PL182838B1

PL182838B1 - Sposób kontrolowanego inhibitowania procesu produkcji teksturowanej elektrotechnicznej blachy stalowej

Info

Publication number: PL182838B1
Application number: PL97335653A
Authority: PL
Inventors: Stefano Cicale'; Stefano Fortunati; Giuseppe Abbruzzese
Original assignee: Acciai Speciali Terni Spa
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2002-03-29
Also published as: SK122599A3; CZ295535B6; US6361620B1; IT1290977B1; KR20000076233A; DE69723736T2; SK284364B6; CN1094982C; EP0966549B1; ES2203820T3; CZ9903251A3; JP2001515540A; RU2198230C2; EP0966549A1; BR9714628A; AU4378097A; WO1998041659A1; CN1249008A; KR100561143B1; ATE245709T1

Abstract

Sposób kontrolowanego inhibitowania procesu produkcji teksturowanej elektrotech- nicznej blachy stalowej, w którym stal krzemowa odlewa sie kesiska plaskie, a nastepnie podgrzewa je do wysokiej temperatury i walcuje na goraco otrzymujac wstege, która wy- zarza sie i hartuje, po czym walcuje sie na zimno i poddaje glównemu wyzarzaniu rekry stalizacyjnemu, azotowaniu i wtórnemu wyzarzaniu rekrystalizacyjnemu, znamienny tym, ze odlewa sie w sposób ciagly stal krzemowa o zawartosci miedzi, wegla i glinu odpo- wiednio w zakresach 800-1800 ppm, 50-550 ppm, 250-350 ppm, po czym odlane w spo- sób ciagly kesiska plaskie ogrzewa sie w temperaturze 1150-1230°C i walcuje na goraco, a nastepnie szybko chlodzi sie tak otrzymana wstege do temperatury 1100-1250°C i chlo- dzi ponownie do 850-950°C oraz utrzymuje sie w tej temperaturze przez 30-100 s, a na- stepnie hartuje sie ja w temperaturze 550-850°C w celu uzyskania wstegi, w której sku- teczne inhibitowanie (Iz) kontrolowania wzrostu ziaren, obliczone wedlug wzoru empi- rycznego: Iz = 1,91 Fv/r wynosi w zakresie 400-1300 cm-1 , gdzie Fv jest ulamkiem objeto- sciowym uzytecznych faz wydzielonych, a r oznacza sredni promien wymienionych faz wydzielonych. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kontrolowanego inhibitowania procesu produkcji teksturowanej elektrotechnicznej blachy stalowej, w którym stal krzemową odlewa się kęsiska płaskie, a następnie podgrzewa do wysokiej temperatury i walcuje na gorąco otrzymując wstęgę, którą wyżarza się i hartuje, po czy walcuje się na zimno i poddaje głównemu wyżarzaniu rekrystalizacyjnemu.

Teksturowane stale krzemowe do zastosowań magnetycznych są normalnie klasyfikowane w dwóch grupach, zróżnicowanych zasadniczo wartością indukcji wzbudzanej przez pole magnetyczne o natężeniu 800 A/m i znanych jako B800 - konwencjonalna grupa teksturowana, gdzie B800 ma poniżej 1890 mT oraz grupa teksturowana o dużej przenikalności, w której B800 ma powyżej 1900 mT. Dalsze podziały są zależne od tak zwanych strat w rdzeniu, wyrażanych w W/kg.

Konwencjonalna stal teksturowana, stosowana od lat trzydziestych i stal silnie teksturowana, mająca większą przenikalność i używana w przemyśle od drugiej połowy lat sześćdziesiątych, są zasadniczo używane na rdzenie transformatorów elektrycznych, a zalety stali silnie teksturowanej wynikają z jej większej przenikalności (co pozwala na zmniejszenie wymiarów rdzeni) i z jej mniejszych strat, co pozwala na oszczędność energii.

