MX2014010326A - Acero al silicio no orientado y su metodo de fabricacion. - Google Patents

Acero al silicio no orientado y su metodo de fabricacion.

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Abstract

El objetivo de la presente invención es proporcionar acero al silicio no orientado con excelentes propiedades magnéticas y su método de fabricación. En la presente invención, el acero al silicio no orientado tiene una pérdida en el hierro relativamente baja (pérdida en el hierro P15/50=2.40 W/kg para acero al silicio de 0.5 mm de espesor) y excelente anisotropía de pérdida en el hierro (=10%), y puede satisfacer los requisitos para materiales de núcleo de motores y generadores de tamaño mediano y grande, así como de motores de tamaño pequeño de alta eficiencia. Además, el método de la presente invención también se caracteriza por ser de bajo costo, tener efecto estable, etc.

Description

ACERO AL SILICIO NO /ORIENTADO Y SU METODO DE FABRICACION CAMPO TECNICO La prese te invención se relaciona con acero al silicio no orientado y su método de fabricación, y de manera especifica con acero al silicio no orientado caracterizado por tener propiedades excelentes con respecto a pérdida en el hierro y anisotropia de pérdida en el hierro y método de fabricación.
TECNOLOGÍA ANTECEDENTE El acibro al silicio no orientado se usa principalmente en la elaboración de núcleos de estatores de generadores y de motores de tamaño mediano y grande ¡>50 HP) , así domo en núcleos de estatores y rotores de motores de tamaño pequeño con altos requerimientos de eficiencia energética. A fin de miniaturizar el equipo electrónico y conservar energía, se requiere que el acero al silicio no orientado empleado tenga baja pérdida en el hierro y una excelente anisotropia de pérdida en el (hierro.
El método tradicional para fabricar acero al silicio no /orientado adopta una placa fundida que contiene silicio (2.5% en peso o más) y aluminio (0.2% en peso o más) para aumentar la resistencia eléctrica 52-1046-14 del acero al silicio no orientado, reduciendo asi su pérdida en el hierro. Sin embargo, el método reguiere una temperatura final de recocido mayor o igual a 1000°C, lo cual conduce a problemas de alto costo, nodulación del horno laminador, etc.
A fin de fabricar el acero al silicio no orientado capaz de miniaturizar el equipo electrónico y conservar energía, se han realizado muchos estudios con respecto a los ingredientes y el proceso de fabricación del acero al silicio no orientado, con el objetivo de desarrollar acero al silicio no orientado con excelentes propiedades magnéticas.
La patente estadounidense US4560423 revela una placa fundida que contiene los siguientes ingredientes, en porcentaje en peso: Si=2.5%, Al=1.0%, 3.5%< (Si+Al)<5.0%, S<0.005% y N<0.004%, la cual se somete al proceso de recocido en dos etapas, esto es, primero se mantiene en aislamiento térmico a una temperatura entre 850 y 1000°C durante 30 a 120 s y luego a 1050°C durante 3 a 60 s para obtener acero al silicio no orientado con una pérdida en el hierro de J?i5/5o=2.70 /kg (acero al silicio de 0.5 mm de espesor) .
La patente japonesa JP1996295936S revela una placa fundida que contiene los siguientes ingredientes, en porcentaje en peso: C<0.005%, Si: 2.0 a 4.0%, Al: 52-1046-14 0.05 a 2%, Mn: 0.05 a 1.5%, P<0.1%, S<0.003%, N<0.004%, Sn: 0.003 a 0.2%, Cu: 0.015 a 0.2%, Ni: 0.01 a 0.2%, Cr: 0.02 a 0.2%, V: 0.0005 a 0.008% y Nb<0.01%, la cual se somete al proceso de normalización y enfriamiento con una velocidad de enfriamiento menor o igual a 80°C/s, luego al proceso de laminado en frío con una tasa de reducción mayor o igual a 88% y finalmente al proceso de recocido en dos etapas para obtener acero al silicio no orientado con baja pérdida en el hierro.
En la patente estadounidense US6139650, se añaden Sb, Sn y elementos de tierras raras, como Se y Te, a la placa fundida para controlar el contenido de S, el contenido superficial de nitrógeno y similares del acero al silicio, y asi controlar que la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio (acero al silicio de 0.5 mm de espesor) sea menor o igual a 2.40 W/kg.
