdelali že več kot pol milijona ton teh pločevin. V proizvodnji dinamo pločevin v novejšem času beležimo več prelomnic, ki pomenijo napredek v tehnologiji izdelave in predelave. Leta 1976 smo pričeli neorientirane elektro pločevine izdelovati po ARMCO licenci. To je leto, ko smo odprli novo hladno valjamo. Leta 1984 smo pričeli v elektropeči izdelano jeklo za elektro pločevine v stari jeklarni vakuumi-rati. Leta 1987 pa smo proizvodnjo jekla za elektro pločevine prenesli v novo jeklarno. Nova jeklarna je opremljena s 100-t elektroobločno pečjo, vakuumsko napravo in moderno kontilivno napravo, na kateri vlivamo slabe, debeline 200 mm, ki je leta 1987 zamenjala tehnologijo klasičnega vlivanja jekla v brame. (slikal). Prav ta bistvena razlika v tehnologiji pa je bila razlog, da smo načrtovali to delo, ki nima raziskovalnih ciljev. Naloga je bila programirana in izvršena zato, da bi imeli zanesljivo primerjalno osnovo, če bi se pokazalo, da se sprememba načina vlivanja odraža tudi pri lastnostih elektro pločevin. Menili smo, da bomo lažje ukrepali, če bodo na voljo podatki o tem, kakšno je bilo jeklo, vlito po klasičnem, in kakšno po konti postopku. Poročilo prinaša predvsem podatke o sestavi, količini in obliki nekovinskih vključkov ter mikrostrukturi in poizkus povezave teh dejavnikov in tehnologije z elektromagnetnimi lastnostmi pločevin. 2. O RAZLIČNIH VPLIVIH NA ELEKTROMAGNETNE LASTNOSTI DINAMO PLOČEVIN V novejšem obdobju so bili narejeni veliki koraki v razvoju kvalitetnih elektro pločevin (slika 2). Na osnovi jekel z zelo dobro čistočo smo izpeljali nove postopke izdelave izotropnih pločevin, ki so uporabne v glavnem Slika 1. Shematična predstavitev izdelave neorientiranih elektroploče- vin. Fig. 1 Schematic presentation of making not-oriented electrical sheet za gradnjo strojev z vrtečim se poljem. Z ekonomskega in ekološkega vidika so vsa prizadevanja obrnjena v smeri zmanjševanja izgub v jedru električnih strojev na minimum. Posebno za velike stroje z izjemno visokimi specifičnimi izgubami moči (izgube zaradi premagnete- *' Filip Marinšek, ing. met., Železarna Jesenice " dr. Franc Vodopivec, dipl. ing. met., Metalurški inštitut Ljubljana ' Originalno publicirano: ŽZB 23, 1989, 4 *** Rokopis prejet: avgust 1989 ir> cn j* t \ \ \ l i\ neleg. jeklo s 51 legrano eklo i 1 1890 J 1910 1930 1950 1970 1990 1900 1920 1940 1960 1980 1902 Slika 2. Zmanjševanje vatnih izgub pri magnetenju v časovnem razvoju neorientiranih pločevin. (Vir 6) Fig. 2 Reduction of magnetisation losses in tirne development of not-oriented electrical sheets (ref. 6) nja) zahtevamo uporabo kvalitetnih elektro pločevin. V nadaljevanju bomo na kratko poskusili razložiti, katere poti vodijo k zmanjšanju izgub pri magnetenju, da bi lažje razumeli vpliv metalurških dejavnikov. 2.1 Izgube pri magnetenju Izgube pri magnetenju neke elektro pločevine, ki je izpostavljena periodičnemu izmeničnemu polju, lahko izrazimo z enostavnim približkom kot vsoto histereznih (PH) izgub in izgub zaradi vrtinčastih tokov (P* P = Ph + PW (1) Delež izgub zaradi vrtinčastih tokov (Pw) je v splošnem bistveno večji, kot je podan z znano formulo: Pw,C — (n-i-f-d)2 6-CT-pE (2) kjer pomeni: = jakost polja = frekvenca = debelina pločevine - gostota f d a pE = sp. el. upornost Izgube zaradi vrtinčastih tokov odstopajo za faktor r| (faktor anomalije) ali za vrednost dodatnih izgub, ano-malnih izgub: P = PH + r|-Pw.c O) ali P = Ph+Pw.c + Pa (4) Dodatne izgube PA oziroma faktor anomalije (r|) je določen z obstojem Blochovih sten in njihovim dinamičnim »obnašanjem« v izmeničnem polju. Najvažnejše vplivne veličine, pri razvoju kvalitetnih neorientiranih pločevin, ki jih je potrebno optimirati, da bi čim bolj zmanjšali izgube, so: — stopnja legiranja — velikost zrna — stanje izločkov in čistoča — kakovost površine — tekstura Razumljivo je, da je optimizacijo vseh naštetih spremenljivk potrebno izvesti predvsem na boljših kvalitetah pločevin. Za slabše kvalitete pa zahtevano vrednost za izgube dosežemo med procesom z manjšimi stroški, na primer s stopnjo legiranja.2 2.1.1 Stopnja legiranja (Si, Al, P): silicij je najvažnejši legirni element z najdlje znanim ugodnim vplivom na histerezne izgube in izgube zaradi vrtinčastih tokov. Višja specifična upornost se neposredno odraža v izgubah zaradi vrtinčastih tokov. cn ir^ CL C cl D jI Izgube p W .P r ri magneten^i * PA \h< \ •• \ f • • \ \ \ PH / jS S PA I « / ___■ P r w,c ) 100 200 30 0 Srednja velikost zrna (yum) Slika 3. Prispevek k skupnim izgubam 0.5 mm elektropločevine (Vir 1) Fig. 3 Contribution to total losses in 0.5 mm electrical sheet (ref. 1) OT 20 Vsebnost žvepla (x103<7.) Vsebnost kisika (x104%) Vsebnost dušika (x 104%) Slika 5. Vpliv elementov, ki tvorijo izločke, na izgube pri magnetenju (Vir 1) Fig. 5 Influence of elements vvhich form inclusions on the magnetisation loss (ref. 1) V pogledu preoblikovanja v hladnem je stopnja legi-ranja silicija vsekakor omejena. Z dolegiranjem aluminija je ta meja pomaknjena navzgor. V novejšem času se uveljavlja spoznanje, da kristalografsko teksturo lahko izboljšamo, če v večji meri nadomestimo silicij z aluminijem. 