BR112015022261B1

BR112015022261B1 - chapa de aço elétrico não orientado que tem propriedades excelentes de perda no ferro de alta frequência

Info

Publication number: BR112015022261B1
Application number: BR112015022261A
Authority: BR
Inventors: Toda Hiroaki; Koseki Shinji; Nakanishi Tadashi; Hiratani Tatsuhiko; Oda Yoshihiko
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2019-12-10
Also published as: RU2621541C2; CA2903035A1; WO2014142149A1; EP2975147B1; CA2903035C; RU2015139083A; KR20170059013A; JP2014177684A; US20160020007A1; KR101813984B1; EP2975147A4; EP2975147A1; KR20150119304A; TW201502288A; CN105189800A; MX2015012932A; CN105189800B; BR112015022261A2; TWI550104B

Abstract

resumo patente de invenção: "chapa de aço elétrico não orientado que tem propriedades excelentes de perda de ferro de alta frequência". trata-se de uma chapa de aço elétrico não orientado que tem: uma composição que contém, em termos de porcentagem em massa, 0,005% ou menos de c, 1,5 a 4% de si, 1 a 5% de mn, 0,1% ou menos de p, 0,005% ou menos de s, 3% ou menos de al, 0,005% ou menos de n e 0,001% ou menos de pb, em que o restante é ferro e impurezas inevitáveis; ou uma composição que contém, em termos de porcentagem em massa, 0,005% ou menos de c, 1,5 a 4% de si, 1 a 5% de mn, 0,1% ou menos de p, 0,005% ou menos de s, 3% ou menos de al, 0,005% ou menos de n, 0,0020% ou menos de pb, e que contém também 0,0005 a 0,007% de ca e/ou 0,0002 a 0,005% de mg. a chapa de aço elétrico não orientado tem propriedades estáveis e excelentes de perda de ferro de alta frequência, mesmo quando uma grande quantidade de mn estiver inclusa.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “CHAPA DE AÇO ELÉTRICO NÃO ORIENTADO QUE TEM PROPRIEDADES EXCELENTES DE PERDA NO FERRO DE ALTA FREQUÊNCIA". CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a uma chapa de aço elétrico não orientado que tem propriedade excelente de perda no ferro de alta frequência.

TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Um motor para automóveis híbridos e automóveis elétricos é acionado em uma área de alta frequência de 400 a 2k Hz a partir de um ponto de vista de miniaturização e eficácia alta. Deseja-se que uma chapa de aço elétrico não orientado usada em um material de núcleo para tal motor de alta frequência tenha baixa perda no ferro em alta frequência.

[0003] A fim de reduzir a perda no ferro em alta frequência, é eficaz diminuir a espessura da chapa e aumentar uma resistência específica. No entanto, o método de diminuição da espessura da chapa tem um problema em reduzir a produtividade, pois não apenas o manuseio do material é difícil devido ao aumento de sua rigidez, mas também o número de perfuração ou o número de empilhamento aumenta. Por outro lado, o método para aumentar a resistência específica não possui um ponto de demérito conforme mencionado acima, de modo que este seja considerado como desejável como um método de diminuição de perda no ferro de alta frequência.

[0004] A adição de Si é eficaz para o aumento da resistência específica. No entanto, o Si é um elemento que tem uma capacidade grande de fortalecimento de solução sólida, de modo que há um problema do material ser endurecido com o aumento da quantidade de adição de Si para deteriorar a propriedade de laminação. Como uma contramedida para solucionar esse problema, há um método de adição de Mn em vez da adição de Si. Visto que o Mn tem capacidade menor de fortalecimento de solução sólida em comparação ao Si, a perda no ferro de alta frequência pode ser reduzida ao mesmo tempo em que suprime a diminuição da produtividade.

[0005] Por exemplo, como uma técnica que utiliza o efeito de adição do Mn acima, o Documento de Patente 1 revela uma chapa de aço elétrico não orientado que contém Si: 0,5 a 2,5% em massa, Mn: 1,0 a 3,5% em massa e Al: 1,0 a 3,0% em massa. Adicionalmente, o Documento de Patente 2 revela uma chapa de aço elétrico não orientado que contém Si: não mais do que 3,0% em massa, Mn: 1,0 a 4,0% em massa e Al: 1,0 a 3,0% em massa.

DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR

DOCUMENTOS DE PATENTE

[0006] Documento de Patente 1: JP-A-2002-047542 [0007] Documento de Patente 2: JP-A-2002-030397 SUMÁRIO DA INVENÇÃO

TAREFA A SER SOLUCIONADA PELA INVENÇÃO

[0008] No entanto, as técnicas reveladas nos Documentos de Patente 1 e 2 têm um problema no qual a perda de histerese é aumentada com o aumento da quantidade de adição de Mn e, portanto, o efeito desejado da redução da perda no ferro pode não ser obtido.

[0009] A invenção é realizada em vista do problema acima mantido na técnica convencional e destina-se a fornecer uma chapa de aço elétrico não orientado que tem uma propriedade excelente de perda no ferro de alta frequência estavelmente mesmo se uma quantidade grande de Mn for incluída.

SOLUÇÃO PARA A TAREFA

[0010] Os inventores realizaram diversos estudos sobre os ingredientes de impureza incluídos na chapa de aço para solucionar a tarefa acima. Como resultado, constatou-se que a deterioração da propri- edade de perda no ferro de alta frequência de um aço de Mn adicionado é dependente da presença do Pb incluído como uma impureza e, portanto, a perda no ferro de alta frequência pode ser reduzida esta-velmente suprimindo-se um teor de Pb mesmo em um teor alto de Mn, e a invenção foi alcançada.

[0011] A invenção tem como base o conhecimento acima e é uma chapa de aço elétrico não orientado que tem uma composição química que compreende C: não mais do que 0,005% em massa, Si: 1,5 a 4% em massa, Mn: 1 a 5% em massa, P: não mais do que 0,1% em massa, S: não mais do que 0,005% em massa, Al: não mais do que 3% em massa, N: não mais do que 0,005% em massa, Pb: não mais do que 0,0010% em massa e em que o restante é Fe e impurezas inevitáveis. [0012] A chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção é distinguida por conter um ou mais dentre Ca: 0,0005 a 0,007% em massa e Mg: 0,0002 a 0,005% em massa além da composição química acima.

[0013] Adicionalmente, a chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção é distinguida por conter um ou mais dentre Sb: 0,0005 a 0,05% em massa e Sn: 0,0005 a 0,05% em massa além da composição química acima.

[0014] Adicionalmente, a chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção é distinguida por conter Mo: 0,0005 a 0,0030% em massa além da composição química.

[0015] Além disso, a chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção é distinguida por conter Ti: não mais do que 0,002% em massa.

EFEITO DA INVENÇÃO

[0016] De acordo com a invenção, é possível produzir estavelmen-te uma chapa de aço elétrico não orientado que tem uma propriedade excelente de perda no ferro de alta frequência suprimindo-se um teor do Pb incluído como uma impureza mesmo se uma quantidade de adição de Mn for alta.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] A Figura 1 é um gráfico que mostra uma influência do teor de Pb em uma relação entre o teor de Mn e a perda no ferro de alta frequência W10/400.

[0018] A Figura 2 é um gráfico que mostra uma relação entre o teor de Pb e a perda no ferro de alta frequência W10/400. MODALIDADES PARA EXECUTAR A INVENÇÃO [0019] Um experimento que resulta no desenvolvimento da invenção será primeiramente descrito abaixo.

[0020] Um aço que contém C: 0,0012% em massa, Si: 3,3% em massa, P: 0,01% em massa, S: 0,0005% em massa, Al: 1,3% em massa e N: 0,0021% em massa e com adição de Mn que é alterado dentro de uma faixa de 0,1 a 5,5% em massa é derretido em um laboratório e formado em um lingote de aço, que não é laminado a quente, submetido a um recozimento de banda a quente a 1.000 °C em uma atmosfera de 100% em volume de N2 por 30 segundos, laminado a frio para obter um chapa laminada a frio que tem uma espessura de chapa de 0,30 mm e submetido ao recozimento de acabamento a 1.000 °C em uma atmosfera de 20% em volume de H2 a 80% em volume de N2 por 30 segundos.

