CZ295535B6

CZ295535B6 - Způsob řízení inhibice při výrobě ocelových plechů

Info

Publication number: CZ295535B6
Application number: CZ19993251A
Authority: CZ
Inventors: Stefano Cicale'; Stefano Fortunati; Giuseppe Abbruzzese
Original assignee: Acciai Speciali Terni S. P. A.
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2005-08-17
Also published as: AU4378097A; ATE245709T1; CZ9903251A3; US6361620B1; KR20000076233A; DE69723736T2; IT1290977B1; BR9714628A; WO1998041659A1; KR100561143B1; EP0966549B1; CN1249008A; RU2198230C2; SK284364B6; EP0966549A1; CN1094982C; DE69723736D1; PL335653A1; JP2001515540A; SK122599A3

Abstract

Způsob řízení inhibice při výrobě ocelových plechů pro elektrotechnické účely s orientovanými částicemi, při němž je křemíková ocel odlita na polotovary, zahřáta na vysokou teplotu a válcována za horka, takto získaný pás oceli se žíhá a chladí k dosažení částečné účinné inhibice, načež se válcuje za studena a výsledný pás se oduhličí, žíhá k dosažení primární rekrystalizace, podrobí nitridaci a pak se žíhá k dosažení sekundární rekrystalizace, postup se provádí v následujících stupních i) kontinuálně se odlévá křemíková ocel s obsahem mědi 0,080 až 0,180 % hmotnostních, obsahem uhlíku 0,005 až 0,055 % hmotnostních a obsahem hliníku 0,025 až 0,035 % hmotnostních, ii) kontinuálně odlité polotovary se zahřívají na teplotu 1150 až 1320 .degree.C a válcují za horka, iii) takto získané pásy se rychle uvedou na teplotu 1100 až 1150 .degree.C, načež se zchladí na 850 až 950 .degree.C, na této teplotě se udržují 30 až 100 s a pak se zchladí až na 550 až 850 .degree.C za vzniku pásu, jehož účinná inhibice Iz růstu částic, vypočítaná podle empirického vzorce Iz = 1,91 Fv/r, kde Fv je objemová frakce užitečných sraženin a r znamená střední průměr částic sraženiny, je v rozmezí 400 až 1300 cm.sup.-1.n..ŕ

Description

Způsob řízení inhibice při výrobě ocelových plechů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu řízení inhibice při výrobě ocelových plech s orientovanými částicemi pro použití v elektrotechnice. Jde o postup, při němž je možno řízením obsahu mědi, hliníku a uhlíku s řízením typu a množství vysrážené druhé fáze při válcování pásu za horka dosáhnout optimální velikosti částic v průběhu oduhličení a určitého stupně inhibice, takže při následném zpracování při vysokých teplotách dochází k přímému vysrážení hliníku ve formě nitridu difúzí dusíku, čímž dojde také k řízení orientace částic ve výsledném produktu.

Dosavadní stav techniky

Křemíkové oceli s orientovanými částicemi pro použití jako magnety se obvykle zařazují do dvou skupin, které se od sebe liší hodnotou indukce, vyvolané magnetickým polem 800 As/m, označované jako B800. Běžné oceli tohoto typu mají hodnotu B800 nižší než 1890 mT, zatímco oceli s dokonale orientovanými částicemi mají hodnotu B800 vyšší než 1900 mT. Další rozdělení na podskupiny závisí na tzv. „ztrátách jádra“, vyjádřených ve W/kg.

Běžné oceli s orientovanými částicemi, užívané přibližně od roku 1930 a oceli se superorientovanými částicemi s vyšší permeabilitou, užívané přibližně od druhé poloviny 60. let se v podstatě užívají pro výrobu jader elektrických transformátorů, kde výhoda superorientované oceli spočívá zejména v její vyšší permeabilitě, která dovoluje použít nižší rozměry jader, přičemž současně dochází k nižším ztrátám a tedy k úsporám energie.

