PL184552B1

PL184552B1 - Sposób wytwarzania stali elektrycznej krzemowo chromowej o zorientowanym ziarnie

Info

Publication number: PL184552B1
Application number: PL97323018A
Authority: PL
Inventors: Schoen@Jerry@W; Dahlstrom@Norris@A; Klapheke@Christopher@G
Original assignee: Armco Inc
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2002-11-29
Also published as: CZ60698A3; KR100526377B1; US5702539A; DE69738447D1; KR19980070142A; EP0861914A1; DE69738447T2; CN1077601C; CN1191900A; PL323018A1; JP4558109B2; JPH10259424A; CZ296442B6; BR9705442A; EP0861914B1

Abstract

1. Sposób wytwarzania stali elektrycznej krzemowo-chromowej o zorientowanym ziarnie, znamienny tym, ze ksztaltuje sie przerobiona na goraco tasme zawierajaca auste- nit i izomorficzna warstwe na kazdej jej powierzchni, przy czym tasme ksztaltuje sie ze stopu zawierajacego 2,5-4,5% krzemu, 0,1-1,2% chromu, do 0,050% wegla, do 0,005% aluminium, do 0,1% siarki, do 0,14% selenu, 0,01-1% magnezu i jako reszte zelazo i pier- wiastki sladowe, przy czym ksztaltuje sie tasme zawierajaca korzystnie 0,010% wegla, o rezystrywnosci skrosnej 45 µOcm, z udzialem objetosciowym austenitu wynoszacym co najmniej 2,5%, i z izomorficzna warstwa o grubosci wynoszacej co najmniej 10% calko- witej grubosci tasmy przerobionej na goraco, po czym walcuje sie tasme na zimno do po- sredniej grubosci, nastepnie wyzarza sie ja i ponownie walcuje na zimno do grubosci kon- cowej, a potem poddaje sie tasme wyzarzaniu odweglajacemu do uzyskania zawartosci wegla zapobiegajacej starzeniu magnetycznemu, zas nastepnie pokrywa sie co najmniej jedna powierzchnie tasmy powloka separatora wyzarzania i poddaje sie j a koncowemu wyzarzaniu powodujac wzrost wtórnego ziarna, do uzyskania przenikalnosci co najmniej 1780 mierzonej przy 796A/m. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stali elektrycznej krzemowo-chromowej o zorientowanym ziarnie.

Stale elektryczne są sklasyfikowane w dwóch klasach. Stale elektryczne o niezorientowanym ziarnie są przeznaczone do wytwarzania blach o własnościach magnetycznych jednakowych we wszystkich kierunkach. Te stale zawierają żelazo, krzem i/lub aluminium w celu nadania wyrobom wyższej rezystywności elektrycznej i poprzez to zmniejszenie straty magnetycznej. Stale elektryczne o niezorientowanym ziarnie mogą także zawierać magnez, fosfor i inne pierwiastki powszechnie znane w stanie techniki, które podwyższają rezystywność i zmniejszają straty magnetyczne w czasie magnetyzo wania.

Stale elektryczne o zorientowanym ziarnie są przeznaczone na blachy o dużej rezystywności skrośnej i mają bardzo ukierunkowane właściwości magnetyczne dzięki rozwinięciu preferowanej orientacji ziarn. Stale elektryczne o zorientowanym ziarnie są wyróżniane ze względu na poziom właściwości magnetycznych, zastosowane inhibitory wzrostu ziarna i sposób przeróbki, który zapewnia żądane właściwości magnetyczne. Zwykłe (typowe) stale elektryczne o zorientowanym ziarnie zawierają krzem dla zapewnienia wyższej rezystywności skrośnej i mają magnetyczną przenikalność co najmniej 1780, mierzoną przy 796A/m. Stale elektryczne o zorientowanym ziarnie i o dużej przenikalności magnetycznej zawierają krzem dla zapewnienia wyższej ich rezystywności skrośnej i mają magnetyczną przenikalność co najmniej 1880, mierzoną przy 796A/m. Rezystywność skrośna produkowanych stali elektrycznych o zorientowanym ziarnie, zawierających krzem, wynosi od 45 do 50 μΩατι, przy zawartości krzemu od 2,95 do 3,45% z incydentalnymi zanieczyszczeniami żelaza i innymi. Wiadome jest, że zwiększenie krzemu wymaga zastosowania większej ilości węgla w celu utrzymania małej, ale koniecznej, ilości austenitu podczas przeróbki. Jednakże te zmiany składu powodują pogorszenie mechanicznych właściwości taśmy i zwiększają fizyczne trud4

184 552 ności podczas przeróbki ze względu na kruchość wywołaną wyższą zawartością krzemu i węgla.

Zwykłe stale elektryczne o zorientowanym ziarnie zwykle zawierają dodatek magnezu i siarki (i ewentualnie selenu) jako główne inhibitory wzrostu ziarna. Inne pierwiastki takie, jak aluminium, antymon, bor, miedź, azot i tym podobne są czasami obecne i mogą uzupełniać inhibitory w postaci siarczków/selenków magnezu w celu zahamowania wzrostu ziarna.

Zwykła stal elektryczna o zorientowanym ziarnie może mieć walcowniczą szklistą powłokę, zwykle nazywaną forsterytem, lub powłokę izolacyjną, zwykle nazywaną wtórną powłoką nałożoną na lub zamiast walcowniczej szklistej powłoki, lub może mieć wtórną powłokę do operacji wykrawania, w przypadku, gdy pożądane są arkusze blachy pozbawione szklistej powłoki walcowniczej w celu uniknięcia nadmiernego zużycia formy. Ogólnie, jest nakładany tlenek magnezu na powierzchnię stali przed wysokotemperaturowym końcowym wyżarzaniem. Ta powłoka pełni funkcję powłoki separatora wyżarzania, jednak te powłoki również wpływają na stabilność wzrostu wtórnego ziarna podczas końcowego wysokotemperaturowego wyżarzania i reagują tworząc powłokę forsterytową (lub szklistą powłokę) na stali i powodują odsiarczenie stali w czasie wyżarzania.

W celu uzyskania większego stopnia tekstury Gossa, materiał musi mieć strukturę zrekrystalizowanych ziaren o wymaganej orientacji przed wysokotemperaturową częścią końcowego wyżarzania i musi zawierać inhibitor wzrostu ziarna w celu zahamowania wzrostu pierwotnego ziarna w końcowym wyżarzaniu, do wystąpienia wzrostu wtórnego ziarna. Duże znaczenie w uzyskaniu magnetycznych właściwości stali elektrycznej jest szybkość i zasięg wzrostu wtórnego ziarna. To zależy od dwóch czynników. Po pierwsze wymagana jest duża dyspersyjność inhibitora siarczku magnezu (lub innych) hamującego wzrost pierwotnego ziarna w zakresie temperatury 535-925°C. Po drugie struktura ziarna i tekstura stali i powierzchni oraz warstw w pobliżu powierzchni muszą zapewniać warunki odpowiednie do wzrostu wtórnego ziarna. Warstwy usytuowane w pobliżu powierzchni są obszarem zubożonym w węgiel i występuje w nich jedna faza lub izomorficzna mikrostruktura ferrytu. Ten obszar jest określany w stanie techniki jako powierzchniowa warstwa odwęglona i tym podobne, lub, w alternatywnej postaci, jest określana jako granica pomiędzy izomorficzną powierzchniową warstwą i polimorficznymi (zawierającymi zmieszane fazy ferrytu i austenitu lub produkty ich rozkłady) wewnętrznymi warstwami, takimi jak pasmo ścinania i tym podobne. Znaczenie izomorficznej warstwy jest opisane w licznych publikacjach, które wskazują że zarodki struktury Gossa, sprzyjające najprawdopodobniej utrzymaniu prędkości wzrostu i zapewniające wysoki stopień orientacji ziarn struktury Gossa w końcowej wyżarzonej stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie, są usytuowane w warstwach izomorficznych lub alternatywnie, blisko granicy pomiędzy powierzchniową warstwą izomorficzną i wewnętrzną warstwą polimorficzną. Zarodki struktury Gossa, które mają odpowiednio korzystne warunki do zainicjowania wzrostu wtórnego ziarna, zajmują mniej regularnie zorientowaną sieć pierwotnych ziarn.

Stal elektryczna o regularnym ziarnie jest zwykle wytwarzana za pomocą co najmniej jednego walcowania redukującego w celu uzyskania żądanych właściwości magnetycznych. Typowy sposób wytwarzania zwykłych stali elektrycznych o zorientowanym ziarnie, zawierający dwa etapy walcowania na zimno, jest ujawniony w opisie patentowym US nr 5,061,326, włączonym tu jako odniesienie. Opis patentowy US nr 5,061,326 ujawnia stosowanie wysokich zawartości krzemu w celu polepszenia strat magnetycznych stali elektrycznych o zorientowanym ziarnie. Takie dodatki powodują pogorszenie właściwości fizycznych i większe trudności w przeróbce, głównie wskutek zwiększenia kruchości materiału.