[0021] A partir da chapa laminada a frio e recozida assim obtida, são cortadas amostras para o teste de Epstein com espessura de 30 mm e comprimento de 280 mm na direção de laminação e em uma direção perpendicular à direção de laminação e uma perda no ferro W10/400, desse modo, é medida de acordo com JIS C2550.

[0022] Na Figura 1, o símbolo χ mostra os resultados experimentais como uma relação entre a quantidade de adição de Mn e a perda no ferro W10/400. Conforme observado a partir desses resultados, quando o teor de Mn for menor que 1% em massa, a perda no ferro será reduzida com o aumento da quantidade de adição de Mn, enquanto a redução da perda no ferro se torna leve em uma quantidade não menor que 1% em massa, porém, quando a mesma excede 4% em massa, a perda no ferro, em vez disso, aumenta. A fim de examinar esse caso, quando a chapa de aço que contém 2% em massa de Mn é observada através de TEM, o composto Pb granular é encontrado em contornos de grãos. Conforme tal chapa de aço é analisada adicionalmente, o Pb é incluído na quantidade de 0,0012 a 0,0016% em massa como uma impureza.

[0023] A fim de examinar adicionalmente a influência do Pb sobre as propriedades magnéticas, a perda no ferro W10/400 é medida pelo derretimento do aço com base em um aço de alta pureza que contém C: 0,0013% em massa, Si: 3,1% em massa, Al: 1,1% em massa, P: 0,01% em massa, S: 0,0005% em massa, N: 0,0025% em massa e Pb: 0,0005% em massa e com a adição de Mn que é alterado em uma faixa de 0,1 a 5,5% em massa em um laboratório e, então, é formado em uma chapa laminada a frio e recozida da mesma maneira que no experimento acima.

[0024] Os resultados experimentais, então, obtidos são mostrados através do símbolo o na Figura 1. Conforme observado a partir desses resultados, a perda no ferro é reduzida na chapa laminada a frio e re-cozida realizada a partir do aço de alta pureza que tem um teor reduzido de Pb conforme a quantidade de adição do Mn é aumentada em comparação com a chapa de aço mostrada pelo símbolo x. Adicionalmente, quando a chapa de aço que contém 2% em massa de Mn é observada através de TEM, o composto Pb granular não é encontrado em contornos de grãos. A partir desse resultado, supõe-se que o aumento da perda no ferro associado ao aumento da quantidade de adição de Mn na chapa de aço mostrado pelo símbolo x seja devido ao aumento da perda de histerese através da precipitação do Pb fino. [0025] Na chapa de aço que contém Mn em menos de 1% em massa, o efeito do aprimoramento da perda no ferro através da redução do Pb é reconhecido, porém a taxa do mesmo é pequena, a qual não é elucidada suficientemente. Em aços que têm um teor maior de Mn, considera-se que, visto que a força de acionamento do crescimento grão é diminuída pelo arraste de soluto do Mn, o crescimento de grãos é suscetível a ser influenciado amplamente pela pequena quantidade de Pb.

[0026] O Pb é, geralmente, uma impureza incorporada a partir de sucata. Recentemente, visto que a taxa de uso de sucata aumentou, não apenas a quantidade incorporada, mas também a dispersão da mesma aumentará em associação com isso. Tal aumento do teor de Pb não se torna um problema significativo nas chapas de aço elétrico que têm um teor baixo de Mn, porém, os aços que têm um teor alto de Mn são considerados como amplamente influenciados através da pequena quantidade de Pb visto que o crescimento de grãos é diminuído através do arraste de soluto do Mn.

[0027] A fim de examinar a influência do teor de Pb sobre a perda no ferro, a perda no ferro W10/400 é medida pelo derretimento do aço com base em um aço que contém C: 0,0020% em massa, Si: 3,15% em massa, Mn: 1,8% em massa, Al: 1,2% em massa, P: 0,01% em massa, S: 0,0006% em massa e N: 0,0017% em massa e com a adição de Pb que é alterado em uma faixa de tr -0,0060% em massa em um laboratório e, então, é formado em uma chapa laminada a frio e recozida de 0,30 mm de espessura da mesma maneira que no experimento acima.

