BRPI0209419B1 - método para produzir aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade e método de recozimento inicial de fita de aço elétrico de grão orientado e alta permeabilidade - Google Patents

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Abstract

"método para produzir aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade e método de recozimento inicial de fita de aço elétrico de grão orientado e alta permeabilidade". a presente invenção apresenta um método de produzir um aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade tendo excelentes propriedades mecânicas e magnéticas. uma fita quente tendo uma espessura de cerca de 1,5 a cerca de 4,0 mm tem uma química compreendendo de cerca de 2,5 a cerca de 4,5% de silício, de cerca de 0,1 a cerca de 1,2% de cromo, de cerca de 0,02 a cerca de 0,08% de carbono, de cerca de 0,01 a cerca de 0,05% de alumínio, até cerca de 0,1% de enxofre, até cerca de 0,14% de selênio, cerca de 0,03 a cerca de 0,15% de manganês, até cerca de 0,02% de estanho, até cerca de 1% de cobre e o balanço sendo essencialmente ferro e elementos residuais, todas as porcentagens em peso. a fita tem uma resistividade volumétrica de pelo menos 45 <109><87>-cm, uma fração volumétrica de austenita (<sym>~ 1150<198>c~) de pelo menos 20% e a tira tem uma espessura de camada isomórfica de pelo menos cerca de 2% da espessura total em pelo menos uma superfície da fita processada a quente. a fita é rapidamente esfriada após recozimento antes da laminação a frio a uma taxa de pelo menos 30<198>c/s de 875 a 950<198>c até uma temperatura abaixo de 400<198>c. a fita é reduzida a frio em um ou mais estágios com uma redução final de pelo menos 80%, recozida, descarburada e revestida com um separador de recozimento em pelo menos um lado. um recozimento final proporciona crescimento secundário de grão estável e uma permeabilidade medida em a a/m de pelo menos 1840.

Description

MÉTODO PARA PRODUZIR AÇO ELÉTRICO DE GRÃO ORIENTADO DE ALTA PERMEABILIDADE E MÉTODO DE RECOZIMENTO INICIAL DE FITA DE AÇO ELÉTRICO DE GRÃO ORIENTADO E ALTA PERMEABILIDADE
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a um método de produzir um aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade a partir de uma tira, ou fita, processada a quente compreendendo cerca de 2,0 a cerca de 4,5% de silício, cerca de 0,1 a cerca de 1,2% de cromo, pelo menos cerca de 0,01% de carbono e cerca de 0,01 a cerca de 0,05% de alumínio. Tipicamente, a tira de aço terá uma resistividade volumétrica de pelo menos 45 αΩ-cm, uma fração volumétrica de austenita (Yii5o°c) de pelo menos cerca de 20% e uma espessura de camada isomórfica de pelo menos 2% da espessura total da tira em pelo menos uma superfície antes da laminação a frio final.
Os aços elétricos são amplamente caracterizados em dias classes. Aços elétricos não orientados são engenheirados para proporcionar propriedades magnéticas uniformes em todas as direções. Estes aços são compostos de ferro, silício e alumínio para transmitir resistividade volumétrica mais alta à folha de aço e, assim, abaixar a perda no núcleo. Os aços elétricos não orientados também podem conter manganês, fósforo e outros elementos comumente conhecidos na técnica para proporcionar resistividade volumétrica mais alta e abaixar as perdas no núcleo criadas durante a magnetização.
Os aços elétricos de grão orientado são engenheirados para proporcionar alta resistividade volumétrica com propriedades magnéticas altamente direcionais devido ao desenvolvimento de uma orientação de grão preferencial. Estes aços são diferenciados pelos inibidores de crescimento de grão usados, pelo roteamento de processo empregado e pela qualidade da orientação de grão obtida como indicado pela permeabilidade magnética medida a 796 A/m. Aços elétricos de grão orientado regulares (ou convencionais) têm uma permeabilidade de pelo menos 1.780, ao passo que os aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade têm uma permeabilidade de pelo menos cerca de 1.840 e tipicamente maior do que 1.880. Tipicamente, a resistividade volumétrica dos aços elétricos de grão orientado comercialmente produzidos varia de 45 a 55 45 ocQ-cm, o que é proporcionado pela adição de 2,95% a 3,45% de silício com ferro e outras impurezas eventuais do método de fabricar o aço. As etapas de processamento de maior importância podem incluir fusão, fundição de lingote ou tira, re-aquecimento de lingote, laminação a quente, recozimento e laminação a frio.