2.1.2 Velikost zrna: Histerezne izgube se zmanjšujejo z naraščanjem zrna. Za skupne izgube pri magnetenju v odvisnosti od velikosti zrna nastopa neki minimum. Za zlitino Fe-Si-AI velja, da neodvisno od stopnje legira-nja, pri srednji velikosti zrna ca. 100 jim, nastopa minimum izgub. Prav tako pa so anomalne izgube PA dober približek linearne funkcije srednje velikosti zrna. (slika 3). Zato je za zmanjšanje anomalnih izgub optimiranje velikosti zrna s primerno tehnologijo zelo velikega pomena. Boljša tek-stura pomakne lego minimuma k večjim velikostim zrna, ne da bi se zato zvišale anomalne izgube. S tem se lahko izkoristi dodatno zmanjšanje histereznih izgub s povečanjem velikosti zrna. 2.1.3 Stanje izločkov — čistoča: Neferomagnetni vključki in izločki, sulfidi, nitridi, oksidi in karbidi poslabšujejo elektromagnetne lastnosti, ker predstavljajo ovire za gibljivost Blochovih sten. O vplivu nemagnetnih vključkov na koercitivnost železa obstaja več razlag, ki imajo neki skupni imenovalec. Feromagnetno železo sestoji, gledano fizikalno, iz VVeissovih področij (domen), v katerih so magnetni momenti atomov orientirani paralelno. Ta področja so med seboj ločena z Blochovimi stenami, to je s prehodnimi plastmi, katerih debelina zavzema določen volumen in vsebuje višjo energijo kot okoliški kristal. Prav v tej prehodni plasti smer enega področja prehaja v smer drugega. Vzrok za spremembo (povečanje) koercitivnosti je v otežkočenem premikanju stene. Močno poenostavljeno si to razložimo takole: Stena, ki poseduje na enoto ploskve določeno energijo, želi zavzeti čim manjšo površino. V bližini vključka bo potem skupna ploščina stene najmanjša, ko bo vključek ležal v sami steni. Tako nekako vključek veže del mase stene nase in jo drži z določeno silo. Ta efekt je toliko močneje izražen, kolikor večja je tako imenovana konstanta anizotropije materiala. Seveda je odločilna tudi oblika in velikost vključka. Največjo oviro za premikanje Blochovih sten predstavljajo vključki, ki so tako veliki, kot je debela stena, medtem ko manj motijo večji in manjši vključki. Za neorientirane elektropločevine ni d (^m) X 10-2 Sika 4. Odvisnost koercitivnosti od velikosti nekovinskih vključkov v jeklu (Vir 7) Fig. 4 Relationship betvveen the coercitivity and the size of non-metal-lic inclusions in steel (ref. 7) nobene možnosti pridobiti strukturo brez izločkov, čeprav z dodatki in žarjenji lahko dosežemo, da so izločki grobi in manj škodljivi kot fini delci, (slika 4). Poglavje zase pa je čistoča jekla, ki jo pojmujemo kot vsebnost spremljajočih elementov, predvsem S, 02 in Ns. Naj takoj na začetku zapišemo, da so dosegljive skoraj ekstremne čistoče, ki so prikazane na sliki 5, v novejšem času z zboljšanjem metalurških postopkov pri izdelavi jekel. 2.1.4 Tekstura: Hladno valjanje izključuje materiale brez teksture. Cilj optimalne izdelave je doseči po možnosti najbolj ugodno teksturo, ki nudi le minimalno ani-zotropijo magnetnih lastnosti. To zahtevo izpolnjuje najboljše kockasta ploščinska tekstura (100) (Okl); kjer ravnina (100) leži v ravnini pločevine in so smeri robov kocke slučajno porazdeljene. Končna tekstura je odvisna od kemične sestave, teksture toplo valjanega traku, stopnje hladne deformacije in temperature rekristalizacije.2 2.1.5 Vpliv površine: Pomembna je kakovost površine, ki jo dosežemo po končnem žarjenju. Med žarje-njem lahko nastopi delna oksidacija površine in eventu-elno se jeklo tik ob površini lahko nadušiči. V oksidirani oziroma nadušičeni coni najdemo ovire za gibljivost Blochovih sten in fina zrna, ki imajo škodljiv vpliv. Poslabšanje je odvisno od debeline vplivane cone, ki običajno meri le nekaj mikronov. Neugoden učinek se odraža v naraščanju histereznih izgub, in sicer premoso-razmerno s poškodovanim volumnom oziroma debelino poškodovane plasti. 