Permeabilita plechů závisí na orientaci krystalků v krychlové mřížce železa nebo na orientaci částic. Jedna z hran musí být rovnoběžná se směrem válcování nebo navíjení. Při použití určitých inhibitorů ve formě sraženin, označovaných také jako „druhá fáze“ vhodného rozměru a distribuce je možno snížit pohyblivost hranic krystalků nebo částic a také snížit selektivní růst krystalků s požadovanou orientací. Čím vyšší je teplota rozpouštění uvedených sraženin v oceli, tím lepší je orientace částic a tím také magnetické vlastnosti výsledného produktu. Nej používanějšími inhibitory pro oceli s orientovanými částicemi jsou sirník manganu a/nebo selenid manganu, zatímco sraženiny s obsahem dusíku, vázaného na hliník, obvykle pro jednoduchost označované jako nitridy hliníku jsou nej užívanějšími inhibitory pro oceli se superorientovanými částicemi.

Avšak v případě, že se vyrábí plech z oceli s orientovanými částicemi nebo se superorientovanými částicemi, dochází v průběhu tuhnutí oceli a jejího dalšího chlazení k vysrážení druhé fáze ve formě hrubších částic, které jsou pro požadovaný účel nepoužitelné. Druhou fázi je tedy nezbytné rozpustit a znovu vysrážet ve správné formě a udržovat v této formě až do té doby, než jsou získány částice s požadovanými rozměry a orientací na konci složitého a nákladného transformačního postupu, který zahrnuje válcování za studená na požadovanou konečnou tloušťku, žíhání za účelem oduhličení a konečné žíhání.

Je zřejmé, že výrobní problémy jsou spojeny v podstatě s obtížemi při dosahování vysokého výtěžku a stálé kvality a jsou způsobeny převážně různými opatřeními, která je nutno použít v průběhu transformace oceli pro udržení druhé fáze a zvláště nitridu hliníku v požadované formě a distribuci. Aby bylo možno tyto potíže odstranit, byly navrhovány různé postupy, při nichž je například možno získat nitrid hliníku ve formě, vhodné pro řízení růstu částic nitridací pásu oceli, jak je popsáno například ve spisech US 4 225 366 a EP 0 339 474.

Podle spisu EP 0 339 474 se nitrid hliníku, vysrážený při pomalém tuhnutí oceli ve formě hrubších částic udržuje v tomto stavu zahříváním na neextrémní teploty, nižší než 1280 a s výhodou nižší než 1250 °C před válcováním za horka. Po žíhání k oduhličení se přivádí dusík, který

-1 CZ 295535 B6 okamžitě reaguje, takže v blízkosti povrchu pásu oceli vznikají nitridy křemíku a směsné nitridy manganu a křemíku s poměrně nízkou teplotou rozpouštění, tyto látky se rozpouštějí v průběhu konečného žíhání v žíhací peci. Takto uvolněný dusík difunduje do plechu, reaguje s hliníkem a znovu se sráží po celé tloušťce pásu v jemné a homogenní formě ve formě směsného nitridu hliníku a křemíku. Tento postup spočívá v tom, že se materiál udržuje na teplotě v rozmezí 700 až 800 °C nejméně 4 hodiny. Podle uvedeného patentového spisu musí být dusík přiváděn při teplotě, která je blízká teplotě při oduhličení, to znamená přibližně 850 °C, v žádném případě nesmí být tato teplota vyšší než 900 °C, aby nedošlo k neřízenému růstu krystalů vzhledem k nepřítomnosti vhodných inhibitorů. Ve skutečnosti by měla být optimální teplota pro nitridaci přibližně 750 °C, zatímco 850 °C je horní hranice pro zábranu neřízeného růstu.