Przenikalność blach zależy od orientacji kryształów (lub ziaren) żelaza o wycentrowanej sześciennej sieci przestrzennej, w której jedna z krawędzi ziarna musi być równoległa do kierunku walcowania. Przez stosowanie pewnych faz wydzielonych (inhibitorów), zwanych

182 838 również fazami osadowymi, o odpowiednich wymiarach i rozkładzie, które zmniejszają mobilność na granicy ziaren, uzyskuje się selektywny wzrost jedynych ziaren mających pożądaną orientację. Im większa jest temperatura rozpuszczania wymienionych faz wydzielonych w stali, tym większa jest orientacja ziaren i lepsze są właściwości magnetyczne końcowego produktu. Głównymi inhibitorami w stali teksturowanej są siarczek i/lub selenek manganu, natomiast fazy wydzielone zawierające azot związany z aluminium (dla uproszczenia mowa będzie o azotku glinu) są głównymi inhibitorami w stali silnie teksturowanej.

Kiedy jednak wytwarzana jest blacha teksturowana lub silnie teksturowana, wówczas podczas krzepnięcia stali i chłodzenia zakrzepłej bryły fazy osadowe umożliwiające wspomniane wyżej ulepszenie wydzielają się w grubej postaci, nie nadającej się do pożądanych celów. Takie fazy osadowe trzeba najpierw rozpuścić, spowodować ich ponowne wydzielenie się w prawidłowej postaci i utrzymywać w tej postaci aż do otrzymania ziarna o żądanych wymiarach i orientacji przy końcu skomplikowanego i drogiego procesu transformacji obejmującego walcowanie na zimno do wymaganej grubości końcowej, wyżarzanie odwęglające i wyżarzanie końcowe.

Jest oczywiste, że problemy produkcyjne, związane zasadniczo z trudnościami w osiągnięciu dużych wydajności i stałej jakości, są spowodowane głównie środkami podejmowanymi podczas całego procesu transformacji stali w celu utrzymania faz osadowych, a zwłaszcza azotku glinu w żądanej postaci i rozkładzie. W celu zmniejszenia tych problemów opracowano sposoby, przy których azotek glinu nadający się do kontrolowania wzrostu ziaren otrzymuje się przez azotowanie wstęgi, korzystnie po walcowaniu na zimno, jak to opisano w patencie USA nr 4 225 366 oraz w patencie europejskim nr 0 339 474.

Według ostatnio wymienionego patentu azotek glinu wytrącający się w grubych ziarnach podczas powolnego krzepnięcia stali utrzymywany jest w wymienionym stanie za pomocą niskich temperatur nagrzewania kęsisk płaskich (poniżej 1280°C, korzystnie poniżej 1250°C) przed walcowaniem na gorąco. Po wyżarzaniu odwęgląjącym wprowadza się azot, który natychmiast reaguje wytwarzając zasadniczo przy powierzchniach wstęgi azotek krzemu i azotek manganu/krzemu, mające stosunkowo niską temperaturę rozpuszczania, przy czym są one rozpuszczone podczas końcowego wyżarzania w piecach wyżarzania czystego. Tak uwolniony azot dyfunduje w blachę, reaguje z glinem i wytrąca się znów na całej grubości wstęgi w cienkiej i jednorodnej postaci jako mieszane azotki glinu i krzemu. Proces ten wymaga, by materiał pozostawał w temperaturze 700-800°C przez co najmniej 4 godziny. Powyższy patent podaje, że azot musi być wprowadzany przy temperaturze bliskiej temperatury odwęglania (około 850°C), a w żadnym razie powyżej 900°C, by uniknąć niekontrolowanego wzrostu ziaren spowodowanego przez brak odpowiednich inhibitorów. W rzeczywistości optymalna temperatura azotowania powinna wynosić około 750°C, a 850°C jest górną granicą uniknięcia niekontrolowanego wzrostu.