Aunque todas las tecnologías antecedentes mencionadas pueden controlar la pérdida en el hierro del acero al silicio en un nivel relativamente bajo, no han tomado en cuenta la anisotropía de pérdida en el hierro. Es bien sabido que la anisotropía de pérdida en el hierro del acero al silicio influye de manera directa en la pérdida rotacional de los núcleos de estatores y rotores, y que es un factor clave determinante de las características de pérdida excelentes de los equipos 52-1046-14 impulsados a motor. Por lo tanto, desarrollar acero al silicio no orientado y a la vez obtener una baja pérdida en el hierro y una excelente anisotropia de pérdida en el hierro será de gran importancia y tendrá un amplio espectro de aplicación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método para producir acero al silicio no orientado, que comprende los siguientes pasos, de manera secuencial: a) elaboración de acero, b) laminado en caliente, c) normalización, d) laminado en frió, y e) recocido, en donde , Mediante dicho paso a) de elaboración de acero, se obtiene una placa fundida que contiene la siguiente composición, en porcentaje en peso: 0.001 a 0.004% de C, 2.5 a 4.0% de Si, 0.5 a 1.5% de Al, 0.10 a 1.50% de Mn, P<0.02%, S<0.002%, N<0.003%, B<0.005%, en donde Mn/S>300, Al/N>300, y el resto es Fe e impurezas inevitables; en donde, Dicho paso a) de elaboración de acero incluye elaboración de acero en convertidor, en la cual la temperatura T (en K) del acero fundido durante el sangrado en el convertidor, el contenido de carbono [C] (en ppm) y el contenido de oxigeno libre [O] (en ppm) 52-1046-14 satisfacen la siguiente fórmula: 7.27xl03 [O] [C] e(~ 5OOO/T)<2_ 99 X 104/ Y En dicho paso e) de recocido, la banda de acero laminado en frío se calienta a una temperatura entre 900 y 1050 °C, y luego se somete a aislamiento térmico bajo una tensión 6 de 0.5 a 1.5 MPa durante un lapso de tiempo t de 8 a 60 s.
En el método de la presente invención, primero se obtiene una placa fundida mediante elaboración de acero, y mediante el laminado en caliente de la placa fundida se forma una banda de acero laminado en caliente, luego la banda de acero laminado en caliente se somete a un tratamiento de normalización, y mediante el laminado en frió de la banda de acero laminado en caliente tras el tratamiento de normalización se forma una banda de acero laminado en frío, y por último la banda de acero laminado en frío se somete a un tratamiento de recocido final.
En el método de la presente invención, a fin de reducir el costo de fabricación y mejorar la cualidad de estabilidad de los productos de acero al silicio, el lapso de tiempo t en dicho paso e) de recocido debe limitarse entre 8 y 60 s. Cuando el lapso de tiempo t es menor de 8 s, los granos no se engrosan de manera adecuada, lo cual afecta negativamente la reducción de la pérdida en el hierro y de la anisotropia de pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado; cuando el lapso de tiempo t excede 60 s, el costo de fabricación se eleva, y tanto la pérdida en el hierro como la anisotropia de pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado ya no pueden mejorarse.
En el método de la presente invención, las impurezas inevitables contenidas en dicha placa fundida de preferencia son: Nb=0.002% en peso, V<0.003% en peso, Ti<0.003% en peso, y Zr<0.003% en peso.
En el método de la presente invención, a fin de promover el crecimiento de granos y reducir la diferencia de las propiedades entre la dirección de laminación y la dirección transversal, la temperatura de dicho paso e) de recocido de preferencia se controla entre 900 y 1050°C, y con mayor preferencia se controla entre 920 y 1000°C; la tensión ó de dicho paso e) de recocido de preferencia se controla entre 0.5 y 1.5 MPa, y con mayor preferencia se controla entre 1 y 1.3 MPa. Si la temperatura de dicho paso e) de recocido es demasiado baja, impedirá el crecimiento de granos; si la temperatura de dicho paso e) de recocido es demasiado alta, afectará negativamente los objetivos de reducción del costo de fabricación y simplificación del proceso técnico. Si la tensión 6 de dicho paso e) de recocido 52-1046-14 es demasiado baja, afectará negativamente el rápido crecimiento de granos en el recocido breve a baja temperatura; si la tensión 6 de dicho paso e) de recocido es demasiado alta, la diferencia de las propiedades de los granos entre la dirección de laminado y la dirección transversal será significativa, lo cual afecta de manera negativa la reducción de la anisotropia de pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado .
En el método de la presente invención, a fin de reducir aún más el contenido de N y O en la capa superficial de los productos finales de acero al silicio y mejorar la textura cristalina de los productos de acero al silicio, la placa fundida en dicho paso a) de elaboración de acero de preferencia también contiene Sn y/o Sb, en donde el contenido de Sb+2Sn varia entre 0.001 y 0.05% en peso.
En el método de la presente invención, dicho paso a) de elaboración de acero incluye además un paso de refinación RH, y, a fin de mejorar el efecto de desoxidación, en la refinación RH, de preferencia se implementa una desoxidación al terminar la descarbonización, primero usando aleación de FeSi y luego usando aleación de FeAl.
En el método de la presente invención, dicho 52-1046-14 paso c) de normalización puede adoptar un horno de normalización de carga por lotes o un recocido de normalización continuo. Con el objetivo de reducir más la anisotropia de pérdida en el hierro, obtener una mejor forma de hoja y facilitar el laminado en frió, de preferencia se adopta el horno de normalización de carga por lotes con las siguientes condiciones: bajo una atmósfera protectora de nitrógeno e hidrógeno, la banda de acero se somete a un aislamiento térmico a una temperatura entre 780 y 880°C durante 2 a 6 h; o de preferencia se adopta el recocido de normalización continuo con las siguientes condiciones: la banda de acero laminado en caliente primero se calienta a una temperatura entre 850 y 950 °C con una velocidad de calentamiento de 5 a 15°C/s, y se somete a un aislamiento térmico bajo una atmósfera protectora de nitrógeno durante un lapso de tiempo t de 10 a 90 s, luego se enfria a 650°C con una velocidad de enfriamiento menor o igual a 10°C/s, y por último se deja enfriar de manera natural.