Również jest wymagane, aby stale elektryczne o zorientowanym ziarnie były wytwarzane w jednym etapie walcowania na zimno przy niskim poziomie strat magnetycznych poprzez wzrost rezystywności skrośnej stali. Opis patentowy US nr 5,421,911, włączony tu jako odniesienie, ujawnia, że pożytecznym dodatkiem do stali elektrycznych o zorientowanym ziarnie, zapewniającym zastosowanie jednego walcowania na zimno, może być chrom pod warunkiem, że pozostałe warunki procesu są zadawalające, włącznie ze składem zapewniającym poziom niezwiązanego magnezu i cyny wynąszącym co najwyżej 0,030%, wyżarzaniem wyjściowej taśmy, poziomem węgla co najmniej 0,025% po wyżarzaniu i przed walcowaniem na

184 552 zimno, objętościową frakcją austenitu (yii5o°c) ponad 7% po wyżarzaniu przed walcowaniem na zimno, i zastosowaniem powłoki separatora wyżarzania zawierającej siarkę.

W związku z tym istnieje od dawna potrzeba regulowania składu stopu i obróbki w celu zapewnienia inhibitora wzrostu ziarna i odpowiedniej mikrostruktury oraz tekstury odpowiednich do wytworzenia stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie mającej jednorodne i stałe właściwości magnetyczne. Istnieje potrzeba zapewnienia stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie, mającej wysoki poziom struktury Gossa i wysoki poziom rezystywności skrośnej, przy zastosowaniu dodatków chromu zamiast dodatku krzemu. Ponadto istnieje potrzeba opracowania stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie mającej stabilny wzrost wtórnego ziarna.

Głównym celem wynalazku jest zapewnienie stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie zawierającej krzem, chrom i odpowiedni inhibitor, która jest przerabiana w co najmniej dwóch etapach walcowania na zimno i ma lepsze właściwości magnetyczne.

Innym celem wynalazku jest zapewnienie stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie zawierającej krzem, chrom i odpowiedni inhibitor, która jest przerabiana w co najmniej dwóch etapach walcowania na zimno w celu zapewnienia jednorodnych i stałych właściwości magnetycznych.

Innym celem wynalazku jest zapewnienie stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie zawierającej krzem, chrom i odpowiedni inhibitor, która jest przerabiana w co najmniej dwóch etapach walcowania na zimno i ma wysoki stopień struktury Gossa i wysoki poziom rezystywności skrośnej, przy czym zawiera dużą ilość chromu zamiast dodatku krzemu.

Innym celem wynalazku jest zapewnienie stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie zawierającej krzem, chrom i odpowiedni inhibitor, która jest przerabiana w co najmniej dwóch etapach walcowania na zimno do uzyskania mikrostruktury i tekstury odpowiedniej do wytworzenia stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie mającej jednorodne i stałe właściwości magnetyczne.

Sposób wytwarzania stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że kształtuje się przerobioną na gorąco taśmę zawierającą austenit (Tii50°°c) i izomorficzną warstwę na każdej jej powierzchni. Taśmę kształtuje się ze stopu zawierającego 2,5-4,5% krzemu, 0,1-1,2% chromu, do 0,050% węgla, do 0,005% aluminium, do 0,1% siarki, do 0,14% selenu, 0,01-1% magnezu i jako resztę żelazo i pierwiastki śladowe. Kształtuje się taśmę zawierającą korzystnie 0,010% węgla, o rezystrywności skrośnej 45 (Gem , z udziałem objętościowym austenitu (-ti50°c) wynoszącym co najmniej 2,5%, i z izomorficzną warstwą o grubości wynoszącej co najmniej 10% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco. Następnie walcuje się taśmę na zimno do pośredniej grubości i wyżarza się ją i ponownie walcuje na zimno do grubości końcowej. Potem poddaje się taśmę wyżarzaniu odwęglającemu do uzyskania zawartości węgla zapobiegającej starzeniu magnetycznemu, zaś następnie pokrywa się co najmniej jedną powierzchnię taśmy powłoką separatora wyżarzania i poddaje się ją końcowemu wyżarzaniu powodując wzrost wtórnego ziarna, do uzyskania przenikalności co najmniej 1780 mierzonej przy 796A/m.

Kształtuje się taśmę z izomorficzną warstwą o grubości 15-40% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco, a korzystnie o grubości 20-35% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco.

Walcowaniu na zimno do końcowej grubości poddaje się taśmę zawierającą drobne wydzielenia węglików w sieci ferrytycznęj mającą mniej niż 1% objętościowy martenzytu i/lub pozostały austenit.

Przed walcowaniem na zimno do końcowej grubości wyżarzoną taśmę chłodzi się wolno z prędkością nie większą niż 10°C na sekundę do 650°C, a następnie chłodzi się szybko z prędkością co najmniej 23°C na sekundę do około 315°C.

Przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości taśmę wyżarza się w temperaturze 750-1150°C przez co najwyżej 10 minut i chłodzi się wolno do temperatury niższej niż 500°C.

Walcowaniu na zimno do końcowej grubości poddaje się taśmę zawierającą drobne wydzielenia węglików w sieci ferrytycznej mającą mniej niż 1% objętościowy martenzytu i/lub pozostały austenit, przy czym walcowaniu na zimno do końcowej grubości poddaje się taśmę zawierającą co najmniej 0,010% węgla.

184 552

Kształtuje się taśmę o rezystywności skrośnej co najmniej 50 pQcm. Kształtuje się taśmę zawierającą nie więcej niż 0,03% węgla, w której udział objętościowy austenitu jest nie większy niż 10,0%. Korzystnie kształtuje się taśmę zawierającą 0,2-0,6% chromu. Kształtuje się taśmę zawierającą 0,05-0,07% magnezu i 0,02-0,03% siarki. Kształtuje się taśmę zawierającą 2,9-3,8% krzemu.

Korzystnie odwęgla się taśmę do zawartości węgla nie większej niż 0,003%. Przed walcowaniem na zimno do końcowej grubości taśmę wyżarza się w temperaturze co najmniej 800°C przez co najmniej 5 sekund. Po walcowaniu na zimno do końcowej grubości taśmę poddaje się wyżarzaniu odwęgląjącemu w temperaturze co najmniej 800°C przez co najmniej 5 sekund.

Taśmę poddaje się wyżarzaniu końcowemu w temperaturze co najmniej 1100°C przez co najmniej 5 godzin, a korzystnie w temperaturze co najmniej 1200°C przez co najmniej 20 godzin.

Kształtuje się taśmę przerobioną na gorąco o grubości 1,7-3,0 mm.

W innej odmianie wynalazku sposób wytwarzania stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie charakteryzuje się tym, że kształtuje się przerobioną na gorąco taśmę zawierającą austenit i izomorficzną warstwę na każdej jej powierzchni, przy czym kształtuje się przerobioną na gorąco taśmę o grubości 1,5-4,0 mm ze stopu zawierającego 2,5-4,5% krzemu, 0,1-1,2% chromu, do 0,030% węgla, do 0,005% aluminium, do 0,1% siarki, do 0,14% selenu, 0,01-1% magnezu i jako resztę żelazo i pierwiastki śladowe. Taśmę kształtuje się o rezystrywności skrośnej 45 μΩαη i z izomorficzną warstwą o grubości 10-40% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco. Następnie wyżarza się taśmę w temperaturze co najmniej 800°C wytwarzając taśmę zawierającą co najmniej 0,010% węgla, z udziałem objętościowym austenitu wynoszącym co najmniej 2,5%-10,0%, po czym walcuje się taśmę na zimno do pośredniej grubości. Następnie wyżarza się ją do uzyskania drobnych wydzieleń węglików w sieci ferrytycznej mającej mniej niż 1% objętościowy martenzytu i/lub pozostały austenit, po czym ponownie walcuje się taśmę na zimno do grubości końcowej. Potem poddaje się taśmę wyżarzaniu odwęgląjącemu do uzyskania zawartości węgla zapobiegającej starzeniu magnetycznemu, zaś następnie pokrywa się co najmniej jedną powierzchnię taśmy powłoką separatora wyżarzania i poddaje się ją końcowemu wyżarzaniu powodując wzrost wtórnego ziarna, do uzyskania przenikalności co najmniej 1780 mierzonej przy 796A/m.

