PL182798B1

PL182798B1 - Proces produkcji arkuszy teksturowanejL krzemowej stali

Info

Publication number: PL182798B1
Application number: PL97333981A
Authority: PL
Inventors: Fortunati@Stefano; CicaleG@Stefano; Abbruzzese@Giuseppe
Original assignee: Acciai Speciali Terni Spa
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2002-03-29
Also published as: EP0950118A1; SK284510B6; CN1242058A; PL333981A1; ATE206473T1; RU2192484C2; WO1998028451A1; EP0950118B1; CZ291194B6; DE69707155D1; JP2001507077A; ES2165078T3; ITRM960905A1; AU3770897A; KR20000069694A; IT1290173B1; KR100561141B1; ITRM960905A0; CZ231199A3; US6325866B1

Abstract

1. Proces produkcji arkuszy teksturowanej, krzemowej stali polegajacy na odlewaniu w sposób ciagly wymaganego gatunku stali w postaci plaskich kesów, które po miedzyoperacyj- nym ogrzewaniu w wysokiej temperaturze walcuje sie na goraco otrzymujac tasme o zadanej grubosci, która zwija sie, a nastepnie rozwija i walcuje na zimno do wymaganej koncowej gru- bosci, po czym poddaje sie ja koncowej obróbce obejmujacej wyzarzanie i pierwsza rekiysta- lizacje oraz wyzarzanie i druga rekrystalizacje, znamienny tym, ze odlewa sie w sposób ciagly stal zawierajaca2,5 do 3,5% wag. Si, od 50 do 500ppm C, od 250 do 450 Alrozp, ponizej 120 ppm N, od 500 do 3000 ppm Cu i od 500 do 1500 ppm Sn oraz jako pozostalosc zelazo i nieznaczne zanieczyszczenia, po czym plaskie kesy ogrzewa sie w temperaturze 1200-1320°C, walcuje na goraco do grubosci 1,8-2,5 mm, a opuszczajaca walce tasme odpro- wadza sie z szybkoscia przy której w temperaturze pomiedzy 1000 i 900°C przez 4 sek podda- je sie ja dzialaniu powietrza oraz zwija tasme w temperaturze pomiedzy 550 i 700°C, po czym rozwinieta tasme walcuje sie na zimno do wymaganej koncowej grubosci, a nastepnie wyza- rza sie ja i odwegla w atmosferze zawierajacej pare wodna-azot i wodór w temperaturze po- miedzy 850 i 950°C w czasie pomiedzy 20 i 150 sek oraz w sposób ciagly tasme azotuje sie w piecu w temperaturze pomiedzy 900 i 1050°C, w atmosferze azot-wodór doprowadzajac gaz zawierajacy NH3 w ilosci pomiedzy 1 i 35 normalnych litrów na 1 kg tasmy i pare wodna w ilo- sci 0,5 do 100 g/m3 . PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest proces produkcji arkuszy teksturowanej, krzemowej stali, a w szczególności optymalizacja konwencjonalnego procesu produkcji arkuszy teksturowanej, krzemowej stali polegająca na synergicznym działaniu zawartych w stali składników podczas jej termicznej obróbki, w której kontroluje się zawartość i rodzaj inhibitorów krystalizacji oraz wielkość ziaren i parametry pierwszej i drugiej rekrystalizacji.

Arkusze krzemowej stali są głównie stosowane do produkcji rdzeni elektrycznych transformatorów. Krzemowa stal ma wiele przylegaj ących do siebie sześciennych kryształów żelaza o budowie przestrzennie centrowanej, których osie przechodzące przez rogi sześcianu wykazują kierunki łatwej magnetyzacji.