En el método de la presente invención, con el objetivo de reducir más la anisotropia de pérdida en el hierro, de preferencia dicho paso d) de laminado en frió tiene una tasa de reducción de 70 a 88%.
En el método de la presente invención, con el objetivo de mejorar más la estructura de grano de los productos finales de acero al silicio, de preferencia dicho paso b) de laminado en caliente tiene una deformación mayor o igual a 80% a una temperatura mayor o igual a 950 °C. Además, con el objetivo de obtener una forma de hoja adecuada y evitar la ruptura del borde, la diferencia máxima de temperatura entre varias posiciones de la banda de acero laminado en caliente se controla de preferencia en un valor menor o igual a 20°C, y con mayor preferencia menor o igual a 10°C.
Además del proceso de fabricación de acero al silicio no orientado, la presente invención también proporciona acero al silicio no orientado con baja pérdida en el hierro y excelente anisotropia de pérdida en el hierro que puede elaborarse usando la placa fundida que contiene de 2.5 a 4.0% en peso de Si de acuerdo con dicho proceso de fabricación de la presente invención. En la presente invención, el acero al silicio no orientado tiene un diámetro de grano entre 100 µp? y 200 µp?, y un coeficiente axial equivalente de grano L entre 1.05 y 1.35.
Además, de preferencia dicha placa fundida también tiene la siguiente composición, en porcentaje en peso: 0.001 a 0.004% de C, 0.5 a 1.5% de Al, 0.10 a 1.50% de Mn, P<0.02%, S<0.002%, N<0.003%, B<0.005%, 52-1046-14 Mn/S=300, Al/N=300, siendo el resto Fe e impurezas inevitables .
Además, de preferencia el contenido total de nitrógeno y oxigeno a una profundidad de 30 um desde la superficie del acero al silicio no orientado en la presente invención es menor o igual a 300 ppm.
Además, de preferencia la cantidad de inclusiones que tienen un tamaño menor o igual a 500 nm contenidas en el acero al silicio no orientado de la presente invención es menor o igual a 40%.
En la presente invención, al controlar de manera estricta la relación entre la temperatura T del acero fundido durante el sangrado en el convertidor, el contenido de carbono [C] y el contenido de oxigeno libre [O] , y al regular el contenido de varios ingredientes en la placa fundida, la cantidad de inclusiones puede reducirse y su forma puede controlarse, a fin de mejorar la estructura y las propiedades magnéticas del acero al silicio no orientado.
Además, en dicho paso e) de recocido, al aplicar una tensión adecuada y proporcionar un recocido breve a una temperatura adecuada, los granos pueden crecer rápidamente, y la diferencia de las propiedades entre la dirección de laminado y la dirección transversal será pequeña, lo cual contribuye a la reducción tanto de la pérdida en el hierro como de la anisotropía de pérdida en el hierro.
Al regular el contenido de varios ingredientes en la placa fundida en el proceso de elaboración de acero, al controlar de manera estricta la relación entre la temperatura T del acero fundido durante el sangrado en el convertidor, el contenido de carbono [C] y el contenido de oxigeno libre [0] para reducir la cantidad de inclusiones y controlar su forma, y al aplicar una tensión adecuada y proporcionar un recocido breve a baja temperatura para controlar la forma de los granos, la presente invención puede obtener acero al silicio no orientado con excelentes propiedades de pérdida en el hierro y anisotropia de pérdida en el hierro. En la presente invención, el acero al silicio no orientado tiene una pérdida en el hierro Pi5/5o=2.40 W/kg (para acero al silicio de 0.5 mm de espesor) y una anisotropia de pérdida en el hierro menor o igual a 10%, en donde Pi5 5o representa la pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado bajo una inducción magnética de 1.5 T a 50 Hz.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra la relación entre la proporción Mn/S de la placa fundida usada para la 52-1046-14 fabricación de acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado .
La Figura 2 muestra la relación entre el contenido de S de la placa fundida usada para la fabricación del acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado .
La Figura 3 muestra la relación entre la proporción Al/N de la placa fundida usada para la fabricación del acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado .
La Figura 4 muestra la relación entre el contenido total de nitrógeno y oxigeno a una profundidad de 30 um desde la superficie del acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado.
La Figura 5 muestra la relación entre el coeficiente axial equivalente de los granos del acero al silicio no orientado y la anisotropia de pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado. 52-1046-14 MODALIDADES DE LA INVENCIÓN En primer lugar, a continuación se explican las razones para limitar varios ingredientes contenidos en la placa fundida usada para producir el acero al silicio no orientado de la presente invención.
Si: se disuelve en ferrita para formar una solución sólida de sustitución, mejorar la resistividad del sustrato y reducir de manera significativa la pérdida en el hierro e incrementar el Índice elástico; es uno de los elementos de aleación más importantes en el acero al silicio no orientado. Si el contenido de Si es demasiado bajo, su efecto en la reducción de la pérdida en el hierro resulta insignificante; si el contenido de Si es demasiado alto, no sólo decrece de manera evidente su efecto en la reducción de la pérdida en el hierro, sino que también dificulta el procesamiento. En la presente invención, el contenido de Si se limita entre 2.5 y 4.0% en peso.
