NO141723B - Fremgangsmaate for fremstilling av krystallorientert magnetplate - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en framgangsmåte for framstilling av stålplate med orienterte korn for magnet-formal, nærmere bestemt en framgangsmåte av den art som er angitt i innledningen til patentkrav 1.

Det er kjent at en forbedring av de magnetiske egenskapene følges av en senkning av effekttapene og gir mulighet for å redusere magnetfelt som kreves for å frambringe den øn-skete flukstetthet.

Det er også kjent at en vesentlig forbedring av de mag^ netiske egenskapene til blikket oppnås ved at man frambringer de kjemisk-fysikalske betingelser som kreves for dannelse i metall-grunnmassen av enkeltorienterte korn gjennom sekundær rekrystallisering bestående av foretrukket tilvekst av (110)

[001]-orienterte korn når stålet underkastes en behandling som omfatter kombinasjonen av ett eller flere trinn kaldvalsing, varmebehandling gjennom mellomglødinger, samt deretter en ende<1 > lig høytemperaturglødning. Dette fenomens opptreden beror på nærværet av forurensninger, for eksempel MnS, A1N og VN, som kan danne en dispers fase med hensiktsmessige dimensjoner i stål-grunnmassen. Disse stoffer utøver sin innvirkning under slutt-glødningen av stålet eller valsingen til sluttykkelsen ved å forårsake selektiv tilvekst av korn med en krystallorientering med Millers indeks (110)[001].

Som eksempel på en slik tidligere kjent framgangsmåte

kan henvises til svensk patentskrift 358,412.

Framgangsmåten ifølge svensk patentskrift 358.412 er

helt basert på den effekt som utskilte partikler av AIN har på tilveksten av krystallkorn i stålet med viss orientering, se f. eks. s. 3, siste avsnitt og s. 4, første avsnitt, samt s. 10, linje 16-21. Formålet med framgangsmåten ifølge denne publikasjon er å oppnå best mulig fordeling av partiklene av AIN.

De mest betydningsfulle opplysningene som finnes i den anførte publikasjonen er følgende: a) Gløding før kaldvalsing må gjennomføres ved en temperatur som beror på silisiuminnholdet, idet den laveste tillat-bare temperatur stiger med stigende silisiuminnhold. Mini-mumstemperaturen ved et innhold på 2,5-3,5 % Si er ifølge patentkrav 2 på side 15 950°C. b) Stålet må underkastes hurtigkjøling før kaldvalsingen, fra en temperatur innenfor glødingsområdet, ved hvilken omvand-lingen fra y- til ct-fase er fullbyrdet, se side 9, punkt 3 og punkt 4.

Ifølge den anførte publikasjon gjennomføres således styrtkjølingen etter at stålet har gått over til a-fase, dvs. ferritt, og herved dannes ikke noen fase med hårdheten 600 HV dvs. martensitt.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skaffe en framgangsmåte som gir enkeltorientert elektroplate eller -blikk med høy magnetisk fluks-verdi og lave ommagnetiseringstap av silisiumstål-materiale som også inneholder aluminium. Ifølge oppfinnelsen kan dette oppnås ved å gå fram som angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1.

Det har helt overraskende vist seg at man ved å under-kaste en silisiumstålplate som inneholder aluminium en framgangsmåte ifølge oppfinnelsen, kan oppnå elektroplate med enkeltorienterte korn og med en kvalitet som er overlegen den kvalitet som er oppnådd med kjente framgangsmåter. Dette vises med sammenliknende eksempel i det følgende.