Rdzeń transformatora ma pakiet z magnetycznej, krzemowej stalowej taśmy, zwiniętej w postaci półokrągłego profilu, a przechodzący przez pierwotne uzwojenie prąd elektryczny indu182 798 kuje w rdzeniu pole magnetyczne, które rozprzestrzenia się w rdzeniu. Jest oczywiste, że rozprzestrzenianie się pola magnetycznegojest funkcjąrezystancji rdzenia, a osie kryształów powinny być równoległe do kierunku walcowania taśmy, to jest do jej długości. Jest również oczywiste, że nie można wyprodukować stali w której wszystkie ziarna są zorientowane w optymalnym kierunku i dlatego przeprowadza się badania mające na celu zmniejszenie ilości zdezorientowanych ziaren. Ponadto koniecznejest otrzymanie ziaren, których wielkość i charakterystyka magnetyczna została przebadana. Tylko przy uwzględnieniu tych ogólnych warunków możliwe jest otrzymanie stali o dobrej charakterystyce magnetycznej, a między innymi przenikalności magnetycznej wyrażonej jako wielkość strumienia magnetycznego utworzonego w rdzeniu przez pole magnetyczne i rozproszeniu energii podczas pracy transformatora, zwykle określanym jako straty rdzenia dla danej częstotliwości oraz przenikalności magnetycznej wyrażonej w W/kg.

Prawidłową orientację kryształów w końcowym produkcie otrzymuje się podczas termicznej obróbki zwanej wyżarzaniem drugiej rekrystalizacji, w której rosną ziarna tylko o wymaganej, prawidłowej orientacji. Ilość i orientacja ziaren w końcowym produkcie zależy w pewnym zakresie od procesów poprzedzających drugą rekrystalizację.

Proces wzrostu ziarenjest aktywowany przez ciepło, a pewne kryształy z kinetycznych lub energetycznych przyczyn mają większe napięcie niż inne, zaczynająrosnąć kosztem przyległych kryształów w temperaturze niższej od temperatury aktywacji i osiągająwcześniej krytycznąwielkość przy której mają większy wzrost w procesie krystalizacji.

Powszechnie wiadomo, że podczas produkcji arkuszy teksturowanej, krzemowej stali szereg procesówjednostkowych wykonuje się w wysokich temperaturach w których rozpoczyna się wzrost ziaren, który jeśli odbywa się w nieprawidłowy sposób lub w nieodpowiednim czasie to uniemożliwia otrzymanie dobrego jakościowego końcowego produktu.

Proces drugiej krystalizacji kontroluje się poprzez dodawanie takich związków jak siarczek magnezu, selenek magnezu, azotek glinu i inne, którejeżeli sąprawidłowo wytrącone w stali to inhibitują wzrost kryształów, aż do czasu w którym rozpuszczają się w stali i dzięki temu umożliwiają zapoczątkowanie drugiej rekrystalizacji. Im wyższajest temperatura rozpuszczania inhibitorów tym lepiej kontrolująone wzrost ziaren i w rezultacie otrzymuje się stal o lepszej jakości. Teksturowana stal krzemowa pod względem elektrycznych własności jest sklasyfikowana w dwóch kategoriach, które różnią się głównie wielkościami magnetycznej indukcji podawanej w mT i mierzonej w polu magnetycznym i wynoszącej 800 amp/m i sąhandlowo oznaczone jako stal B800. Gatunek konwencjonalnie teksturowanej stali krzemowej OG, B800 ma magnetyczną indukcję wynoszącąokoło 1880 mT, a super-teksturowana stal krzemowa B800 ma ponad 1900 mT.

Konwencjonalnie teksturowana stal krzemowa została wprowadzona na rynek w latach trzydziestych, a przyj ej produkcji stosowano głównie siarczek magnezu i/lub selenki jako inhibitory krystalizacji, podczas gdy super-teksturowaną stal krzemową wytwarza się w obecności azotków glinu zawierających również inne pierwiastki takie jak krzem. W dalszej części opisu inhibitory te dla uproszczenia będą nazywane jako azotki glinu.

Zastosowanie azotków glinu umożliwiło uzyskanie bardzo wysokiej jakości produkowanej stali, ale spowodowało powstanie szeregu problemów technologicznych związanych z koniecznością utrzymania dużej zawartości węgla w stali, zwiększenia stopnia przewalcowania na zimno, zachowania odpowiednich wielkości i rozmieszczenia jednocześnie dwóch inhibitorów, a mianowicie siarczków i azotków glinu w etapach od gorącego walcowania do wyżarzania drugiej rekrystalizacji, co warunkuje otrzymanie stali o dobrej jakości. Również w procesie produkcyjnym konwencjonalnej teksturowanej stali krzemowej występowały problemy kontroli wielkości i rozmieszczenia inhibitorów, które jednak nie były tak wielkie jak przy produkcji stali o wysokiej jakości.