Al: se disuelve en ferrita para mejorar la resistividad del sustrato, engrosar granos, reducir la pérdida en el hierro, mejorar el índice elástico y desoxidar y fijar nitrógeno, pero con facilidad causa oxidación dentro de la superficie de los productos terminados de hoja de acero. Si el contenido de Al es demasiado bajo, su efecto en la reducción de la pérdida 52-1046-14 en el hierro y en la desoxidación y fijación de nitrógeno resulta insignificante; si el contenido de Al es demasiado alto, se dificultan la fundición y el moldeo, la inducción magnética disminuye y el proceso se dificulta. En la presente invención, el contenido de Al se limita ente 0.5 y 1.5% en peso.
Mn: de manera similar al Si y al Al, puede mejorar la resistividad del acero y reducir la pérdida en el hierro, y puede unirse con el elemento de impureza S para formar MnS estable y eliminar el efecto perjudicial del S en las propiedades magnéticas. Además de evitar la fragilidad en caliente, también se disuelve en ferrita para formar una solución sólida de sustitución, fortaleciendo la solución sólida y mejorando el índice elástico de la matriz. Si el contenido de Mn es demasiado bajo, dichos efectos resultan insignificantes; si el contenido de Mn es demasiado alto, tanto la temperatura del punto de transformación de fase Acl como la temperatura de recristalización del acero al silicio se reducen, y habrá una transformación de fase a-? durante el tratamiento térmico, deteriorando con ello la textura cristalina favorable. En la presente invención, el contenido de Mn se limita entre 0.10 y 1.50% en peso.
Además, el presente inventor ha investigado la 52-1046-14 relación entre la proporción Mn/S y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado. La Figura 1 muestra la relación entre la proporción Mn/S de la placa fundida usada para la fabricación de acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro Pis/bo del acero al silicio no orientado. Como se muestra en la Figura 1, se observa un buen efecto reductor de la pérdida en el hierro (P15/50) cuando la proporción Mn/S es mayor o igual a 300, y también se observa que el efecto reductor de la pérdida en el hierro (P15/50) básicamente se satura cuando la proporción Mn/S alcanza un valor de 600. En la presente invención, la proporción Mn/S se limita a un valor mayor o igual a 300, y de preferencia entre 350 y 600.
S: es perjudicial tanto para la capacidad de procesamiento como para las propiedades magnéticas; junto con Mn forma con facilidad partículas finas de MnS, evita el crecimiento de granos recocidos en productos terminados y deteriora de manera grave las propiedades magnéticas. Además, el S forma con facilidad FeS y FeS2 de bajo punto de fusión o cristales eutécticos junto con Fe y provoca el problema de fragilidad en el procesamiento en caliente. El presente inventor ha investigado la influencia del contenido de S sobre la pérdida en el hierro 15/50 del acero al silicio 52-1046-14 no orientado. La Figura 2 muestra la relación entre el contenido de S de la placa fundida usada para la fabricación del acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado. Como se muestra en la Figura 2, la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado se deteriora cuando el contenido de S excede el 0.002% en peso. En la presente invención, el contenido de S se limita a 0.002% en peso o menos.
P: añadir una cierta cantidad de fósforo al acero puede mejorar la capacidad de procesamiento de la banda de acero; sin embargo, si el contenido de P es demasiado alto, se deteriora la capacidad de procesamiento del laminado en frío de la banda de acero. En la presente invención, el contenido de P se limita a 0.02% o menos .
C: es perjudicial para las propiedades magnéticas, es un elemento que impide de manera grave el crecimiento de granos, a la vez que expande la zona de fase ?; una cantidad excesiva de C aumenta las cantidades de transformación de las zonas y ? en el tratamiento de normalización, reduce de manera significativa la temperatura del punto de transformación de fase Acl, provoca el refinamiento anormal de la estructura cristalina y con ello incrementa la pérdida 52-1046-14 en el hierro. Además, si el contenido de C como elemento intersticial es demasiado alto, resulta desventajoso para el mejoramiento de las propiedades de fatiga del acero al silicio. Si el contenido de C es demasiado alto, provoca falla magnética; si el contenido de C es demasiado bajo, el índice elástico se reduce de manera significativa. En la presente invención, el contenido de C se limita entre 0.001 y 0.004% en peso.
N: como elemento intersticial es fácil que el N forme nitruros finos dispersos con Ti, Al, Nb o V, lo cual impide de manera grave el crecimiento de granos y deteriora la pérdida en el hierro. Si el contenido de N es demasiado alto, aumenta la cantidad de precipitados de nitruros, lo cual impide de manera grave el crecimiento de granos y deteriora la pérdida en el hierro. En la presente invención, el contenido de N se limita a 0.003% en peso o menos.
