ITRM20000677A1 - Procedimento per la fabbricazione di lamierini a grano orientato. - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di Breveto per Invenzione Industriale dal titolo: “Procedimento per la fabbricazione di lamierini a Grano Orientato"

Campo dell’invenzione

La presente invenzione riguarda la produzione di lamierini a grano orientato con carateristiche magnetiche eccellenti destinati alla fabbricazione dei nuclei di trasformatori elettrici. Più precisamente l'invenzione si riferisce ad un procedimento in cui una lega Fe-Si viene colata in continuo diretamente in forma di nastro e, prima dell’avvolgimento, lo stesso viene sottoposto ad una deformazione per laminazione continua allo scopo di indurre la formazione di una frazione definita di Austenite in matrice metallica, controllata in quantità e distribuzione, ottenendosi così una microstruttura del nastro prima della laminazione a freddo stabilmente ed omogeneamente ricristallizzata.

Stato della tecnica

I lamierini a grano orientato per applicazioni elettriche (Fe-Si) sono tipicamente prodotti su scala industriale come nastri a spessore variabile compreso tra 0,18 mm e 0,50 mm e caraterizzati da proprietà magnetiche diverse a seconda della classe di prodotto. La classificazione si riferisce sostanzialmente alle specifiche perdite di potenza che le varie classi di lamierino mostrano quando sottoposte a condizioni di lavoro elettromagnetico di riferimento (ad esempio P50Hz a 1.7 Tesla in W/Kg), valutate a loro volta lungo una specifica direzione di riferimento (direzione di laminazione). L’applicazione tipica dei suddetti lamierini è la costruzione dei nuclei dei trasformatori elettrici. Le eccellenti proprietà magnetiche (fortemente anisotrope) sono ottenute controllando la struttura cristallina finale dei nastri in modo da ottenere una distribuzione di grani tutti, o quasi, orientati in modo da avere la direzione di più facile magnetizzazione (<100>) il più possibile allineata alla direzione di laminazione. In pratica si realizzano prodotti finiti con grani di diametro medio generalmente variabile tra 1 mm a 20 mm con orientazione centrata attorno all’orientazione di Goss ( 110 > < 001 > ). Minore è la dispersione angolare attorno all’orientazione di Goss e maggiore è la permeabilità magnetica e di conseguenza minori sono le perdite magnetiche. I prodotti che presentano basse perdite magnetiche ed elevata permeabilità magnetiche producono notevoli vantaggi di applicazione in termini di progetto, dimensione e rendimento dei trasformatori.

Dalla prima produzione industriale di lamierino magnetico brevettata dalla americana ARMCO all'inizio degli anni trenta (US 1.956.559) sono stati fatti grandi passi in avanti nella tecnologia di fabbricazione dei lamierini a grano orientato sia in termini di qualità magnetica e fisica dei prodotti che in termini di costi di trasformazione e razionalizzazione dei cicli. Tutte le tecnologie esistenti, comunque, sfruttano la medesima strategia metallurgica per ottenere la fortissima tessitura di Goss sui lamierini finiti, ovvero il processo di ricristallizzazione secondaria orientata assistita da una distribuzione di seconde fasi e/o segreganti. Le seconde fasi non metalliche e i segreganti svolgono un ruolo critico nel controllo (rallentamento) del movimento dei bordi di grano durante la ricottura finale che presiede il processo di ricristallizzazione secondaria selettiva per orientazione.

Nella tecnologia originale ARMCO che utilizza come inibitore del movimento dei bordi grano i solfuri di Manganese (MnS)-e nella successiva tecnologia sviluppata dalla NSC, nella quale gli elementi inibitori sono principalmente i nitruri di Alluminio (MnS+AIN) ((EP 8.385, EP 17.830, EP 202.339), un importante stadio vincolante comune ai rispettivi procedimenti di fabbricazione è il riscaldo delle bramme colate in continuo (in origine lingotti) , immediatamente prima della laminazione a caldo, a temperatura estremamente elevata (1400°C circa), e per un tempo adeguato a garantire la completa dissoluzione dei solfuri e/o nitruri formatisi durante il raffreddamento dopo colaggio, in modo da riprecipitarli in forma molto fine e diffusamente distribuiti nella matrice metallica dei nastri a laminati a caldo. Tale precipitazione fine può essere iniziata, completata, e la dimensione dei precipitati regolata variamente nel corso del processo, ma sempre comunque prima della laminazione a freddo. Il riscaldo delle bramme a dette temperature condiziona all'uso di forni speciali di trattamento (forni a spinta a suola piena, forni WB a scoria liquida, forni a induzione) a causa delle caratteristiche di duttilità a caldo delle leghe Fe -3%Si e della formazione di scoria liquida.