Technologia produkcji teksturowanej stali krzemowej o dobrej jakości jest skomplikowana i kosztowna i dlatego podejmowane są badania mające na celu obniżenie kosztów produkcji. W rezultacie w procesie produkcji arkuszy konwencjonalnej teksturowanej stali krzemowej nie stosuje się glinu mimo, że polepsza on magnetyczną charakterystykę stali, ponieważ wytrąca się on w postaci niepożądanych tlenków, i powoduje komplikacje, które podrażająproces do nieakceptowalnych wielkości.

182 798

Zgłaszający, który jest wiodącym producentem w Europie stali do zastosowań elektrycznych, od długiego czasu badał zagadnienia optymalizacji produkcji i jakość teksturowanych stali krzemowych zarówno superteksturowanej stali jak i konwencjonalnej, teksturowanej stali. W tym ostatnim produkcie w szczególności badano zagadnienia eliminacji lub ograniczenia krystalizacji stali w procesie produkcyjnym.

We wcześniejszych zgłoszeniach opisano proces ciągłego odlewania stali krzemowej w postaci płaskich kęsów, zwykle o grubości 40 do 70 mm w celu uzyskania odpowiedniej zestalonej struktury z przewagą wielokierunkowych małych ziaren i kryształów o prawidłowo ukierunkowanej strukturze w drugiej fazie, to jest wytrąceń, które inhibitują wzrost ziaren. Opisany w licznych patentach japońskich proces został zmodyfikowany, tak że nie ma potrzeby uzyskiwania dokładnie rozmieszczonych kryształów w początkowym etapie produkcji, a zestalona stal może mieć gruboziarnistą powłokę, a jej krystaliczną postać, która jest odpowiednia do kontroli procesu drugiej rekrystalizacji, korzystnie otrzymuje się podczas powolnego ogrzewania poprzedzającego drugą rekrystalizację. W metodzie tej trzebajednak kontrolować proces w celu przeciwdziałania wzrostu ziaren, gdyż nie są w nim obecne odpowiednie inhibitory. W rezultacie zgłaszający wprowadził radykalną zmianę procesu wytwarzania polegającą na tym, że podczas ogrzewania płaskich kęsów podnosi się temperaturę do wysokości przy której rozpuszczona zostaje określona ważna ilość inhibitora, która jest ściśle konieczna do przeprowadzenia różnych termicznych obróbek przebiegających w niekontrolowany sposób w nadmiarze, przy czym w wyniku reakcji powstaje nowy inhibitor, który jest efektywniejszy i prostszy w stosunku do znanych inhibitorów.

Celem wynalazku jest usprawnienie i racjonalizacja cykli produkcyjnych konwencjonalnej produkcji arkuszy teksturowanej stali krzemowej oraz optymalizacja jakości produktu.