Para obter as propriedades magnéticas desejadas em um aço elétrico de grão orientado, uma orientação de grão de cubo na face é desenvolvida no recozimento final a alta temperatura do aço por um processo comumente denominado na técnica crescimento de grão secundário. O crescimento de grão secundário é um processo pelo qual pequenos grãos orientados por cubo na face de preferência crescem para consumir grãos de outras orientações. O crescimento de grão secundário vigoroso é principalmente dependente de dois fatores. Primeiro, a estrutura do grão e a textura cristalina do aço, particularmente as camadas da superfície e próxima à superfície da superfície do aço, devem proporcionar condições apropriadas para o crescimento de grão secundário. Segundo, uma dispersão inibidora de crescimento de grão, tal como nitreto de alumínio, sulfeto de manganês, seleneto de manganês ou similar, capaz de restringir o crescimento de grão primário deve ser prevista para restringir o crescimento de grão primário até o crescimento de grão secundário estar completo. A composição e o processamento do aço influenciam a morfologia do inibidor de crescimento de grão, a microestrutura e a textura cristalina. Os métodos típicos para a produção de aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade dependem de precipitados de nitreto de alumínio ou precipitados de nitreto de alumínio em combinação com sulfetos de manganês e/ou selenetos de manganês para inibição de crescimento de grão primário. Outros precipitados podem ser incluídos em combinação com nitretos de alumínio, tais como cobre e similares. As características das camadas de superfície e próximas à superfície da superfície do aço na fita processada a quente são importantes para o desenvolvimento de um aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade. Esta região da superfície, reduzida no carbono e substancialmente isenta de austenita, e seus produtos de decomposição proporcionam uma microestrutura ferrítica de fase substancialmente simples, ou isomórfica, e é denominada na técnica como camada descarburada superficial. De modo alternativo, ela pode ser definida como o limite entre as camadas superficiais isomórficas e a camada interior polimórfica (fases misturadas de ferrita e austenita ou seus produtos de decomposição) , tal como faixa de cisalhamento e similar. Os núcleos de grão secundário cubo na face com a mais alta probabilidade de sustentar crescimento vigoroso e produzir um alto grau de orientação do grão cubo na face estão contidos dentro da camada isomórfica ou, de modo alternativo, próximos ao limite entre as camadas superficiais isomórficas e a camada interior polimórfica.
No desenvolvimento de aços elétricos de grão orientado com perda de núcleo inferior foram explorados aços de resistividade volumétrica mais alta. Tipicamente, níveis de silício mais altos são usados, os quais requerem níveis mais altos de elementos formadores de austenita para manter uma proporção adequada, ou balanço de fase, entre as fases de austenita e ferrita. 0 carbono é a adição mais comum para elevar o nível de austenita. 0 uso de níveis mais altos de silício e carbono para a produção de aços de grão orientado de alta permeabilidade provocou muitos problemas de fabricação, aumentando tanto a dificuldade quanto o custo de produção. Níveis mais altos de silício e carbono abaixam a temperatura solidus, a qual tem uma importante influência na formação de defeitos que podem ocorrer durante o processamento a alta temperatura, tal como solidificação, fundição de lingote ou tira, reaquecimento e/ou laminação a quente de lingote ou tira. 0 uso de níveis mais altos de silício e, em menor grau, carbono reduz a ductilidade física e aumenta a fragilidade, tornando o aço mais difícil e caro para processar. Níveis mais altos de silício e, em menor grau, carbono contribuem para o crescimento de grão secundário menos estável. À medida que o nível de silício aumenta, a atividade termodinâmica do nitrogênio aumenta e o produto de solubilidade do inibidor de crescimento de grão de nitreto de alumínio é reduzido. Então, são requeridas temperaturas de solução mais altas, o que torna processos tais como o recozimento de fita quente menos produtivos e mais caros. Níveis mais altos de carbono e silício aumentam o tempo requerido para remoção de carbono, tornando o recozimento de descarburação mais difícil e caro.
Dadas as circunstâncias mencionadas acima, permanece uma necessidade de um método aperfeiçoado para a produção de aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade tendo alta resistividade volumétrica e características de processamento aperfeiçoadas. No método da presente invenção, as proporções adequadas de silício, cromo e carbono são previstas para crescimento de grão secundário vigoroso e estável e excelente qualidade magnética. 0 método da presente invenção também melhora o processo de descarburação.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade é produzido a partir de uma composição de aço ao silício com cromo. Os inibidores de crescimento de grão são principalmente nitreto de alumínio ou nitreto de alumínio em combinação com um ou mais dentre inibidores de sulfeto/seleneto de manganês ou outros. 0 aço tem excelentes propriedades magnéticas, com uma permeabilidade magnética medida a 796 A/m de pelo menos 1840. O aço tem capacidades de processamento e produção aperfeiçoadas, particularmente no recozimento de descarburação, onde o tempo requerido para remoção de carbono é significativamente reduzido.