Por lo general, el contenido de Al se incrementa para formar A1N engrosado y reducir la influencia del elemento N y otros nitruros finos. La proporción Al/N influye directamente en la forma y tamaño del A1N. Si el contenido de Al es demasiado bajo, se produce A1N fino acicular, lo cual afecta de manera grave el movimiento de dominios magnéticos y con ello deteriora la pérdida en el hierro. El presente 52-1046-14 inventor ha investigado la relación entre la proporción Al/N y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado. La Figura 3 muestra la relación entre la proporción Al/N de la placa fundida usada para la fabricación del acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado. Como se muestra en la Figura 3, la pérdida en el hierro es baja cuando la proporción Al/N es mayor o igual a 300 y de preferencia entre 350 y 600, y también se observa que el efecto reductor de la pérdida en el hierro básicamente se satura cuando la proporción Al/N alcanza un valor de 600. En la presente invención, la proporción Al/N se limita a un valor mayor o igual a 300 y de preferencia entre 350 y 600. 0: perjudica las propiedades magnéticas y es capaz de formar inclusiones de óxidos durante el proceso de elaboración de acero; su cantidad y forma influyen de manera significativa en las propiedades magnéticas. Asi, además de reducir el contenido final de oxigeno en el proceso de elaboración de acero en la medida de lo posible, también se necesita reducir la cantidad de óxidos y controlar su forma a través de las técnicas siderúrgicas .
B: Cuando se añade B en el acero con bajo contenido de Si, puede reducirse el contenido de Al y 52-1046-14 disminuirse el costo de producción del acero; cuando se añade B en el acero con alto contenido de Si y de Al, permanece en el estado de solución sólida y, en este estado, puede mejorar la estructura cristalina por su segregación junto con el borde del grano a la vez que evita la fragilidad causada por la segregación de P y evita la formación de capas internas de óxidos y de nitruros, promoviendo con ello el crecimiento de los granos. Sin embargo, como átomo intersticial, el contenido excesivo de B impide el movimiento de dominios magnéticos y reduce las propiedades magnéticas. Por lo tanto, en la presente invención, el contenido de B se limita a 0.005% en peso o menos.
A continuación, el presente inventor investigó la influencia tanto de la cantidad total de nitrógeno y oxigeno en la capa superficial como del coeficiente axial equivalente de los granos del acero al silicio no orientado sobre la pérdida en el hierro y/o la anisotropia de pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado.
El contenido total de nitrógeno y oxigeno en la capa superficial del acero al silicio no orientado representa el grado de nitridación superficial y de oxidación interna y la cantidad total de óxidos, lo cual influye directamente sobre el nivel de pérdida en el 52-1046-14 hierro del acero al silicio no orientado. La Figura 4 muestra la relación entre el contenido total de nitrógeno y oxigeno a una profundidad de 30 µp? desde la superficie del acero al silicio no orientado y la pérdida en el hierro P15/50 del acero al silicio no orientado. Como se muestra en la figura 4, la pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado aumenta con el aumento del contenido total de nitrógeno y oxigeno, y el acero al silicio no orientado presenta una pérdida en el hierro baja cuando el contenido total de nitrógeno y oxigeno es menor o igual a 300 ppm. Por lo tanto, para obtener el acero al silicio no orientado con una baja pérdida en el hierro, el contenido total de nitrógeno y oxigeno en la capa superficial del acero al silicio no orientado debe reducirse tanto como sea posible .
Dicho "coeficiente axial equivalente de los granos" en la presente invención se determina de la siguiente manera: se seleccionan muestras en paralelo a la superficie de la hoja, se desprende la capa superficial para colectar las muestras metalográficas , se observa la estructura del grano al microscopio, y se miden respectivamente el diámetro promedio DL de la estructura de grano paralelo a la dirección de laminado y el diámetro promedio Dc de la estructura de grano 52-1046-14 perpendicular a la dirección de laminado (es decir, la dirección transversal) . La proporción del diámetro promedio DL entre el diámetro promedio Dc se define como el coeficiente axial equivalente L de los granos, es decir, L=DL/DC.
L se emplea para caracterizar las propiedades de la forma de los granos en la dirección de laminado y en la dirección transversal. Mientras más se aproxime a 1 el valor de L, los granos son más próximos a los granos axiales equivalentes; mientras más se desvié de 1 el valor de L, los granos se desvian más de la forma axial equivalente; mientras mayor sea el valor de L, los granos son más largos en la dirección de laminado, y más cortos en la dirección transversal. La Figura 5 muestra la relación entre el coeficiente axial equivalente de los granos del acero al silicio no orientado y la anisotropia de pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado. Como se muestra en la Figura 5, el acero al silicio no orientado tiene una anisotropia de pérdida en el hierro baja cuando el valor de L cae entre 1.05 y 1.35. Por lo tanto, a fin de obtener el acero al silicio no orientado con excelentes propiedades magnéticas, de preferencia el coeficiente axial equivalente L de los granos se ajusta entre 1.05 y 1.35.
