Магнитные свойства электротехнической стали - Влияние резки, штамповки, закатки заусенцев на свойства стали

Глава седьмая
ВЛИЯНИЕ НАКЛЕПА И ПОВТОРНОГО ОТЖИГА НА МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ
7-1. ВЛИЯНИЕ РЕЗКИ, ШТАМПОВКИ, ЗАКАТКИ ЗАУСЕНЦЕВ И ДРУГИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ НА МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ

Влияние резки и штамповки пластин на свойства стали

При рассмотрении влияния резки пластин из листов гильотинными ножницами на свойства стали необходимо учитывать следующие обстоятельства.

Рис. 7-1. Вид зазора при соединении двух половин разрезанного листа.
Если листовая сталь на металлургическом заводе отжигалась стопами, то в листах имеются напряжения первого рода, возникающие из-за неоднородного охлаждения краевых и срединных частей листа. Краевые участки листа охлаждаются быстрее, чем срединные, в результате чего в срединных участках создаются растягивающие, а в краевых — сжимающие растяжения. Если лист разрезать на две части и сомкнуть их вместе, то по линии реза возникает воздушный зазор (рис. 7-1), появление которого свидетельствует о частичном снятии напряжения первого рода. В рулонной холоднокатаной стали, где последний отжиг проходит в проходных печах, напряжения первого рода возникают в значительно меньшей степени.  
Таким образом, удельные потери электротехнической стали после разрезки листов из-за снижения напряжений первого рода должны несколько снижаться. Это подтверждается непосредственными измерениями удельных потерь на целых и полуцелых листах [Л. 7-1]. В табл. 7-1 приведены данные этих сравнительных измерений.

Таблица 7-1
Удельные потери в целых и полуцелых листах

При дальнейшей разрезке листов горячекатаной стали снятие внутренних напряжений происходит еще в большей степени, что приводит к дальнейшему снижению удельных потерь. Но при разрезке листа на более узкие полосы все в большей степени будет сказываться влияние собственного наклепа на увеличение удельных потерь. В [Л. 7-1] установлено, что в горячекатаной электротехнической стали удельные потери на целых листах и полосках шириной 30 мм близки между собой (с точностью ±3%).
Величина наклепа при разрезке листов на пластины зависит от остроты ножей, от силы удара прижимающих механизмов к листу в [Л. 7-2] показано, что для пластин холоднокатаной стали шириной 120—360 мм от ударов прижимающих механизмов по всей кромке реза удельные потери увеличиваются на 2%; а намагничивающее поле до 5%. При ударе прижимающего механизма к листу через резиновые прокладки не происходит увеличения потерь и намагничивающего поля.
Согласно литературным данным известно, что увеличение удельных потерь от собственного наклепа при резке эпштейновских полос зависит от толщины листа. Считается, что увеличение удельных потерь от наклепа в эпштейновских образцах холоднокатаной стали толщиной 0,35—0,50 мм составляет примерно 10%. При разрезке листов на более широкие полосы удельные потери увеличиваются в меньшей степени, а более узких в большей.  
Таблица 7-2
Увеличение удельных потерь в стали Э320 от разрезки листов на полосы

По данным [Л. 7-2] в табл. 7-2 приведены данные увеличения удельных потерь от резки пластин шириной 80—320 мм в стали Э320 при 5=1,5-1,7 тл.
Для полос шириной менее 30 мм по [Л. 3-2] увеличение удельных потерь р1,5/50происходит более интенсивно (табл. 7-3).
Таблица 7-3
Увеличение удельных потерь от резки листов на полосы шириной менее 30 мм

Следует отметить, что более существенное увеличение потерь в образцах холоднокатаной стали следует связать с тем, что в текстурованной стали при наклепе происходит разрушение магнитной текстуры (§ 2-5)., что приводит к дополнительному увеличению удельных потерь. Магнитная проницаемость от наклепа при резке полос снижается. Так, по [Л. 7-2] даже при нарезке пластин из холоднокатаной стали шириной 80—120 мм намагничивающее поле при 5=1,5 тл возрастает на 20—30%.