Uma fita processada a quente é prevista tendo uma composição compreendendo cerca de 2,0 a cerca de 4,5% de silício, cerca de 0,1 a cerca de 1,2% de cromo, mais de cerca de 0,01% de carbono, cerca de 0,01 a cerca de 0,05% de alumínio e o balanço sendo essencialmente ferro e elementos residuais, todas as porcentagens em peso. Adições podem ser feitas incluindo até cerca de 0,1% de enxofre, até cerca de 0,14% de selênio, cerca de 0,03 a cerca de 0,45% de manganês, até cerca de 0,2% de estanho e até cerca de 1% de cobre. Outras adições também podem ser feitas incluindo até cerca de 0,2% de molibdênio, até cerca de 0,2% de antimônio, até cerca de 0,02% de boro, até cerca de 1% de níquel, até cerca de 0,2% de bismuto, até cerca de 0,2% de fósforo, até cerca de 0,1% de arsênico e até cerca de 0,3% de vanádio. Qualquer uma das faixas preferidas ou mais preferidas pode ser usada singularmente ou em combinação com as faixas amplas ou preferidas. O aço tem uma resistividade volumétrica de pelo menos 45 αΩ-cm, pelo menos cerca de 0,01% de carbono, de modo que uma fração volumétrica de austenita de pelo menos cerca de 20% esteja presente como processada a quente e pelo menos uma superfície do aço tenha uma camada isomórfica com uma espessura de pelo menos cerca de 2% da espessura do aço processado a quente. O aço é processado utilizando pelo menos um estágio de redução a frio, a laminação a frio proporcionando uma redução final de pelo menos 80%, podendo chegar a até 85%, ou seja, até uma espessura final, após o que a tira é descarburada. O aço descarburado é revestido em pelo menos uma superfície com um revestimento separador de recozimento e é, então, recozido a alta temperatura para atingir o crescimento de grão secundário, desenvolver um revestimento de fosterita e purificar o aço, sendo aquecido a uma taxa maior do que 100°C/segundo. A adição de cromo abaixa a atividade termodinâmica do nitrogênio, o que reduz o produto de solubilidade do nitreto de alumínio usado para formar o inibidor de crescimento de grão. Em conseqüência, o aço da presente invenção é menos inclinado à precipitação prematura de nitreto de alumínio durante e após a laminação a quente. Mais ainda, temperaturas de recozimento inferiores e/ou tempos de recozimento mais curtos podem ser usados enquanto uma quantidade comparável de nitreto de alumínio antes da laminação a frio é proporcionada, o que é benéfico uma vez que os custos de fabricação são reduzidos a partir do menor uso de energia e da elevada produtividade no recozimento. A fita processada a quente tem uma fração volumétrica de austenita de pelo menos 20% e é rapidamente esfriada antes da laminação a frio até a espessura final para evitar a formação de perlita como o produto primário de decomposição da austenita. O aço contendo cromo da presente invenção é menos inclinado a se transformar em martensita e/ou austentia retida. O resfriamento muito rápido é necessário para assegurar que a austenita seja transformada em uma segunda fase dura, tal como austenita retida e/ou martensita, o que é necessário para ótimo desenvolvimento da orientação de grão cubo na face e das propriedades magnéticas desejadas. Cromo até cerca de 0,60% aumenta a temperatura de início de resfriamento brusco preferida. O aço da presente invenção atinge melhorias nas áreas mencionadas acima sem comprometer as propriedades magnéticas do produto acabado.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é um gráfico ilustrando a influência de uma taxa de esfriamento baixa (<15°C/segundo) antes da laminação a frio final na permeabilidade magnética a H=796 A/m para aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade. A Figura 2 é um gráfico ilustrando a influência de uma taxa de esfriamento rápida (>50°C/segundo) antes da laminação a frio final na permeabilidade magnética a H=796 A/m para aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade da presente invenção. A Figura 3 compreende fotografias a IX comparando as estruturas de grãos secundários de amostras de 0,23mm de espessura de aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade feitos usando a taxa de esfriamento baixa do estado da técnica e a taxa de esfriamento rápida da presente invenção.
DESCRIÇÃO DA MODALIDADE PREFERIDA A presente invenção apresenta um método para produzir um aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade (maior do que 1840) com alta resistividade volumétrica e características de processamento aperfeiçoadas, particularmente no recozimento de descarburação, onde o método da presente invenção permite melhoras significativas na produtividade. Um aço elétrico de alta permeabilidade produzido pelo método da presente invenção apresenta vantagens adicionais sobre os métodos do estado da técnica em que a adição de cromo abaixa a atividade termodinâmica do nitrogênio, o que reduz o produto de solubilidade do nitreto de alumínio usado para formar o inibidor de crescimento de grão. O aço da presente invenção é menos inclinado à precipitação prematura de nitreto de alumínio durante e após a laminação a quente, o que proporciona controle aperfeiçoado. Mais ainda, temperaturas de recozimento inferiores e/ou tempos de recozimento mais curtos podem ser usados enquanto uma quantidade comparável de nitreto de alumínio antes da laminação a frio é prevista, o que é benéfico uma vez que os custos de fabricação são beneficiados com menor uso de energia e elevada produtividade no recozimento. A invenção ensina um processo pelo qual um aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade é produzido a partir de uma fita processada a quente de espessura de cerca de 1,5 a cerca de 4 mm. A fita, antes da laminação, tem uma composição compreendendo cerca de 2,0 a cerca de 4,5% de silício, cerca de 0,1 a cerca de 1,2% de cromo, mais de cerca de 0,01% de carbono, cerca de 0,01 a cerca de 0,05% de alumínio e o balanço sendo essencialmente ferro e elementos residuais, todas as percentagens em peso. Adições podem ser feitas, incluindo até cerca de 0,1% de enxofre, até cerca de 0,14% de selênio, cerca de 0,03 a cerca de 0,45% de manganês, até cerca de 0,2% de estanho e até cerca de 1% de cobre. Outras adições também podem ser feitas incluindo até cerca de 0,2% de molibdênio, até cerca de 0,2% de antimônio, até cerca de 0,02% de boro, até cerca de 1% de niquel, até cerca de 0,2% de bismuto, até cerca de 0,2% de fósforo, até cerca de 0,1% de arsênico e até cerca de 0,3% de vanádio. Qualquer uma das faixas preferidas pode ser usada singularmente ou em combinação com as faixas ampla ou preferida. Todas as percentagens acima e em todo o relatório são em peso e determinadas antes da laminação a frio, a menos que indicado em contrário.