Na pierwszy rzut oka powyższy proces ma pewne zalety. Stosunkowo niskie temperatury podgrzewania kęsisk płaskich przed walcowaniem na gorąco, odwęglaniem i azotowaniem oraz fakt, że konieczność utrzymywania temperatury wstęgi 700-850°C przez co najmniej 4 godziny w piecu do wyżarzania czystego (w celu uzyskania mieszaniny azotków glinu i krzemu, potrzebnej do kontrolowania wzrostu ziaren) nie powoduje zwiększenia kosztów produkcji, ponieważ w każdym przypadku zajmuje podobny czas. Jednakże przy wspomnianych powyżej zaletach powyższy proces ma pewne wady, takie jak: (i) ze względu na niską temperaturę podgrzewania kęsisk płaskich blacha praktycznie nie zawiera żadnych faz wydzielonych hamujących wzrost ziaren i wszystkie etapy grzania wstęgi, a zwłaszcza te, które należą do odwęglania i azotowania, muszą być przeprowadzane przy stosunkowo niskich i krytycznie kontrolowanych temperaturach, ponieważ w powyższych warunkach granice ziaren są bardzo ruchome, co wiąże się z ryzykiem niekontrolowanego wzrostu ziaren; (ii) wprowadzony azot zostaje zatrzymany przy powierzchniach wstęgi w postaci azotku krzemu i azotku manganu/krzemu, które trzeba rozpuszczać, by umożliwić dyfuzję azotu w kierunku do rdzenia blachy i jego reakcję w celu utworzenia pożądanego azotku glinu, a w konsekwencji nie ma żadnej poprawy w sensie skrócenia czasu grzania w trakcie końco4

182 838 wego wyżarzania, np. przez zastosowanie innego rodzaju pieca do pracy ciągłej zamiast pieców do wyżarzania czystego.

Zgłaszający opracował ulepszony proces, który jest nowy i który stanowi znaczny postęp wynalazczy w stosunku do stanu techniki, od którego proces ten różni się zarówno pod względem podstaw teoretycznych jak i pod względem właściwości procesu.

Proces taki jest opisany we włoskich zgłoszeniach patentowych zgłaszającego nr nr RM96A000600, RM96A000606, RM96A000903, RM96A000904, RM96A000905.

Wymienione zgłoszenia patentowe wyraźnie stwierdzają, że cały proces, a zwłaszcza kontrolowanie temperatur nagrzewania, można uczynić mniej krytycznym, jeżeli umożliwi się wytrącanie się inhibitorów nadających się do kontrolowania wzrostu ziaren do etapu walcowania na gorąco, co umożliwia najlepszą kontrolę wielkości ziaren podczas głównej rekrystalizacji (podczas wyżarzania odwęglającego), a potem głębokiego azotowania blachy w celu bezpośredniego wytwarzania azotku glinu.

Celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie wad znanych procesów produkcyjnych i dalsze ulepszenie technologii przedstawionej we wspomnianych wyżej włoskich zgłoszeniach patentowych przez opracowanie kontrolowanego procesu produkcji począwszy od etapu walcowania na gorąco, stosowania różnych inhibitorów, które powodują że większość etapów produkcji jest mniej krytyczna i staranne kontrolowanie temperatury grzania dla otrzymania optymalnych wielkości ziaren podczas głównej rekrystalizacji oraz głębokiej penetracji azotu we wstęgę, w której bezpośrednio powstaje azotek glinu.

Według przedmiotowego wynalazku przez odpowiednie utrzymanie zawartości węgla, glinu i miedzi można usprawnić innowacyjną technologię produkcji blachy ze stali krzemowej zarówno typu teksturowanego, jak i typu silnie teksturowanego, opisaną w wyżej wspomnianych włoskich zgłoszeniach patentowych zgłaszającego.

