Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторных кремнийсодержащих сталей


 


Владельцы патента RU 2600606:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") (RU)

Изобретение относится к области металлургической промышленности и может быть использовано в технологии производства трансформаторной стали, содержащей кремний, на стадии формирования электроизоляционного покрытия. Способ получения оксидного электроизоляционного покрытия на поверхности листовой кремнийсодержащей трансформаторной стали в виде слоя фаялита Fe2SiO4 включает нагрев поверхности стали до температуры 620-640°С в атмосфере воздуха, выдержку при указанной температуре в атмосфере воздуха в течение не менее 30 часов и охлаждение вне печи до температуры окружающей среды. Обеспечивается получение высококачественного покрытия без использования дорогостоящих и дефицитных материалов с использованием безотходной и экологически чистой технологии без специального оборудования при совмещении оксидирования с процессом термообработки трансформаторной стали.

 

Изобретение относится к области металлургической промышленности и может быть использовано в технологии производства трансформаторной стали, содержащей кремний, на стадии формирования электроизоляционного покрытия. Способ предусматривает нагрев стали до температуры, входящей в интервал 620-640°C, в среде воздуха, выдержку при этой температуре в течение не менее 30 часов и охлаждение вне печи до температуры окружающей среды. Изобретение позволяет получить оксидное электроизоляционное покрытие с повышенным значением удельного электрического сопротивления за счет получения оптимального фазового состава оксидного покрытия.

Известен способ оксидирования деталей по патенту из электротехнических сталей (патент SU 272768, «Способ оксидирования деталей из электротехнических сталей», опубл. 01.01.1970, МПК C23C 8/18) с целью получения электроизоляционного покрытия нагревом в среде перегретого пара до температуры 550°С и выдержки в течение 1,5-2 час с последующим охлаждением. Недостатком таких покрытий является то, что они имеют низкие электроизоляционные и адгезионные свойства.

Известен способ оксидирования железоуглеродистых сплавов (патент РФ №2110603, «Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторной стали», опубл. 10.10.2013, МПК C23C 22/74), который предусматривает нагрев и выдержку при температуре 600-900°C в смеси, содержащей водяной пар и воздух при их массовом отношении 0,02-200, причем с повышением температуры выдержки это отношение увеличивают. Этот способ принят в качестве прототипа.

Недостатком указанного прототипа является то, что паротермическое оксидирование представляет собой сложный и энергоемкий процесс, требующий герметизации печи и нагрева водяного пара. Присутствие в печи перегретого водяного пара при высоких температурах резко сокращает межремонтные интервалы, что приводит к простою оборудования. Полученные в водяном паре оксидные покрытия имеют значительную толщину (более 10 мкм), а следовательно, имеют низкую адгезионную прочность и легко разрушаются, особенно при деформации.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является формирование на поверхности стали электроизоляционного покрытия, снижающего величины электрических потерь на вихревые токи и нагрев устройства, а также приводящего к повышению КПД электрической машины и увеличению ее надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что листовую кремнийсодержащую трансформаторную сталь нагревают в атмосфере воздуха до температуры, выбранной из интервала 620-640°С, и выдерживают при этой температуре в течение не менее 30 часов. В результате окисления на поверхности стали образуется сплошное оксидное покрытие, содержащее Fe2SiO4 (фаялит), с высоким удельным электрическим сопротивлением.

Экспериментально установлено, что при окислении стали, содержащей кремний в количестве 3,7%, при температурах обработки ниже 620°C образуется слой гематита Fe2O3 с включениями зерен кварца SiO2. Ввиду дискретности зерен SiO2 электропроводность такого оксидного слоя будет определяться электропроводностью гематита Fe2O3. Гематит является полупроводником с электронной проводимостью (n - типа), поэтому удельное сопротивление такого оксидного слоя невелико и составляет ρ=3 Ом·см. При окислении стали в интервале температур 620-640°C оксидное покрытие представляет собой сплошной слой фаялита (Fe2 SiO4), удельное электросопротивление которого очень велико и составляет ρ=7·106 Ом·см.

Повышение температуры оксидирования выше 640°C приводит к образованию покрытия с удельным электросопротивлением ρ=7 Ом·см. Исследование фазового состава показало, что такое покрытие состоит из дисперсных зерен магнетита Fe3O4, гематита Fe2O3 и кварца SiO2.