Je nutno uvést, že svrchu popsané postupy mají některé výhody. Jde především o poměrně nízkou teplotu zahřívání polotovaru před válcováním za horka, oduhličením a nitridací a o skutečnost, že nevznikají žádné další výrobní náklady udržováním pásu oceli na teplotě 700 až 850 °C po dobu nejméně 4 hodin v žíhací peci k přípravě směsi nitridů hliníku a křemíku k řízení růstu částic vzhledem k tomu, že materiál je v každém případě zapotřebí, po přibližně stejnou dobu, v žíhací peci zahřívat.

Kromě svrchu uvedených výhod mají však popsané postupy také některé nevýhody, například

i) vzhledem k nízké teplotě zahřívání polotovaru neobsahuje pás oceli prakticky žádné sraženiny, vyvolávající inhibici růstu částic, takže všechny stupně, při nichž se pás oceli zahřívá a zvláště oduhličení a nitridaci musí být prováděny při poměrně nízkých a přísně řízených teplotách, přičemž stále ještě jsou hranice krystalků velmi nestálé a přetrvává riziko neřízeného růstu těchto částic, ii) dusík, přiváděný k pásu oceli se zastaví těsně pod povrchem pásu za tvorby nitridů křemíku a směsných nitridů manganu a křemíku a tyto nitridy je nutno rozpustit, aby dusík mohl proniknout ke středu pásu a vytvořit požadované nitridy hliníku. V důsledku toho není možno zkrátit dobu zahřívání v průběhu konečného žíhání například při použití kontinuálního průchodu materiálu pecí.

Je zřejmé, že by bylo zapotřebí vyvinout zlepšený nový postup, který by se lišil teoretickým základem i praktickým provedením postupu.

Řada nových postupů již byla popsána ve zveřejněných patentových přihláškách téhož italského přihlašovatele WO 98/08987, WO 98/10104, EP 0 950 120, EP 0 950 119 a WO 98/28451.

V uvedených patentových přihláškách je jasně vysvětleno, že celý postup a zvláště řízení teploty při zahřívání je možno uskutečnit za méně kritických podmínek řízení teploty v případě, že se připustí určité vysrážení inhibitorů pro řízení růstu částic v průběhu válcování za horka, čímž je možno zajistit řízení velikosti částic v průběhu primární rekrystalizace v průběhu žíhání k oduhličení a pak hlubokou nitridaci plechu za přímého vzniku nitridu hliníku.

Vynález si klade za úkol odstranit nevýhody svrchu popsaných známých postupů a dále zlepšit technologii ze svrchu uvedených italských patentových přihlášek navržením nového způsobu řízení velikosti částic v průběhu válcování za horka a současně navrhnout systém různých inhibitorů, při jejichž použití bude možno použít méně kritických podmínek v jednotlivých stupních výroby, zejména pokud jde o přísné řízení teploty zahřívání. Tímto způsobem by mělo být dosaženo optimální velikosti částic v průběhu primární rekrystalizace a hlubokého průniku dusíku do pásu oceli za přímé tvorby nitridu hliníku.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří způsob řízení inhibice při výrobě ocelových plechů pro elektrotechnické účely s orientovanými částicemi, při němž je křemíková ocel odlita na polotovary, zahřáta na vysokou teplotu a válcována za horka, takto získaný pás oceli se žíhá a chladí k dosažení

-2CZ 295535 B6 částečné účinné inhibice, načež se válcuje za studená a výsledný pás se oduhličí, žíhá k dosažení primární rekrystalizace, podrobí nitridaci a pak se žíhá k dosažení sekundární rekrystalizace, postup se provádí v následujících stupních

i) kontinuálně se odlévá křemíková ocel s obsahem mědi 0,080 až 0,180% hmotnostních, obsahem uhlíku 0,005 až 0,055 % hmotnostních a obsahem hliníku 0,025 až 0,035 % hmotnostních, ii) kontinuálně odlité polotovary se zahřívají na teplotu 1150 až 1320 °C a válcují za horka, iii) takto získané pásy se rychle uvedou na teplotu 1100 až 1150 °C, načež se zchladí na 850 až 950 °C, na této teplotě se udržují 30 až 100 s a pak se zchladí až na 550 až 850 °C za vzniku pásu, jehož účinná inhibice Iz růstu částic vypočítaná podle empirického vzorce

Iz= 1,91 Fv/r kde Fv je objemová frakce užitečných sraženin a r znamená střední průměr částic sraženiny, je v rozmezí 400 až 1300 cm'¹.