Nuove tecnologie di colaggio dell’acciaio fuso tendono a semplificare i processo produttivi con l'obiettivo di renderli più compatti, flessibili e con costi ridotti. Una di tali tecnologie è il colaggio in “dramme sottili" che si caratterizza per il colaggio in continuo di lunghi pezzi a spessori tipici delle convenzionali barre sbozzate e che si adatta molto bene alla realizzazione dì processi dì laminazione diretta agganciando in sequenza continua colaggio di bramme, passaggio in forni continui a tunnel per il riscaldo/mantenimento dei pezzi colati e laminazione di finitura fino a nastri avvolti. I problemi connessi all’utilizzo di questa tecnica per i prodotti a grano orientato sono legati al difficile mantenimento e controllo delle elevate temperature necessarie per mantenere in soluzione gli elementi costituenti delle seconde fasi che devono essere precipitate in forma fine all'inizio del processo di laminazione a caldo (finitore) se si vuole ottenere le caratteristiche microstrutturali e magnetiche desiderate sui prodotti finiti. Tali problemi sono stati risolti in vari modi ad esempio sfruttando il minor spessore dei pezzi colati in sinergia con l’individuazione di specifici intervalli di concentrazione degli elementi di microlega per controllare stabilmente la precipitazione delle seconde fasi (inibitori delle crescita del grano) in laminazione a caldo, oppure modificando drasticamente la strategia di formazione degli inibitori in matrice metallica.

La tecnica di colaggio che potenzialmente offre il più alto grado di razionalizzazione dei processi e la maggiore flessibilità produttiva è quella di produrre dal fuso direttamente nastri, eliminando completamente la fase di laminazione a caldo. Tale straordinaria innovazione è stata concepita e brevettata da molto tempo, così come da molto tempo sono state immaginate e brevettate condizioni di processo per produrre lamierini elettrici e più in particolare lamierini a grano orientato. Tuttavia ancora ad oggi nessuna azienda al mondo produce industrialmente grano orientato con questa tecnica, nonostante lo stato della tecnica relativo alle macchine di colaggio sia ormai maturo per applicazioni industriali, come dimostrato dagli impianti che attualmente producono acciai al carbonio e acciai inossidabili.

Gli autori sono convinti che per poter fabbricare su scala industriale di lamierini a grano orientato a partire da solidificazione diretta a nastro (strip casting) è necessario che la microstruttura dei nastri prima della laminazione a freddo risulti significativamente diversa da quella sviluppata durante la fase di colaggio. La natura del processo strip casting e i rapidissimi tempi di solidificazione del nastro rendono diffìcile il controllo di una struttura del grano omogenea e riproducibile lungo il nastro e tra colate diverse in ragione della elevata sensibilità della struttura di solidificazione alla fluttuazione delle condizioni di colaggio e della composizione di lega. La microstruttura dei prodotti intermedi di lavorazione a partire da colaggio strip casting è molto influenzata dalla struttura di solidificazione, rispetto al convenzionale colaggio in bramme, proprio per la mancanza del lavoro di deformazione dei pezzi durante la tipica laminazione a caldo.

Sommario dell’invenzione

La presente invenzione intende risolvere gli inconvenienti legati alla qualità dei lamierini magnetici prodotti per strip casting. Costituisce pertanto oggetto dell’invenzione un procedimento di produzione di lamierino in cui, mediante una riduzione di spessore in linea al colaggio e prima dell'avvolgimento, si induce una significativa ricristallizzazione per trasformazione di fase che normalizza la struttura cristallina prima della riduzione a freddo, in maniera che eventuali fluttuazioni delle condizioni di processo risultino sostanzialmente ininfluenti nei confronti delle qualità del prodotto finale.