Wynalazek charakteryzuje się tym, że kontroluje się zawartość miedzi, węgla i glinu w zakresach 800-1800 ppm, 50-550 ppm, 250-350 ppm, co umożliwia we wstędze walcowanej na gorąco uzyskanie faz wydzielonych, a w szczególności faz wydzielonych zawierających azot związany z glinem i mieszaninę azotków miedzi i manganu, które powodują w blasze skuteczne inhibitowanie (Iz) w zakresie 400-1300 cm'¹, i otrzymanie odwęglonego produktu mającego kontrolowane wymiary ziaren.

Skuteczne inhibitowanie jest obliczane według empirycznego wzoru:

Iz = 1,91 Fv/r gdzie Fv jest ułamkiem objętościowym użytecznych faz wydzielonych, a r oznacza średni promień wymienionych faz wydzielonych.

Korzystnie zawartość miedzi jest kontrolowana w zakresie 1)00-1500 ppm. Zawartość węgla wynosi korzystnie w zakresie 50-250 ppm dla ziarna ostatecznie zorientowanego i w zakresie 250-550 ppm w przypadku ostatecznie zorientowanego ziarna blachy silnie teksturowanej.

Zawartość aluminium jest korzystnie kontrolowana w zakresie 280-310 ppm.

Według wynalazku kęsiska odlewane w sposób ciągły nagrzewa się do 1150-1320°C, korzystnie 1200-1300°C i walcuje się na gorąco.

Następnie walcowaną na gorąco wstęgę szybko ogrzewa się do 1100-1150°C i chłodzi się do 850-950°C, pozostawia się ją w tej temperaturze przez 30-100 s, a następnie schładza się z 550-850°C.

Walcowanie na zimno korzystnie przeprowadza się przy temperaturze w zakresie 180-250°C. Końcowe odwęglanie i azotowanie można przeprowadzić różnymi alternatywnymi sposobami, takimi jak: (i) w jednym etapie, przy czym odwęglanie przeprowadza się w wilgotnej atmosferze azot-wodór, a w ostatniej części tego procesu dodaje się amoniak; (ii) w dwóch etapach, przy czym amoniak dodaje się dopiero po zakończeniu odwęglania, korzystnie przez podwyższenie temperatury obróbki do maksimum 1050°C; (iii) w dwóch etapach, przy czym amoniak dodaje się zarówno po zakończeniu odwęglania jak i później, zawsze w piecu o pracy ciągłej. Również w tym wypadku korzystne jest podwyższenie temperatury obróbki do 1100°C w końcowej fazie azotowania.

182 838

Wstęga powleczona separatorami wyżarzania na bazie MgO i zwinięta jest wyżarzana czysto przez grzanie jej do 1210°C w atmosferze azot-wodór i przetrzymywana przez co najmniej 10 h w atmosferze wodoru.

Przedmiotowy wynalazek zostanie poniżej przedstawiony w kilku przykładach realizacji.

Przykład 1. Wykonuje się dwa eksperymentalne spusty o następującym składzie.

Spust	Si (% wag.)	C (ppm)	Mn (ppm)	S (ppm)	Als (ppm)	N (ppm)	Ti (ppm)	Cu (ppm)
1	3,2	520	1400	70	290	80	14	1200
2	3,2	510	1400	75	280	75	12	200

Odlewy podzielone na dwie grupy, odpowiednio ogrzewa się w temperaturze 1280°C i 1150°C przez 30 minut i walcuje na gorąco, a otrzymane wstęgi wyżarza się w następujących etapach: 1135°C przez 30 s, 900°C przez 60 s, a następnie hartuje zaczynając od 750°C. Po przeprowadzeniu trawienia i piaskowania wstęgi walcowano na zimno do grubości 0,30 mm, odwęgla się przez 20 s w temperaturze 870°C w wilgotnej atmosferze azot-wodór, a następnie azotuje przy temperaturze 770°C i przy 1000°C przez 30 s wprowadzając do pieca mieszaniny azotu z wodorem zawierającej 10% NH3. Przeprowadza się statyczne wyżarzanie w następujących etapach: grzanie od 30 do 1200°C z prędkością 15°C/h w atmosferze 75% wodoru i 25% azotu i utrzymywanie w 1200°C przez 20 h w atmosferze wodoru. Wartości przenikalności podano w tabeli 1.