При выдержке кремнийсодержащей стали в течение менее 30 часов образуется тонкое и пористое покрытие, удельное сопротивление которого будет мало. Более длительная выдержка металла даст покрытие большей толщины, но увеличение толщины покрытия будет не значительным, так как кремнийсодержащие стали обладают большой жаростойкостью (имеют низкую скорость формирования покрытия). При выдержке более 40 часов окисление полностью прекращается.

Предлагаемый способ получения электроизоляционных покрытий на кремнийсодержащих трансформаторных сталях позволяет получить высококачественные покрытия без использования дорогостоящих и дефицитных материалов, представляет собой безотходную и экологически чистую технологию. Способ не требует специального оборудования при совмещении оксидирования с процессом термообработки трансформаторной стали.

Способ получения оксидного электроизоляционного покрытия на поверхности листовой кремнийсодержащей трансформаторной стали в виде слоя фаялита Fe2SiO4, включающий нагрев поверхности стали до температуры 620-640°С в атмосфере воздуха, выдержку при указанной температуре в атмосфере воздуха в течение не менее 30 часов и охлаждение вне печи до температуры окружающей среды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке жаростойкой ферритной стали, используемой в области энергетики для производства паровых котлов солнечных тепловых электростанций.

Изобретение относится к области окисления поверхностей металлических изделий для обработки перед нанесением адгезивных слоев. Способ подготовки металлических изделий при производстве резинометаллических изделий перед нанесением адгезивного слоя включает обработку поверхности металлических изделий путем окисления в среде воздуха при температуре 220-250°C в течение 20-30 мин.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению полосы из электротехнической стали, используемой в электротехнической промышленности. Для создания в полосовой стали надежного изолирующего слоя с хорошими контролирующими свойствами изготовление электротехнической полосовой стали с оксидным покрытием проводят в установке для непрерывного рекристаллизационного отжига, при этом полосу сначала нагревают и охлаждают в зоне нагрева и охлаждения установки, а затем ее подают в зону перестаривания.

Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных изделий, в частности к способам и устройствам для паротермического оксидирования, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, электротехнической промышленности для получения защитной оксидной пленки на поверхности стальных изделий.

Изобретение относится к области оксидирования стального материала, Для получения после охлаждения стального материала требуемой толщины оксидной пленки допускают образование оксидной пленки на поверхности стального материала dH2O+d O2 15 нм, где dH2O - толщина оксидной пленки, образующейся с участием водяного пара в качестве окисляющей субстанции (нм): dH2O={5,50·10-3(Ti2-To 2)-6,51(Ti-To)}/CR, где То 573 K; dO2 - толщина оксидной пленки, образующейся с участием растворенного кислорода в качестве окисляющей субстанции (нм); dO2=7,98·10-4(Ti-T o)dDo, где To 573 K; Тi - начальная температура охлаждения водой (K); То - конечная температура охлаждения водой (K); d - толщина стального материала (мм); Do - концентрация кислорода, растворенного в охлаждающей воде (мг·л-1 ); СR - скорость охлаждения (K·с-1 ).

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано для интенсификации и регулирования температурно-временных параметров процессов образования защитных (функциональных) диффузионных покрытий с заданными свойствами на металлических конструкционных материалах и изделиях.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке сплавов на основе железа, преимущественно полученных спеканием порошков, и может найти применение в машиностроении в основном с целью повышения сопротивления коррозии, а также повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя.

Изобретение относится к технологии пассивации металлических поверхностей оборудования и трубопроводов, в том числе и на атомных энергетических установках (АЭУ), а именно к технологии паротермического оксидирования.
Изобретение относится к области химико-термической обработки железоуглеродистых сплавов и направлено на решение задачи повышения коррозионной стойкости оксидного покрытия железоуглеродистых сплавов без усложнения технологии.

Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных деталей, в частности нефтегазодобывающего оборудования, и может быть использовано для повышения стойкости стальных деталей против усталостного разрушения, коррозии и износа в топливно-энергетической, металлургической и машиностроительной отраслях промышленности при металлообработке.
Наверх