[0028] Os resultados experimentais são mostrados na Figura 2 como uma relação entre a quantidade de adição de Pb e a perda no ferro W10/400. Conforme observado a partir dessa figura, a perda no fer- ro é altamente diminuída quando o teor de Pb não é maior que 0,0010% em massa (menor que 10 ppm em massa). Isso é considerado com base no fato de que o crescimento de grãos é aprimorado pela diminuição do teor de Pb. A partir desse resultado, pode-se observar que é necessário diminuir o teor de Pb para não mais do que 0,0010% em massa para suprimir a influência ruim do Pb sobre o crescimento de grãos. A invenção tem como base o conhecimento inovador acima. [0029] A composição química da chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção será descrita abaixo.

[0030] C: não mais do que 0,005% em massa [0031] C é um elemento que forma um carbureto com Mn. Quando o teor exceder 0,005% em massa, a quantidade de carbureto com base em Mn será aumentada para obstruir o crescimento de grãos, de modo que o limite superior seja de 0,005% em massa. Preferencialmente, o mesmo não é maior que 0,002% em massa.

[0032] Si: 1,5 a 4% em massa [0033] Si é um elemento eficaz para melhorar uma resistência específica do aço para reduzir a perda no ferro, de modo que seja adicionado em uma quantidade não menor que 1,5% em massa. Visto que quando este é adicionado em uma quantidade que excede 4% em massa, a densidade de fluxo magnético é diminuída, de modo que o limite superior seja de 4% em massa. Preferencialmente, o limite inferior do Si é de 2% em massa, enquanto o limite superior do mesmo é de 3,5% em massa.

[0034] Mn: 1 a 5% em massa [0035] Mn é um ingrediente eficaz para aumentar uma resistência específica do aço para reduzir a perda no ferro sem danificar amplamente a capacidade de trabalho e é importante na invenção, de modo que este seja adicionado em uma quantidade não menor que 1% em massa. A fim de melhorar adicionalmente o efeito da redução da perda no ferro, a adição de não menos do que 1,6% em massa é preferencial. Visto que quando este é adicionado em uma quantidade que excede 5% em massa, a densidade de fluxo magnético é diminuída, de modo que o limite superior seja de 5% em massa. Preferencialmente, o limite inferior do Mn é de 1,6% em massa, enquanto o limite superior do mesmo é de 3% em massa.

[0036] P: não mais do que 0,1% em massa [0037] P é um elemento que tem uma capacidade grande de fortalecimento de solução sólida. Quando houver a inclusão em uma quantidade que exceda 0,1% em massa, a chapa de aço será endurecida significativamente para reduzir a produtividade, de modo que essa seja restrita a não mais do que 0,1% em massa. Preferencialmente, não seja maior que 0,05% em massa.

[0038] S: não mais do que 0,005% em massa [0039] S é uma impureza inevitável. Quando houver a inclusão em uma quantidade que exceda 0,005% em massa, o crescimento de grãos será obstruído pela precipitação do MnS para aumentar a perda no ferro, de modo que o limite superior seja de 0,005% em massa. Preferencialmente, o mesmo não é maior que 0,001% em massa. [0040] Al: não mais do que 3% em massa [0041] Al é um elemento eficaz para melhorar uma resistência específica do aço para reduzir a perda no ferro como o Si. Quando for adicionado em uma quantidade que excede 3% em massa, a densidade de fluxo magnético será diminuída, de modo que o limite superior seja de 3% em massa. Preferencialmente, este não é maior do que 2% em massa. No entanto, quando o teor de Al for menor que 0,1% em massa, o AIN fino será precipitado para obstruir o crescimento de grãos e aumentar a perda no ferro, de modo que o limite inferior seja preferencialmente de 0,1% em massa.