Obsah mědi se s výhodou udržuje v rozmezí 0,100 až 0,150 % hmotnostních. Obsah uhlíku je s výhodou v rozmezí 0,005 až 0,025 % hmotnostních pro výslednou ocel s orientovanými částicemi a v rozmezí 0,025 až 0,055 % hmotnostních pro výslednou ocel se superorientovanými částicemi.

Obsah hliníku se s výhodou udržuje v rozmezí 0,028 až 0,031 % hmotnostních.

Při provádění způsobu podle vynálezu se kontinuálně odlévané polotovary zahřívají na teplotu v rozmezí 1150 až 1320 °C, s výhodou na teplotu v rozmezí 1200 až 1300 °C a pak se válcují za horka.

Pak se pás oceli, vyválcovaný za horka rychle zahřeje na 1100 až 1150 °C, zchladí se na 850 až 950 °C, na této teplotě se udržuje 30 až 100 sekund a pak se dále chladí na teplotu 550 až 850 °C.

Válcování za studená se obvykle provádí v několika stupních při teplotě v rozmezí 180 až 250 °C.

Konečné oduhličení a nitridace mohou být provedeny různým způsobem, například

i) v jediném stupni, přičemž oduhličení se provádí ve vlhké atmosféře dusíku a vodíku a v konečné fázi postupu se přidává amoniak, ii) ve dvou stupních, přičemž amoniak se přidává až po ukončeném oduhličení, s výhodou za současného zvýšení teploty nejvýš na 1050 °C, iii) ve dvou stupních, přičemž amoniak se přidává před ukončením oduhličení i po jeho ukončení vždy při kontinuálním průchodu pecí, také v tomto případě je výhodné v konečné nitridační fázi zvýšit teplotu až na 1100 °C.

Pás oceli, opatřený povlakem separátorů na bázi oxidu hořečnatého a svinutý se žíhá v uzavřené peci při teplotě až 1210 °C v atmosféře směsí dusíku a vodíku a pak se udržuje nejméně 10 hodin ve vodíkové atmosféře.

-3 CZ 295535 B6

Praktické provedení vynálezu bude osvětleno následujícími příklady, které však nemají sloužit k omezení rozsahu vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Byly provedeny 2 pokusné tavby při použití směsí následujícího složení:

Údaje jsou uvedeny v % hmotnostních

Tavba	Si	C	Mn	S	Al_s	N	Ti	Cu
1	3,2	0,052	0,140	0,007	0,029	0,0080	0,0014	0,120
2	3,2	0,051	0,140	0,0075	0,028	0,0075	0,0012	0,020

Materiály byly rozděleny do dvou skupin, z nichž jedna byla zahřáta na 30 minut na 1280 °C a druhá na 1150 °C. Pak byly materiály válcovány za horka a získané pásy byly žíhány následujícím způsobem: 1135 °C po dobu 30 s, 90 °C po dobu 60 s a pak chlazení na 750 °C. Po moření a pískování byly pásy válcovány za studená na tloušťku 0,30 mm a pak oduhličeny po dobu 200 s při teplotě 870 °C ve vlhké atmosféře směsi dusíku a vodíku, načež byla prováděna nitridace po dobu 30s při teplotě 770 a 1000 °C průchodem pecí v atmosféře směsi dusíku a vodíku s obsahem 10% amoniaku. Statické žíhání bylo provedeno podle následujícího schématu: zahřívání z 30 na 1200 °C při rychlosti zvyšování teploty 15 °C za hodinu ve směsi 75 % vodíku a 25 % dusíku, po dosažení teploty 1200 °C byla tato teplota udržována ještě po dobu 20 hodin ve vodíkové atmosféře. Permeabilita výsledného produktu je uvedena v tabulce 1.