En una modalidad preferida del método de la 52-1046-14 presente invención, en la refinación RH primero se implementa un paso de desoxidación usando aleación de FeSi y luego usando aleación de FeAl . Al usar primero aleación de FeSi para la desoxidación se puede eliminar de manera efectiva la mayor parte del oxigeno libre contenido en el acero al silicio, y el producto de desoxidación obtenido, Si02, es de tamaño grande y resulta fácil de eliminar; al usar después aleación de FeAl, que tiene una mejor capacidad desoxidante que la aleación de FeSi, se puede eliminar con facilidad el oxigeno libre residual en el acero al silicio, reducir de manera significativa la cantidad de inclusiones de óxidos del acero al silicio, controlar que la cantidad de inclusiones de óxidos con un tamaño menor o igual a 500 nm contenidas en los productos finales de acero al silicio sea menor o igual a 40%, y con ello debilitar el efecto de fijación del borde de grano y el efecto de fijación del dominio magnético y mejorar las propiedades magnéticas del acero al silicio. La influencia de la desoxidación con aleación de FeSi y de la desoxidación con aleación de FeAl sobre las inclusiones del acero al silicio se muestra en la Tabla 1. 52-1046-14 Tabla 1 En otra modalidad preferida del método de la presente invención, en dicho paso b) de laminado en caliente, una deformación a una temperatura mayor o igual a 950°C es mayor o igual a 80%. La influencia de la deformación a alta temperatura en el laminado en caliente (deformación a 950 °C o más) sobre la estructura de la banda de acero se muestra en la Tabla 2. Como se muestra en la Tabla 2, aumentar la deformación a alta temperatura en el laminado en caliente puede reducir los precipitados finos en la banda de acero y mejorar la recristalización de los granos. Por lo tanto, a fin de obtener el acero al silicio no orientado con excelentes propiedades magnéticas, en el método de la presente invención, en dicho paso b) de laminado en caliente, de preferencia una deformación a una temperatura mayor o igual a 950 °C es mayor o igual a 80%.
Tabla 2 En otra modalidad preferida del método de la presente invención, la diferencia máxima de temperatura entre varias posiciones de la banda de acero laminado en caliente en el paso de laminado en caliente es de preferencia menor o igual a 20 °C, con mayor preferencia menor o igual a 10°C. La relación entre la diferencia máxima de temperatura entre el centro y el borde de la banda de acero y el grado máximo de convexidad y ruptura del borde se muestra en la Tabla 3. Como se muestra en la Tabla 3, tanto el grado de convexidad como la ruptura del borde alcanzan un nivel excelente cuando la 52-1046-14 diferencia de temperatura es menor o igual a 20°C, y la ruptura del borde se puede evitar en mayor medida cuando la diferencia de temperatura es menor o igual a 10°C. Por lo tanto, a fin de obtener una forma de hoja excelente y evitar la ruptura del borde, la diferencia máxima de temperatura entre varias posiciones de la banda de acero laminado en caliente de preferencia es menor o igual a 20 °C, y con mayor preferencia menor o igual a 10°C.
Tabla 3 A continuación se describirá la presente invención con mayor detalle por medio de ejemplos, pero el alcance de protección de la presente invención no se limita a estos ejemplos. 52-1046-14 Ejemplo 1 En el primer paso de elaboración de acero se obtiene una placa fundida, mediante refinación RH y moldeo continuo, con los siguientes ingredientes, en porcentaje en peso: 0.002% de C, 3.2% de Si, 0.7% de Al, 0.50% de Mn, 0.014% de P, 0.001% de S, 0.002% de N, 0.002% de B, 0.001% de Nb, 0.002% de V, 0.0015% de Ti, 0.001% de Zr, 0.008% de Sn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables; en el paso de elaboración de acero, la temperatura T del acero fundido durante el sangrado en el convertidor, el contenido de carbono [C] y el contenido de oxigeno libre [0] satisfacen la siguiente fórmula: 7.27?103< [O] [C] e(_5000/T)<2.99?104, y en la refinación RH se implementa la desoxidación, primero usando aleación de FeSi y luego usando aleación de FeAl.
En el siguiente paso de laminado en caliente, la placa fundida se calienta a 1100°C y se lamina después de su aislamiento térmico, y la temperatura al final del laminado en caliente es mayor o igual a 850°C, en donde la deformación a una temperatura mayor o igual a 950°C es mayor o igual a 80% y la banda de acero laminado en caliente tiene un espesor entre 1.5 y 3.0 mm.
Después se adopta el recocido de normalización continuo o el horno de normalización de carga por lotes. 52-1046-14 Cuando se adopta el recocido de normalización continuo, el proceso de normalización se mantiene durante 10 a 90 s a una temperatura entre 850 y 950 °C, la velocidad de calentamiento de normalización es de 5 a 15°C/s, y la velocidad de enfriamiento es de 5 a 20°C/s; cuando se adopta el horno de normalización de carga por lotes, el proceso de normalización se mantiene durante 2 a 6 h a una temperatura entre 780 y 880°C bajo una atmósfera protectora de hidrógeno.
A continuación, la banda de acero laminado en caliente tras el tratamiento de normalización se somete a laminado en frió para formar la banda de acero laminado en frío, y la banda de acero laminado en frió tiene un espesor de 0.27 a 0.5 mm tras el laminado en frió, y la tasa de reducción del laminado en frió es de 70 a 88%.