Stal elektryczna o zorientowanym ziarnie zawierająca ziarna chromowo-krzemowe ma bardzo dobrą rezystywność skrośną bez pogorszenia właściwości fizycznych i obrabialności w porównaniu ze znanymi stalami elektrycznymi o zorientowanym ziarnie zawierającymi ziarna krzemowe. Sposobem według wynalazku można wytworzyć stal elektryczną mającą rezystywność skrośną wynoszącą około 50 μΩαη. Stal elektryczna uzyskana sposobem według wynalazku ma ulepszone właściwości fizyczne, zapewniające doskonalą wiązkość i dużą odporność na pękanie taśmy podczas przeróbki. Stal według wynalazku zawiera magnez, siarkę i/lub selen, wskutek tego, że łatwo są rozpuszczane siarczki i selenki podczas ponownego ogrzewania przed przeróbką na gorąco.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania w odniesieniu do rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres ilustrujący porównanie właściwości wiązkości uderzeniowej i przekształcenia plastyczność/kruchość wyjściowej, przerobionej na gorąco taśmy ze znanej stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie zawierającej krzem i nowej stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie chromowo-krzemowej, fig. 2 - wykres ilustrujący porównanie wpływu grubości warstwy izomorficznej, mierzonej w przerobionej na gorąco taśmie przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości, na przenikalność magnetyczną mierzoną przy H=796A/m znanej krzemowej stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie i krzemowo-chromowej stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie według wynalazku.

Sposób według wynalazku polega na tym, że wytwarza się przerobioną na gorąco taśmę o grubości około 1,5-4,0 mm o składzie 2,5-4,5% krzemu, 0,1-1,2% chromu, mniej niż 0,050% węgla, mniej niż 0,005% aluminium do 0,1% siarki, do 0,14% selenu, 0,01-1% magnezu i resztę żelazo i pierwiastki śladowe. Wszystkie wymienione w opisie procentowe zawartości dotyczą zawartości wagowej, o ile nie wskazano inaczej. Przerobiona na gorąco ta184 552 śma ma rezystywność skrośną co najmniej 45 pQcm, przy co najmniej 0,010% węgla tak, że udział objętościowy austenitu (yii50°c) przed przeróbką na zimno wynosi co najmniej 2,5% w taśmie przerobionej na gorąco i każda powierzchnia taśmy ma izomorficzną warstwę o grubości co najmniej 105 całkowitej grubości przerobionej na gorąco taśmy. Taśma jest walcowana na zimno do pośredniej grubości, korzystnie 0,15-0,50 mm i odwęglana do mniej niż 0,003% zawartości węgla, odwęglona taśma jest następnie powlekana na co najmniej jednej powierzchni powłoką separatora wyżarzania i jest ostatecznie wyżarzana w celu spowodowania wzrostu wtórnego ziarna. Stal elektryczna ma przenikalność co najmniej 1780, mierzoną przy 796 A/m. Stal jest odwęglana do zawartości węgla mniej niż 0,003%, wskutek czego, po wyżarzaniu końcowym, taśma nie podlega starzeniu magnetycznemu. Chromowo-krzemowa stal elektryczna o zorientowanym ziarnie według wynalazku odznacza się wysoką rezystywnością skrośną, bardzo stabilnym wzrostem wtórnego ziarna, doskonałymi własnościami magnetycznymi i lepszymi właściwościami mechanicznymi, które zapewniają doskonałą wiązkość i większą odporność na uszkodzenie taśmy podczas przeróbki.

Wyjściowy materiał według wynalazku jest wytworzony z taśmy przerobionej na gorąco. Taśma przerobiona na gorąco jest wytwarzana poprzez odlewanie bloków, odlewanie grubych kęsisk płaskich, odlewanie cienkich kęsisk płaskich lub innymi sposobami wytwarzania zwartej taśmy przy zastosowaniu wytopu zawierającego żelazo, krzem, chrom i odpowiednie inhibitory. Stal elektryczna o zorientowanym ziarnie jest zwykle potrójnym stopem węglowo-krzemowo-żelazowym, z ograniczoną zawartością magnezu, siarki, chromu, azotu i tytanu ze względu na ich wpływ ma własności magnetyczne. Obecny wynalazek jest wynikiem stwierdzenia wpływu węgla, krzemu i chromu na mikrostrukturę taśm stalowych, umożliwiającego wytwarzanie stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie. Sposób wytwarzania stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie według wynalazku zapewnia uzyskanie stali o wysokiej jakości tekstury Gossa i wysokiej rez.ystywności skrośnej przewyższającej 45 μΩατι i w związku z tym małe straty magnetyczne, przy użyciu mniej niż 0,005% aluminium i co najmniej dwóch walcowań na zimno. Równanie 1 przedstawia wpływ różnych dodatków stopowych na rezystywność skrośną p stopu:

(1) p = 13 + 6,25 (%Mn) + 10,52 (%Si) + 11,82 (%A1) + 6,5 (%Cr) + 14 (%P) gdzie p jest rezystywnością skrośną stopu w jednostkach μΩ«η, a Mn, Si, Al, Cr i P są zawartościami procentowymi magnezu, krzemu, aluminium, chromu i fosforu, będącymi w składzie stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie. Rezystywność skrośną handlowo wytwarzanej stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie zawiera się w zakresie od 45 do 51 uDcm, przy zawartości 2,95-3,45% krzemu i innych przypadkowych zanieczyszczeń z procesu wytwarzania stali. W związku z tym, że poszukiwano materiałów o wyższej rezystywności skrośnej, w sposobach znanych ze stanu techniki zwykle zwiększano procentową zawartość krzemu w stopach. Jak wskazano w stanie techniki, zwiększenie zawartości krzemu zwykle wymaga odpowiedniego zwiększenia zawartości węgla. Wiadomym jest, że wyższa zawartość krzemu i węgla powoduje pogorszenie właściwości fizycznych stali elektrycznej, zwłaszcza wzrost kruchości i trudności z całkowitym usunięciem węgla w procesie wyżarzania odwęglającego. Stwierdzono też, że wzrost krzemu i węgla również pogarsza właściwości mikrostrukturalne, konieczne do uzyskania odpowiedniej kinetyki wzrostu wtórnego ziarna, ważną cechą obecnego wynalazku jest to, że poprzez zawartość krzemu i węgla zmienia się grubość izomorficznej powierzchniowej warstwy taśmy przed walcowaniem na zimno.

W znanych wcześniej sposobach wytwarzania stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie wykorzystujących dwa lub więcej walcowań na zimno, stwierdzono, że chrom przeszkadza w rozwoju pożądanej tekstury Gossa. W obecnym wynalazku, chrom także powoduje podobne pocienienie izomorficznej warstwy dzięki jego wpływowi na tworzenie austenitu i na zmniejszenie węgla w czasie przeróbki. Stwierdzono nieuwzględniane zmiany na odwrotny efekt stabilności i kinetyki wzrostu wtórnego ziarna.

Niestabilny wzrost wtórnego ziarna jest problemem, który utrudnia wytwarzanie stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie z licznych powodów, włącznie, chociaż bez ograniczę8

184 552 nia do inhibitorów wzrostu ziarna, z jakością mikrostruktury wyjściowej taśmy lub innych pierwiastków składu stopu odpowiednio do danego sposobu. Na przykład zawartość procentowa nadmiernego magnezu nie łączącego się z siarką i/lub ilość austenitu sprzyja silnie stabilności wzrostu wtórnego ziarna przy zastosowaniu jednostopniowego walcowania na zimno. Ważną cechą obecnego wynalazku jest to, że stabilność wzrostu wtórnego ziarna i rozwój żądanej tekstury Gossa jest skorelowany z grubością izomorficznej warstwy powierzchniowej i ilością austenitu występującego przed walcowaniem na zimno.

Skład korzystnej stali według wynalazku wynosi 2,9-3,8% krzemu, 0,2-0,7% chromu, 0,015-0,030% węgla, mniej niż 0,005% aluminium, mniej niż 0,010% azotu, 0,05-0,07% magnezu, 0,020-0,030% siarki, 0,015-0,05% selenu i mniej niż 0,06% cyny. Krzem jest dodawany przede wszystkim dla poprawienia strat magnetycznych poprzez podwyższenie rezystywności skrośnej. Ponadto krzem sprzyja tworzeniu i/lub stabilizacji ferrytu i, jako taki, jest jednym z głównych pierwiastków wpływających na objętościowy udział austenitu (yii50°c) Chociaż pożądana jest wyższa zawartość krzemu dla poprawy jakości magnetycznej, należy rozważyć jego wpływ w celu utrzymania wymaganej równowagi fazowej, właściwości mikrostruktury i właściwości mechanicznych.