Altro oggetto dell’invenzione è rendere possibile la fabbricazione industriale di lamierini a grano orientato con eccellenti caratteristiche magnetiche, costante in qualità, stabile e semplificata rispetto ai metodi convenzionali attualmente utilizzati.

Ulteriori scopi risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dell'invenzione.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

Gli elementi significativi che caratterizzano l’invenzione sono descritti di seguito.

Un primo aspetto determinante dell'invenzione è che la lega fusa contenente Silicio viene solidificata direttamente in forma di nastro mediante la tecnologia di colaggio nota come "strip casting" (colaggio attraverso due cilindri raffreddati controrotanti), eliminando, rispetto alle tecnologie convenzionali in uso, la necessità di colare la lega in bramme o lingotti, di sottoporre a trattamento termico i pezzi mediante forni speciali ad alte temperature e per tempi lunghi (per raggiungere la necessaria omogeneità termica) e trasformare detti pezzi in nastri mediante laminazione a caldo con riduzioni totali che, a seconda della tecnologia di colaggio bramma adottata, vanno dal 96% al 99%.

Un secondo aspetto determinante dell’invenzione è che la composizione chimica della lega contenente Silicio è scelta in modo da regolare la stabilità termodinamica in matrice della fase Austenite (reticolo cubico a facce centrate) in equilibrio con la fase Ferrite (reticolo cubico a corpo centrato). Più precisamente è conveniente, per l’ottenimento di caratteristiche magnetiche eccellenti alla fine del processo, regolare la chimica in modo che una frazione di Austenite compresa tra il 25% e il 60% risulti stabile nell'intervallo di temperatura 1100-1200°C. A questo scopo, per bilanciare la forte tendenza del Silicio, presente in matrice, a stabilizzare la fase Ferrite, possono essere aggiunti svariati elementi, scelti tra quelli che favoriscono la formazione di Austenite. Tra questi, il Carbonio acquista una particolare importanza sia per il suo intrinseco effetto “austenitizzante” e sia per la sua particolare mobilità in matrice che rende possibile la sua agevole eliminazione mediante processi di decarburazione allo stato solido, che, nel caso della produzione di lamierini, avvengono tipicamente per estrazione dalle superfìci in'presenza di atmosfere di ricottura a potenziale ossidante controllato. E’ conveniente che il carbonio sia presente nella composizione di lega per regolare della frazione di Austenite desiderata in quanto così facendo, mediante un semplice processo di decarburazione, è possibile aumentare di nuovo la stabilità della ferrite, ed evitare che, nel corso della ricottura finale dei lamierini dove si realizza la ricristallizzazione secondaria, non avvengano fenomeni significativi di transizione di fase in quanto sarebbero deleteri per l’ottenimento della tessitura finale favorevole al flusso magnetico. Come noto, comunque, è necessario in questi materiali ridurre il contenuto di carbonio sui prodotti finiti a valori inferiori a 50 ppm per eliminare l’effetto negativo sulle perdite magnetiche, dovuto alla presenza di carburi. Più alto è il contenuto di carbonio nella lega e più lunghi saranno i tempi necessari per la decarburazione. Per ragioni di produttività industriale è perciò conveniente limitare il contenuto di carbonio ad un massimo di 0,1% peso. Gli autori della invenzione hanno valutato le frazioni di Austenite ottenibili per le varie composizioni di lega sia sperimentalmente che mediante l'uso di relazioni empiriche disponibili in letteratura.