Kaldvalsingen kan varieres ved at den gjennomføres i ett eller to trinn. I begge tilfeller kan de øvrige trinn bi-beholdes uforandret. Ifølge begge variantene forutgås hvert kaldvalsetrinn av en gløding og hurtigkjøling av materialet. Det er hensiktsmessig at behandlingstemperaturen og behandlings-tiden ved de angitte trinn ved behandlingen av et stål som inneholder 2,6-3,5% Si og fra 0,01-0,051 Al holdes innenfor følgende grenser:

a) gjenoppvarming av plateemnet til en temperatur mellom 1370 og 1430 grader C forut for varmvalsingstrin-net, b) gløding ved en temperatur i området 1050-1170 grader C, fortrinnsvis 1120-1170 grader C, med en varmingstid fra 10-60 sek, samt langsom avkjøling til 700-900 grader C, fortrinnsvis 750-850 grader C, c) kraftig hurtigkjøling, fortrinnsvis fra 750-850 grader C,

d) kaldvalsing med en reduks j otisgrad på 80-90%,

e) rekrystallisering ag^avkullingsgløding ved 780-870

grader C i to minutters tid,

f) oppvarming til 1200 grader C og gløding, idet begge disse behandlinger gjennomføres i en atmosfære som i

hovedsaken består av 10-50 volum-% hydrogen og 50-90 volum-% nitrogen.

Ifølge oppfinnelsen har det vist seg at den overraskende forbedring av de magnetiske egenskaper til enkeltorientert silisium stålplate som er behandlet ifølge den framgangsmåte som er be-skrevet ovenfor, beror på at det i stålet, som en følge av behandlingen, dannes en annen fase (martensitt) enn aluminiumnitrid (som imidlertid også finnes) som forbedrer effekten av aluminiumnitriden og som har en hårdhet av minst 600 HV.

En bekreftelse' på dette forhold fås ved følgende eksperiment: en prøve<s>åv155,iura-stål underkastes etter varmvalsing gløding ved 1150 grader C og hurtigkjøles deretter i luft fra 800 grader C. Denne prøve deles i to deler, hvorav den ene del etter kaldvalsing med reduksjonsgrad 85% og en sluttbehandling som omfatter avkjøling og gløding, oppviser en middelverdi for den magnetiske induksjon B^q på 17200 gauss. Den andre halvdel av prøven ble glødet ved 900 grader C i seks minutter og ved denne temperatur oppnås ingen forandring, hverken av mengden eller.fordelingen av den tidligere utskilte aluminiumnitriden, og den hurtigkjøles deretter i vann fra 900 grader C. Etter kaldvalsing, avkulling og glødingsbehandling som var identisk med den behandling som den første del av prøven ble underkastet, oppviste den andre delen av prøven en middelverdi for den magnetiske induksjonen på 19300 gauss. Det framgår således at forbedringen av de magnetiske induk-sjonegenskapene ikke beror nærværet av AIN alene, men også av et annet fenomen som finner sted under den andre varmebehandlingen medregnet hurtigkjølingen fra 900 grader C. En omsorgsfull un-dersøkelse av stål som er blitt behandlet ifølge oppfinnelsen, har vist at det fenomen som forårsaker forbedringen av de magnetiske induksjonsegenskapene, er dannelsen av en martensitt-fase med høy hårdhet, minst 600 HV, som er fordelt i den ferrit-iske grunnmassen. Nærværet av denne fase kan lett fastslås gjennom undersøkelse i et metallmikroskop, gjennom måling av mikrohårdheten og makrohårdheten som denne fase gir stålet. • Prosessvarianten med kaldvalsing i to trinn omfatter: kaldvalsing til en mellomtykkelse med en tykkelsesreduk-sjon på 20-50% og fortrinnsvis ca. 30%,

mellomgløding ved en temperatur i området 700-900°C fortrinnsvis 850-900°C, med en gjennomvarmingstid på 1-10 minutter,

drastisk hurtigkjøling ved en temperatur i området 700-900°C og fortrinnsvis 850-900°C,

endelig kaldvalsing med en reduksjonsgrad på 80-90%.