Stal elektryczna o zorientowanym ziarnie według wynalazku korzystnie zawiera chrom w zakresie 0,010-1,2%, korzystnie 0,2-0,7% i najkorzystniej 0,3-0,5%. Chrom jest dodawany dla polepszenia straty magnetycznej poprzez zapewnienie wyższej rezystywności skrośnej. Przy zawartości chromu mniejszej niż 1,2%, zapewnia on tworzenie i stabilizację austenitu i wpływa na udział objętościowy austenitu (γι 150°c)- Większe ilości chromu są wymagane dla polepszenia jakości magnetycznej, ale ich wpływ musi być rozważony w celu utrzymania wymaganej równowagi fazowej i właściwości mikrostruktury i właściwości mechanicznych.

Stal elektryczna o zorientowanym ziarnie według wynalazku zawiera węgiel i/lub dodatki takie, jak miedź, nikiel i tym podobne, które sprzyjają powstawaniu i/lub stabilizują austenit, są stosowane dla utrzymania równowagi fazowej podczas przeróbki. Ilość węgla obecna w taśmie przerabianej na gorąco jest odpowiednia do wytworzenia wyjściowej taśmy, to jest przed walcowaniem na zimno, i wynosi 0,010-0,050%, korzystnie 0,015-0,030%, a korzystnie 0,015-0,025%. Niska zawartość węgla, mniejsza niż 0,010%, w stali bezpośrednio przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości, jest niepożądana ze względu na to, że wtórna rekrystalizacja staje się niestabilna i jest gorsza jakość tekstury Gossa. Duża zawartość węgla, powyżej 0,050%, jest niekorzystna ze względu na pocienienie izomorficznej warstwy, która osłabia wzrost wtórnego ziarna i powoduje niską jakość tekstury Gossa, a także utrudnia uzyskanie zawartości węgla mniejszej niż 0,003% w końcowym walcowaniu na zimno, zapobiegającej starzenie magnetyczne.

W znanych stalach uzyskiwano straty węgla do 0,010% po wyżarzaniu taśmy stosowanym po jej przeróbce na gorąco i przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości, zwykle w temperaturze 1025-1050°C w atmosferze utleniającej przez 15-30 s i, w wielu przypadkach, straty węgla podczas wyżarzania były wystarczające dla rozwoju odpowiednio grubej warstwy izomorficznej. Jednak usunięcie nadmiernego węgla podczas wyżarzania przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości taśmy może powodować niewłaściwą równowagę fazową i mikrostrukturę i konieczność podwyższenia zawartości węgla w taśmie przerabianej na gorąco w celu skompensowania tych strat w kolejnych etapach przeróbki. W obecnym wynalazku, ilość węgla, konieczna do usunięcia w czasie wyżarzania odwęglającego jest znacznie zmniejszona.

Do stali wytwarzanej sposobem według obecnego wynalazku wprowadza się magnez w ilości 0,01-0,15%, korzystnie 0,04-0,08%, a najkorzystniej 0,05-0,07%. Jeżeli stosuje się konwencjonalne sposoby wytopu stali i odlewania, w których wytwarza się wlewki lub odlewane ciągle kęsiska do wytwarzania taśmy wyjściowej przed przeróbką według wynalazku, korzystna jest niższa zawartość nadmiernego magnezu, to jest magnezu niepołączonego w postać siarczków lub selenków magnezu, w celu ułatwienia rozpuszczenia siarczków magnezu podczas ponownego ogrzewania kęsiska przed walcowniom na gorąco.

Dodaje się siarkę i selen do wytopu dla ich łączenia z magnezem dla utworzenia wydzieleń siarczków magnezu i/lub selenków magnezu potrzebnych jako inhibitory wzrostu

184 552 pierwotnego ziarna. Siarka, jeżeli jest używana sama, jest obecna w ilości 0,006-0,06%, a korzystnie 0,020-0,030%. Selen, jeżeli jest używany sam, jest obecny w ilości 0,010-0,014%, a korzystnie 0,015-0,05%. Można dodawać siarkę i selen jednocześnie.

Rozpuszczalne w kwasach aluminium jest utrzymywane na poziomie niższym niż 0,005%, a korzystnie mniejszym niż 0,0015% według obecnego wynalazku, w celu zapewnienia stabilności wzrostu wtórnego ziarna. Chociaż aluminium jest pomocne do kontroli ilości rozpuszczonego tlenu w wytopie stali, zawartość rozpuszczalnego aluminium musi być utrzymywana na mniejszym poziomie niż górna granica..

Stal może także zawierać inne pierwiastki takie jak antymon, arsen, bizmut, miedź, molibden, nikiel, fosfor i tym podobne, wprowadzone jako celowe dodatki lub obecne jako pierwiastki resztkowe, na przykład zanieczyszczenia z procesu wytopu stali. Te pierwiastki mogą wpływać na udział austenitu (γι i50°c) i/lub stabilność wzrostu wtórnego ziarna.

Stwierdzono, że ilość krzemu, chromu i odpowiednich inhibitorów razem z innymi przypadkowymi pierwiastkami z wytopu stali musi być określona w celu uzyskania odpowiedniej grubości izomorficznej warstwy, która zapewnia małą, ale konieczną ilość austenitu w wyjściowej taśmie przed walcowaniem na zimno. Poniższe równanie (2) jest rozszerzoną postacią równania opublikowanego przez Sadayori i innych w ich publikacji „Developments of Grain oriented Si-Steel Sheets with Low Iron Loss” („Wytwarzanie blachy ze stali zawierającej Si o zorientowanym ziarnie z małą stratą żelaza”), Kawasaki Seitetsu Giho. vol. 21 no 3, str. 93-98, 1989, do obliczania objętościowego udziału austenitu (γι150°<c) w stali zawierającej 3,0-3,6% krzemu i 0,030-0,065% węgla w temperaturze 1150°C. Na podstawie obecnych badań równanie (2) zostało rozszerzone następująco do obliczenia udziału objętościowego austenitu przy temperaturze 1150°C.

(2) (γι.

z*r\ λ /d/ + 347 (%N) (4) C₂=_1.[0,413(%Ctop-C₁)-0,153(%Cr)]

Chociaż krzem i węg są jwajLiejszymi p___________kami, .c p„r----stki, takiC jak chrom, nikiel, miedź, cyna, fosfor i tym podobne, stanowiące celowe dodatki lub obecne jako zanieczyszczenia z wytopu stali, również wpływają na ilość austenitu i, jeżeli są obecne w znaczących ilościach, muszą być brane pod uwagę. Stwierdzono, że grubość warstwy izomorficznej i udział objętościowy austenitu jest funkcją składu wyjściowej, przerobionej na gorąco taśmy, zmian zawartości węgla zaistniałych przy wytwarzaniu wyjściowej, przerobionej na gorąco taśmy z wytopu stali, grubości (t) taśmy przerobionej na gorąco i zmian zawartości węgla w przerabianej na gorąco taśmie, jeżeli taśma jest wyżarzana przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości. Stwierdzono, że zmiany zawartości węgla dokonane przy wytwarzaniu wyjściowej, przerobionej na gorąco taśmy z wytopu stali są następujące:

(3) Ci= 0,231j%C_top) (3) Ci= 0,231 (%C_t0D) w “ wytopie stali, C jjest procentem wagowym straty węgla przy przetwarzaniu na gorąco wytopu w taśmę i t jest grubością taśmy przetworzonej na gorąco w mm. Jeżeli przetworzona na gorąco taśma jest wyżarzana przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości, mogą wystąpić dodatkowe straty węgla, które muszą być uwzględnione jako:

(4) C₂=_l[0,413(%C_tOp-Ci)-0,153(%Cr)] t² gdzie C₂ jest procentem wagowym straty węgla w wyżarzaniu przerobionej na gorąco taśmy i %Ci jest procentem wagowym chromu w stopie. Podanie, że ilość węgla jest zależna od grubości (t) przerobionej na gorąco taśmy, zawartości chromu i grubości taśmy, oznacza dla fachowca, że te składy muszą być rygorystycznie dobrane. Z tego wynika, że zawartość węgla w taśmie przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości musi być wystarczająca dla zapewnienia udziału austenitu koniecznego do rozwoju stabilnego wzrostu wtórnego ziarna. Zawartość węgla przed walcowaniem na zimno (C3) jest wyznaczana z równania (2), to jest:

184 552 (5)

C3=%C_top-Ci-C₂

Łącząc wskaźniki z powyższego, powierzchniowa warstwa izomorficzna może być obliczona za pomocą równania (6):

(6)

I =jy5,38 - 4,47x10'² _γΐι₅ο°ο +1,19(%Si)] t' gdzie I jest wyliczoną grubością izomorficznej warstwy w mm, γι i50°cjest obliczonym udziałem objętościowym austenitu w taśmie przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości i %Si jest procentem wagowym krzemu w stopie. Grubość warstwy izomorficznej na każdej powierzchni taśmy przerobionej na gorąco przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości powinna wynosić co najmniej 10% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco. Korzystnie, grubość każdej izomorficznej warstwy wynosi 10-40%, bardziej korzystnie 15-35%, a najkorzystniej 20-25%. Dla przerobionej na gorąco taśmy mającej grubość 1,5-4,0 mm, minimalna grubość izomorficznej warstwy jest 0,15 mm.