Tabulka 1

Zahřívání °C 1150 1280

Nitridace při 870 °C

19251915

19301900

Nitridace při 1000 °C

18701690

1940

1890

Příklad 2

Byly připraveny 2 pokusné ingoty, které měly následující složení:

Údaje jsou uvedeny v % hmotnostních

Tavba	Si	C	Mn	S	Al_s	N	Ti	Cu
1	3,15	0,032	0,130	0,0078	0,030	0,0080	0,0014	0,100
2	3,17	0,030	0,120	0,0071	0,031	0,0075	0,0012	0,020

Byl opakován postup podle příkladu 1 až do válcování za studená. Pak byly pásy oduhličeny po dobu 100 s při teplotě 870 °C a pak podrobeny nitridaci při 770 a 970 °C k dosažení celkového množství dusíku přibližně 0,018 % hmotnostních. Konečné zpracování bylo stejné jako v příkladu 1.

-4CZ 295535 B6

Dosažená permeabilita pro jednotlivé materiály je uvedena v následující tabulce 2.

Tabulka 2

Zahřívání °C 1150 1280

Nitridace při 770 °C

18851910

18901900

Nitridace při 970 °C

2

19251720

1940

1910

Příklad 3

Bylo provedeno následujících 6 průmyslových taveb:

Údaje jsou uvedeny v % hmotnostních

Tavba	Si	C	Mn	S	Al_s	N	Ti	Cu
1	3,22	0,050	0,130	0,0075	0,030	0,0070	0,0014	0,180
2	3,21	0,051	0,140	0,0070	0,031	0,0075	0,0010	0,130
3	3,23	0,052	0,140	0,0080	0,031	0,0080	0,0012	0,080
4	3,20	0,050	0,150	0,0070	0,030	0,0078	0,0010	0,020
5	3,22	0,051	0,130	0,0080	0,031	0,0072	0,0012	0,018
6	3,24	0,052	0,150	0,0075	0,0315	0,0070	0,0013	0,019

Dvě skupiny takto získaných polotovarů, jedna s nízkým obsahem mědi a druhá s obsahem mědi podle vynálezu byly zpracovány stejně následujícím způsobem: polotovar byl zahřát na 1280 °C na dobu 50 minut, válcován za horka na tloušťku 2,1 mm při poklesu teploty na 1050 °C, pak byl pás okamžitě zchlazen a svinut při teplotě 580 °C a pak žíhán po dobu 30 s při 1135 °C a pak po dobu 120 ss při 990 °C, načež byl pás válcován za studená až na tloušťku 0,30 mm a pak oduhličen podobu 200 s při teplotě 870 °C ve vlhké atmosféře směsi dusíku a vodíku, následná nitridace byla prováděna po dobu 30 spři teplotě 1000 °C při přívodu směsi dusíku a vodíku s obsahem 10 % objemových amoniaku do žíhací pece. Konečné žíhání bylo prováděno v uzavřené peci tak, že materiál byl zahříván rychlostí 15 °C/h až na teplotu 1200 °C ve směsi dusíku a vodíku v poměru 75 : 25, po dosažení uvedené teploty byl materiál na této teplotě udržován ještě po dobu 20 hodin ve vodíkové atmosféře. Získané hodnoty permeability jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3

B800 (mT)