3. IZBIRA VZORCEV ZA PREISKAVE Z namenom, da bi dobili zanesljive primerjalne podatke, smo izbrali po 11 jekel iz redne proizvodnje v razponu vsebnosti silicija, ki predstavlja 80 % asorti-menta elektro pločevin, izdelanih v Železarni Jesenice. Vse preiskave so bile izvršene na vzorcih, ki so bili izrezani iz glave in noge ter sredine in roba vroče valjanih trakov. Tudi od W trakov, zvaljanih iz konti vlitih slabov, smo vzorce vzeli od začetkov in koncev ter od roba in sredine vsakega traka. 4. SESTAVA JEKEL Sestave jekel najdemo v tabelah 1 in 2. Za vsa jekla je značilen nizek ogljik, sorazmerno konstantna vsebnost mangana, nizko žveplo, precejšnje razlike v vsebnosti aluminija ter visoke vsebnosti niklja in kroma, predvsem pri klasično vlitih jeklih. Ne vemo, kako se slednje odraža na magnetnih lastnostih, gotovo pa je vredno skrbnejšega preverjanja. Za nikelj velja, da je močan gamagen element, da zmanjšuje aktivnost ogljika v avstenitu, zato stabilizira avstenit in tako zmanjšuje hitrost razogljičenja. Seveda je pri sorazmerno nizkih vsebnostih ogljika v jeklu vprašljivo, ali vpliv niklja pride do izraza. Posebno pozornost zaslužijo podatki o količini dušika in kisika. V tabelah navajamo podatke za šar-žne analize in za analize na vzorcih, izdelanih iz trakov v več paralelkah. Za klasično vlite šarže je pri dušiku ujemanje med šaržno analizo in povprečjem iz štirih mest iz trakov komaj zadovoljivo, tudi če upoštevamo, da gre za vsebnosti v razponu med 40 in 100 ppm. Povprečni vrednosti za 11 šarž pa se v obeh primerih presenetljivo dobro ujemata in znašata 70 ppm N2. Razlike med robom, sredino, glavo in nogo so v razponu ± 15 %, kar je znotraj metodološke napake. Lahko trdimo, da je dušik enakomerno porazdeljen. V jeklih, izdelanih v novi Demagovi elektroobločni peči, vlitih na kontilivni napravi, pa je vsebnost dušika nižja v povprečju in v ožjih mejah med 31 in 55 ppm s povprečno vrednostjo 40 ppm. Nekoliko drugačna je slika pri kisiku. Zaradi velikih razlik so v tabeli 1 rezultati paralelnih analiz s spodnjo in zgornjo mejo odstopanja pri klasično vlitih jeklih. Analize so bile izvršene v Železarni Jesenice, na MIL in v Železarni Ravne. Odstopanja so zelo podobna, kar kaže, da je kisik resnično precej neenakomerno porazdeljen v jeklu. Niso redki primeri, da analiza dveh vzorcev, izrezanih drug poleg drugega iz istega mesta v kolobarju, odstopa za celo več kot 5 X. Povprečje vseh paralelk tako nima pravega fizikalnega pomena. Nekatera povprečja se spet prav vzorno ujemajo s šaržno analizo. Vse kaže, da je izcejanje kisika v bloku, manjše od izcejanja med velikimi dendriti. Boljšo, in predvsem verjetnejšo sliko o vsebnostih in porazdelitvah kisika nam daje analiza na trakovih, izvaljanih iz konti vlitih slabov (tabela 2). Povedati je potrebno, da je bila točnost dela naprave med analizo stalno kontrolirana s standardi. Vsebnosti kisika, te so aritmetično povprečje osmih ali več paralelk, izrezanih iz obeh koncev, sredine in roba traku, so v razponu med 16 in 41 ppm. V TVT, ki so bili izvaljani iz bram, pa je bila vsebnost kisika v razponu med 39 in 79 ppm. Povprečje za 11 šarž v primeru konti vlitih slabov znaša 26 ppm. V drugem primeru, torej pri trakovih, izvaljanih iz klasično vlitih bram, pa znaša povprečje 58 ppm, kar je 2.2 krat več. Nesmiselno bi bilo primerjati šaržne analize kisikov, tako v prvem kot v drugem primeru. Izmerjene vrednosti so v obeh primerih mnogo višje, in sicer v prvem med 60 in 154 ppm, v dru- Tabela 1: Sestava jekel Eelement u ut. % Šaržni Šaržni ftarža Kvaliteta Si Cr Cu Al Sn Ni As n2* n2 02 02 C Mn p s ppm ppm ppm ppm 1 11 8316 EVC 17 0.008 1.48 0.25 0.023 0.013 0.45 0.16 0.28 0.011 0.35 0.018 61(67) 154 47 ±26 2 11 8422 EVC 12 0.004 1.09 0.18 0.043 0.005 0.45 0.17 0.13 0.012 0.35 0.016 90(74) 70 66 ±46 3 11 8401 EVC 12 0.008 1.19 0.23 0.05 0.012 0.22 0.17 0.39 0.012 0.21 0.012 46(37) 64 61 ±47 4 11 8187 EVC 12 0.010 1.17 0.20 0.043 0.009 0.23 0.19 0.22 0.009 0.29 0.017 102(101) 110 55 ±26 5 11 8186 EVC 12 0.010 1.19 0.19 0.044 0.007 0.29 0.19 0.20 0.012 0.35 0.012 58(55) 70 47 ±32 6 11 8185 EVC 12 0.010 1.13 0.20 0.043 0.013 0.29 0.18 0.18 0.01 0.45 0.01 88(67) 101 79 ±24 7 11 8196 EVC 12 0.010 1.19 0.19 0.044 0.007 0.29 0.19 0.20 0.012 0.35 0.012 75(55) 68 72 ±44 8 11 8338 EVC 17 0.012 1.54 0.18 0.016 0.003 0.35 0.18 0.22 0.011 0.29 0.017 59(99) 60 60 ±40 9 11 8421 EVC 17 0.006 1.61 0.18 0.017 0.005 0.72 0.27 0.19 0.013 0.39 0.016 72(73) 72 39 ±20 10 11 8405 