[0042] N: não mais do que 0,005% em massa [0043] N é uma impureza inevitável penetrada a partir do ar no aço. Quando o teor for grande, o crescimento de grãos será obstruído pela precipitação de AIN para aumentar a perda no ferro, de modo que o limite superior seja restrito a 0,005% em massa. Preferencialmente, o mesmo não é maior que 0,003% em massa.

[0044] Pb: não mais do que 0,0010% em massa [0045] Pb é um elemento importante a ser controlado na invenção, pois o mesmo afeta severamente uma propriedade de perda no ferro de alta frequência. Conforme visto a partir da Figura 2, quando o teor de Pb exceder 0,0010% em massa, a perda no ferro será aumentada violentamente. Portanto, o Pb é restrito a não mais do que 0,0010% em massa. Preferencialmente, este não é maior do que 0,0005% em massa.

[0046] A chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção contém preferencialmente um ou dois dentre Ca e Mg além da composição química acima.

[0047] Ca: 0,0005 a 0,007% em massa [0048] Ca é um elemento eficaz para formar um sulfeto, que se precipita e se coalesce em conjunto com Pb para suprimir uma ação prejudicial do Pb e reduzir a perda no ferro. A fim de obter tal efeito, prefere-se adicionar uma quantidade não menor que 0,0005% em massa. Visto que quando este é adicionado em uma quantidade que excede 0,007% em massa, a quantidade de CaS precipitada se torna muito grande e a perda no ferro é, em vez disso, aumentada, de modo que o limite superior seja preferencialmente de 0,007% em massa. Mais preferencialmente, o limite inferior do Ca é de 0,0010% em massa, enquanto o limite superior do mesmo é de 0,0040% em massa. [0049] Mg: 0,0002 a 0,005% em massa [0050] Mg é um elemento eficaz para formar um óxido, que se precipita e se coalesce em conjunto com Pb para suprimir uma ação prejudicial do Pb e reduzir a perda no ferro. A fim de obter tal efeito, prefere-se adicionar uma quantidade não menor que 0,0002% em massa. Visto que quando este é adicionado em uma quantidade que excede 0,005% em massa, a própria adição é difícil e, além disso, o aumento do custo é causado desnecessariamente, portanto, o limite superior é preferencialmente de 0,005% em massa. Mais preferencialmente, o limite inferior de Mg é de 0,0005% em massa, enquanto o limite superior do mesmo é de 0,003% em massa.

[0051] Além disso, quando Ca e/ou Mg forem adicionados, um teor aceitável de Pb pode ser ampliado para 0,0020% em massa através do efeito de supressão da ação prejudicial do Pb.

[0052] Adicionalmente, a chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção contém preferencialmente os ingredientes a seguir além da composição química acima.

[0053] Sb: 0,0005 a 0,05% em massa, Sn: 0,0005 a 0,05% em massa [0054] Sb e Sn têm um efeito para aprimorar a textura para aumentar a densidade de fluxo magnético, de modo que os mesmos possam ser adicionados em uma quantidade não menor que 0,0005% em massa individualmente ou em mistura. Mais preferencialmente, cada um desses não é menor que 0,01% em massa. No entanto, quando cada um desses for adicionado em uma quantidade que exceda 0,05% em massa, a fragilização da chapa de aço será causada, de modo que o limite superior de cada um desses seja preferencialmente de 0,05% em massa.

[0055] Mo: 0,0005 a 0,0030% em massa [0056] Mo tem um efeito de coalescimento do carbureto resultante para reduzir a perda no ferro, de modo que seja preferencial adicionar em uma quantidade não menor que 0,0005% em massa. No entanto, quando for adicionado em uma quantidade que exceda 0,0030% em massa, a quantidade do carbureto se torna muito grande e, portanto, a perda no ferro será, em vez disso, aumentada, de modo que o limite superior seja preferencialmente de 0,0030% em massa. Mais preferencialmente, o limite inferior de Mo é de 0,0010% em massa, enquanto o limite superior do mesmo é de 0,0020% em massa.