Uma composição preferida terá 2,75 a 3,75% de silício, mais de 0,25 a cerca de 0,75% de cromo, cerca de 0,03 a cerca de 0,06 de carbono, cerca de 0,02 a cerca de 0,03% de alumínio, cerca de 0,005 a cerca de 0,01% de nitrogênio, cerca de 0,05 a cerca de 0,15% de manganês, cerca de 0,05 a cerca de 0,1% de estanho, cerca de 0,2 a cerca de 0,03% de enxofre e/ou selênio, cerca de 0,05 a cerca de 0,25% de cobre e o balanço essencialmente ferro e elementos residuais normais. Qualquer uma das faixas preferidas pode ser usada singularmente ou em combinação com as faixas ampla ou preferida. Uma composição mais preferida inclui 3,0 a 3,5% de Si. Embora silício mais alto seja desejado para aperfeiçoar a perda de núcleo proporcionando resistividade volumétrica mais alta, o efeito do silício na formação e/ou estabilização da fase de ferrita e redução na fração volumétrica de austenita (Yii50°c) deve ser considerado a fim de manter o balanço de fase desejado, as características microestruturais e as propriedades mecânicas. O método de recozimento inicial de acordo com a invenção inclui aquecer a fita a uma temperatura maior do que 1.150°C, prevendo uma impregnação de pelo menos 1 segundo a uma temperatura de pico maior do que 1.150°C, resfriar lentamente a fita da temperatura de impregnação até uma temperatura abaixo de 1.00°C a 870°C e até uma temperatura abaixo de 400°C, de 400°C até abaixo de 100°C a uma taxa maior do que 20°C/segundo. A fita pode ser esfriada também a uma taxa maior do que 40°C por segundo e até uma temperatura abaixo de 400°C. A composição da fita processada a quente antes da laminação a frio compreende mais do que cerca de 0,01% de carbono, de preferência cerca de 0,02 a cerca de 0,08% de carbono e mais preferência cerca de 0,03 a cerca de 0,06% de carbono. Um nível de carbono abaixo de cerca de 0,010% na fita processada a quente antes da laminação a frio é indesejável porque a recristalização secundária se torna instável e a qualidade da orientação cubo na face é impedida. Altas percentagens de carbono acima de cerca de 0,08% são indesejáveis porque o afinamento da camada isomórfica resulta em crescimento de grão secundário mais fraco e proporciona uma qualidade mais baixa na orientação cubo na face e resulta em elevada dificuldade na obtenção de carbono menor do que 0,003% no recozimento de descarburação. Na presente invenção, a quantidade de carbono necessária a ser removida durante o recozimento de descarburação é reduzida, requerendo significativamente menos tempo para o recozimento de descarburação, aperfeiçoando de modo significativo a produtividade e reduzindo os custos de fabricação. O aço de partida da invenção é feito de uma fita processada a quente. Por "fita processada a quente" se entende um comprimento contínuo de aço produzido utilizando métodos tais como fundição de lingote, fundição de placa fina, fundição de tira ou outros métodos de produção de tira compacta utilizando uma composição fundida ferrosa compreendendo carbono, silício, cromo, alumínio e nitrogênio.
Silício, cromo e carbono são os elementos primários de interesse do método da presente invenção, outros elementos também afetarão a quantidade de austenita e, se presentes em quantidades significativas, devem ser considerados. A espessura da camada isomórfica e da fração volumétrica de austenita também será afetada por mudanças no teor de carbono antes da laminação a frio até a espessura final. A Equação (1) pode ser usada para calcular o efeito de adições de ligas comuns na resistividade volumétrica (p) do ferro. (1) p, αΩ-cm = 13 + 6,25(%Mn) + 10,52(%Si) + 11,82(%A1) + 6,5(%Cr) + 14(%P) em que Mn, Si, Al, Cr e P são as percentagens de manganês, silício, alumínio, cromo e fósforo, respectivamente, compreendendo a composição do aço. Embora aços elétricos com resistividade volumétrica mais alta sejam há muito desejados, os métodos do estado da técnica tipicamente dependem da elevação da percentagem de silício na liga. Como é demonstrado pelo estado da técnica, a elevação da percentagem de silício alterará o balanço de fase, isto é, as proporções relativas de austenita e ferrita durante o processamento. A Equação (2) abaixo é uma forma expandida de uma equação originalmente publicada por Sadayori et al., "Developments of Grain Oriented Si Steel Sheets with Low Iron Loss", Kawasaki Seietsu Giho, vol. 21, N.° 3, páginas 93 a 98, 1989, para calcular a fração volumétrica de austenita de pico a 1.150°C (Yii5o°c) em ferro contendo 3,0 a 3,6% de silício e 0,030 a 0,065% de carbono. (2) Yii5o°c = 64,8-23 (%Si) - 61 (%A1) + 9,89 (%Mn + %Ni) + 5,06 (%Cr + %Ni + %Cu) + 694 (%C) + 347(%N) O balanço de fase é importante nos aços de grão orientado de alta permeabilidade que tipicamente têm pelo menos cerca de 20% de austenita, mais tipicamente cerca de 20 a cerca de 50% e de mais preferência cerca de 30 a cerca de 40%. A previsão de uma fase austenítica durante o processamento serve para controlar o crescimento de grão normal durante os recozimentos de processo transcríticos; para intensificar a dissolução de nitreto de alumínio; e desenvolver uma textura de recristalização mais aguçada próxima de <111> (transformação com uma fase dura tal como martensita e/ou austenita retida). Normalmente, um nivel de silício mais alto requer um teor de carbono mais alto para manter o balanço de fase desejado, como mostrado na Equação (2). Percentagens mais altas de silício e carbono contribuem para propriedades físicas mais pobres em aços elétricos, principalmente elevada fragilidade e elevadas dificuldades na remoção de carbono durante a descarburação. A presente invenção proporciona excelentes propriedades magnéticas e os benefícios de processamento dos níveis reduzidos de silício e carbono pela adição de cromo. 0 aço de grão orientado de alta permeabilidade da presente invenção pode ter um teor de cromo variando de cerca de 0,1% a cerca de 1,2%, de preferência maior do que 0,25% a cerca de 0,6% e de mais preferência maior do que 0,3% a cerca de 0,5%. Cromo menor do que cerca de 1,2% promove a formação de austenita ao passo que um nível de cromo acima de cerca de 1,2% tem um efeito adverso na descarburação e formação de filme de vidro. A espessura da camada isomórfica da fita processada a quente é importante para atingir crescimento secundário estável. O uso de silício, carbono ou cromo mais alto reduz a espessura desta camada. Tipicamente, a fita processada a quente é laminada a quente e recozida em uma atmosfera oxidante a 1.000 a 1.200°C por um tempo de imersão além de 30 segundos antes da laminação até a espessura final. A remoção de carbono insuficiente antes da redução a frio resultará em uma camada isomórfica de superfície mais fina. Na presente invenção, os níveis de carbono, silício e cromo são ajustados para proporcionar uma espessura de camada isomórfica tendente a produzir crescimento de grão secundário estável com uma dependência reduzida da remoção de carbono antes da redução a frio final. Excessiva remoção de carbono diminuirá a fração volumétrica de austenita.