Według wynalazku opracowano zależność pomiędzy składem kompozycji i zawartościąw niej pewnych dodatków oraz przeprowadzono odpowiednią obróbkę mając na celu kontrolę ilości i rodzaju inhibitorów i wielkości ziaren począwszy od pierwszej rekrystalizacji oraz parametrów drugiej rekrystalizacji. W szczególności wynalazek dotyczy procesu wytwarzania arkuszy teksturowanej stali krzemowej w którym w sposób ciągły odlewa się wymagany gatunek stali w postaci płaskich kęsów, które po pośrednim ogrzaniu walcuje się na gorąco otrzymując taśmę o wymaganej grubości, którą zwija się, a następnie rozwija i walcuje na zimno do końcowej grubości, po czym taśmę poddaje się końcowej obróbce obejmującej wyżarzanie pierwszej rekrystalizacji i wyżarzanie drugiej rekrystalizacji, który charakteryzuje się tym, że odlewa się w sposób ciągły stal zawierąjącą2,5 do 3,5% wag. Si, od 50 do 500 ppm C, od 250 do 450 Al_rozp, poniżej 120 ppmN, od 500 do 3000 ppm Cu i od 500 do 1500 ppm Sn oraz jako pozostałość żelazo i nieznaczne zanieczyszczenia, po czym płaskie kęsy ogrzewa się w temperaturze 1200- 1320°C, walcuje na gorąco do grubości 1,8-2,5 mm, a opuszczającąwalce taśmę odprowadza się z szybkością przy której w temperaturze pomiędzy 1000 i 900°C przez 4 sek poddaj e sięją działaniu powietrza oraz zwija się taśmę w temperaturze pomiędzy 550 i 700°C, po czym rozwiniętą taśmę walcuje się na zimno do wymaganej końcowej grubości, a następnie wyżarza się ją i odwęgla w atmosferze zawieraj ącej parę wodną-azot i wodór w temperaturze pomiędzy 850 i 950°C w czasie pomiędzy 20 i 150 sek oraz w sposób ciągły taśmę azotuje się w piecu w temperaturze pomiędzy 900 i 1050°C, w atmosferze azot-wodór doprowadzając gaz zawierający NH₃ w ilości pomiędzy 1i 35 normalnych litrów na 1 kg taśmy i parę wodnąw ilości 0,5 do 100 g/m³. Korzystnie stosuje się stal zawierającą od 100 do 300 ppm C, od 300 do 350 ppm Alrozp, i od 60 do 90 ppm N przy czym stal może również zawierać inne śladowe zanieczyszczenia, a w szczególności, chrom, nikiel i molibden w całkowitej ilości nie przekraczającej 3500 ppm. Płaskie kęsy korzystnie ogrzewa się w temperaturze pomiędzy 1250 i 1300°C. Taśmę korzystnie chłodzi się wodą po upływie 4 do 12 sek od opuszczenia przez nią gorącego walcowania. Zawartość amoniaku w gazie do azotowania doprowadzanym do pieca do azotowania korzystnie wynosi 1 do 9 normalnych litrów na 1 kg stali. Drugą rekrystalizację przeprowadza się korzystnie w temperaturze 700 i 1200°C w ciągu dwóch godzin przy czym ogrzewanie w temperaturze 700 i 1200°C najkorzystniej utrzymuje się przez dwie i dziesięć godzin.

182 798

Zaletąprocesu według wynalazkujest możliwość zrezygnowania ze ścisłej kontroli zawartości śladowych zanieczyszczeń, dzięki czemu można stosować tańsze surowce w których zawartość chromu, niklu, molibdenu nie przekracza ogółem 3500 ppm.

Wynalazek został przedstawiony w przykładach jego wykonania w których procenty oznaczają % wagowe.

Przykład 1

Odlewane płaskie kęsy o składzie: Si-3,12%, C-230 ppm, Mn-730 ppm, S-80 ppm, Al_r0Zp -320 ppm, N-82 ppm, Cu-1000 ppm, Sn-530 ppm, Cr-200 ppm, Mo-100 ppm, Ni-400 ppm, P-100 ppm, Ti-20 ppm, pozostałość - żelazo i jego śladowe zanieczyszczenia, podgrzewa się w temperaturze 1260°C i walcuje na gorąco do grubości 2,2 mm. Połowę taśmy chłodzi się wodą w momencie poniżej 2 sekund od wyjścia z gorącego walcowania, a pozostały odcinek taśmy chłodzi się z opóźnieniem po około 6 sekundach od opuszczenia walcowania. W obydwu przypadkach temperaturę ochłodzonej taśmy utrzymuje się w przedziale 650-670°C. Zwiniętą gorącą taśmę piaskuje się i wytrawia, a następnie walcuje na zimno do grubości pomiędzy 0,30 i 0,23 mm, po czym w sposób ciągły podaje się ją wyżarzaniu odwęglającemu w atmosferze azotu i wodoru przy temperaturze rosy 68°C w ciągu 90 sekund w temperaturze 800°C, po czym taśmę wyżarza się i azotuje w atmosferze zawierającej NH₃ przy temperaturze rosy 15°C w celu wprowadzenia do taśmy azotu w ilości pomiędzy 80 i 140 ppm, odpowiednio do jej grubości. Otrzymaną taśmę pokrywa się separatorem wyżarzania zawierającym MgO i zwija, a następnie podaje się ją wyżarzaniu w piecu w którym następuje szybkie ogrzewanie do temperatury 700°C, w której pozostawia się jąprzez 15 godzin, a następnie ogrzewa się taśmę do temperatury 1200°C z szybkością 30°C na godzinę, po czym swobodnie chłodzi się taśmę.