[0057] Ti: não mais do que 0,002% em massa [0058] Ti é um elemento que forma um carbonitreto. Quando o teor é maior, uma quantidade do carbonitreto precipitada se torna muito grande, na qual o crescimento de grãos é obstruído para aumentar a perda no ferro. Na invenção, portanto, Ti é preferencialmente limitado a não mais do que 0,002% em massa. Mais preferencialmente, o mesmo não é maior que 0,0010% em massa.

[0059] Além disso, o restante, além dos ingredientes supracitados na chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção, é Fe e impurezas inevitáveis. No entanto, outros elementos podem ser incluídos até o ponto em que não danifiquem a ação e o efeito da invenção.

[0060] A seguir, o método de produção da chapa de aço elétrico não orientado será descrito de acordo com a invenção.

[0061] Na produção da chapa de aço elétrico não orientado de acordo com a invenção, as condições além da composição química supracitada da chapa de aço não são particularmente limitadas, de modo que a chapa de aço possa ser produzida sob as mesmas condições que as chapas de aço elétrico não orientado comuns, contanto que a composição química esteja em uma faixa definida na invenção. Por exemplo, ela pode ser produzida por derretimento de um aço que tem uma composição química adaptada para a invenção em um conversor, em um dispositivo de desgaseificação ou similares, para formar um material de aço bruto (placa) através da fundição contínua, do desbaste de formador de lingote ou similares, da laminação a quente, do recozimento de banda a quente conforme solicitado, submetendo uma laminação a frio ou duas ou mais laminações a frio que ensandui-cham um recozimento intermediário entre os mesmos a uma dada espessura da chapa e submetendo ao recozimento de acabamento.

EXEMPLO

[0062] Um aço que tem uma composição química mostrado na Tabela 1 obtido através da desgaseificação de um aço derretido soprado em um conversor é derretido e fundido continuamente para obter uma placa. A placa é aquecida a 1.100 °C por 1 hora, submetida à laminação a quente em que uma temperatura final da laminação de acabamento é de 800 °C, enrolada na forma de uma bobina a uma temperatura de 610 °C para obter uma chapa laminada a quente de 1,8 mm de espessura. Então, a chapa laminada a quente é submetida a um recozimento de banda a quente em uma atmosfera de 100% em volume de N2 a 1.000 °C por 30 segundos, laminada a frio para obter uma chapa laminada a frio de 0,35 mm de espessura, que é submetida ao recozimento de acabamento em uma atmosfera de 20% em volume de H2 a 80% em volume de N2 em 1.000 °C por 10 segundos para obter uma chapa laminada a frio e recozida.

[0063] A partir da chapa laminada a frio e recozida assim obtida, são cortadas amostras para o teste de Epstein com uma espessura de 30 mm e um comprimento de 280 mm na direção de laminação e em uma direção perpendicular à direção de laminação para medir uma perda no ferro W10/400, e uma densidade de fluxo magnético B50 de acordo com JIS C2550. Os resultados são mostrados também na Tabela 1.

[0064] Conforme observado a partir da Tabela 1, as chapas de aço que satisfazem a composição química definida na invenção, particularmente, as chapas de aço que têm um teor reduzido de Pb são excelentes na propriedade de perda no ferro de alta frequência independentemente de um teor alto de Mn.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0065] A invenção pode ser aplicada também a um motor para máquina de trabalho, um motor para veículo elétrico híbrido, um gerador de velocidade alta e assim por diante.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Chapa de aço elétrico não orientado, caracterizada pelo fato de que apresenta uma composição química que consiste em: C: não mais do que 0,005% em massa, Si: 1,5 a 4% em massa, Mn: 1 a 5% em massa, P: não mais do que 0,1% em massa, S: não mais do que 0,005% em massa, Al: 0,1 a 3% em massa, N: não mais do que 0,005% em massa, Pb: não mais do que 0,0010% em massa, Mo: 0,0005 a 0,0030% em massa, Ti: não mais do que 0,002% em massa, opcionalmente, um ou dois dentre Ca: 0,0005 a 0,007% em massa e Mg: 0,0002 a 0,005% em massa, opcionalmente, um ou dois dentre Sb: 0,0005 a 0,05% em massa e Sn: 0,0005 a 0,05% em massa, e o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis.