NO144221B - Fremgangsmaate til fremstilling av ikke-silisiumstaal for elektromagnetiske formaal - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til frem-

stilling av stål for elektromagnetiske formål, dvs. stål som skal danne en magnetisk krets i elektriske maskiner. Særlig angår den stål som ikke forsettlig er inokulert med silisium,

et middel som anvendes for å nedsette stålets elektriske led-ningsevne og gi det andre fordelaktige egenskaper som nedsetter tap på grunn av virvelstrømmer etc., hvilke oppstår når stålet magnetiseres. Slike ikke-silisum-stål inneholder kovensjonelt silisium i konsentrasjoner under 0,05 vekt% i motsetning til silisium-stål i hvilke silisium-innholdet er mellom 0,5 og 3,25%.

Vanligvis er stål for elektromagnetiske anvendelser produ-sert ut fra egnede allsidige ståltyper som er raffinert ved en eller annen basisk oksygen-prosess, Siemens-Martin-prosess eller annen stålfremstillingsprosess, og som normalt inneholder karbon i konsentrasjoner på opp til 0,05%, fosfor opp til 0,025%, idet resten er jern bortsett fra tilfeldige forurensninger.

Etter platinering og varmvalsing av et slikt stål blir det dannede bånd koldvalset og .deretter utsatt for avkullings-

glødning for å minske karboninnholdet til en godtagbar verdi. Etter avkullingsglødningen blir båndet igjen koldvalset til den endelige tykkelse.

Innføringen av et avkullende glødetrinn for å minske karboninnholdet i det bånd som kommer fra den primære koldvalsning,

øker i betydelig grad omkostningene ved fremstillingen av båndet, platematerialet eller lignende. De forhøyede omkostninger skyldes dels den høye pris på den reduserende gass som må tilføres gløde-ovnen, og dels den høye pris på ovner som skal arbeide med en reduserende gassatmosfære på en betryggende måte.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til fremstilling av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål er angitt i krav 1,

og det vises til dette. Foretrukne utførelsesformer er presisert i krav 2 og 3.

Anvendelsen av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål er kjent, for eksempel fra BRD-utlegningsskrift nr. 1 931 420. Krav 1 i utlegningsskriftet angir imidlertid som et vesentlig og ufravikelig trekk ved fremstillingen av stålet en omkrystalli-seringsglødning som er avkullende. Utlegningsskriftets krav sier dessuten intet om hvorvidt glødningsbehandlingen utføres som et intermediært trinn i en to-trinns koldvalsninqsoperasjon, slik tilfellet er ifølge foreliggende oppfinnelse. Det fremgår imidlertid av utlegningsskriftet som helhet at avkul-lingsglødningen foretas etter koldreduksjon til den endelige tykkelse av materialet. Det anvendes således ingen etterføl-gende koldreduksjon etter avkullingsglødningen. - Det kan tilføyes at det ved fremstilling av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål er konvensjonell praksis at en eventuell glødning av det koldreduserte materiale må være en avkullende glødning. Anvendelsen av en ikke-avkullende glødning ifølge foreliggende oppfinnelse representerer således et klart avvik fra etablert praksis på dette område. Det oppnås herved en betydelig bespa-relse når det gjelder produksjonskostnader, og fordeler oppnås når det gjelder prosess-sikkerheten, uten at dette skjer på be-kostning av de endelige magnetiske egenskaper hos stålet.

Fra U.S. patent nr. 3 607 229, som angår en fremgangsmåte til fremstilling av stål med lavt karboninnhold, er det kjent å underkaste stålsmelten en vakuumavgassing. Det tilsettes herunder granulert kalk, og det oppnås et så lavt karboninnhold som ca. 0,005%. Da stålet angis å være egnet ikke bare for elektriske formål, men også for direkte emaljering, må det antas å ha et betydelig innhold av silisium.

Fra svensk utlegningsskrift nr. 30 7 152 er det kjent en fremgangsmåte til fremstilling av stål for elektromagnetiske formål, og hvor kjernetapet reduseres ved en spesiell kombinasjon av pro-sesstrinn som virker til å øke størrelsen av kornene i det valsede stål. Mer spesielt blir varmvalset bånd glødet i en glødeovn under anvendelse av tilstrekkelig lang glødetid til at det oppnås en kornstørrelse før koldreduksjonen tilsvarende ASTM 5 eller større. I utlegningsskriftet trekkes en sammenligning mellom de magnetiske egenskaper hos stål fremstilt med og uten nevnte glød-ning, i den hensikt å understreke betydningen av nevnte spesielle glødebehandling. I motsetning til fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes det forøvrig ifølge utlegningsskriftet et utettet stål (side 2, linje 17 og side 3 linje 2).

Nedenfor følger en nærmere beskrivelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Den stålsmelte som underkastes vakuum-avgassing, kan komme fra hvilken som helst basisk oksygen-prosess, Siemens-Martin-prosess eller annen stålfremstillingsprosess og inneholder fortrinnsvis mangan i en mengde på 0,35-0,9 vekt%. Dersom mangankonsentra-sjonen ligger utenfor dette område, kan den innstilles slik at den faller innenfor det nevnte foretrukne område, ved hjelp av passende inokulering enten før, under eller etter vakuum-avgassingsbehandlingen.

Et typisk stål til bruk ved den foreliggende fremgangs-

måte inneholder fortrinnsvis, etter vakuumavgassing, mellom 0,004% og 0,02% karbon, opptil 0,04% oksygen, mellom 0,35 og 0,9% mangan og 0,05-0,15%, helst 0,07-0,15% og allerhelst ca. 0,10% fosfor (alt på vektbasis), idet resten er jern, bortsett fra tilfeldige forurensninger. Oksygeninnholdet i stålet kan ytterligere nedsettes til under 0,02% ved tilsetning av et passende kjemisk desoksydasjonsmiddel, for eksempel silisium eller aluminium, dog bør mengden av det tilsatte desoksydasjonsmiddel ikke være så stor at dets konsentrasjon i stålet blir større enn 0,01%, og helst ikke over 0,005%.

Det er funnet at fosfor i stål kompenserer for den forringelse av hårdheten som forårsakes av en senere statisk glødebehandling, og fosfor innføres hensiktsmessig i stål ved inokulering med ferrofosfor eller annen passende fosfor-forbindelse som oppviser for-holdsvis liten fordampning ved temperaturen av den smelte i hvilken den innføres.

Etter koldvalsning til båndform blir stålet hensiktsmessig underkastet en statisk ikke-avkullende glødning ved en temperatur mellom 660 og 705°C, skjønt man kan bruke høyere eller lavere tem-peraturer. Glødningsbehandlingen kan utføres på en slik måte at det koldvalsede bånd får en glans-finish, og den kan i dette tilfelle utføres i en atmosfære som inneholder en liten mengde reduserende gass, for eksempel hydrogen. En passende gass for ikke-avkullende glødning med glans-finish er for eksempel nitrogen inne-holdende ca. 4 volum% hydrogen.

Varmvalsningen av stålet før den ikke-avkullende glødning utføres fortrinnsvis ved en temperatur på 845-1010°C, og den etterfølgende koldvalsning utføres fortrinnsvis til en ståltyk-kelse som er mellom 5 og 15% større enn den endelige tykkelse.

Ifølge en hensiktsmessig utførelsesform av oppfinnelsen blir stål fra en basisk oksygen-raffineringsprosess tappet i ikke-des-oksydert tilstand fra konverteren i en øse. På dette trinn inneholder stålet normalt mellom 0,02 og 0,0 7 vekt% karbon og mellom 0,04 og 0,14 vekt% oksygen, idet resten er jern bortsett fra andre forurensninger som forekommer ved den spesielle raffineringspro-

sess. Mens det er i øsen, blir stålet inokulert med fosfor,

i form av ferrofosfor, i tilstrekkelig mengde til å øke fosfor-konsentrasjonen i smeiten til ca. 0,10 vekt%.

Fra øsen føres stålet til en vakuum-avgassingsenhet og

utsettes for nedsatt trykk for å minske karbonkonsentrasjonen til 0,02% eller lavere. Oksygenkonsentrasjonen i smeiten, som også blir minsket under vakuumavgassingen, kan ytterligere nedsettes ved tilsetting av et kjemisk desoksydasjonsmiddel, så

som aluminium, som innføres i en slik mengde at det gir en endelig aluminiumkonsentrasjon som ikke overstiger 0,01% og fortrinnsvis ikke overstiger 0,005%. Under den kjemiske desoksydasjon, som fortrinnsvis også skjer under vakuum, blir resterende fritt oksygen omdannet til aluminiumoksyd, som fjernes fra smel-tens overflate, idet det bringes dit av virveldannelsen i smeiten forårsaket av selve vakuumbehandlingen. En typisk endelig oksy-genkonsentras jon etter kjemisk desoksydasjon er mellom 0,002 og 0,03%.

Om nødvendig blir mangan tilsatt smeiten på dette stadium, fortrinnsvis mens smeiten ennå er under vakuum, til en mangan-konsentrasjon på ca. 0,65%, skjønt mangan sammen med fosfor kan tilsettes til stålet på hvilket som helst annet passende trinn i prosessen.

Stål fremstilt på den ovenfor beskrevne måte støpes diskonti-nuerl<ig> til barrer eller kontinuerlig til plater med passende di-mensjoner. Etter oppvarmning ved 1200-1315°C i minst 3 timer blir platene varmvalset til bånd som sluttvalses ved 840-1010°C. Det varmvalsede bånd, som vanligivs har en tykkelse mellom 1,9 og 2,1 mm, blir deretter koldvalset til en mellomtykkelse som er omtrent 6-8%

(fortrinnsvis 7% målt ved forlengelse) større enn den endelige tykkelse.

Det koldvalsede intermediære bånd underkastes en ikke-avkullende glødning i en kasseglødeovn, som fortrinnsvis holdes ved en temperatur mellom 660 og 700°C. Båndet holdes ved denne temperatur i ca. 4 timer i en atmosfære av gass (kjent som HNX) som inneholder 96% nitrogen og 4% hydrogen, og som gir båndet en glans-finish.

Etter avkjøling koldvalses båndet til den endelige tykkelse og er ferdig til å forarbeides, for eksempel til magnetkjerner i elektriske maskiner.

Det er funnet at stål fremstilt i henhold til oppfinnelsen har fysikalske egenskaper som tidligere ble oppnådd ved hjelp av prosesser omfattende enten avkulling av varmvalset bånd før koldvalsningen, eller koldvalsning etterfulgt av avkullende glødning i en kontinuerlig ovn. Stål fremstilt i henhold til oppfinnelsen får normalt magnetiske egenskaper som er bedre enn de som tidligere ble oppnådd ved hjelp av de ovenfor nevnte prosesser, uten legering med silisium, og de svarer faktisk til de egenskaper som normalt oppnås med ca. 2% silisium. Den følgende tabell viser en sammenligning av typiske stål med to forskjellige tykkelser, behandlet ifølge oppfinnelsen, med stål behandlet ved hjelp av konvensjonelle metoder.

Tdaellen viser stålets magnetiske egenskaper og hårdhet

(T = Tesla).

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål, hvor en stålsmelte erholdt ved en konvensjonell raffineringsprosess underkastes vakuum-avgas-singsbehandling inntil karboninnholdet er redusert til under 0,02 vekt%, og fosforinnholdet i stålsmelten før, under eller etter avgassingsbehandlingen reguleres til 0,05-0,15 vekt%, og manganinnholdet før, under eller etter avgassingsbehandlingen fortrinnsvis reguleres til mellom 0,35 og 0,9 vekt%, og hvor innholdet av kjemisk desoksydasjonsmiddel, når sådant anvendes for ytterligere nedsettelse av oksygeninnholdet, fortrinnsvis begrenses til høyst 0,01 vekt%, karakterisert ved at stålet etter støping varmvalses og koldvalses til en intermediær tykkelse, hvoretter det underkastes en ikke-avkullende glødning før koldvalsning til den endelige tykkelse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at stålet varmvalses ved en temperatur på 845-1010°C og deretter primær-koldvalses til en tykkelse som er mellom 5 og 15% større enn den endelige tykkelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det koldvalsede bånd underkastes en ikke-avkullende glødning ved en temperatur mellom 660 og 700°C.