Por último, la banda de acero laminado en frió se somete a recocido. El horno de recocido continuo, se calienta a 900 °C con una velocidad de calentamiento de 25 a 45°C/s, y el proceso de recocido se mantiene a tal temperatura durante 8 a 60 s bajo una atmósfera protectora de nitrógeno e hidrógeno y bajo una tensión 6 de 0.5 MPa, obteniéndose con ello el acero al silicio no orientado del Ejemplo 1. 52-1046-14 Ejemplo 2 En el Ejemplo 2 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la temperatura de recocido en el paso final de recocido se modifica a 920°C.
Ejemplo 3 En el Ejemplo 3 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la temperatura de recocido en el paso final de recocido se modifica a 1020°C.
E emplo 4 En el Ejemplo 4 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la temperatura de recocido en el paso final de recocido se modifica a 1050°C.
Ejemplo 5 En el Ejemplo 5 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la tensión 6 en el paso final de recocido se modifica a 1 MPa . 52-1C46-14 Ejemplo 6 En el Ejemplo 6 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la tensión 6 en el paso final de recocido se modifica a 1.3 MPa .
Ejemplo 7 En el Ejemplo 7 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la tensión 0 en el paso final de recocido se modifica a 1.5 MPa.
Ejemplo comparativo 1 En el Ejemplo comparativo 1 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la temperatura de recocido en el paso final de recocido se modifica a 850 °C.
Ejemplo comparativo 2 En el Ejemplo comparativo 2 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la temperatura de recocido en el paso final de recocido se modifica a 1100°C. 52-1046-14 E emplo comparativo 3 En el Ejemplo comparativo 3 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la tensión 6 en el paso final de recocido se modifica a 0.3 MPa.
Ejemplo comparativo 4 En el Ejemplo comparativo 4 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la tensión G en el paso final de recocido se modifica a 2 MPa.
Ejemplo comparativo 5 En el Ejemplo comparativo 5 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque el tiempo de recocido en el paso final de recocido se modifica a 5 s.
Ejemplo comparativo 6 En el Ejemplo comparativo 6 se produce acero al silicio no orientado usando el mismo método que en el Ejemplo 1, excepto porque la temperatura T del acero fundido durante el sangrado en el convertidor en la elaboración de acero, el contenido de carbono [C] y el contenido de oxigeno libre [0] no satisfacen la 52-1046-14 siguiente fórmula: 7.27 ? 103< [O] [C] e Í_5000/T)<2.99? 104.
Se midieron la pérdida en el hierro P15/50 Y la anisotropia de pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado (0.5 mm de espesor) de los Ejemplos y Ejemplos comparativos anteriores, y los resultados se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4 52-1046-14 A partir de la tabla anterior se aprecia que, con respecto a los Ejemplos comparativos, el acero al silicio no orientado de los Ejemplos anteriores tiene una baja pérdida en el hierro y una baja anisotropia de pérdida en el hierro. El acero al silicio no orientado tiene una pérdida en el hierro P15/50 menor o igual a 2.40 W/kg y una anisotropia de pérdida en el hierro menor o igual a 10% con 0.5 mm de espesor, en donde P15/50 representa la pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado bajo una inducción magnética de 1.5 T a 50 Hz.
Además, el presente inventor midió las propiedades de superficie y las propiedades del grano del acero al silicio no orientado de los Ejemplos anteriores. Los resultados muestran que el acero al silicio no orientado de los Ejemplos anteriores tiene un 52-1046-14 diámetro de grano entre 100 y 200 µp?, y un coeficiente axial de grano equivalente L entre 1.05 y 1.35. Además, el contenido total de nitrógeno y oxigeno a una profundidad de 30 ym desde la superficie del acero al silicio no orientado en los Ejemplos anteriores es menor o igual a 300 ppm, y la cantidad de inclusiones con un tamaño menor o igual a 500 nm contenidas en el acero al silicio no orientado es menor o igual a 40%.
Los resultados experimentales de la presente invención demuestran que, en la presente invención, al controlar de manera estricta la relación entre la temperatura T del acero fundido durante el sangrado en el convertidor, el contenido de carbono [C] y el contenido de oxigeno libre [O] , y al regular el contenido de varios ingredientes en la placa fundida, tanto el contenido total de nitrógeno y oxigeno como la cantidad de inclusiones en el acero al silicio no orientado pueden reducirse, mejorando con ello la estructura y propiedades magnéticas del acero al silicio no orientado. Además, al realizar un recocido breve a baja temperatura con una temperatura entre 900 y 1050°C y bajo una tensión de 0.5 a 1.5 MPa, los granos pueden crecer con rapidez y se puede obtener un coeficiente axial de grano equivalente adecuado, y con ello reducir tanto la pérdida en el hierro como la anisotropia de 52-1046-14 pérdida en el hierro e incrementar las propiedades magnéticas del acero al silicio no orientado.