Tabela 1

Grzanie (kęsisko)	Temp. azot. 870°C. Nr komp. chem.	Temp. azot. 1000°C. Nr komp. chem.
°C	1	2	1	2
1150	1925	1915	1870	1690
1280	1930	1900	1940	1890

Przykład 2. Wykonuje się dwa eksperymentalne wlewki o następującym składzie.

Spust	Si (% wag.)	C (ppm)	Mn (ppm)	S (ppm)	Als (ppm)	N (ppm)	Ti (ppm)	Cu (ppm)
1	3,15	320	1300	78	300	80	14	1000
2	3,17	300	1200	71	310	75	12	200

Do etapu walcowania na zimno proces przeprowadza się według przykładu 1. Następnie wstęgi poddaje się odwęglaniu przy temperaturze 870°C przez 100 s, po czym azotowuje w 770°C i w 970°C, aby otrzymać całkowitą zawartość azotu około 180 ppm. Końcowe fazy obróbki przeprowadzono jak w przykładzie 1.

W tabeli 2 podano otrzymane wartości przenikalności.

Tabela 2

Grzanie (kęsisko)	Temp azot. 770°C. Nr komp. chem.	Temp. azot. 970°C. Nr komp. chem.
°C	1	2	1	2
1150	1885	1910	1925	1720
1280	1890	1900	1940	1910

182 838

Przykład 3. Wykonuje się sześć następujących spustów wlewków przemysłowych.

Spust	Si (% wag)	C (ppm)	Mn (ppm)	S (ppm)	Als (ppm)	N (ppm)	Ti (ppm)	Cu (ppm)
1	3,22	500	1300	75	300	70	14	1800
2	3,21	510	1400	70	310	75	10	1300
3	3,23	520	1400	80	310	80	12	800
4	3,20	500	1500	70	300	78	10	200
5	3,22	510	1300	80	310	72	12	180
6	3,24	520	1500	75	315	70	13	190

Dwie grupy tak otrzymanych kęsisk płaskich, z których jedna miała małą zawartość miedzi, a druga miała zawartość miedzi według wynalazku, obrabia się w następujących etapach: grzanie kęsiska przy 1280°C przez 50 minut; walcowanie na gorąco do grubości 2,1 mm i przekazywanie do stanowiska końcowego w temperaturze 1050°C, chłodzenie wstęgi zaczynając natychmiast po wyjściu ze stanowiska końcowego; zwijanie wstęgi przy temperaturze 580°C; wyżarzanie w 1135°C przez 30 s oraz w 900°C przez 120 s, po czym następowało schładzanie; walcowanie na zimno do grubości 0,30 mm; odwęglanie przy 870°C przez 220 s w wilgotnej atmosferze azot-wodór oraz azotowanie przy 1000°C przez 30 s w atmosferze wprowadzonej do pieca mieszaniny azotu z wodorem zawierającej 10% objętościowych amoniaku; końcowe wyżarzanie czyste z prędkością grzania 15°C/h do 1200°C h w mieszaninie 75% azotu i 25% wodoru oraz utrzymywanie przy 1200°C przez 20 h w atmosferze wodoru.

W tabeli 3 przedstawiono otrzymane wartości przenikalności.