EVC 21 0.010 2.13 0.27 0.04 0.003 0.39 0.28 0.10 0.014 0.56 0.018 72(63) 34 47 ±56 11 11 8215 EVC 21 0.012 2.10 0.30 0.036 0.002 0.28 0.19 0.26 0.012 0.22 0.014 41(104) — 64 ±42 * povprečna vrednost N2 = 70 ppm Tabela 2: Sestava Jekel Šarža Kolobar Kvaliteta C Si Mn P Element v ut. % S Cr Cu Al Sn Ni Šaržni 02 ppm n2 ppm o2 ppm 1 21 1189 5760 EVC 15 0.010 1.42 0.33 0.025 0.005 0.22 0.19 0.30 0.008 0.55 101 31 41 2 21 1220 5799 EVC 18 0.021 1.63 0.48 0.043 0.006 0.22 0.26 0.39 0.014 0.12 53 36 29 3 21 1236 5802 EVC 18 0.012 1.67 0.29 0.034 0.002 0.24 0.19 0.10 0.009 0.15 91 35 28 4 21 1237 5816 EVC 18 0.013 1.78 0.38 0.029 0.002 0.29 0.19 0.14 0.009 0.19 124 32 23 5 21 1242 6010 EVC 15 0.019 1.51 0.26 0.026 0.011 0.18 0.20 0.18 0.009 0.18 105 48 34 6 21 1235 6015 EVC 18 0.029 1.63 0.25 0.029 0.010 0.13 0.25 0.15 0.018 0.13 55 27 7 21 1243 6018 EVC 18 0.020 1.72 0.34 0.028 0.004 0.16 0.23 0.15 0.010 0.15 109 49 25 8 21 1065 4973 EVC 15 0.010 1.42 0.33 0.025 0.005 0.22 0.19 0.30 0.008 0.55 60 31 16 9 21 1156 5527 EVC 18 0.010 1.91 0.30 0.031 0.001 0.14 0.23 0.085 0.007 0.12 101 42 33 10 21 1101 4983 EVC 15 0.030 1.41 0.24 0.023 0.006 0.21 0.20 0.49 0.011 0.13 41 16 11 21 1100 4986 EVC 15 0.022 1.37 0.39 0.024 0.005 0.25 0.23 0.13 0.011 0.10 — 31 18 * 02 — povprečje (G + N + Sr+R) TVT Povprečje za 11 šarž 02 = 26 ppm gem primeru pa med 60 in 124 ppm. Razlike so za pametno razlago nesprejemljive in po mnenju jeklarjev netočne. Precejšnjo razliko v vsebnosti kisika v trakovih je možno pripisati različnemu načinu litja, in sicer na račun onečiščenja jekla pri litju. Med trakovi, ki so bili izvaljani iz bram, in tistimi, ki so bili izvaljani iz konti vlitih slabov, je velika razlika prav v tem, da v drugih praktično ni vključkov aluminijevega oksida v nizih, ki so v prvih pogosti. 5. METODOLOGIJA OVREDNOTENJA NEKOVINSKIH VKLJUČKOV Na razpolago smo imeli napravo za analizo slike, ki je povezana z raster elektronskim mikroskopom. Naprava 9999 je uporabna za velikostno analizo vključkov, katerih minimalna dimenzija je okoli 1 ^m, razmerje debelina / dolžina pa ni manjše od 0.1. Od vključkov, ki jih najdemo v dinamo jeklu, je zato mogoče zanesljivo ovrednostiti le zrnate oksidne vključke, sulfidne pa le tedaj, če niso lasaste oblike, katerih debelina je pogosto blizu 0.1 jim, razmerje debelina / dolžina pa blizu 0.01. Zato ovrednotenje vključkov na avtomatski napravi za analizo slike ni zanesljivo. Iz enakih razlogov pa ni zanesljivo določanje površinske gostote vključkov. Zato smo analizo vključkov izvršili po kombinirani metodi. Na vseh vzorcih smo na 9 mestih za vsak vzorec ali 36 na kolobar prešteli in izmerili vse sulfidne in oksidne vključke, ki jih je bilo mogoče razločiti v mikroskopu pri Dolžina vključkov , ^m Slika 6. Dolžinska porazdelitev vključkov manganovega sulfida v trakovih Fig. 6 Length distribution of manganese sulphide inclusions in strips 20 40 60 80 100 120 140 160 Površina vključkov (mm2) Slika 7. Velikostna porazdelitev oksidnih vključkov v trakovih Fig. 7 Size distribution of oxide inclusions in strips povečavi 500 x. Predvidevamo, da smo zabeležili vse vključke, daljše od 1 p.m. Poleg tega smo za nekatere vzorce izvršili tudi avtomatično analizo deleža, ki ga na obrusku zavzema površina oksidnih vključkov, in določili tudi velikostno porazdelitev vključkov. Za nekaj vzorcev smo izdelali histograme, ki kažejo porazdelitev sulfidnih vključkov po dolžini in oksidnih vključkov po površini, oboje kot relativno pogostost v odvisnosti od dolžine oziroma površine vključkov (slika 6 in slika 7). Število oksidnih in sulfidnih vključkov je bilo v različnih vzorcih zelo različno. Temu primerna je seveda statistična napaka. Kljub sistematični merilni netočnosti v našem primeru pa so histogrami dokaj zanimivi in dokaj objektivna slika velikostne porazdelitve vključkov, da je možna objektivna ocena jekla. 