EFECTOS BENEFICOS DE LA PRESENTE INVENCION Al regular el contenido de varios ingredientes en la placa fundida en el proceso de elaboración de acero, controlar de manera estricta la relación entre la temperatura T del acero fundido durante el sangrado en el convertidor, el contenido de carbono [C] y el contenido de oxigeno libre [0] para reducir la cantidad de inclusiones y controlar su forma, y realizar un recocido breve a baja temperatura con una tensión adecuada para gontrolar la forma de los granos, la presente invención puede obtener acero al silicio no orientado con excelentes propiedades de pérdida en el hierro y anisotropia de pérdida en el hierro. El acero al silicio no orientado de acuerdo con la presente invención puede satisfacer los requisitos de miniaturización y ahorro energético de dispositivos electrónicos, por lo cual tiene un amplio espectro de aplicaciones . 52-1046-14

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un método para producir acero al silicio no orientado, que comprende los siguientes pasos, de manera secuencial: a) elaboración de acero, b) laminado en caliente, c) normalización, d) laminado en frío, y e) recocido, en donde, mediante dicho paso a) de elaboración de acero se obtiene una placa fundida con la siguiente composición, en porcentaje en peso: 0.001 a 0.004% de C, 2.5 a 4.0% de Si, 0.5 a 1.5% de Al, 0.10 a 1.50% de Mn, P<0.02%, S<0.002%, N<0.003%, B<0.005%, en donde Mn/S=300, Al/N>300, y el resto es Fe e impurezas inevitables; en donde, dicho paso a) de elaboración de acero incluye elaboración de acero en convertidor, en el cual la temperatura T del acero fundido durante el sangrado en el convertidor, el contenido de carbono [C] y el contenido de oxigeno libre [0] satisfacen la siguiente fórmula: 7.27?103< [O] [C] e("5000/T)<2.99xl04, y en dicho paso e) de recocido, la banda de acero laminado en frío se calienta a una temperatura entre 900 y 1050 °C, y luego se somete a aislamiento térmico bajo una tensión 5 de 0.5 a 1.5 MPa durante un lapso de tiempo t de 8 a 60 segundos .
2. El método para producir acero al silicio 52-1046-14 no orientado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde en dicho paso e) de recocido, la temperatura es de 920 a 1000°C y la tensión 6 es de 1 a 1.3 MPa .
3. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la placa fundida obtenida en dicho paso a) de elaboración de acero satisface: 350= (Mn/S )=600, 350< (Al/N) <600.
4. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dicha placa fundida contiene además Sn y/o Sb, en donde el contenido de Sb+2Sn varia entre 0.001 y 0.05% en peso.
5. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicho paso a) de elaboración de acero incluye además un paso de refinación RH, y en dicha refinación RH, se implementa una desoxidación al final de la decarbonización, primero usando aleación de FeSi y luego usando aleación de FeAl.
6. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dicho paso d) de laminado en frió tiene una tasa de reducción de 70 a 88%. 52-1046-14
7. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde se usa un horno de normalización de carga por lotes en dicho paso c) de normalización donde la banda de acero se somete a un aislamiento térmico a una temperatura entre 780 y 880°C durante 2 a 6 horas bajo una atmósfera protectora de nitrógeno e hidrógeno.
8. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde se usa un recocido de normalización continuo en dicho paso c) de normalización donde la banda de acero laminado en caliente primero se calienta a una temperatura entre 850 y 950 °C con una velocidad de calentamiento de 5 a 15°C/s, y se somete a un aislamiento térmico bajo una atmósfera protectora de nitrógeno durante un lapso de tiempo t de 10 a 90 s, luego se enfria a 650°C con una velocidad de enfriamiento menor o igual a 10°C/s, y por último se deja enfriar de manera natural.
9. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con la reivindicación 8, en donde, en dicho paso c) de normalización, la banda de acero laminado en caliente se calienta a una temperatura entre 850 y 930°C.
10. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dicho paso b) de laminado en caliente tiene una tasa de deformación mayor o igual a 80% a una temperatura mayor o igual a 950°C.
11. El método para producir acero al silicio no orientado de acuerdo con la reivindicación 10, en donde en dicho paso b) de laminado en caliente, la diferencia máxima de temperatura entre varias posiciones de la banda de acero laminado en caliente es menor o igual a 20°C.
12. Acero al silicio no orientado, en donde una placa fundida usada para fabricar dicho acero al silicio no orientado contiene de 2.5 a 4.0% en peso de Si; y dicho acero al silicio no orientado tiene un diámetro de grano entre 100 y 200 µp?, y un coeficiente axial de grano equivalente L entre 1.05 y 1.35.
13. El acero al silicio no orientado de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicha placa fundida tiene una composición, en porcentaje en peso, de: 0.001 a 0.004% de C, 0.5 a 1.5% de Al, 0.10 a 1.50% de Mn, P<0.02%, S<0.002%, N<0.003%, B<0.005%, Mn/S>300, Al/N>300, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
14. El acero al silicio no orientado de 52-1046-14 acuerdo con la reivindicación 12 o 13, en donde el contenido total de nitrógeno y oxigeno a una profundidad de 30 ym desde la superficie del acero al silicio no orientado es menor o igual a 300 ppm.
15. El acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en donde la cantidad de inclusiones con un tamaño menor o igual a 500 nm contenidas en el acero al silicio no orientado es menor o igual a 40%.
16. El acero al silicio no orientado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en donde el acero al silicio no orientado tiene una pérdida en el hierro P15/50 menor o igual a 2.40 W/kg con un espesor de 0.5 mm y una anisotropia de pérdida en el hierro menor o igual a 10%, en donde P15/50 representa la pérdida en el hierro del acero al silicio no orientado bajo una inducción magnética de 1.5 T a 50Hz. 52-1046-14
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