Um aspecto importante da presente invenção é o balanço de fase da liga. Níveis de silício mais altos tipicamente requerem teores de carbono mais altos para manter as proporções desejadas de austenita e ferrita; entretanto, o crescimento de grão secundário é adversamente afetado devido à redução da espessura da camada isomórfica superficial. 0 uso da adição de cromo de acordo com o método da presente invenção proporciona um método para proporcionar alta resistividade volumétrica e proporções adequadas de austenita e ferrita sem afinar a camada isomórfica superficial, consistindo em uma matriz de ferrita tendo mais de 1% em volume de martensita e/ou austenita retida.
No desenvolvimento da invenção, foi determinado que a adição de cromo influenciava o comportamento da decomposição de austenita, tornando a formação de martensita ou austenita retida durante o esfriamento mais difícil. Uma "fase dura", isto é, martensita, austenita retida ou bainita, é uma característica microestrutural desejada na fita processada a quente antes da laminação a frio até a espessura final para o ótimo desenvolvimento da orientação cubo na face em um aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade. Na prática preferida da presente invenção, níveis mais altos de cromo aumentam a temperatura preferida de início de esfriamento brusco. 0 esfriamento rápido da fita de partida é empregado antes de laminar a frio até a espessura final, pelo que a fita é esfriada de uma temperatura maior do que 87 0°C até abaixo de 450°C a uma taxa que ultrapassa 30°C por segundo e de mais preferência a uma taxa que ultrapassa 40°C por segundo, para evitar decomposição da austenita em perlita. Abaixo de 450°C a taxa de esfriamento pode ser ligeiramente reduzida. Uma taxa de esfriamento de pelo menos 20°C/segundo pode ser usada e evita a têmpera da martensita. A fita processada a quente é esfriada a uma taxa além de 30°C por segundo, para proporcionar martensita e/ou austenita retida como os produtos primários de decomposição da austenita.
Durante a conversão do aço fundido na fita processada a quente de partida, poderão ocorrer mudanças no carbono.
Está implícito nos ensinamentos da presente invenção que as quantidades de carbono, silício e cromo na fita de aço antes da laminação a frio até a espessura final devem ser suficientes para proporcionar a percentagem desejada de austenita necessária para o desenvolvimento de crescimento de grão secundário estável e consistente. A espessura da camada isomórfica superficial pode ser calculada utilizando a Equação (3): (3) I = 1/t2 [5, 38 - 4,47 x 10“2 Yn50°c + 1,19 (%Si) ] onde I é a espessura da camada isomórfica superficial em mm, Yii5o°c é a fração volumétrica de austenita calculada na fita antes da laminação a frio pela Equação (2), t é a espessura da fita e %Si é a percentagem em peso de silício contida na liga. A espessura da camada isomórfica em pelo menos uma superfície da fita processada a quente deve ser de pelo menos 2% e de preferência pelo menos 45% da espessura total da fita processada a quente. A adição de carbono é controlada para proporcionar a fração volumétrica de austenita desejada com uma espessura de camada isomórfica superficial de pelo menos 2% na fita de partida antes da laminação a frio. De preferência, uma fração volumétrica de austenita de cerca de 20 a 40% e uma espessura de camada isomórfica de pelo menos 4% são previstas. O aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade contendo cromo da presente invenção contém alumínio em uma quantidade de cerca de 0,01% a cerca de 0,05%, de preferência cerca de 0,020 a cerca de 0,030%, e nitrogênio em uma quantidade de cerca de 0,005% a cerca de 0,010%, de preferência cerca de 0,006 a cerca de 0,008%, a fim de proporcionar um inibidor de crescimento de grão de nitreto de alumínio. Como observado anteriormente, a atividade termodinâmica reduzida do nitrogênio no aço da presente invenção é desejável, uma vez que a solubilidade do nitreto de alumínio é intensificada, o que proporciona mais flexibilidade na laminação a quente e no recozimento da fita a quente. Entretanto, é reconhecido pelos trabalhadores habilitados na técnica que a dissolução prematura de nitreto de alumínio no recozimento final pode resultar em crescimento de grão secundário instável. Se o inibidor de nitreto de alumínio não for suficientemente estável, alumínio mais solúvel pode ser usado para reajustar o produto de solubilidade.