6. MIKROMORFOLOGIJA SULFIDNIH VKLJUČKOV Vključke manganovega sulfida v klasično vlitem jeklu lahko po obliki razdelimo v 5 skupin z različno obliko: — lasasti vključki z razmerjem debelina / dolžina pod 0.01; to so vključki z debelino do 0.5 um; — razpotegnjeni vključki z razmerjem debelina / dolžina 0.1 do 0.05; — lečasti vključki z razmerjem debelina / dolžina 0.5; — zrnati vključki, v katerih sta sulfidna in oksidna faza zraščeni; — zelo redki valjasti vključki ali prizmatični sulfidni vključki. V večini primerov najdemo v jeklu dve, včasih tudi tri vrste sulfidnih vključkov. Pogosto zasledimo, na sorazmerno majhni površini enega zornega polja pri 500 x povečavi, istočasno lečasto in lasasto oblikovane sul-fidne vključke. Razlaga njihove koeksistence je razlika v specifični plastičnosti sulfida. Poznano je, da je v sulfidnih vključkih del žvepla lahko nadomeščen s kisikom in da so tako zvani oksisulfidi slabo deformabilni, imajo majhno sposobnost za preoblikovanje pri temperaturah valjanja. Na sliki 6 prikazana odvisnost med velikostjo in komulativno pogostostjo vključkov v pollogoritmetičnem prikazu, nima oblike premice. To pa seveda pove, da porazdelitev ni normalna, da je med vključki relativno preveč kratkih. Če drži mnenje, da se veliki vključki deformirajo bolj kot majhni3, bi pričakovali ravno obratno, več dolgih vključkov. Preiskana jekla se med seboj močno razlikujejo po številu vključkov na enoto površine in nekoliko manj, vendar še vedno precej, tudi po dolžini. Vrednost zmnožka števila vključkov in povprečne dolžine (grobo ocenjena količina sulfidne mase) raste s količino žvepla v jeklu, vendar je raztros zelo velik. V jeklih, vlitih v brame, je bila vsebnost žvepla v razponu od 0.002 do 0.013 %, povprečno 0.007 %. V konti litih jeklih je vsebnost žvepla v razponu od 0.001 do 0.013 %, povprečno 0.005 %, torej so ta jekla v povprečju bolj čista. V jeklih, ki so bila konti vlita, najdemo samo dve vrsti vključkov. Zraščence sulfidne in oksidne faze ter lečaste sulfidne vključke. V vseh preiskanih jeklih je bila količina sulfidnih vključkov, ki jih razpoznamo v optičnem mikroskopu, premajhna za zanesljivo oceno po uporabljeni metodi. Vključki so redki in po dolžini ne presegajo 3 |im. Verjetno bi bilo potrebno uporabiti metodo, ki bi omogočala analizo vključkov pod 1 |im. Naj poudarimo, da v nobenem primeru konti litega jekla nismo našli razpotegnjenih sulfidov. Take vključke smo našli v trakovih, ki so bili izvaljani iz bram še pri 0.003 % žvepla. Iz vsebnosti mangana je mogoče sklepati,, da je praktično vse žveplo vezano v manganov sul- fid v jeklih obeh vrst. Dejstvo, da najdemo v konti jeklih le vključke z velikostjo pod 3 |im, navaja na sklep, da so v teh jeklih vključki bolj številni, vendar pa pod velikostjo, ki jo je mogoče opredeliti v optičnem mikroskopu. V vzorcih z manj kot 0.003 % S v optičnem mikroskopu ni več opaziti sulfidnih vključkov, kar pa se ne dogaja pri jeklih, vlitih v brame. Čeprav naša analiza zajema le v optičnem mikroskopu vidni del sulfidnih vključkov, je zanimivo razmerje med količino žvepla in gostoto sulfidnih vključkov (slika 9). Vidimo, da število vključkov na enoto površine raste, ko se veča vsebnost žvepla v jeklu, po neki nelinearni odvisnosti, rast pa je hitrejša, čim več je žvepla v jeklu. a A o / B „ / S / / / * ( J—fo- —« s 0.005 0.010 S ( •/.) Slika 9. Odvisnost med količino S in številom sulfidnih vključkov na enoto površine vzdolžnega preseka Fig. 9 Relationship between the amount of S and the number of sul-phide inclusions per unit area of longitudinal section 7. OKSIDNI VKLJUČKI V obeh jeklih najdemo vsaj 4 vrste oksidnih vključkov, ki so si podobni. To so zrnati vključki z obliko nepravilnega poliedra, zrnati vključki z obliko kock ali paličk, zrnati zraščenci oksidov in sulfidov ter krogličasti vključki. V trakovih iz konti slabov nismo našli vključkov v nizih, kot so vključki v trakovih iz bram, ki so iz aluminijevega oksida. Med različnimi trakovi so precejšnje razlike v gostoti točkastih vključkov. V trakovih, izvaljanih iz bram, je bila gostota točkastih oksidov manjša. Tako imamo v trakovih iz konti slabov v povprečju 50.6 vključkov/mm2, v trakovih iz bram pa le 17 vključkov/mm2. Drugi dejavnik, pomemben za oceno vključkov, je njihova velikost. Velikostna porazdelitev je v vseh primerih log-normalna do 95 % vseh vključkov. Povprečna velikost je med 2 in 2.2 um v trakovih iz konti vlitih slabov in 4.7 |im, torej dvakrat večja, v trakovih iz bram. Dvakrat večja linearna velikost pa ustreza 8-krat večji prostornini. Torej je razmerje v velikosti večje od razlike v površinski gostoti. To dovoljuje sklep, da je v trakovih iz bram večja masa oksidov, torej je po tem merilu te vrste jeklo bolj onečiščeno. Jeklo za obe vrsti trakov, tiste iz bram in iz konti slabov, je bilo izdelano po podobni tehnologiji. Zato je logičen sklep, da je razlika v povprečni velikosti vključkov posledica razlike v hitrosti strjevanja. Jeklo se v bramah počasneje strjuje, zato se lahko vključki združujejo v večje, celo take, ki se zdrobijo v procesu