Un terzo aspetto determinante dell’invenzione è che la trasformazione di fase da Ferrite ad Austenite nella matrice metallica del nastro colato viene indotta, in un intervallo di temperatura centrato attorno a 1150°C, tipicamente 1000°-1300°C, mediante una improvvisa deformazione superiore al 20% tra due cilindri raffreddati, in sequenza continua al colaggio e prima dell’avvolgimento del nastro. La deformazione improvvisa e localizzata lungo il processo fornisce al materiale l'energia necessaria alla nucleazione e quindi formazione della fase Austenite nella matrice, che altrimenti, pur quando stabile dal punto di vista termodinamico, non potrebbe realizzarsi per ragioni cinetiche. Per raggiungere le condizioni di equilibrio tra le fasi, come è noto, occorrerebbero, tempi molto lunghi alla temperatura considerata, mentre, e in particolare nel caso della tecnologia di colaggio direttamente a nastro, i tempi di processo e di raffreddamento sono intrinsecamente molto brevi.

La trasformazione di fase da Ferrite ad Austenite, risulta con questo processo, regolabile in quantità, secondo le scelte operate in termini di composizione chimica e stabilmente riproducibile, come necessario per un processo industriale. Come risultato della trasformazione di fase indotta nell’intervallo definito dalla presente invenzione, la distribuzione dei grani del nastro prodotto, sia in termini di dimensione che in termini di tessitura, si presenta molto omogenea e riproducibile lungo tutto il profilo geometrico del nastro. In particolare, ciò risolve l'inconveniente della presenza di eterogeneità microstrutturali, che rappresentano un problema tipico nella produzione dei lamierini a grano orientato in quanto il processo di selezione della tessitura finale è sensibile anche a piccole differenze locali nella struttura e orientazione dei grani, e che risulta ancora più accentuato nel caso dei nastri colati direttamente a nastro. Infatti nel caso dei processi convenzionali, la struttura dei nastri prima della laminazione a freddo è il risultato di un intenso lavoro di deformazione a caldo dei pezzi colati, che contribuisce a frammentare, ricristallizzare e rendere omogenea la struttura di solidificazione; nel caso dei nastri ottenuti per solidificazione diretta, invece, la struttura è direttamente ereditata da quella di solidificazione, e date le alte velocità di solidificazione e la natura fortemente dinamica del processo, ogni fluttuazione anche piccola delle condizioni di colaggio (quali: spessore del nastro colato, velocità di colaggio, temperatura del fuso, scambio termico ai cilindri di colaggio.. etc.) possono indurre variazioni locali, periodiche o casuali, nella struttura di solidificazione e quindi nella microstruttura dei nastri prodotti lungo tutto il profilo geometrico.

Il procedimento qui rivendicato, quindi, supera gli inconvenienti presenti nel caso di colaggio di acciaio direttamente a nastro, costituiti dalla mancanza di elevati livelli di deformazione a caldo che raffinano ed omogeneizzano la microstruttura. Tali elevate deformazioni sono tipiche delle tecnologie basate sul colaggio convenzionale e nel’ambito dell’invenzione esse sono egregiamente sostituite dall’induzione controllata in quantità e distribuzione di una trasformazione di fase (Ferrite-Austenite), che identicamente raffina ed omogeneizza la microstruttura. Le elevate velocità di solidificazione, caratteristiche del processo di colaggio dell’acciaio direttamente a nastro, rappresentano altresì una decisiva opportunità metallurgica per sfruttare al meglio il procedimento oggetto della presente invenzione. Infatti, nel caso delle tecnologie convenzionali a partire da colaggio in bramme o lingotti la trasformazione da Austenite a Ferrite, quando si realizza, appare localizzata in zone di segregazione chimica dove si concentrano elementi austenitizzanti, e particolarmente a centro spessore dei semilavorati. In tali zone quindi si può realizzare la trasformazione austenitica anche nel caso in cui la composizione chimica media della lega non lo preveda, in ragione delle concentrazioni locali di elementi austenitizzanti. Nel caso di colaggio diretto a nastro, invece, le elevate velocità di solidificazione, limitano fortemente l'entità dei processi segregativi, e per questo la distribuzione degli elementi austenitizzanti in matrice risulta omogenea. In queste condizioni, applicando la deformazione nel campo di temperature prescritto, si riesce a realizzare in modo stabile e riproducibile, lungo tutto il profilo geometrico del nastro la frazione volumetrica di Austenite stabilita con la scelta della composizione di colata.