Таблица 7-4
Магнитная индукция штампованных колец и полос, вырезанных ножницами (ширина 10 мм, сталь Э43)

Кривые намагничивания образцов холоднокатаной стали для полос в наклепанном состоянии шириной 30, 10, 5 и 2,5 мм представлены на рис. 7-2, а. Если сравнивать намагничивающее поле при 5=1,5 тл в полосках в наклепанном состоянии с таким же полем в полосках шириной 30 мм после повторного отжига, то получается следующее снижение проницаемости от наклепа:

Рис. 7-2. Кривые намагничивания холоднокатаной текстурованной стали в полосах шириной 30, 10, 5 и 2,5 мм.
а — после резки; б — после повторного отжига при 800 oС в течение 2 ч.

При штамповке пластин магнитные свойства стали ухудшаются еще в большей степени, чем при вырезке гильотинными ножницами (табл. 7-4).
При изготовлении витых сердечников происходит неоднородная деформация во всем объеме металла (§ 6-2). Магнитные и электрические характеристики ленты в зависимости от радиуса изгиба ухудшаются в значительной степени. При упругом изгибе с r=0,25 м удельные потери p1,5/50 в холоднокатаной текстурованной стали толщиной 0,35 мм возрастают на 50% (рис. 6-16), а магнитная индукция Вм снижается с 1,75 до 1,35 тл (рис. 6-17).
При изгибе пластин на радиус, вызывающий пластическую деформацию, магнитные свойства ухудшаются в еще большей степени. Даже магнитная индукция в сильных полях в стали Э330А снижается значительно, что видно из следующих данных:

Рис. 7-3. Расположение пластины на столе закатного станка.
1 — закатные валки; 2 — пластина; 3 — направляющая.

Влияние закатки заусенцев на свойства стали

На кромках пластин при вырезке их гильотинными ножницами или штамповке образуются заусенцы, закатываемые на специальных вальцевальных машинах. При этой операции происходит деформация поверхностных слоев не только вблизи реза, но и в некоторой степени всей поверхности. В [Л. 7-3] применительно к силовым трансформаторам типа ТМ 1000/10-А установлено следующее ухудшение электромагнитных характеристик стали Э330А от закатки заусенцев: удельные потери P1,65/50 увеличились на 12%, ток холостого хода возрос на 66%. Закатка заусенцев проводилась таким образом, что направление движения пластин в станке совпадало с направлением прокатки.

Рис. 7-4. Зависимость прироста удельных потерь Δρ/ρ, %, и намагничивающего тока в магнитопроводе трансформатора из стали Э330 от угла φ направления закатки заусенцев и направления прокатки в листах.
В [Л. 7-4] закатка заусенцев проводилась при задаче в станок пластин под разными углами к проката. На рис. 7-3 показан случай, когда угол между направлением проката и направлением прокатки составляет 55o.
На рис. 7-4 показано увеличение удельных потерь и намагничивающего поля от закатки заусенцев при разных углах α задачи листа в вальцевальный станок. Из этих материалов следует, что значения Δρ/ρ, %, и ΔI/I, %, существенно зависят от угла α.                                   
При α=55° (рис. 7-3) получается наименьшее ухудшение характеристик. Столь заметную анизотропию ухудшения электромагнитных характеристик от угла α при закатке заусенцев можно объяснить анизотропией модуля упругости (табл. 1-5). Так как модуль упругости стали Э330 является наибольшим под углом 55° к прокатке, но это должно приводить к наименьшей остановочной деформации при механической обработке.
Рулонная сталь на заводах электропромышленности прежде всего подвергается обрезке кромок и разрезке на полосы необходимой ширины дисковыми ножницами. При этой операции на кромках полос также образуются заусенцы. В [Л. 7-5] предложено устройство, позволяющее на агрегате по продольному раскрою ленты не закатывать, а срезать получаемые заусенцы.
К ухудшению электромагнитных характеристик приводит также пробивка отверстий, деформация пластин при сборке магнитопровода и др. По [Л. 7-6] увеличение потерь в сердечнике от пробивки отверстий в магнитопроводах силовых трансформаторов достигает 8—10%, а тока холостого хода на 20—30%. Применяемая в настоящее время бесшпилечная стяжка магнитопроводов вызывает меньшее ухудшение свойств.

В [Л. 7-3] показано, что простая перешихтовка магнитопроводов силовых трансформаторов приводит к увеличения удельных потерь до 5% и намагничивающего тока до 15%. Это связано с тем, что часть пластин изгибается с малым радиусом, что приводит к их пластической деформации. Особую осторожность при шихтовке магнитопроводов необходимо проявлять к стали толщиной менее 0,35 мм.