Stal elektryczna o zorientowanym ziarnie według wynalazku może odznaczać się dodatkowymi własnościami lub może wymagać dostosowania do innej przeróbki. Według obecnego wynalazku można wytworzyć stal elektryczną, o zorientowanym ziarnie na blachę o dużej rezystywności skrośnej, o ulepszonej wiązkości jak przedstawiono na fig. 1 i o zmniejszonej wrażliwości na temperaturę podczas przeróbki, a także o polepszonych właściwościach krzepnięcia we wlewku, kęsie lub kęsisku dzięki polepszonej lejności wytopu stali.

Stal elektryczna o zorientowanym ziarnie według obecnego wynalazku korzystnie wytwarza się z taśmy przerobionej na gorąco różnymi sposobami.

Korzystnie taśmę wytwarza się z wlewków, kęsisk formowanych z wlewków lub ciągłych kęsów, które są ponownie ogrzewane do 1260-1400°C po walcowaniu na gorąco w celu zapewnienia wyjściowej przetworzonej na gorąco taśmy o grubości 1,5-4,0 mm. Obecny wynalazek jest stosowany do taśmy wytwarzanej sposobami, w których ciągły kęs lub kęsisko uformowane z wlewka jest dostarczane bezpośrednio do walcarki na gorąco z lub bez ogrzewania, lub wlewki są walcowane na gorąco na płaskie kęsiska o odpowiedniej temperaturze do postaci taśmy przy lub bez dalszego ogrzewania, lub wytop jest odlewany bezpośrednio w postać taśmy do dalszej przeróbki. W niektórych przypadkach, urządzenia mogą być nieodpowiednie dla zapewnienia wyjściowej taśmy o odpowiedniej grubości potrzebnej w sposobie według obecnego wynalazku. W takim przypadku korzystnie stosuje się walcowanie na zimno do redukcji rzędu co najwyżej 30% przed wyżarzaniem taśmy lub taśma może być walcowana na gorąco do co najmniej 50% do odpowiedniej grubości.

Gdy urządzenia i warunki pozwalają, wyjściowa, przerobiona na gorąco taśma korzystnie jest wyżarzana w temperaturze 750-1150°C przez 10 minut, a korzystnie w 1025-1100°C przez 10-30 sekund w celu zapewnienia żądanej mikrostruktury przed pierwszym walcowaniem na zimno do pośredniej grubości. Strata węgla podczas wyżarzania może wymagać odpowiedniego dostosowania składu wytopu dla utrzymania wymaganej równowagi fazowej po zakończeniu wyżarzania. W obecnym wynalazku straty węgla podczas wyżarzania występują gdy zapewniona zawartość procentowa krzemu i chromu zmienia się, kiedy grubość wyjściowej taśmy jest zmieniona i/lub kiedy potencjał utleniający atmosfery wyżarzania i czas oraz temperatura wyżarzania są zmienione. Według obecnego wynalazku, wyżarzona taśma jest poddana chłodzeniu w powietrzu otoczenia. Chłodzenie po wyżarzaniu nie jest istotne i przypuszcza się, że korzystna reakcja rozkładu austenitu powoduje powstanie ferrytu nasyconego węglem i/lub perlitu, a tworzenie się dużej ilości martenzytu lub utrzymywanie austenitu jest niepożądane. Alternatywnie do chłodzenia w powietrzu otoczenia, stal chłodzi się wolno tak, aby zapewnić chłodzenie zbliżone do chłodzenia w powietrzu otoczenia, do temperatury poniżej 500°C, po czym chłodzi się szybko, równoważnie do chłodzenia w wodzie, do temperatury poniżej 100°C.

Po walcowaniu na zimno do pośredniej grubości, taśmę stalową wyżarza się przed każdym kolejnym etapem walcowania na zimno. Na przykład, jeżeli stal jest walcowana na zimno trzy razy, pośrednie wyżarzanie jest wymagane pomiędzy walcowaniami pierwszym i drugim i pomiędzy walcowaniami drugim i trzecim, celem tego etapu jest zapewnienie mi184 552 krostruktury i tekstury odpowiedniej do każdego walcowania na zimno. Ogólnie, takie pośrednie wyżarzania prowadzi się w warunkach, w których materiał zwalcowany na zimno ulega rekrystalizacji, powodują że węgiel obecny w pierwotnym austenicie przekształca się w ferryt nasycony węglem, zaś proces chłodzenia po pośrednim wyżarzaniu prowadzi się w warunkach prowadzących do przyspieszenia rozkładu austenitu i tworzenia mikrostruktury drobnych wydzieleń węglików żelaza w sieci ferrytu mającej mniej niż 1% objętościowy martenzytu i/lub pozostałego austenitu. Jako takie wyżarzanie pośrednie korzystnie prowadzi się w stosunkowo szerokim zakresie temperatury 800-1150°C przez 3 sekundy do 10 minut. Korzystnie, pośrednie wyżarzanie prowadzi się w temperaturze od 900-1100°Ć, a najkorzystniej od 915-950°C przez 5-30 sekund z chłodzeniem zapewniającym żądaną reakcję rozkładu austenitu. Po pośrednim wyżarzaniu, taśma jest chłodzona wolno od temperatury wygrzewania, ogólnie powyżej 800°C, korzystnie 925°C, do temperatury około 650°C, korzystnie do około 550°C. Poprzez wolne chłodzenie rozumie się szybkość nie większą niż 10°C, korzystnie nie więcej niż ,5°C na sekundę, następnie, taśma jest chłodzona szybko do około 315°C, od tego momentu taśma jest chłodzona w wodzie w celu dokończenia szybkiego chłodzenia. Przez chłodzenie szybkie rozumie się chłodzenie z szybkością co najmniej 23°C na sekundę, korzystnie co najmniej 50°C na sekundę.

Wielkość redukcji w walcowaniu na zimno w pierwszym etapie walcowania do pośredniej grubości i w drugim etapie do końcowej grubości taśmy według wynalazku zależy od początkowej i końcowej grubości taśmy. Stwierdzono, że można wytworzyć szeroki zakres końcowych grubości pod warunkiem, że stosuje się właściwe walcowanie na zimno. Stale elektryczne o zorientowanym ziarnie wytwarzono w grubościach w zakresie 0,18-0,35 mm w próbach przy użyciu dwóch walcowań na zimno. Wymagany stopień redukcji może być określony eksperymentalnie, przy czym wyznacza się właściwości magnetyczne, zwłaszcza jakość struktury Gossa, uzyskane w walcowaniu na zimno przy różnych grubościach uzyskanej taśmy. Doskonałe właściwości magnetyczne osiągnięto w standardowym produkcie o grubości 0,18 mm, 0,21 mm, 0,26 mm i 0,29 mm i 0,35 mm używając przetworzonej na gorąco taśmy o grubości 2,03-2,13, i poddając ją pierwszemu walcowaniu na zimno do pośredniej grubości odpowiednio 0,56 mm, 0,58 mm, 0,61 mm, 0,66 mm i 0,81 mm. Ogólnie, korzystny % redukcji w pierwszym walcowaniu na zimno można wyrazić poprzez In(a/b)>0,8, korzystnie 1,2, gdzie „a” jest grubością taśmy przerobionej na gorąco, zaś „b” jest pośrednią grubością taśmy. Korzystna redukcja w drugim etapie walcowania na zimno może być wyrażona przez cl^/2In(b/c)=0,48, gdzie „c” jest końcową grubością taśmy, przy czym wszystkie grubości podane w mm.