valjanja in jih najdemo v trakovih v obliki nizov. Analiza ni pokazala nobene korelacije med količino kisika in številom oksid-nih vključkov na enoto površine. Kot je omenjeno v uvodu, nekovinski vključki ovirajo premikanje mej magnetnih domen, torej povečujejo energijo, potrebno za spremembo magnetnega polja, in v končni meri povečujejo koercitivnost in vatne izgube. Literarni podatki4 navajajo kot posebno škodljive precipitate z velikostjo pod 0.1 jim. To niso oksidne faze, temveč sulfidi in nitridi, ki nastanejo iz faz, ki so se raztopile v jeklu pri segrevanju pred valjanjem, mogoče pa tudi pri hitrem strjevanju. Kako je s prisotnostjo, količino in velikostjo vključkov oziroma precipitatov z velikostjo pod 1 ^m v naših jeklih za elektro pločevine, ne vemo, saj te raziskave še niso bile izvršene. Vir 5 navaja, da je gostota vključkov pod 1 jim večja od 100 vključkov/mm2; v nekem jeklu, manj čistem, kot je naše, s 70—90 vključki/mm2, velikosti nad 1 n.m. Iz vsega doslej odkritega bi lahko še najbolj zanesljivo domnevali, da gre za vključke, ki jih nismo mogli videti pri 500 x povečavi. Zanimivo je, da v trakovih iz konti vlitih jekel z vsebnostjo pod 0.003 % S nismo opazili sulfidov. Sulfidi pa po vsej verjetnosti so, vendar tako majhni, da jih v optičnem mikroskopu nismo videli. Literarni podatki navajajo, da so vatne izgube linearno odvisne od tiste čistoče, ki jo pojmujemo kot vsebnost spremljajočih elementov12 S, 02 in N2. Ti elementi se vežejo v sulfide, okside in nitride, ki so tem številnejši, čim manjši so. 8. MIKROSTRUKTURA Vzorce za preiskave smo izbrali tako, da je vsebnost silicija v trakovih med 1.1 in 2.13%. Vzorci pripadajo trem različnim kvalitetam dinamo jekla. Razlike v mikro strukturi med trakovi iste kvalitete so relativno majhne. Nekoliko večje pa so razlike med različnimi vrstami jekla in so posledica zmanjšane hitrosti statične rekristaliza-cije ferita zaradi povečne vsebnosti silicija v jeklu. V glavah trakov, izvaljanih iz bram, najdemo v sredini različno močne izceje, v katerih so zrna manjša, perlita pa je mnogo več, kot ob površini. Treba je pripomniti, da gre v tem primeru le za krajši del traku in ne predstavlja tipične strukture dinamo trakov. V trakovih, zvaljanih iz bram, je včasih opaziti v površinskem pasu posamezna velika zrna, ki so zrasla zaradi deformacijsko inducirane rasti zrn ferita med valjanjem in po njem. Za obe vrsti trakov lahko trdimo, da je mikrostruktura podobna. Opazimo poznane razlike v mikrostrukturi med jeklom tik ob površini in jeklom v notranjosti. Obe vrsti trakov kažeta podobno velikost zrn in praktično enake značilnosti. Ob obeh površinah nastopa drobno poligonalno, rekristalizi-rano zrno, v sredini pa večje, nekoliko podolgovato zrno. S stališča mikrostrukture imajo trakovi, zvaljani iz konti jekel, bolj enakomerno mikrostrukturo po vročem valjanju. Ni jasno, ali v kontilitih slabih pri temperaturah valjanja ni mogoč proces selektivne rasti zrn ferita ob površini ali pa je iz še neznanega razloga proces rekristaliza-cije med vročim valjanjem lažji in hitrejši v konti jeklih kot v jeklih, vlitih klasično v brame. Namen tega dela je pokazati na morebitne razlike v mikrostrukturi, zato o mehanizmu nastanka ne bomo razpravljali. 9. MAGNETNE LASTNOSTI Vsebnosti ogljika po razogljičenju kažejo, da je bil proces razogljičenja v vseh trakovih učinkovit. Velikost rekristaliziranih zrn in tekstura rekristalizacije sta toliko podobna, da se to ne more odražati neposredno na magnetnih lastnostih. Pač pa so te odvisne od količine cn S > • | «—*---- __ --. * —_c 0 — . —. — velik vzorec ( 810 sarž K.L.) —----klasično vlito jeklo i 1.5 Si (7.) 2.0 Slika 8. Odvisnost med količino silicija v jeklih in vatnimi izgubami pri 1.0 T Fig. 8. Relationship betvveen the silicon content in steel and the core loss at 1.0 T cn 0 • maks. o poprečje 0 • D - — ' 50 100 Število vključkov / mrrr Slika 10. Odvisnost med gostoto vključkov MnS in vatnimi izgubami pri 1.0 T Fig. 10 Relationship betvveen the density of MnS inclusions and the core loss at 1.0 T silicija, kot to prikazuje slika 8. Pri povečanju količine Si od 1.1 na 1.6% se zmanjšajo vatne izgube za okoli 0.5 W/kg, izmerjeno pri 1 Tesla. Število preiskanih šarž je sicer premajhno za statistično zanesljive sklepe; če pa krivuljo primerjamo z analizo velikega vzorca, 810 šarž, vidimo, da to polkvantitativno analizo lahko ocenimo kot verodostojno. Dobra je korelacija med številom sulfidnih vključkov in vatnimi