Otrzymane wyniki zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Opóźnienie chłodzenia (mm)	Końcowa grubość (mm)	B800 (mT)	P17 (W/kg)	P15 (W/kg)
<2	0,29	1855	1,25	0,87
<2	0,26	1840	1,21	0,82
<2	0,23	1795	1,43	0,86
8	0,29	1870	1,18	0,85
8	0,26	1875	116	0,79
8	0,22	1870	0,99	0,67

Odlano szereg płaskich kęsów, których skład zestawiono w tabeli 2.

Tabela 2

Odlewanie	Si %	C ppm	M ppm	s ppm	Cu ppm	Al Alrozp ppm	N ppm	Cr ppm	Ni ppm	Mo ppm	Sn ppm	Ti ppm
A	3,1	130	1300	70	300	230	80	100	400	100	200	20
B	3,2	200	700	80	1500	290	70	500	400	200	700	10
C	3,0	250	850	70	2300	310	80	400	300	200	1000	10
D	3,3	190	1000	100	100	300	90	300	500	300	300	10
E	2,9	90	1200	80	2000	320	80	500	600	100	900	20
F	3,1	230	900	120	1200	260	100	400	400	200	1200	20
G	3,2	270	1200	70	2800	300	80	1800	2500	1500	1500	20

182 798

Odlewane cienkie kęsy podgrzewa się w temperaturze 1250°C, przekuwa do 40 mm i walcuje na gorąco do 2,2-2,3 mm. Taśmy następnie walcuje się na zimno do grubości 0,26 mm. Walcowane na zimno taśmy podaje się odwęglaniu w temperaturze 870°C i azotowaniu w 1000°C. Taśmy pokrywa się zawierającym MgO separatorem wyżarzania i przeprowadza się końcowe statyczne wyżarzanie najpierw szybko ogrzewając taśmę do 700°C i utrzymując jąw tej temperaturze przez 10 godzin, a następnie ogrzewa się taśmę do temperatury 1210°C z szybkością 40°C na godzinę w atmosferze zawierającej 30% wodoru, utrzymuje przez 15 godzin w atmosferze czystego wodoru i na końcu chłodzi. Uzyskane wyniki zestawiono w tabeli 3.

Tabela 3

Odlany kęs	B800 (mT)	P17 (mT)	P15 (mT)
A	1710	1,66	0,97
B	1875	1,15	0,78
C	1880	1,08	0,76
D	1845	1,26	0,83
E	1870	1,13	0,78
F	1690	1,78	1,03
G	1595	2,08	1,33

Przykład 3

Odlewa się płaskie kęsy ze stali zawierającej Si-3,25%, C-100 ppm, Mn-850 ppm, S-70 ppm, Cu-1500 ppm, Al_rozp_-310 ppm, Cr+Ni+Mo-1200 ppm i poddaje gorącemu walcowaniu jak w przykładzie 1, a następnie chłodzi otrzymane taśmy po upływie 8 sekund od momentu wyjścia taśmy z gorącego walcowania. Taśmy walcuje się na zimno do grubości 0,22 mm. Jedne z otrzymanych taśm poddaje się odwęglaniu i azotowaniu w zmienionych parametrach, a następnie wyżarza się je podgrzewając szybko do temperatury 650°C i utrzymuje w tej temperaturze przez 15 godzin, po czym zwiększa się temperaturę do 1200°C z szybkością 100°C na godzinę w atmosferze zawierającej azot i 25% wodoru, utrzymuje przez 20 godzin w atmosferze wodoru i chłodzi. W tabeli 4 podano otrzymane wyniki badań.