Um benefício adicional da presente invenção é que o tempo requerido para o recozimento de descarburação é grandemente reduzido. 0 balanço da liga com o aço da presente invenção permite o uso de percentagens inferiores de carbono e silício e percentagens mais altas de cromo. Em experimentos industriais aumentos na produtividade do recozimento de descarburação de 30% foram apresentados em aço de grão orientado de alta permeabilidade de 0,27 mm de espessura. O uso de níveis de cromo mais altos também é benéfico no aperfeiçoamento da qualidade interna de placas fundidas pela redução de rupturas internas. Isto é particularmente verdadeiro quando cobre está presente no aço. A ductilidade aperfeiçoada pode estar relacionada à inibição da separação do cobre para as fronteiras do grão. A temperatura solidus é aumentada, o que reduz a oxidação da superfície quando se usam altas temperaturas de reaquecimento da placa. A produção de um aço elétrico de alta permeabilidade da presente invenção pode incluir etapas de processamento conhecidas na técnica convencional, mas não se limita a elas, uma ou mais etapas de laminação a frio usando um tratamento de recozimento entre etapas sucessivas de laminação a frio, a laminação a frio proporcionando uma redução final de pelo menos 80%, podendo chegar a até 85%; envelhecimento entre passes do aço durante a laminação a frio; recozimento ultra-rápido da folha antes ou durante o recozimento de descarburação; infusão de nitrogênio no aço durante ou após o recozimento de descarburação; a aplicação de um tratamento de refino de domínio tal como marcação a laser na tira de aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade acabada para refinar o espaçamento de parede de domínio e ainda melhorar a perda no núcleo; ou a aplicação de um revestimento secundário na tira acabada para transmitir uma tensão de tração residual à tira de aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade e ainda melhorar a perda no núcleo.
Uma composição de fita para nitretação compreende cerca de 2,0 a cerca de 4,5% de silício, mais de 0,1 a cerca de 1,2% de cromo, cerca de 0,02 a cerca de 0,045% de carbono, cerca de 0,01 a cerca de 0,05% de alumínio e o balanço sendo essencialmente ferro e elementos residuais. A composição da fita pode ainda incluir adições de 0,05 a 0,5% de Mn, 0,001 a 0,013% de N, 0,005 a 0,045% de P, 0,005 a 0,3% de Sn e até 0,3% de Sb, As, Bi ou Pb sozinhos ou em combinação. A composição tem utilidade particular para aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade, que é nitretado durante ou após o recozimento de descarburação. O processamento desta composição de aço proporciona excelente permeabilidade magnética medida a 7 96 A/m, que é maior do que 1880 de permeabilidade e tipicamente acima de 1900.
Outra composição de fita para nitretação compreende cerca de 2,0 a cerca de 4,5% de silício, cerca de 0,1 a cerca de 1,2% de cromo, cerca de 0,01 a 0,03% de carbono, cerca de 0,01 a cerca de 0,05% de alumínio e o balanço sendo essencialmente ferro e elementos residuais. A composição de fita pode ainda incluir adições de 0,05 a 0,5% de Mn, 0,001 a 0,013% de N, 0,005 a 0,045% de P, 0,005 a 0,3% de Sn e até 0,3% de Sb, As, Bi ou Pb sozinhos ou em combinação. A composição tem utilidade particular em aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade que é nitretado durante ou após o recozimento de descarburação. O processamento desta composição de aço proporciona excelente permeabilidade magnética a 796 A/m que é maior do que a permeabilidade de 1840 . EXEMPLO 1 A Tabela I resume as características microestruturais para uma faixa de teores de cromo, silício e carbono para aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade.
Tabela I
Resumo de composições de aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade tendo resistividade volumétrica de 50 «Ω-cm e fita de partida de espessura, de 2,29 mm.
Estes resultados exemplif icativos são para aços tendo resistividade volumétrica igual a ou maior do que 50 «Ω-cm, que são processados de uma tira de partida tendo uma espessura de 2,3 mm. Aços grau A a G são composições de acordo com os ensinamentos da presente invenção, em que os teores de cremo de até 1,2% são utilizados enquanto atingem uma fração volumétrica de austenita Cy:j.so°c) maior do que 20% e uma espessura de camada isomórfica (I/t) maior do que 2% da espessura da fita de partida. Estas características microestruturais são atingidas enquanto se usa um teor de carbono significativamene reduzido na fita de partida antes da laminação a frio. EXEMPLO 2 Fornadas experimentais em escala industrial de composições exemplifreativas do estado da técnica e do método da presente invenção, Aços He I, respectivamente na Tabela II abaixo, foram fundidas continuamente em placas com uma espessura de cerca de 200 mm, aquecidos até cerca de 1.200 <ÍC e reduzidos a quente até uma espessura de cerca de 150 mm, e ainda aquecidos até cerca de 1.400°C e laminados a quente até as espessuras de fita de partida de cerca de 2,0 mm e cerca de 2,3 mm. As características microestruturais na Tabela III mostram que os Aços Hei têm características tendendo ao crescimento de grão secundário vigoroso.
Tabela II
Sumário de Composições Fundidas.
As fitas laminadas a quente dos Aços Hei foram recozidas a uma temperatura nominal de 1.150°C, esfriadas ao ar até 875-975eC e finalmente esfriadas até 100eC ou menos a uma taxa de menos de 15°C por segundo ou uma taxa acima de 50°C por segundo. As fitas processadas a quente dos Aços H e I foram laminadas a frio diretamente até espessuras finais entre cerca de 0,20 mm e cerca de 0,28 mm sem um recozimento intermediário. A tira laminada a frio· final foi recoz ida para descarburação a uma temperatura nominal de 815eC usando aquecimento rápido de 25eC a 74Q°C a uma taxa acima de 500eC por segundo era uma atmosfera hidrogênio-nitrogênio umidifiçada com razão H20/H2 nominal de 0,40 a 0,45 para reduzir o nível de carbono no aço para 0,003% ou menos. A tira descarburada foi ainda prevista com um revestimento de MgO e finalmente recozida por aquecimento em uma atmosfera de nitrogênio - hidrogênio até uma temperatura de imersão nominal de 1.2GGÔC pelo que a tira foi imersa por um tempo de pelo menos 15 horas em 100% de hidrogênio seco, após o que a tira finalmente recozida foi lavada para remover o excesso de MgO e aliviada de tensões com recozimento a 830°C por 2 horas em uma atmosfera de nitrogênio - hidrogênio não oxidante. As amostras foram posteriormente testadas quanto à permeabilidade magnética a H=796 A/m, para determinar a qualidade da orientação cubo na face e as estruturas de grão secundário foram examinadas.