izgubami (slika 10) pri klasično vlitem jeklu, kjer je delež vidnih sulfidnih vključkov večji kot pri konti jeklu. Pri konti vlitem jeklu, kjer je delež vključkov, ki jih vidimo v optičnem mikroskopu, bistveno manjši, te korelacije nismo potrdili. Pač pa pri tem jeklu nekoliko rastejo vatne izgube z vsebnostjo žvepla (slika 11). V sestavi ni razlike med jeklom, ki je bilo vlito v brame in konti vlito v slabe. Mikroistruktura in vsebnost ogljika sta po razogljičenju in rekristalizaciji podobna, zato sklepamo, da so večje vatne izgube pri trakovih iz konti slabov posledica večje dispergiranosti nekovinskih faz, torej manjših sulfidnih, oksidnih in nitridnih vključkov in precipitatov. Negativni vpliv večje dispergiranosti je celo prevladal nad pozitivnim vplivom manjše vsebnosti kisika, dušika in v manjši meri tudi žvepla. 3 5 1 Ol--- 0 0.005 0.010 0.015 5 (•/.) Slika 11. Odvisnost med količino S v jeklu in vatnimi izgubami pri 1.0 T Fig. 11 Relationship between the amount of S in steel and the core loss at 1.0 T 10. ZAKLJUČEK Rezultati preiskav na trakovih 11 šarž, zvaljanih iz konti litih slabov, v primerjavi z rezultati trakov 11 šarž, zvaljanih iz klasično vlitih bram, kažejo naslednje značilnosti: — Pri enaki vsebnosti žvepla v jeklu je manjše število in manjša velikost sulfidnih vključkov, ki jih je mogoče razločiti v optičnem mikroskopu in so večji od 1 n.m. Verjetno je to posledica prisotnosti sulfidnih vključkov pod 1 ^m, kar bo treba dokazati. — Večje število točkastih oksidnih vključkov, ki so zelo enakomerno porazdeljeni v jeklu, oziroma večja gostota točkastih oksidnih vključkov. Razlika v številu je pri enaki analizi trikratna. Vendar je v konti vlitem jeklu v povprečju linearna velikost dvakrat manjša kot v trakovih iz bram. — V trakovih, izvaljanih iz konti slabov, ni oksidnih vključkov v nizih. — Razlika v velikosti in porazdelitvi oksidnih vključkov je lahko posledica manjšega združevanja vključkov zaradi hitrejšega strjenja jekla. Ni izključeno, da del oksidnih vključkov, ki imajo po velikosti močnejši vpliv na magnetne izgube, ni viden v optičnem mikroskopu. — V trakovih, zvaljanih iz konti slabov, ima jeklo bolj enakomerno mikrostrukturo kot v trakovih, zvaljanih iz bram. Kaže, da se večja enakomernost v sestavi in čistoči v primerjavi s klasično vlitimi bramami (noga, glava) odraža v večji sposobnosti jekla za rekristalizacijo med procesom vročega valjanja. — Rahlo povečanje izgub v trakovih iz konti jekla pri magnetenju je verjetno posledica prisotnosti večjega števila vključkov, velikosti okrog 0.1 um, v primerjavi s klasično vlitim jeklom. LITERATURA 1. Fritz Bolling, Trends und Ziele in der Entvviklung hochvverti-ger Elektroblech, Stahl u. Eisen 107 (1987) 2. M. Barisoni, Present Trends to improve the magnetic proper-ties of nonoriented silicion electrical Steels, BTF 1988 (spe-cial issue) 3. F. Vodopivec, Železarski zbornik 13, 1979,161 4. A. Segal, Metals Technology 4, 1977, 177 5. H. A. Wriedt, Metalurgical transactions 7 A, 1976, 711 6. Fritz Bolling, Hochvvertiges Electroblech fur die Energietech-nik Stahl u. Eisen 102, 1982, 17, 833 7. H. Huneus, Stahlvverke Bochum Aktiengesellschaft (1985) interna publikacija ZUSAMMENFASSUNG Ein Vergleich der in Brammenkokilen vergossener und Stranggegossener Stahle fur nichtorientierte Elektrobleche. Die Ergebnisse der Untersuchungen an Bandern von 11 Schmelzen ausgevvalzt aus Stranggegossenen Bramen im Vergleich zu den Ergebnissen aus Bandern von 11 Schmelzen ausgevvalzt aus klassisch vergossenen Brammenblocken zeigen folgende Eigenheiten: — Bei gleichem Schvvefelgehalt im Stahl ist die Zahl und die Grosse der Sulfideinschlusse die im optischen Mikroskop erkannt vverden konnen und sind grosser als 1 ^m, kleiner in Bandern aus stranggegossenem Stahl. VVahrscheinlich ist das die Folge der Anvvesenheit von Sulfideinschlussen unter 1 ^m was noch zu beweisen ist. — Die Zahl der Punktformigen Oxideinschlusse die im Stahl sehr gleicjmassig verteilt sind ist gro sser bzw. die Dichte der Punktformigen Oxideinschlusse ist grosser. Der Unter-schied in der Zahl ist bei gleicher Analyse dreifach. Jedoch ist im Stranggegossenem Stahl die Lineare Grosse im Durch-schnitt um einaml kleiner als in Bandern aus Brammenblocken. — In Bandern ausgevvalzt aus stranggegossenen Bramen sind keine Oxideinschlusse in Reihen zu finden. — Der Unterschied in der Grosse und Verteilung der Oxid-einschlusse kan die Folge kleinerer Zusammenballung der Ein-schlusse vvegen