Tabela 4

Temperatura odwęglania (°C) pH₂O/pH₂=0,58	Temperatura azotowania (°C) pH₂O/pH2=0,05	Indukcja magnetyczna B800 (mT)
820	750	1673
820	900	1751
820	1000	1832
870	750	1595
870	900	1849
870	1000	1870
930	750	1630
930	900	1860
930	1000	1850
970	750	1579
970	900	1820
970	1000	1810

182 798

Pozostałe taśmy podano ciągłemu odwęglaniu przez 100 sekund w temperaturze 870°C w atmosferze azotu i 25% wodoru przy temperaturze rosy 41 °C, a następnie ciągłemu azotowaniu przez 20 sekund w temperaturze 980°C w atmosferze azotu i wodoru przy zmieniającym się stężeniu NH₃ i temperaturze rosy 10°C. Następnie taśmy pokryto separatorem wyżarzania zawierającym MgO i wyżarzono w piecu, po czym w tabeli 5 zestawiono otrzymane wyniki.

Tabela 5

Taśma nr	Zawartość azotu (ppm)	B800 (mT)	P17 (W/kg)	P15 (W/kg)
1	54	1860	1,06	0,72
2	48	1840	1,14	0,73
3	142	1870	1,03	0,68
4	156	1868	1,01	0,64
5	148	1872	1,05	0,70
6	345	1860	1,12	0,72
7	352	1855	1,09	0,72

182 798

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Proces produkcji arkuszy teksturowanej, krzemowej stali polegający na odlewaniu w sposób ciągły wymaganego gatunku stali w postaci płaskich kęsów, które po międzyoperacyjnym ogrzewaniu w wysokiej temperaturze walcuje się na gorąco otrzymując taśmę o zadanej grubości, która zwija się, a następnie rozwija i walcuje na zimno do wymaganej końcowej grubości, po czym poddaje sięjąkońcowej obróbce obejmującej wyżarzanie i pierwszą rekrystalizację oraz wyżarzanie i drugą rekrystalizację, znamienny tym, że odlewa się w sposób ciągły stal zawierającą2,5 do 3,5% wag. Si, od 50 do 500 ppm C, od 250 do 450 Al_rozp, poniżej 120 ppm N, od 500 do 3000 ppm Cu i od 500 do 1500 ppm Sn oraz jako pozostałość żelazo i nieznaczne zanieczyszczenia, po czym płaskie kęsy ogrzewa się w temperaturze 1200-1320°C, walcuje na gorąco do grubości 1,8-2,5 mm, a opuszczającą walce taśmę odprowadza się z szybkością przy której w temperaturze pomiędzy 1000 i 900°C przez 4 sek poddaje się ją działaniu powietrza oraz zwija taśmę w temperaturze pomiędzy 550 i 700°C, po czym rozwiniętą taśmę walcuje się na zimno do wymaganej końcowej grubości, a następnie wyżarza się ją i odwęgla w atmosferze zawierającej parę wodną-azot i wodór w temperaturze pomiędzy 850 i 950°C w czasie pomiędzy 20 i 150 sek oraz w sposób ciągły taśmę azotuje się w piecu w temperaturze pomiędzy 900 i 1050°C, w atmosferze azot-wodór doprowadzając gaz zawierający NH₃ w ilości pomiędzy 1 i 35 normalnych litrów na 1 kg taśmy i parę wodną w ilości 0,5 do 100 g/m³.
2. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się stal zawierającą od 100 do 300 ppm C, od 300 do 350 ppm Alrozp, i od 60 do 90 ppm N.
3. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się stal, która może również zawierać inne śladowe zanieczyszczenia, w szczególności, chrom, nikiel i molibden w całkowitej ilości nie przekraczającej 3500 ppm.
4. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że płaskie kęsy ogrzewa się w temperaturze pomiędzy 1250 i 1300°C.
5. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że taśmę chodzi się wodą po upływie 4 do 12 sek. od opuszczenia przez nią gorącego walcowania.
6. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość amoniaku w gazie do azotowania doprowadzanym do pieca do azotowania wynosi 1 do 9 normalnych litrów na 1 kg stali.
7. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że drugą rekrystalizację przeprowadza się w temperaturze 700 i 1200°C w ciągu dwóch godzin.
8. Proces według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie w temperaturze 700 i 1200°C utrzymuje się przez dwie i dziesięć godzin.

* * *