Tabela III
Características de microestrutura de fornadas do estado da técnica e da presente invenção. A Figura 1 apresenta a permeabilidade magnética a 796 A/ra versus a espessura final, era que as fitas de partida de Aços Hei foram previstas com uma taxa de esfriamento de 15°C por segundo ou menos. Propriedades muito boas e consistentes foram obtidas com Aço H a espessuras finais de ou acima de 0,25 mm. Entretanto, os resultados nas espessuras finais abaixo de 0,25 mm são inconsistentes, mostrando que a produção de aços elétricos de grão orientado de alta permeabilidade usando a composição da presente invenção seria difícil. A Figura 2 apresenta os resultados para os Aços Hei quando uma taxa de esfriamento igual a ou maior do que 50 °C por segundo é prevista de acordo cora o método mais preferido da presente invenção. Esta taxa de esfriamento rápido proporcionou ao Aço I uma microestrutura tendendo mais ao desenvolvimento de uma orientação de grão de cubo na face de alta qualidade. Os resultados aperfeiçoados com o Aço I mostram que o método mais preferido da presente invenção pode ser usado para produzir ura aço· elétrico de grão orientado de alta permeabilidade tendo uma espessura finai de ou menos de 0,27 mm, A Figura 3 mostra estruturas de grao secundário representativas para o Aço I, que foram processadas de uma fita de partida tendo uma espessura de 2,3 mm até uma espessura final de 0,23 mm, para ilustrar o efeito do esfriamento rápido da tira de partida na estabilidade e conclusão do crescimento de grão secundário, A Figura 3 mostra, sem. o esfriamento rápido do método preferido da presente invenção, que áreas extensas de pequenos grãos fracamente orientados não foram consumidas durante o crescimento de grão secundário, resultando em fraca permeabilidade magnética ao passo que o uso de esfriamento rápido do método preferido da presente invenção proporciona crescimento de grão secundário completo e consistente. EXEMPLO 3 TABELA V
Sumário de composição e propriedades magnéticas - G,2?mm de espessura final.
Uma série de fornadas mostrada na Tabela IV foi feita tendo composições similares aos Aços H e I da Tabela II. Os aços foram processados de uma espessura de partida de 2,3 mm até uma espessura final de 2,7 mm. 0 processamento foi conduzido seguindo o procedimento do Exemplo 2, exceto que as fitas de partida dos Aços J a O foram esfriadas de 870°C até 100°C ou menos a uma taxa igual a ou menor do que 15°C por segundo, ao passo que os Aços P a U foram esfriados de 870 a 980°C até 100°C ou menos a uma taxa igual a ou maior do que 50°C por segundo. No processo de recozimento de descarburação, os Aços J a O foram mantidos em ou acima de 815°C por 195 a 20 0 segundos, ao passo que os Aços P a U foram mantidos por 130 a 135 segundos. Amostras dos aços foram testadas para verificar a remoção de carbono, cujas distribuições estão resumidas na Tabela V. A fita recozida para descarburação foi, então, prevista com um revestimento separador de recozimento de MgO e finalmente recozida a 1. 200 °C. Após isso, os aços foram lavados para remover o excesso de MgO, revestidos com um revestimento secundário, termicamente uniformizados a uma temperatura de 825"C e marcados a laser. Por último, os aços foram testados quanto a perda de núcleo usando o método de teste de folha simples da ΑΞΤΜ A8Q4.
TABELA V
Sumário de níveis de carbono após descarburação espessura final de 0,27 ram.
Embora as propriedades magnéticas mostradas na Tabela IV para os Aços J a U sejam comparáveis, estes resultados mostraram que os Aços P a U feitos de acordo com o método preferido da presente invenção foram substancialmente mais fáceis de descarburar do que os Aços J a O, permitindo produtividade aperfeiçoada e custo de fabricação reduzido.
Uma série de fornadas foi feita de acordo com o método do estado da técnica e o método da presente invenção tendo composições similares aos Aços M e N da Tabela II. 0 processamento foi conduzido seguindo os procedimentos do Exemplo 2, exceto que durante o recozimento da tira de partida os aços do método do estado da técnica foram esfriados de 875-950°C até 100°C ou menos a uma taxa igual a ou menor do que 15°C por segundo, ao passo que os aços da presente invenção foram esfriados a uma taxa igual a ou maior do que 50°C por segundo. Ambos os aços foram reduzidos a frio em 90% de uma espessura de partida de 2,3 mm até uma espessura final de 0,27 mm seguindo-se recozimento de descarburação para reduzir o teor de carbono da tira para 0,003% ou menos.
No processo de recozimento de descarburação, ambos os aços foram processados usando os procedimentos do Exemplo 2, em que a fita foi aquecida até 815°C; entretanto, o Aço M foi mantido em ou acima de 815°C por 195 a 200 segundos, ao passo que o Aço N foi mantido por 130 a 135 segundos para efetuar a remoção de carbono. Após o recozimento para descarburação, as amostras foram fixadas para verificar o grau de remoção de carbono, cujas distribuições estão resumidas na Tabela V. A tira recozida descarburada foi, então, prevista com um revestimento separador de recozimento de MgO e finalmente recozida a 1.200°C. Após isso, os aços foram lavados para remover o excesso de MgO, revestidos com um revestimento secundário, termicamente uniformizados a uma temperatura de 825°C e marcados a laser de acordo com o método da patente US 4.456.812. Por último, os aços foram testados quanto a perda de núcleo usando o método de teste de folha simples da ASTM A804 .