Un ulteriore elemento della presente invenzione è la definizione di un procedimento che sfrutta la frazione controllata di Austenite indotta nel nastro, come sopra definito, per generare una distribuzione a sua volta controllata di fasi dure (Carburi, Cementite, Perlìte, Bainite) e per regolare la formazione di una frazione di Martensite (reticolo tetragonale) nella matrice metallica, facendo transitare il nastro, tra la fase di laminazione in linea e la fase di avvolgimento, attraverso un dispositivo di tempra. La presenza delle fasi dure (fasi di tempra) omogeneamente distribuite nella matrice consente la riduzione a freddo necessaria per regolare, in questi prodotti, l’adeguata tessitura di deformazione, evidentemente a causa dei diversi modelli di deformazione e dei più elevati livelli incrudimento che si realizzano con la laminazione a freddo in presenza di fasi dure rispetto al caso in cui non è presente una struttura di tempra. Ciò consente di ridurre quindi lo spessore del nastro da sottoporre a laminazione a freddo (a parità di spessore finale) e di conseguenza di ridurre lo spessore del nastro come colato, con importanti vantaggi sulla produttività del processo di colaggio. Infatti minore è lo spessore del nastro colato e maggiore è la produttività del colaggio, per il fatto che il nastro si allunga in ragione lineare della riduzione dello spessore mentre la velocità di colaggio aumenta in ragione quadratica della riduzione dello spessore. ' Ulteriore elemento della presente invenzione è la definizione di un procedimento in cui il nastro dopo la deformazione in linea viene mantenuto ad una temperatura vicina a 1150°C, tipicamente 1100°-1200°C per almeno 5 sec. utilizzando un dispositivo di riscaldamento del nastro in continuo frapposto tra il laminatoio in linea e l’aspo di avvolgimento. Allo scopo può essere utilizzata ad esempio una camera di riscaldo a bruciatori, oppure a resistenze elettriche, oppure dotata di lampade a radiazione infrarossa, oppure possono essere utilizzati dispositivi di riscaldo ad induzione; più in generale qualunque sistema attivo o passivo adatto a sostenere la temperatura del nastro nell'intervallo prescritto per il tempo minimo di 5 secondi. In questo caso l’eventuale fase di tempra sarà attuata all’uscita del forno di mantenimento.

Ulteriore elemento dell’invenzione è un procedimento in cui prima della laminazione a freddo il nastro viene ricotto a temperature non superiori a 1200°C, preferibilmente non superiori a 1170°C. Una tale ricottura può portare vantaggi al processo di fabbricazione del lamierino a grano orientato per vari motivi, in particolare relativamente alla regolazione delle caratteristiche magnetiche dei prodotti finiti. Alcuni fenomeni utili al processo sono ad esempio la precipitazione di seconde fasi non metalliche che in questi prodotti sono necessarie per la regolazione della ricristallizzazione secondaria orientata, o la possibilità di realizzare una decarburazione superficiale controllata dei nastri prima della laminazione a freddo, che può produrre effetti positivi sulla tessitura del deformato. In particolare, però, una ricottura del nastro consente di spostare in questa fase di processo la generazione di fasi di tempra, come alternativa al formarle prima deH’avvolgimento del nastro alla fine del processo di colaggio. In questo caso, alla fine della ricottura deve essere perciò presente un adeguato dispositivo di raffreddamento del nastro in grado di realizzare le necessarie velocità di raffreddamento. Ad esempio il raffreddamento del nastro può essere efficacemente realizzato nel rispetto degli insegnamenti della presente invenzione mediante una sequenza di lance munite di ugelli con le quali viene spruzzata sulle superfici del nastro in transito una miscela di acqua e vapore a pressione controllata. Tipicamente dopo la laminazione In lìnea il nastro viene temprato per ottenere una frazione in volume di Martensite compresa tra il 5% e il 15% . Il dispositivo di tempra opera a partire da una temperatura compresa nell'intervallo 750°C - 950°C e in modo da raffreddare il nastro fino a 400°C in meno di 12 secondi.

Ultimo elemento dell'invenzione è la definizione di un procedimento in cui la composizione chimica prevede la presenza di elementi scelti tra due distinte classi di sostanze: Elementi utili alla regolazione dell'equilibrio desiderato tra Austenite e Ferrite in matrice metallica, ed Elementi utili alla regolazione di una distribuzione di seconde fasi quali ad esempio solfuri, seleniuri, nitruri, carbonitruri ... utili alla regolazione della crescita dei grani cristallini e della loro orientazione nelle fasi di ricristallizzazione primaria e di ricristallizzazione secondaria.

Tipicamente la lega colata comprende: Silicio compreso tra 2,5 - 5 %peso, Carbonio compreso tra 200 ppm e 1000 ppm, Manganese compreso nell'intervallo 0,05 - 0,5 %peso, Rame compreso tra 0,07 - 0,5% peso, la somma di Cromo, Nichel e Molibdeno non dovendo superare 2 % peso, Ossigeno fino ad un massimo di 30 ppm, la somma di Zolfo e Selenio essendo inferiore a 500 ppm, Alluminio compreso tra 50 e 400 ppm, Azoto inferiore a 100 ppm. Ad essa si può aggiungere almeno un elemento scelto fra Zr, Ti, Ce, B, Ta, Nb, V, Co e relative miscele e almeno un elemento scelto fra Sn, Sb, P, Bi, e relative miscele.

Gli elementi utili per la regolazione dell’equilibrio tra le due fasi Austenite e Ferrite sono molteplici e non esistono particolari limitazioni di scelta se non le convenienze di costo e di resa in acciaieria. Nonostante ciò, e specialmente nel caso di acciaierie di tipo elettrico che utilizzano rottami ferrosi come materia prima risulta conveniente, oltre ovviamente al Silicio, equilibrare il contenuto di elementi quali Cromo, Nichel, Molibdeno, Niobio, Rame e Manganese, Stagno.

Gli elementi utili per la regolazione della distribuzione di particelle di seconde fasi in matrice metallica, per l'inibizione e il controllo della crescita del grano sono anch’essi molteplici. E’ conveniente sceglierli tra quelli in grado di formare composti del tipo Solfuri, Seleniuri, Carbonitruri, Nitruri, in modo da formare una miscela di seconde fasi mista dal punto di vista compositivo in cui siano presenti contemporaneamente composti stabili alla temperatura (solubilità) in modo differente. Come risultato di questa scelta, la forza frenante il movimento dei bordi di grano attuata dalle particelle di seconde fasi, si riduce con l’aumentare della temperatura in modo graduale, in quanto durante i trattamenti termici cominciano a sciogliersi e/o ingrossare prima i precipitati che costituiscono la frazione dei più solubili e via via gli altri. Ciò consente una regolazione della crescita del grano più controllata, rispetto al caso di utilizzare inibitori di una sola classe compositiva e quindi caratterizzati da un intervallo di temperature di solubilizzazione più stretto.

Gli esempi seguenti sono da considerare illustrativi dell’invenzione e non limitativi della portata della stessa.

Esempio 1:

Una serie di acciai caratterizzati dalla presenza di alcuni elementi come descritto in Tab. 1 sono stati colati in una macchina da strip casting a rulli gemelli affiancati e controrotanti allo spessore di 3.5 mm. In linea con il colaggio, alla temperatura di 1150°C, i nastri sono stati laminati allo spessore di 2,0 mm. Durante le colate, all’incirca a metà colata, è stato ridotto lo spessore del nastro colato a 2,0 mm e contemporaneamente è stata sospesa la laminazione in linea. I nastri sono stati quindi ricotti alla temperatura di 1100 °C e laminati a freddo in singolo stadio fino allo spessore di 0,30 mm.

Tab.1:composizionì chimiche degli acciai colati

I nastri sono stati quindi decarburati, depositati con separatore di ricottura a base MgO, e ricotti in forno a campana con una velocità di salita in temperatura di 15 °C/h fino a 1200 °C e ed una sosta a 1200°C per 20 h. Rivestiti con una vernice isolante, tensionante.

Sui nastri “come colati”, mediante misure dilatometriche, è stata stimata la frazione di austenite alla temperatura di 1150°C. I dati sono riportati in tab.2.