Po zakończeniu walcowania na zimno do końcowej grubości, stal jest wyżarzana w słabo utleniającej atmosferze w celu zredukowania węgla do ilości, która minimalizuje starzenie magnetyczne, zwykle do wartości poniżej 0,003%. Temperatura tego wyżarzania jest korzystnie co najmniej 800°C, bardziej korzystnie co najmniej 830°C, a atmosferą może być atmosfera z wilgotnym wodorem taka, jak czysty wodór lub mieszanina wodoru i azotu. Ponadto, wyżarzanie odwęglające przygotowuje stal do tworzenia forsterytu lub powłoki szklistej w końcowym wysokotemperaturowym wyżarzaniu poprzez reakcję powierzchniowej powłoki tlenkowej i tlenku magnezu (MgO) pokrywającej separator wyżarzania. W obecnym wynalazku, korzystnie zawartość krzemu i chromu jest odpowiednia dla zapewnienia tego, że odwęglona taśma stali elektrycznej jest całkowicie ferrytyczna przed etapem wysokotemperaturowego wyżarzania, przy czym ma końcową teksturę Gossa.

Końcowe wysokotemperaturowe wyżarzanie jest poterzebne do rozwoju tekstury Gossa. Zwykle stal jest ogrzewana do temperatury wygrzewania co najmniej 1100°C w atmosferze wilgotnego wodoru. Podcza ogrzewania zarodki (110) [001] rozpoczynają proces wzrostu wtórnego ziarna w temperaturze około 850°C, który jest zasadniczo zakończony w około 1100°C. Zwykle według obecnego wynalazku stosuje się warunki wyżarzania, w których prędkość grzania jest mniejsza niż 80°C na godzinę do 815°C, a następnie ogrzewa się z prędkością mniejszą niż 50°C na godzinę i, korzystnie 25°C na godzinę lub mniej do zakończenia wzrostu wtórnego ziarna. Po zakończeniu wzrostu wtórnego ziarna, prędkość ogrzewania nie jest tak istotna i może być podwyższona aż do osiągnięcia temperatury wygrzewa12

184 552 nia, w której stal jest przetrzymywana przez co najmniej 5 godzin, korzystnie co najmniej 20 godzin w celu usunięcia inhibitorów siarki i/lub selenu i w celu usunięcia innych zanieczyszczeń takich, jak azot.

Przykład 1

Wytopiono grupę stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie według obecnego wynalazku o składzie wskazanym w tabeli 1. Te wytopy odlano w sposób ciągły w kęsiska o grubości 200 mm, podgrzano do 1150°C, walcowano do grubości 150 mm, podgrzano do około 1400°C i przerobiono na gorąco do grubości 2,03 mm odpowiedniej do dalszej przeróbki. Wytop zawierał węgiel, krzem i chrom, jako pozostałość żelazo i typowe pierwiastki śladowe takie jak bor w ilości do 0,0005%, molibden do 0,06%, nikiel do 0,015%, fosfor do 0,10% i aluminium do 0,005%. Przerobiona na gorąco taśma według wynalazku miała rezystywność skrośną (p) około 50 pGem, udział objętościowy austenitu (yii50°c) wynosił około 10%, a grubość izomorficznej warstwy (1) na każdej powierzchni taśmy przewyższał 0,30 mm. Taśma przerobiona na gorąco była badana na wiązkość uderzeniową i na wrażliwość temperaturowąprzy temperaturze przejściowej kruchości przy 23-230°C. Właściwości tych stali wytworzonych sposobem według wynalazku są zestawione w tabeli 1 z właściwościami stali elektrycznych znanych ze stanu techniki.

184 552 o

e ‘n co υ

-D cO ε

c

CO ź

o

-ł-» c

.2 *c o

N (D s

O i

cO

-t—» (Λ Ό CO 2 CZ5

i-	16%	16%	£	17%	I7% i___	o*· 00	17%
	0.33	0 33	; 0.35	0,34	0 35 I_	0.36	©135
X— CŁ o o £ @	0 026	0.026	' 0.024	0,024	ί 0.023 i_	0.022	( 0.023
%γ @CR1	5.5%	5.4%	' 4.8%	8.7%	10.5% L___	7.6%	8.6%
O.	50.4	50.3	' 50.3	50.2	49.4 I_____	50.4	50.0
nadmiar Mn+ 0,46 Sn	0.026	0 027 ' I _I	' 0.029	0.020	00 o o	0.027	0.020
nadmiar Mn	0.021	0.023	0.023	GO O O	0.015 I___	0.024	0.018
c ω	600 0	00 o o o	CM t— O O	0.004	900Ό	900 0	0.004
z.	0 0038	o o o o	0.0040	0 0039	0 0035 I	CO o o o	I 0.0031
<	0 0004	0.0003	' 0.0002	9000 0	9000Ό	9000Ό	9000 Ό
ω	0.022	0.022	0.022	0.024	0.025 i	0.024	I 0.024
c	6S00	0.061	0.061	0.059	i 890 0	9900	090 0
O	S0'0	0 05	i 90Ό !	0.33	0.34	0.34	0.34 \| I
υ	0 032 ^! I	0.032	0.029	i 0.025	0.025	0.024	0.024
ώ	3.41	3 42	' 3.38	3.25	3.16 i	3.26	3.25
ć N O	<	CD	υ	o	UJ	LL.	O
	Stan	techniki . ..J		Stop wg	wynalazku

184 552

Tabela II i fig. 1 przedstawiają wyniki, które pokazują polepszenie wiązkości i obniżenie właściwości przejścia pomiędzy kruchością i plastycznością taśmy przerobionej na gorąco ze stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie według wynalazku w zestawieniu ze stalami znanymi.

Tabela II

Pomiary energii uderzenia dla znanych stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie i stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie według wynalazku w funkcji temperatury

Temp. testu	Energia uderzenia (J/mm²) Stal ze stanu techniki	Energia uderzenia (J/mm²) Stal według wynalazku
°C	A	B	C	Śred.	D	E	F	G	Śred.
24	0,068	0,062	0,043	0,058	0,130	0,061	0,142	0,082	0,104
38	0,084	0,074	0,074	0,078
66	0,087	0,105	0,106	0,099	0,265	0,162	0,174	0,161	0,190
93	0,087	0,112	0,157	0,119
121	0,368	0,292	0,272	0,311	0,522	0,294	0,585	0,352	0,438
149	0,931	0,387	0,656	0,658	0,698	0,578	0,604	0,500	0,595
204					0,867	0,671	0,782	0,751	0,768
232					1,006	0,855	0,933	0,894	0,922

Przykład 2

Przerobioną na gorąco taśmę z wytopów Di G z przykładu 1 przerobiono razem z wytopami znanymi ze stanu techniki, których składy były takie, jak pokazano w tabeli III.

184 552

1>

_ο

Η

ο (Λ

Ό

C3

CZ) <υ ε

’ν

	17%	16%	15%	14%
	0.34	0.33	0.31	0.30
τ— θ' ο υ £ ©	0.025	0.026	0.027	0.027
ί ?- υ ©	4.6%	6.3%	7.0%	7.0%
Ο»	50.4	50.3	51.1	CO 10
nadmiar Mn+ 0,·46 Sn i	0.026	0.022	0 024	0 024
nadmiar Mn _	0.020	0.020	0.020	0.020
Sn	Ζ00Ό	9000	800 0	00 o o o
2	6200Ό	0 0037	0.0036	0.0039
<	CO o o o o	<0 O O O O	00 o o o ó	6000Ό
ω	0.023	0.023	0.022	0.023
Mn	O (0 O O	8S00	890 0	6S00
k_ o	60Ό	0.13	0.22	0.26
o	0.031	0.031	0.031	0.031
w	3.42	3 39	' 3.40 i	3 43 1
Ozn.	ZE		“3	SC
	c (0 co	techniki

184 552

Przerobione na gorąco taśmy z wytopów D i G wyżarzano w 1065°C przez 5-15 sekund i słabo utleniającej atmosferze, zaś przerobione na gorąco taśmy z wytopów H do K podobnie wyżarzano w temperaturze 1010°C. Po trawieniu, wyżarzone taśmy były walcowane na zimno do pośredniej grubości w zakresie 0,58-0,61 mm, pośrednio wyżarzane w 920-950°C przez 5-25 sekund i walcowane na zimno do końcowej grubości 0,18-0,21 mm. Po zakończeniu walcowania na zimno, taśmy były poddane wyżarzeniu odwęglającemu w 860-870°C w wilgotnej atmosferze wodorowo-azotowej, pokryte separatorem magnezowym i poddane końcowemu wyzarzaniu w 1200°C przez 10 godzin w suchym wodorze. Końcowe właściwości magnetyczne uzyskane w tych próbach są zestawione w tabeli IV.