Embora as propriedades magnéticas para aços de ambos os tipos M do estado da técnica e N da presente invenção mostradas na Tabela IV sejam comparáveis, estes resultados mostrados na Tabela V mostram que o aço feito de acordo com o método da presente invenção foi substancialmente mais fácil de descarburar do que o aço feito de acordo com o método do estado da técnica, permitindo produtividade melhorada e custo de fabricação reduzido.
Será entendido que várias modificações podem ser feitas nesta invenção sem desviar do espirito e do escopo da mesma. Em conseqüência, os limites da invenção devem ser determinados pelas reivindicações em anexo.

Claims (29)

1. Método para produzir aço elétrico de grão orientado de alta permeabilidade, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: preparar uma fita tendo uma espessura de 1,5 a 4 mm; a composição da fita compreendendo 2,0 a 4,5% de silício, 0,25 a 1,2% de cromo, 0,01 a 0,08% de carbono, 0,01 a 0,05% de alumínio, 0,001 a 0,01% de nitrogênio e o balanço sendo com ferro e elementos residuais; a fita tendo uma resistividade volumétrica de pelo menos 45 ocQ-cm e uma fração volumétrica de austenita (yii5o°c) de pelo menos 20%, em que yii50°c = 64,8-23 (%Si) - 61 (%A1) + 9,89 (%Mn + %Ni) + 5,06 (%Cr + %Ni + %Cu) + 694 (%C) + 347(%N); recozer a fita laminada a quente para proporcionar uma espessura de camada isomórfica de pelo menos 2% da espessura total da fita processada a quente; laminar a frio a fita em um ou mais estágios para proporcionar uma tira laminada a frio, a laminação a frio proporcionando uma redução final de pelo menos 80%; recozer a tira laminada a frio; recozer para descarburar a tira laminada a frio de modo a evitar envelhecimento magnético; revestir pelo menos uma superfície da tira recozida com um revestimento separador de recozimento; e recozer finalmente a tira revestida para efetuar crescimento de grão secundário e, assim, proporcionar uma permeabilidade medida a 796 A/m de pelo menos 1840.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição compreende até 0,1% de enxofre, até 0,14% de selênio, 0,03% a 0,15% de manganês, até 0,2% de estanho e até 1% de cobre.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada isomórfica tem uma espessura de pelo menos 4% em pelo menos um lado da tira.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o volume de austenita é de 20 a 40%.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o volume de austenita é de 25 a 35%.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a laminação a frio é feita em um único estágio e a redução final a frio é de pelo menos 85%.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma microestrutura da tira antes da laminação a frio até a espessura final consiste em uma matriz de ferrita tendo mais de 1% em volume de martensita e/ou austenita retida e a tira antes da laminação a frio até a espessura final tem um teor de carbono de pelo menos 0,020%.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resistividade volumétrica é pelo menos 50 αΩ-cm.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o carbono é 0,03% a 0,06%.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cromo é maior do que 0,25% a 0,75%.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cromo é maior do que 0,3% a 0,5%.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o silicio é 2,75% a 3,75%.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o silicio é 3,0% a 3,5%.
14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aluminio é 0,02% a 0,03%.
15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o manganês é 0,05% a 0,09%.
16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estanho é 0,05% a 0,1%.
17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o enxofre e/ou selênio é 0,02% a 0,03%.
18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cobre é 0,05% a 0,15%.
19. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o carbono é descarburado até um nivel abaixo de 0,003%.
20. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o recozimento após o recozimento de descarburização inclui um aquecimento rápido a uma taxa maior do que 100°C/segundo.
21. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nitrogênio é de 0,001 a 0,01%; e o método para recozimento inicial compreende as etapas de: aquecer a fita a uma temperatura maior do que 1.150°C; prever uma impregnação de pelo menos 1 segundo a uma temperatura de pico maior do que 1.150°C; resfriar lentamente a fita da temperatura de impregnação até uma temperatura abaixo de 1.000°C a 870°C; e esfriar bruscamente a fita a uma taxa maior do que 30°C/segundo da temperatura de resfriamento lento no inicio da temperatura de esfriamento brusco até uma temperatura abaixo de 400°C, para evitar endurecimento da martensita, a temperatura de inicio do esfriamento brusco selecionada com base no teor de cromo.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a fita é esfriada a uma taxa maior do que 20°C/segundo de 400°C até abaixo de 100°C.
23. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a fita é esfriada a uma taxa maior do que 40°C/segundo da temperatura final de resfriamento lento na temperatura de inicio do esfriamento brusco até uma temperatura abaixo de 400°C.
24. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o carbono é 0,01 a 0,03%, e o método adicional compreende a etapa de: nitretar a tira descarburada durante ou após o recozimento de descarburização.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o teor de cromo é maior do que 0,25% a 1,2%.
26. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o teor de cromo é maior do que 0,3% a 1,2%.
27. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o carbono é 0,02 a 0,045%, e o método adicional compreende a etapa de: nitretar a tira descarburada durante ou após o recozimento para descarburização;
28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o teor de cromo é maior do que 0,25% a 1,2%.
29. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o teor de cromo é maior do que 0,3% a 1,2%.
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