Tabela 3

B800 (mT)	Mała zawartość miedzi Nr (wstęgi)	Duża zawartość miedzi Nr (wstęgi)
1880-1890	2	-
1890-1900	5	-
1900-1910	9	-
1910-1920	7	4
1920-1930	3	20
1930-1940	-	3
1940-1950	-	-

Przykład 4. Odlewa się stal o następującym składzie: Si 3,22%, C 500 ppm, Mn 1300 ppm, S 75 ppm, Als 300 ppm, N 70 ppm, Ti 14 ppm, Cu 1200 ppm. Kęsiska ogrzewa się w temperaturze 1150°C, a następnie walcuje na gorąco. Część wstęg chłodzi się natychmiast po wyjściu ze stanowiska końcowego, a pozostałe wstęgi poddaje się chłodzeniu rozpoczętemu z opóźnieniem 6 s od wyjścia ze stanowiska końcowego. Wstęgi te oznacza się odpowiednio Standard Cooling (SC) (chłodzenie normalne) i Delayed Cooling (DC) (chłodzenie opóźnione).

Jedną wstęgę SC i jedną wstęgę DC wyżarza się przy temperaturze 1130°C przez 30 s, a następnie przy temperaturze 900°C przez 60 s, po czym wszystkie wstęgi walcuje się na zimno do grubości 0,27 mm, odwęgla i azotowuje w sposób ciągły w piecu posiadającym dwie strefy, mianowicie odwęglanie przy temperaturze 870°C przez 220 s w wilgotnej atmosferze azot-wodór oraz azotowanie przy 1000°C przez 30 s w wprowadzonej do pieca mieszaninie azotu z wodorem zawierającej 10% objętościowych amoniaku i posiadającej temperaturę rosy 10°C. Końcowe fazy obróbki wykonuje się jak w przykładzie 1. Uzyskane właściwości magnetyczne przedstawiono w tabeli 4.

182 838

Tabela 4

Wstęga	Chłodzenie normalne	Chłodzenie opóźnione
P17 (W/kg)	B800 (mT)	P17 (W/kg)	B800 (mT)
Wstęga wyżarzona	0,90	1930	0,91	1920
Wstęga nie wyżarzona	1,98	1656	0,90	1925

182 838

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

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób kontrolowanego inhibitowania procesu produkcji teksturowanej elektrotechnicznej blachy stalowej, w którym stal krzemową odlewa się kęsiska płaskie, a następnie podgrzewa je do wysokiej temperatury i walcuje na gorąco otrzymując wstęgę, którą wyżarza się i hartuje, po czym walcuje się na zimno i poddaje głównemu wyżarzaniu rekrystalizacyjnemu, azotowaniu i wtórnemu wyżarzaniu rekrystalizacyjnemu, znamienny tym, że odlewa się w sposób ciągły stal krzemową o zawartości miedzi, węgla i glinu odpowiednio w zakresach 800-1800 ppm, 50-550 ppm, 250-350 ppm, po czym odlane w sposób ciągły kęsiska płaskie ogrzewa się w temperaturze 1150-1230°C i walcuje na gorąco, a następnie szybko chłodzi się tak otrzymaną wstęgę do temperatury 1100-1250°C i chłodzi ponownie do 850950°C oraz utrzymuje się w tej temperaturze przez 30-100 s, a następnie hartuje się ją w temperaturze 550-850°C w celu uzyskania wstęgi, w której skuteczne inhibitowanie (Iz) kontrolowania wzrostu ziaren, obliczone według wzoru empirycznego: Iz = 1,91 Fv/r wynosi w zakresie 400-1300 cm'¹, gdzie Fv jest ułamkiem objętościowym użytecznych faz wydzielonych, a r oznacza średni promień wymienionych faz wydzielonych.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość miedzi utrzymuje się w zakresie 100-1500 ppm.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość węgla w stali teksturowanej utrzymuje się w zakresie 50-250 ppm, a w stali silnie teksturowanej - w zakresie 250-550 ppm.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość glinu utrzymuje się w zakresie 280-310 ppm.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kęsiska płaskie ogrzewa się w temperaturze 1200-1300°C.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że niektóre etapy walcowania na zimno przeprowadza się w temperaturze 180-250°C.