Tabela IV

Zestawienie własności magnetycznych przy grubości 0,1 8 mm i 0,21 mm

	Ozn.	P	Właściwości dla grubości 0,18 mm	Właściwości dla grubości 0,21 mm
			Strata rdzeniowa 1,5T 6OHz(W/kg)	Przenikaln. H=796A/m	Strata rdzeniowa 1,5T 60Hz(W/kg)	Przenikaln. H=796A/m
Wg wyn.	D	50,2	0,82	1838	0,86	1846
	E	49,4	0,82	1842	0,87	1847
	F	50,4	0,81	1838	0,86	1841
	G	50,0	0,82	1837	0,87	1842

Stan tech.	H	50,4			0,87	1841
	I	50,3			0,88	1843
	J	51,1			0,88	1830
	K	51,8			0,92	181 1

Pokazane w 'tabeli IV przenikalność magnetyczna mierzona przy 796A/m i straty rdzeniowe mierzone przy 1,5T 60HZ wskazują, że magnetyczne właściwości uzyskane dla wytopów D-G według wynalazku i wytopu H ze stanu techniki są porównywalne. Jednak wytopy I-K ze stanu techniki, w których zawartość chromu jest znacznie powyżej 0,1%, wykazują niższą przenikalność magnetyczną i wyższe straty rdzeniowe. Doskonałe wyniki uzyskane dla wytopów E-G zawierających chrom w ilości 0,33-0,34%, wytworzonych sposobem według wynalazku, w których zawartość węgla, chromu, krzemu i innych pierwiastków przypadkowych z procesu wytwarzania stali jest właściwie zbilansowana zapewniając doskonalą przenikalność i niską, bardzo stalą stratę rdzeniową.

Przykład 3

Sposobem według wynalazku przygotowano cztery wytopy, których skład jest przedstawiony w tabeli V i które zawierają około 3,25% krzemu i od 0,20 do 0,25% chromu, a pozostałe żelazo i typowe pierwiastki śladowe takie, jak bor w ilości do 0,0005%, molibden do 0,06%, nikiel do 0,015%, fosfor do 0,020% i aluminium do 0,005%. Oba sposoby zapewniają rezystywność skrośną (p) rzędu 50-51 pOcm, udział objętościowy austenitu (yn50°c) rzędu 5-6% i warstwę izomorficzną o grubości (I) 0,34-0,36 mm.

184 552 >

OJ

Xi

CC

H 'n ε

>, §

* o

G

O ’C

O

N

O b

4—»

OJ

CC <S)

Ό

CC

4-,	17%	18%	17% 1_	r-
	' 0.34	0.36	0.34	0.35 i
£ o υ	0.024	0 023	0.023	0 023
f— tr >- o £ @	6.2%	4 9%	£ CN m	%9'S
CL	SOS	SOS	51 0	50 7
nadmiar Mn+ 0,.46 Sn	0.023	00 CN O o	i 0.022 1 l_	0 023
nadmiar Mn	0.020	0 025	0.019	0.021
Sn	Ζ00Ό	900 0	-1 Ζ00Ό	S00 0
z	O o o o	0.0036	0.0036	0.0038
<	6000'0	6000Ό	0 0007	Γ- o o o o
ω	0.023	0.023	0.024	0.022
c 2	0 059	0 061	--1 090 0 i	0.059
o	0.21	0.21	0.25	0.25
υ	0.027	0.026 1 .	0.026	0.025
ώ	3.35	3.35	; 3.38 1_. -	3.35
Ozn.	_1	5	z	O
	Stale wg	wynalazku

184 552

Wyjściowe taśmy z wytopów L-0 były przerabiane do końcowej grubości 0,21, w procesie jak w przykładzie 2. Właściwości magnetyczne uzyskane dla tych stali są zebrane w tabeli VI.

Tabela VI

Zestawienie własności magnetycznych przy grubości 0,21 mm

			Właściwości dla grubości 0,21 mm
	Ozn	P	Strata rdzeniowa 1,5T 60Hz(W/kg)	Przenikaln. H=796/m
Wg wyn.	L	50,2	0,86	1846
	M	49,4	0,87	1847
	N	50,4	0,86	1841
	O	50,0	0,87	1842

Według obecnego wynalazku, zawartość węgla, krzemu i chromu była odpowiednia do uzyskania wymaganych właściwości potrzebnych do szybkiego wzrostu wtórnego ziarna i doskonałych właściwości magnetycznych.

Przykład 4

Dwa wytopy ze stanu techniki, mające niską zawartość węgla, są pokazane w tabeli VII. Wytop według obecnego wynalazku zawierał 3,15% krzemu i 3% chromu z resztą żelaza i typowych pierwiastków śladowych takich jak bor w ilości do 0,0005%, molibden do 0,06%, nikiel do 0,015%, fosfor do 0,10% i aluminium do 0,005%, co stanowiło skład zapewniający rezystywność skrośną (p) około 50 μΩαη. Udział objętościowy austenitu (γι i50°c) znanego wytopu P był mniejszy niż 2%, a udział objętościowy austenitu wytopu Q według wynalazku wynosił około 5,6%.

184 552 o

E cd

N >

rt <υ

-o cd c

cd £

o c

<υ ‘C o

N

O '5?

S

Q b

4-» <υ

TJ

I co

	20%	20%
	0.40	0 41
%c @CR1	co o Ó	0 016
V cc O s @	1 < 2.0%	5.696
Q_	1 50 4 i	49 3
nadmiar Mn+ 0,466 Sn	0.0253	0 0134
nadmiar Mn	I 0,022	O O O
c ω	ί- ο o o	Ζ00Ό
z	0.0043	0.0040
<	\| Ζ000Ό	Ζ000Ό
ω	0.022	0 024
Mn	O <o o o	0.051
u. o	Ζ0Ό j	0.32
o	\| 0.022	0.018
ώ	CM •'d* CO	3.17
ć N O	a	O
	Stan tech	Stćile wg wyn.

184 552

Oba wytopy były przerabiane w procesie z przykładu 2 z następującymi wyjątkami. Wytop Q był przerabiany do końcowej grubości 0,26 mm przy zastosowaniu pośredniej grubości 0,66 mm. Zawartość węgla w wytopach była niższa niż zwykle, jednak wytop Q według wynalazku zawierał krzem i chrom w ilości odpowiedniej do szybkiego wzrostu wtórnego ziarna. Wytop P miał mały udział austenitu, co nie zapewniało wzrostu stabilnego wtórnego ziarna koniecznego do osiągnięcia wysokojakościowej struktury Gossa. Wskutek tego wytop P był przerobiony do końcowej grubości 0,35 mm przy zastosowaniu przerobu do pośredniej grubości 0,8 mm. Wynikowe właściwości magnetyczne otrzymane w tych próbach są zebrane w tabeli VIII.

Tabela VIII

Zestawienie własności magnetycznych przy grubości 0,26 mm i 0,35 mm

			Właściwości dla grubości 0,26 mm	Właściwości dla grubości 0,35 mm
	Ozn	P	Strata rdzeniowa 1,5T 6OHz(W/kg)	Przenikaln. H=796A/m	Strata rdzeniowa 1,5T 6OHz(W/kg)	Przenikaln. H=796A/m
Stan tech.	P	50,4			1,87	1810

Wg wyn	Q	49,3	1,51	1838

Pokazane w tabeli VIII przenikalność magnetyczna mierzona przy 796A/m i straty rdzeniowe mierzone przy 1,5T 60 Hz wskazują, ze uzyskano doskonałe magnetyczne właściwości uzyskane dla wytopu Q według wynalazku pomimo niskiej zawartości węgla, podczas gdy wytop P ze stanu techniki miał słabe właściwości magnetyczne, co wynikało z zastosowania znanych sposobów wytwarzania stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie przy niskiej zawartości węgla.

Przykład 5

Badano stal elektryczną o zorientowanym ziarnie ze stanu techniki w celu dalszego podniesienia rezystywności skrośnej do wartości powyżej 50 uQcm poprzez podniesienie zawartości krzemu powyżej 3,5%. Jednak zawartość węgla potrzebna dla zapewnienia koniecznej ilości austenitu przed walcowaniem na zimno powoduje powstawanie cieńszej powierzchniowej warstwy izomorficznej i przez to wolniejszy wzrost wtórnego ziarna. W tabeli IX są zestawione składy chemiczne i wyniki mikrostrukturalne dla znanych wytopów. Wytopy R i S ze stanu techniki były przetwarzane do końcowej grubości 0,21 mm zgodnie z procedurą z przykładu 2, która wytwarza niestałe i niskie właściwości magnetyczne z przenikalnością magnetyczną mierzoną przy 796A/m w zakresie 1799-1831 i stratami rdzeniowymi mierzonymi przy 1,5T 60HZ w zakresie 0,87-0,91 W/kg. W tych próbach proces powodował znacznie niestabilny wzrost wtórnego ziarna, co prawdopodobnie było rezultatem bardzo cienkiej izomorficznej warstwy. Ponadto gorsze były właściwości mechaniczne, co miało odbicie w gorszej wiązkości i podwyższeniu temperatury przejściowej od stanu kruchości do plastyczności.