Det har helt overraskende vist seg at man bare ved å oppfylle disse betingelser strengt med hensyn til prosess-sekvens samt temperatur og tidsintervall som angis vedrørende 1 de to varianter som er nevnt i det foranstående, oppnår en op-timal dannelse (kvantitativt og med hensyn til fordelingen) av en fase med høy hårdhet slik at meget høye verdier for den magnetiske induksjon oppnås. Til sammenlikning kan det nevnes at en velkjent behandlingsprosess for silisiumstai, som beskri-ves i svensk patentskrift 358.412, gir følgende magnetiske egenskaper: middelverdi for den magnetiske induksjonen B^q = 18500 gauss med en spredning !>å + 600 gauss. Denne tidligere kjente behandling omfatter følgende: Et stål med følgende innhold i vektsprosent: C 0,05, Si 2,7, Mn'0,1, Al 0.05, N2 0,008, resten Fe, støpes og underkastes deretter følgende behandling:

varmvalsing til et bånd med tykkelse 3,1 mm,

gløding ved 1160°C i 40 sek.

langsom kjøling til 950°C,

hurtigkjøling i vann fra 950°C,

kaldvalsing til en mellomtykkelse med en tverrsnittsreduksjon på 30%,

gløding med 950°C i tre minutter,

drastisk hurtigkjøling i vann fra 950°C,

endelig kaldvalsing med en tverrsnittsreduksjon på 85% gløding ved 800°C i to minutters tid i en reduserende atmosfære som inneholder fuktig H2, endelig gløding i 36 timers tid i en atmosfære som inneholder 80% N2 og 20% H2.

Oppfinnelsen er forklart nærmere ved hjelp av de etter-følgende utførelseseksempler.

Eksempel 1.

Et stål med følgende sammensetning i vektsprosent:

C U,Ui, Si 2,7, Mn 0,1, Al 0,05, N2 0,008, V, Ti 0,005 max, resten Fe, strengstøpes og underkastes deretter behandling i-følge oppfinnelsen, omfattende:

varmvalsing til et bånd med tykkelse 2,3 mm,

gløding ved 1160°C i 30 sek. tid, styrtkjøling i vann fra 800°C til værelsestemperatur på 10 sek. slik at stålet ved den gjennomsnittlige hårdheten

230 HV inneholdt 8 volum-% hård fase med gjennomsnittlig hårdhet 630 HV, kaldvalsing med tverrsnittsreduksjon av 87V, gløding og avkulling i H2~atmosfære ved 800°C i 2 min. tid, 3

endelig gløding i en atmosfære som inneholdt 80 volum-% N2 og 20 volum-% H2 med en oppvarmingshastighe^t på

33 °C/h.

Platen som ble framstilt på denne måten hadde den magnetiske induksjon B^ 19200 gauss (med en spredning på

300 gauss).

Eksempel 2.

Et stål med følgende sammensetning i vektsprosent:

C 0,05, Si 2,6, Mn 0,1, Al 0,05, N2 0,008, resten Fe, ble strengstøpt og underkastet følgende behandling:

varmvalsing til et bånd med tykkelse 3,1 mm,

gløding ved 1150°C i 15 sek. tid,

langsom avkjøling til 800°C,

styrtkjøling i vann fra 800°C, slik at stålet inneholdt 12 volum-% hård fase med max hårdhet 650 HV,

kaldvalsing til mellomtykkelse med tverrsnittsreduksjon på 30%,

gløding ved 850°C i seks min. tid,

styrtkjøling i vann fra 850°C,

i endelig kaldvalsing med tverrsnittsreduksjon på 87%,

gløding ved 800°C i reduserende atmosfære som inneholdt fuktig H2 i to minutters tid,

endelig gløding i atmosfære som inneholdt 80 volum-%

N2 og 20 volum-% G2 med en oppvarmingshastighet på 33°C/h.

Platen som ble framstilt på denne måten hadde B^q-verdi på 19530 gauss med spredningen + 300 gauss.

; Eksempel 3.

Et stål med samme sammensetning som ifølge eksempel 2 ble strengstøpt og underkastet følgende behandling:

• varmvalsing til bånd med tykkelse 3,15 mm,

gløding ved 1150°C i 30 sek. tid",

styrtkjøling i vann fra 850°C til værelsestemperatur

i løpet av 10 sek.,

kaldvalsing til en mellomtykkelse med en tverrsnittsreduksjon på 30%,

gløding ved 900°C i seks. min. tid,

styrtkjøling i vann fra 900°C,

endelig kaldvalsing med tverrsnittsreduksjon på 87%, gløding og avkulling i Hg ved 800°C i to min. tid,

<1> endelig gløding ved 1200 C i en atmosfære som inne-

; holdt 80 volum-% N-, og 20 volum-% H., med oppvarmingshastighet på 33 C/h.