schnellerer Erstarung von Stahl sein. Es ist nicht ausgeschlossen das ein Teil der Oxideinschlusse die der Grosse nach einen starkeren Einfluss auf die Magnetverluste haben im optischen Mikroskop nicht erkennbar ist. — Das Mikrogefuge in Bandern, ausgevvalzt aus Stranggegossenen Bramen ist gleichmassiger als in Bandern ausgevvalzt aus Bramenblocken. Es ist anzunehmen, dass sich die gros-sere Gleichmassigkeit in der Zusammensetzung und Reinheit im Vergleich zu Bramenblocken (Fuss, Kopf) zeigt in grosserer Fahigkeit von Stahl fur die Rekristallisation vvahrend des Warm-vvalzens. — Eine geringe Vergrosserung der Vrluste in Bandern aus Stranggegossenem Stahl bei der Magnetisierung ist vvarschein-lich die Folge einer grosseren Zahl von Einschlussen der Grosse um 0,1 um im Vergleich zu klassisch vergossenem Stahl. SUMMARY Results of investigations of strips rolled of 11 batches of continuously čast slabs and of the same number of batches of slabs čast by standard technology give the follovving character-istics: — At the same sulphur content in steel, the smaller is number and the smaller is size of sulphide inclusions which are stili resolvable in optical microscope and are bigger than 1 um. This is probably due to presence of inclusions smaller than 1 um, but there it is stili necessary to provide evidence for this. — Greater number of point oxide inclusions vvhich are very uniformly distributed in steel, or greater density of point oxide inclusions. Difference in number at the same chemical analysis is up to three times. But in continuously čast steel the average linear size of inclusions is half of that when strips are rolled from ingots. — Oxide inclusions in strips rolled of continuously čast steel are never in strings. — Difference in size and distribution of oxide inclusions can be ascribed to some coalescence due to faster solidification of steel. It is quite possible that a portion of oxide inclusions vvhich have according to their size greater influence on magnetic losses is not resolvable in optical microscope. — Strips rolled from continuously čast slabs have more uniform microstructure than the strips rolled from ingots. It seems that greater uniformity of composition and the purity of continuously čast steel compared vvith standard casting into ingots (tops, bottoms) enables higher ability of steel for recrys-tallization during the hot rolling. — Slight increase in magnetization loss applying strips made of continuously čast steel can be probably ascribed to the presence of greater amount of inclusions of the size around 0.1 um. 3AKJ1KDMEHHE Pe3v/ibTaTbi ncc/ieaoBaHnn /tem 11-th BCTaBOK npoKaiaHbix M3 HenpepbIBHO OT/lMTblX CflflČOB npM CpaBHeHMM C pe3y/lbTa-TaMM JieHT 11 -TM BCTaBOK, npOKaTaHblX H3 K/iaCCMMeCKM OT/lMTblX c/in6oB 0Ka3ann cne,qyiomMe xapaKTepHbie 0C06eHH0CTn: — npn OflMHaKOBbIM COflep>KaHMM cepbl B CTariM KOJ1M-MeCTBO M Be/lMMMHa Cy/lb(t)HflHblX BK/llOHeHMM, KOTOpbie MO>KHO pa3/lMHMTb B OnTMMeCKMM MMKpOCKOne CBblLUe 1 U B03M0)KH0, 4TO 3T0 nOC/ieflCTBMe npMCyTCTBMR Cy/lb(J)MflHblX BK/lKDHeHMM Be/lM4MHbl MeHbLUe 1 U, MTO HaflO flOKa3aTb. — Eo/lblijoe HMC/10 TOMKOBblX OKCMflHblX BKJlIOMeHMM, KOTOpbie oMeHb paBHOMepHO pacnpeaeneHbi b CTane, othocm-Te/ibHO 6onee rycTOTa TOMKOBbix 0KCMflHbix BKJiiOHeHMM. Pa3-nmja b Ko/in4ecTBe cocraB/iner rpn pa3a. Xoth npn nenpepbiBHo otjimtom cTane b cpe/jHeM Be/iMMMHa oamh pa3 MeHbiue 4eM b neHTax e crm6ax. — B /ieHTax npoKaiaHbix M3 HenpepbIBHO 0T/iMTbix c/ifi6oB OKCMflHblX BK/llOHeHMM HeT. — Pa3HMua b Be/iMMMHe m b pacnpe/ieneHMM OKCMflHbix BKJlIOHeHMM coctomt b b03h0>kh0ctm b nOC/ieflCTBMM HeflOCTa-TOHHoro cjimahma bk/iioMeHMM bc/ieflctbmm 6onee 6blCTpOrO 3acTbiBaHMR cTanH. He ncK/iioHaeTco, 4to nacTb OKCMflHbix BKJlIOHeHMM, KOTOpbie nO bm/ieMMHe MMeKDT 6o/iee CM/lbHOe b/iMflHMe Ha noTepM rviarHeTM3Ma He pa3/iMHaeTcn b ontmneckmm MMKpOCKOne. — B ^eHTax, npoKaTaHbix M3 cns6oB HenpepbiBHoro /lMTbfl MMeeT CTa/ib 6o/iee paBHOMepHyK) MMKpocTpyKTypy neivi b neH-Tax npoKaTaHbix M3 o6>«aTbix c;ib6ob. OKa3biseTCfi, mto yBe/im-4eHas paBHOMepHOCTb cocTaBa m hmctotu b cpaBHeHMM c K/iac-eMMeeKMMM OT/iMTbix c/in6aMM (Hora, ro/ioBa) OTpa>naeTCH b ;iyM-wePi enocobHoeTM CTanM um peKpMCCTanM3auMM) b TeneHMM npouecca npoKaTaTbiBaHMH. — Pbixnoe yBenn4eHMe noTepb b neHTax m3 HenpepbIBHO OT/lMTOtf CTa/lM b TeHeHMM MarHMTeHMfl b03m0>KH0 noc/ieacTBMe nocneacTBMe 6o/ibiuoro KO/iMMecTBa BK/iio^eHMfl Be/iM4MHU npM-6/1 b O. CpaBHeHMM b k/iaCCMMeCKM OTflMTOft CTa/1.