1880-1890

1890-1900

1900-1910

1910-1920

1920-1930

1930-1940

1940-1950

Nízký obsah mědi počet pásů

Vysoký obsah mědi počet pásů

-5CZ 295535 B6

Příklad 4

Byla odlita ocel s následujícím složením Si 3,22 % hmotnostních, C 0,050 % hmotnostních, Mn 0,130% hmotnostních, S 0,0075 % hmotnostních, Al_s 0,030 % hmotnostních, N 0,0070 % hmotnostních, Ti 0,0014 % hmotnostních, Cu 0,120 % hmotnostních. Polotovary byly zahřátý na 1150 °C a pak válcovány za horka. Část pásů byla zchlazena okamžitě po ukončení válcování, zbývající pásy byly chlazeny až po době 6 s po výstupu z válcování trati. Uvedené pásy byly označeny jako pásy se standardním chlazením SC a pásy s odloženým chlazením DC.

Pás SC a pás DC byly žíhány po dobu 30 s na teplotu 1130 °C a pak po dobu 60 s na 900 °C. Pak byly všechny pásy válcovány za studená na tloušťku 0,27 mm, oduhličeny a podrobeny kontinuální nitridaci v peci s dvěma oblastmi, takže oduhličení bylo prováděno po dobu 220 s s při 870 °C ve vlhké atmosféře směsi dusíku a vodíku a nitridace byla prováděna po dobu 30 s při 1000 °C, přičemž do pece byla přiváděna směs dusíku a vodíku s obsahem 10 % objemových amoniaku a s rosným bodem 10 °C.

Konečné zpracování bylo stejné jako v příkladu 1. Dosažené magnetické vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 4.

Tabulka 4

	Standardní chlazení	Odložené chlazení PÍ7 (W/kg) B800 (mT)
P17(W/kg)	B800 (mT)
Žíhaný pás	0,90	1930	0,91 1920
Nežíhaný pás	1,98	1656	0,90 1925

PATENTOVÉ

Claims

NÁROKY

1. Způsob řízení inhibice při výrobě ocelových plechů pro elektronické účely s orientovanými částicemi, při němž je křemíková ocel odlita na polotovary, zahřáta na vysokou teplotu a válcována za horka, takto získaný pás oceli se žíhá a chladí k dosažení částečné účinné inhibice, načež se válcuje za studená a výsledný pás se oduhličí, žíhá k dosažení primární rekrystalizace, podrobí nitridaci a pak se žíhá k dosažení sekundární rekrystalizace, vyznačující se tím, že se provádí v následujících stupních

i) kontinuálně se odlévá křemíková ocel s obsahem mědi 0,080 až 0,180% hmotnostních, obsahem uhlíku 0,005 až 0,055 % hmotnostních a obsahem hliníku 0,025 až 0,035 % hmotnostních, ii) kontinuálně odlité polotovary se zahřívají na teplotu 1150 až 1320 °C a válcují za horka, iii) takto získané pásy se rychle uvedou na teplotu 1100 až 1150 °C, načež se zchladí na 850 až 950 °C, na této teplotě se udržují 30 až 100 s a pak se zchladí až na 550 až 850 °C za vzniku pásu, jehož účinná inhibice Iz růstu částic, vypočítaná podle empirického vzorce

Iz= 1,91 Fv/r kde Fv je objemová frakce užitečných sraženin a

-6CZ 295535 B6 r znamená střední průměr částic sraženiny, je v rozmezí 400 až 1300 cm'¹.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačuj ící se tí m , že ocel obsahuje 0,100 až 0,150 % hmotnostních mědi.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se množství uhlíku pohybuje v rozmezí 0,005 až 0,025 % hmotnostních pro ocel s orientovanými částicemi a v rozmezí 0,025 až 0,055 % hmotnostních pro ocel se superorientovanými částicemi.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že obsah hliníku v oceli je 0,028 až 0,031 % hmotnostních.
5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se polotovary zahřívají na teplotu v rozmezí 1200 až 1300 °C.
6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5,vyznačující se tím, že se válcování za studená provádí při teplotě 180 až 250 °C.