Platen som ble frambragt på denne måte hadde en magnetisk induksjon B^0 på 19300 gauss.

Eksempel 4.

Et stål med følgende sammensetning i vektsprosent:

!C 0,04, Si 2,9, Mn 0,08, Ai 0,04, N2 0,0075, resten Fe, ble støpt og underkastet følgende behandling:

varmvalsing til et bånd med tykkelse 3,1 mm,

gløding ved 1140°C i 10 sek. tid, langsom kjøling til 850°C,

styrtkjøling i vann fra 850°C, hvorved erfarings-

I.... messig ca. 7 volum-% hård fase med hårdhet 620 HV dannes, V

kaldvalsing med tverrsnittsreduksjon på 87%,

gløding og avkulling i fuktig H2 i to min. tid,

endelig gløding ved 1200°C i en atmosfære som inneholdt 80 volum-% N2 og 20 volum-% H2 med oppvarmings-hastigheten 33 °C/h.

Platen som ble frambragt på denne måte oppviste en B1Q-verdi på 19270 gauss med en spredning på + 300 gauss.

Sammenliknet med framgangsmåten ifølge svensk patentskrift 358.412 er således framgangsmåten ifølge oppfinnelsen mer pålitelig, dersom man tar hensyn til at martensitten ty-deligvis er langt jevnere fordelt i ferrittmatrisen, enn en eksogen avleiring, så som aluminiumnitrid.

Av patentskriftet framgår at det oppnås en dispersjon med permeabilitetsverdier på + 600 gauss, sammenliknet med en dispersjon på + 300 gauss, som kan oppnås i eksemplene 1-4. Videre gir framgangsmåten ifølge oppfinnelsen mindre spredning på de magnetiske egenskapene innenfor ulike deler av produktet, dvs. innenfor hver håndrulle og mellom de ulike båndrullene som er framstilt av samme smelte, enn tidligere anvendte framgangsmåter. Denne effekt skyldes den jevnere fordeling av martensitt-fasen i grunnmassen.

Framgangsmåten ifølge oppfinnelsen medfører dannelse , i platen av en fase med høy hårdhet, hvis mikrohårdhet går opp i minst 600 HV og som utgjør eller motsvarer 5-30 volum-% av platen. Som en følge av dette vil platens makrohårdhet i gjennomsnitt gå opp i minst 230 HV, mens makrohårdheten til sammenliknbare stålplater som er framstilt med kjente framgangsmåter i gjennomsnitt går opp i ca. 200 HV ettersom dannelsen av en fase med høy hårdhet ikke finner sted ved disse framgangsmåter.

Claims (2)

1 <.>"Framgangsmåte for framstilling av en enkeltorientert silisiumstålplate med høy magnetisk induksjon, idet man varm-valser silisiumstål som inneholder 2,5-3,5% Si, 0,01-0,05% Al, opp til 0,06% C, samt resten jern, gløder det varmvalsede stål ved en temperatur av 1050-1170°C, kjøler stålet langsomt til en forutbestemt temperatur, bråkjøler stålet fra denne forut-bestemte temperatur, kaldvalser stålet i bråkjølt tilstand i minst 1. kaldvalsingstrinn med en tverrsnittsreduksjon av 80-90%, underkaster stålet rekrystallisering og avkulling ved gløding i reduserende atmosfære, samt underkaster stålet sluttgløding i en atmosfære som består hovedsakelig av en blanding av nitrogen og hydrogen, karakterisert ved at den forut-bestemte temperatur, til hvilken stålet kjøles langsomt, er 700-900°C, samt at bråkjølingen gjennomføres så hurtig, at det bråkjølte stålet ved siden av aluminiumnitrid inneholder 5-30 volumprosent av en ved bråkjølingen dannet fase med en mikrohårdhet på minst 600 HV.

2. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at bråkjølingen gjennomføres fra en temperatur på 750-850°C.