In tab. 3 sono indicate le caratteristiche magnetiche misurate sul prodotto finito per i vari nastri colati.

Esempio 2

Una serie di nastri caratterizzati dalla differente presenza di alcuni elementi come descritto in tab. 4 sono stati colati direttamente in forma di nastro in una macchina da "strip-casting” a rulli gemelli affiancati e controrotanti allo spessore di 2,1 mm.

Alla temperatura di 1170 °C ed in linea con il colaggio questi nastri sono stati laminati a caldo allo spessore di 1,0 mm, temprati, mediante getti d’acqua e vapore ad alta pressione fino alla temperatura di 150 °C e quindi avvolti. A circa metà colata il processo di tempra è stato sospeso ed i nastri sono stati avvolti alla temperatura di 700 °C

In tab. 5 sono mostrate le frazioni di martensite misurate per vìa metallografica sui nastri dopo avvolgimento.

I nastri sono stati quindi divisi in diversi coils più piccoli e una parte di questi sono stati laminati a freddo ad uno spessore di 0,3 mm, (il nastro proveniente dalla colata di composizione chimica (A) ha mostrato problemi di fragilità durante la laminazione a freddo e non è stato possibile trasformarlo fino a prodotto finito), decarburati, e deposti con un separatore di ricottura a base MgO, sottoposti ad una ricottura statica con una velocità di salita di 20°C/h fino a 1200°C e quindi ricotti a 1200°C per 20 h. In tab. 6 sono riportate le caratteristiche magnetiche misurate sul prodotto finito in termini di induzione ad 800A/m.

Esempio 3

La parte rimanente dei nastri, colati nell’esempio precedente con dispositivo di tempra non attivo ed avvolti a 700°C, sono stati ricotti con una ricottura a 1150°C per 60 sec, temprati mediante getti di acqua e vapore ad alta pressione fino a 150°C, decapati ed avvolti a temperatura ambiente. I nastri sono stati trattati fino a prodotto finito in maniera analoga all’esempio precedente. In tab. 7 sono mostrate le percentuali di martensìte misurate sui nastri avvolti e le caratteristiche magnetiche misurate sul prodotto finito.

Esempio 4

Tab.7: induzioni ad 800 A/m e percentuali di martensite misu rate sui nastri dell’esempio 3 dopo ricottura e tempra, in sieme alle induzioni ad 800 A/m misurate sul prodotto fi nito.

Cinque diverse leghe caratterizzate dal contenuto variabile di alcuni elementi (%pp) come descritto in tabella 8 sono state colate direttamente a nastro di spessori compresi tra di 2,2 e 2,4 mm con una macchina da strip casting a rulli gemelli affiancati e controrotanti.

In linea con il colaggio, alla temperatura di 1150°C, i nastri sono stati laminati allo spessore di 1,2 mm. Dai nastri colati e avvolti sono stati poi ricavati nastri più piccoli. Un nastro per ogni condizione è stato quindi ricotto secondo un ciclo in doppio stadio con salita rapida alla temperatura di 1170°C, raffreddamento· fino a alla temperatura di 1100°C e quindi raffreddati a temperatura ambiente adottando un dispositivo di tempra che utilizza getti di acqua e vapore (nastri A1, B1, C1, D1, E1). Un secondo gruppo di nastri uguale al precedente è stato invece ricotto mediante il medesimo ciclo di trattamento termico, senza l’adozione della fase di tempra (nastri A2,B2,C2,D2,E2). Tutti i nastri sono stati quindi laminati in singolo stadio di laminazione a freddo a spessore finale 0,29 mm. Sono quindi stati condizionati per il trattamento presso una linea pilota continua per realizzazione di diversi cicli di ricottura di ricristallizzazione primaria, di nitrurazione e di ricristallizzazione secondaria. Ogni nastro è stato sottoposto al seguente gruppo di trattamenti:

• Tre diverse prove nella prima zona di trattamento alle diverse temperature di 830°C, 850°C e 870°C in una atmosfera di Azoto-Idrogeno umida per un rapporto pH20/pH2 di 0,60 e per un tempo di 180 secondi (di cui 50 s di salita in temperatura).