184 552

Ο ’ν a

<υ

-Ο

C3

Η ο

S •c

S

Ί

CZ5

Ό

-SS

Λ1

	13%	12%	£ T“ CM	18%
	0.25	0.24	0.43	0.36
Τ tr ο ο £ ©	0.032	0.032	O o o	0.015
τ— tr >- ο # ©	2.1%	5.2% i	5 0%	%os
CL	53.7	55.1	53.5	56 9
nadmiar Mn+ 0,46 Sn	0 0181	0.0302	0 0195	0.0195
nadmiar Mn	0.014	0.026	0.017	0.017
c ω	600Ό	0.010	0 005	sooo
z:	0.0038	0.0028	O 'M' O O O	o 'M' O O O
<	9000Ό	O o o ó	O o o o	0 00)1 o
ω	0.240	0.022	0.025	0 025
Mn	SS0'0	0.064	090Ό	090 Ό
o	0 05	ZOO	O o	O CM V^-
o	O ’Τ o o	0 039	o o o	0 015
ω	3.74	3.65	IO τ— co	3.35
Ozn. ¹	cc	W	H	Σ)
	c (0 S	techniki	Stale wg	wynalazku

184 552

Stopy o składzie według wynalazku zapewniają stal elektryczną o zorientowanym ziarnie o wysokim poziomie rezystywności skrośnej i stabilnym wzroście wtórnego ziarna dzięki obecności odpowiednio grubej izomorficznej warstwy z właściwym udziałem objętościowym austenitu. Stal elektryczna o zorientowanym ziarnie według wynalazku ma doskonałe właściwości fizyczne.

Korzystne przykłady realizacji sposobu, wykazują, że stal elektryczna o zorientowanym ziarnie z małymi stratami rdzeniowymi może być wytworzona przy zastosowaniu stopu chromowo-krzemowego według wynalazku i poprzez co najmniej dwa walcowania na zimno w celu zapewnienia stałych i wysokich właściwości magnetycznych, porównywalnych ze stopami krzemu i żelaza znanymi ze stanu techniki. Według obecnego wynalazku stosuje się taśmę, która jest wytworzona poprze odlewanie wlewka, odlewanie grubego płaskiego kęsiska, odlewanie cienkiego kęsiska, odlewanie taśmy lub innymi sposobami wytwarzania zwartej taśmy.

Są dopuszczalne różne modyfikacje wynalazku bez odchodzenia od istoty wynalazku i jego zakresu określonego zastrzeżeniami.

184 552

to co o' co o

CM co co o

&

oo o

oo §

oo o

oo

SP CM o §

LU

H

N

O

LL

CC ω

cc <

Ό •W

O

CO

Z) cc o

FIG. 5

PRZENIKALNOŚĆ przy H=796 A/lTl

184 552

FIG. 1

ENERGIA UDERZENIOWA W/a (J/mm²)

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania stali elektrycznej krzemowo-chromowej o zorientowanym ziarnie, znamienny tym, że kształtuje się przerobioną na gorąco taśmę zawierającą austenit i izomorficzną warstwę na każdej jej powierzchni, przy czym taśmę kształtuje się ze stopu zawierającego 2,5-4,5% krzemu, 0,1-1,2% chromu, do 0,050% węgla, do 0,005% aluminium, do 0,1% siarki, do 0,14% selenu, 0,01-1% magnezu i jako resztę żelazo i pierwiastki śladowe, przy czym kształtuje się taśmę zawierającą korzystnie 0,010% węgla, o rezystrywności skrośnej 45 pQcm, z udziałem objętościowym austenitu wynoszącym co najmniej 2,5%, i z izomorficzną warstwą o grubości wynoszącej co najmniej 10% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco, po czym walcuje się taśmę na zimno do pośredniej grubości, następnie wyżarza się ją i ponownie walcuje na zimno do grubości końcowej, a potem poddaje się taśmę wyżarzaniu odwęglającemu do uzyskania zawartości węgla zapobiegającej starzeniu magnetycznemu, zaś następnie pokrywa się co najmniej jedną powierzchnię taśmy powłoką separatora wyżarzania i poddaje się ją końcowemu wyżarzaniu powodując wzrost wtórnego ziarna, do uzyskania przenikalności co najmniej 1780 mierzonej przy 796A/m.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się taśmę z izomorficzną warstwą o grubości 15-40% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że kształtuje się taśmę z izomorficzną warstwą o grubości 20-35% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że walcowaniu na zimno do końcowej grubości poddaje się taśmę zawierającą drobne wydzielenia węglików w sieci ferrytycznej mającą mniej niż 1% objętościowy martenzytu i/lub pozostały austenit.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że przed walcowaniem na zimno do końcowej grubości wyżarzoną taśmę chłodzi się wolno z prędkością nie większą niż 10°C na sekundę do 650°C, a następnie chłodzi się szybko z prędkością co najmniej 23°C na sekundę do około 315°C.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed walcowaniem na zimno do pośredniej grubości taśmę wyżarza się w temperaturze 750-1150°C przez co najwyżej 10 minut i chłodzi się wolno do temperatury niższej niż 500°C.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że walcowaniu na zimno do końcowej grubości poddaje się taśmę zawierającą drobne wydzielenia węglików w sieci ferrytycznej mającą mniej niż 1% objętościowy martenzytu i/lub pozostały austenit, przy czym walcowaniu na zimno do końcowej grubości poddaje się taśmę zawierającą co najmniej 0,010% węgla.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się taśmę o rezystywności skrośnej co najmniej 50 μΩοιτι.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się taśmę zawierającą nie więcej niż 0,03% węgla, w której udział objętościowy austenitu jest nie większy niż 10,0%.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się taśmę zawierającą 0,2-0,6% chromu.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się taśmę zawierającą 0,05-0,07% magnezu i 0,02-0,03% siarki.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się taśmę zawierającą 2,9-3,8% krzemu.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odwęgla się taśmę do zawartości węgla nie większej niż 0,003%.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed walcowaniem na zimno do końcowej grubości taśmę wyżarza się w temperaturze co najmniej 800°C przez co najmniej 5 sekund.

184 552
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po walcowaniu na zimno do końcowej grubości taśmę poddaje się wyżarzaniu odwęglającemu w temperaturze co najmniej 800°C przez co najmniej 5 sekund.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że taśmę poddaje się wyżarzaniu końcowemu w temperaturze co najmniej 1100°C przez co najmniej 5 godzin.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że taśmę poddaje się wyrzażaniu końcowemu w temperaturze co najmniej 1200°C przez co najmniej 20 godzin.
18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się taśmę przerobioną na gorąco o grubości 1,7-3,0 mm.
19. Sposób wytwarzania stali elektrycznej o zorientowanym ziarnie, znamienny tym, że kształtuje się przerobioną na gorąco taśmę zawierającą austenit i izomorficzną warstwę na każdej jej powierzchni, przy czym kształtuje się przerobioną na gorąco taśmę o grubości 1,5-4,0 mm ze stopu zawierającego 2,5-4,5% krzemu, 0,1-1,2% chromu, do 0,030% węgla, do 0,005% aluminium, do 0,1% siarki, do 0,14% selenu, 0,01-1% magnezu i jako resztę żelazo i pierwiastki śladowe, przy czym kształtuje się taśmę o rezystrywności skrośnej 45 pQcm i z izomorficzną warstwą o grubości 10-40% całkowitej grubości taśmy przerobionej na gorąco, następnie wyżarza się taśmę w temperaturze co najmniej 800°C wytwarzając taśmę zawierającą co najmniej 0,010% węgla, z udziałem objętościowym austenitu wynoszącym co najmniej 2,5%-10,0%, po czym walcuje się taśmę na zimno do pośredniej grubości, następnie wyżarza się ją do uzyskania drobnych wydzieleń węglików w sieci ferrytycznej mającej mniej niż 1% objętościowy martenzytu i/lub pozostały austenit, po czym ponownie walcuje się taśmę na zimno do grubości końcowej, a potem poddaje się taśmę wyżarzaniu odwęglającemu do uzyskania zawartości węgla zapobiegającej starzeniu magnetycznemu, zaś następnie pokrywa się co najmniej jedną powierzchnię taśmy powłoką separatora wyżarzania i poddaje się ją końcowemu wyżarzaniu powodując wzrost wtórnego ziarna, do uzyskania przenikalności co najmniej 1780 mierzonej przy 796A/m.