• Seconda zona di trattamento alla temperature di 890°C in atmosfera di Azoto-Idrogeno, umida per un rapporto pH20/pH2 di 0,09 in miscela con ammoniaca in concentrazione del 30 % volume e per un tempo di 50 secondi;

• Terza zona di trattamento a temperatura di 1100°C in atmosfera di Azoto-Idrogeno umida per un rapporto pH20/pH2 di 0,01 e per un tempo di 50 secondi.

Dopo deposizione di un separatore di ricottura a base di MgO i nastri trattati alla linea pilota sono stati sottoposti ad una ricottura statica consistente in un riscaldamento con gradiente di circa 60°C/h fino alla temperatura massima di 1200°C in atmosfera di Azoto-Idrogeno al 50% volume; una successiva sosta per 3 ore a 1200°C in atmosfera di idrogeno puro ed infine due cicli consecutivi di raffreddamento: il primo fino a 800°C in idrogeno ed il successivo in azoto fino a temperatura ambiente. I risultati delle misure magnetiche effettuate sui lamierini risultanti da ciascuna prova sono riportati nella Tabella 10 come valore medio dell’induzione misurata lungo i nastri ad 800 A/m ed espressa in millesimi di Tesla.

Claims (8)

1. Rivendicazioni 1. Procedimento per la fabbricazione di lamierini di Fe-Si a grano orientato per applicazioni elettriche in cui una lega contenente Silicio viene colata direttamente in forma di nastro continuo dì spessore compreso tra 2,5 mm e 5 mm, laminata a freddo in uno o più stadi con ricottura intermedia a spessore finale compreso tra 1 mm e 0,15 mm, il nastro è quindi ricotto in continuo per realizzare la ricristallizzazione primaria ed in sequenza ricotto per realizzare la ricristallizzazione secondaria orientata, caratterizzato dal fatto che dopo la solidificazione e prima dell’avvolgimento del nastro viene indotta nella matrice metallica una trasformazione di fase da “ferrite” ad "austenite" per una frazione di volume del nastro compresa tra il 25% e il 60% ottenuta regolando la composizione di lega affinché una tale frazione di austenite sia consentita nell'equilibrio di stabilità delle due fasi e deformando il nastro per laminazione tra due cilindri raffreddati, in sequenza continua al colaggio, in modo da realizzare una deformazione superiore al 20% nell’intervallo di temperatura 1000°C - 1300°C.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui tra la fase di laminazione e la fase di avvolgimento, il nastro viene mantenuto tra 1100°C e 1200°C per almeno 5 secondi.
3. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-2 in cui lo spessore del nastro come solidificato è compreso nell’intervallo 1,5 mm - 4,0 mm e dopo la laminazione in linea il nastro viene temprato per ottenere una frazione in volume di Martensite compresa tra il 5% e il 15% .
4. 4. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-3 in cui prima della laminazione a freddo il nastro viene sottoposto a ricottura ad una temperatura massima di 1200°C.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4 in cui alla fine della ricottura il nastro attraversa in continuo un dispositivo di tempra, ad una temperatura compresa nell’Intervallo 750°C - 950°C in modo da raffreddare il nastro fino a 400°C in meno di 12 secondi.
6. 6. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-5 in cui la lega colata comprende: Silicio compreso tra 2,5 - 5 %peso, Carbonio compreso tra 200 ppm e 1000 ppm, Manganese compreso nell’intervallo 0,05 - 0,5 %peso, Rame compreso tra 0,07 - 0,5% peso, la somma di Cromo, Nichel e Molibdeno non dovendo superare 2 % peso, Ossigeno fino ad un massimo di 30 ppm, la somma di Zolfo e Selenio essendo inferiore a 500 ppm, Alluminio compreso tra 50 e 400 ppm, Azoto inferiore a 100 ppm.
7. 7. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-6 in cui nella lega è presente almeno un elemento scelto fra Zr, Ti, Ce, B, Ta, Nb, V, Co e relative miscele.
8. 8. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-6 in cui nella lega è presente almeno un elemento scelto fra Sn, Sb, P, Bi, e relative miscele.