PL186500B1

PL186500B1 - Sposób wytwarzania blachy elektrotechnicznej o ziarnie niezorientowanym

Info

Publication number: PL186500B1
Application number: PL99342361A
Authority: PL
Inventors: Hans Pircher; Rudolf Kawalla; Manfred Espenhahn; Brigitte Hammer; Klaus Peters; Jürgen Schneider; Carl-Dieter Wuppermann
Original assignee: Thyssenkrupp Stahl Ag
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-02-20
Publication date: 2004-01-30
Also published as: CA2320124A1; WO1999042626A1; ES2163329T3; KR20010040966A; DE19807122C2; DE59900223D1; EP1056890B1; US6503339B1; JP2002504624A; PL342361A1; DE19807122A1; KR100605139B1; BR9908106A; ATE204917T1; AU2927699A; EP1056890A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania tasmy walcowanej na goraco do wytwarzania blachy elek- trotechnicznej o ziarnie niezorientowanym z odlewanych w sposób ciagly wlewków pla- skich, cienkich wlewków plaskich lub tasm ze stali zawierajacej w % masowych 0,001 do 0,1% C, 0,05 do 3,0% Si, 0,05 do, 85% Al, przy Si + 2 Al = 3%, 0,05 do 2,0% Mn, reszte w postaci zelaza i typowych pierwiastków towarzyszacych oraz dodatków stopowych w postaci P, Sn, N, Ni, Co, Ti, Nb, zr, V, B, Sb w lacznej ilosci do 1,5%, znamienny tym, ze wlewek ciagly walcuje sie na goraco bezposrednio z temperatury odlewania lub po ponownym nagrzaniu do T = 900°C i w trakcie walcowania na gotowo wykonuje sie dwa lub wiecej przejscia ksztaltujace w obszarze dwufazowym austenit/ferryt. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania blachy elektrotechnicznej o ziarnie niezorientowanym z odlewanych w sposób ciągły wlewków płaskich lub cienkich wlewków płaskich o niewielkich stratach pryemagnżtyzzwywenla i wysokiej polaryzacji oraz dobrych własnościach mechanicznych.

Pod pojęciem „blachy elektrotechnicznej o ziarnie niezorientowanym” rozumiana jest tutaj tego typu blacha według norm DIN 10106 (wyżarzana końcowo) lub 10165 (nie wyżarzana końcowo). Ponadto pojęcie to obejmuje również gatunki o silniejszych własnościach anizotropowych, jeżeli nie należą one do blach elektrotechnicznych o ziarnie zorientowanym (anizotropia strat przżmagnżtyyowywpnia do około 30%). Materiał ten znajduje zastosowanie głównie jako materiał na rdzenie maszyn (silniki, generatory) o obrotowym magnetycznym kierunku przewodzenia.

Ze względów ekonomicznych i ekologicznych istnieje potrzeba dalszego ulepszania własności magnetycznych (polaryzacja J w T, straty pryżmagnżtyzowywenia P w W/kg). Straty przżmagnżtyzowywpnia należy obniżyć, zaś polaryzację zwiększyć w użytkowym zakresie indukcji. Jednocześnie istnieją specjalne wymagania co do własności mechaniczno-technologicznych z punktu widzenia obróbki i przetwarzania materiału. Szczególne znaczenie ma tutaj podatność na cięcie, na przykład podczas wykrawania.

Pod uwagę brane są gatunki o niewielkich stratach i wysokiej polaryzacji, o niskiej lub średniej zawartości krzemu względnie w ogóle go nie zawierające. Taka taśma nadaje się zwłaszcza do stosowania jako materiał na rdzenie w urządzeniach preselekcyjnych i silnikach dużej mocy, w silnikach trakcyjnych, przemysłowych mechanizmach napędowych dla pomp i sprężarek, serwomechanizmach napędowych i mechanizmach napędowych w urządzeniach gospodarstwa domowego.

Znane jest rozwiązanie, polegające na ulepszaniu własności magnetycznych w drodze dodatkowych operacji, jak wyżarzanie taśm walcowanych na gorąco lub dwustopniowe walcowanie na zimno z wyżarzaniem pośrednim.

W międzynarodowym zgłoszeniu patentowym nr WO 96/00306 zaproponowano dla stali, których głównymi pierwiastkami stopowymi jest krzem, mangan i aluminium, walcowanie na gotowo taśmy walcowanej na gorąco na blachę elektrotechniczną. w obszarze austenitu i zwijanie jej w temperaturach lezących powyżej całkowitej przemiany w ferryt. Poza tym przewidziane jest dodatkowo bezpośrednie wyżarzanie zwoju z temperatury walcowania, ten sposób uzyskuje się produkt końcowy o dobrych własnościach magnetycznych. Jednak z uwagi na duże nakłady energetyczne podczas nagrzewania przed walcowaniem na gorąco i podczas walcowania na gorąco, a także z uwagi na dodatki stopowe, należy się tutaj liczyć z wyższymi kosztami.

W europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP 0 469 980 BI wymagane są wyższe temperatury zwijania w połączeniu z dodatkowym wyżarzaniem taśmy walcowanej na gorąco. Nawet przy niższej zawartości pierwiastków stopowych osiąga się tu użyteczne własności magnetyczne. Jednak wyzsza temperatura zwijania i dodatkowe wyzarzanie taśmy walcowanej na gorąco wymagają zwiększonych nakładów energetycznych, a co za tym idzie, pociągają za sobą podwyższenie kosztów.

W europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP 0 651 061 B2 zaproponowano wytwarzanie warstwowej tekstury regularnej, obróconej o 45° wokół normalnej do blachy. W ten sposób otrzymuje się interesujące własności magnetyczne, zwłaszcza w odniesieniu do polaryzacji. Sposób otrzymywania takiej tekstury wymaga jednak dużych nakładów. Poza podwyższonymi temperaturami wyżarzania końcowego i zwijania należy bowiem przeprowadzić

186 500 dodatkowe operacje podczas walcowania na zimno, jak nagrzewanie i wyżarzanie pośrednie, a także jedno- lub wielokrotne oczyszczanie.

W europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP 0 511 601 BI, dotyczącym wyższych zawartości krzemu i aluminium (Si + 2 Al > 2%), przewidziane jest wyżarzanie taśm walcowanych na gorąco w szczególnie wysokiej temperaturze powyżej 1000°C. Trzeba tu stosować drogie pierwiastki stopowe i bardzo wysokie temperatury przy dodatkowym wyzarzaniu taśmy walcowanej na gorąco.

Celem wynalazku jest opracowanie korzystnego ekonomicznie sposobu wytwarzania blachy elektrotechnicznej, charakteryzującej się odpowiednią dla różnych zastosowań kombinacją wysokiej polaryzacji, niskich strat przemagnesowy wania i dobrych własności mechanicznych.

Zadanie to rozwiązano za pomocą sposobu, który według wynalazku charakteryzuje się tym, ze wlewek ciągły walcuje się na gorąco bezpośrednio z temperatury odlewania lub po ponownym nagrzaniu do T > 900°C i w trakcie walcowania na gotowo wykonuje się dwa lub więcej przejścia kształtujące w obszarze dwufazowym austenit/ferryt, aby osiągnąć stan taśmy walcowanej na gorąco, korzystnej w odniesieniu do własności blachy elektrotechnicznej. Aby spełnić ten warunek, stal musi zawierać takie dodatki stopowe, aby udział austenitu w temperaturze walcowania na gorąco wynosił co najmniej 10%. Osiąga się to poprzez odpowiedni dobór dodatków stopowych w postaci pierwiastków austenito- względnie ferrytotwórcznych przy zadanym składzie podstawowym (Si + 2 Al) < 3%. Stosowane do tego celu stale w stanie stopionym zawierają 0,001 do 0,1% C, 0,05 do 3,0% Si, do 0,85% Al przy Si + 2 Al < 3%, 0,05 do 2,0% Mn oraz resztę w postaci żelaza i typowych pierwiastków towarzyszących i dodatków stopowych w postaci P, Sn, N, Ni, Co, Ti, Nb, zr, V, B, Sb w łącznej ilości do 1,5%.

Przy ciągłym odlewaniu wlewków płaskich następuje zazwyczaj ponowne nagrzewanie do co najmniej 900°C, aby powstał austenit i można było przeprowadzić walcowanie na gotowo według wynalazku w obszarze dwufazowym γ/a. Przy wytwarzaniu cienkich wlewków płaskich lub taśmy materiał nagrzewa się z opisanych powyżej przyczyn przed walcowaniem na gotowo co najmniej do 900°C, wykorzystując z reguły do tego celu ciepło odlewania.

Odlewane w sposób ciągły cienkie wlewki płaskie lub taśmy wykazują, w porównaniu do wlewków odlewanych konwencjonalnie w sposób ciągły, następujące zalety: z uwagi na niedługi czas chłodzenia az do zakrzepnięcia na wskroś odstępy pomiędzy wypustkami dendrytów są mniejsze, w związku z czym materiał wykazuje mniejszą skłonność do segregacji, czyli jest bardziej jednorodny. Z uwagi na mniejszą grubość wlewków i możliwość wykorzystania ciepła odlewania, walcowanie na gorąco ulega skróceniu, co wiąże się z obniżeniem kosztów. Przy odpowiednim dostosowaniu linii do walcowania cienkich wlewków płaskich można stosować szersze spektrum temperatur walcowania końcowego i zwijania oraz mniejsze grubości taśmy walcowanej na gorąco. Przy niewielkich grubościach taśmy walcowanej na gorąco < 1,5 mm walcowanie na gorąco można prowadzić z prędkością walcowania końcowego ponad 10 m/s, aby osiągnąć wysoką wydajność.

Poprzez smarowanie walców w co najmniej jednym z ostatnich trzech przejść walcowania na gotowo można, dzięki mniejszemu odkształceniu w wyniku ścinania, osiągnąć, bardziej jednorodną strukturę na przekroju. Ponieważ dodatkowo zmniejsza się siła walcowania, można osiągnąć większy spadek grubości do mniejszych grubości końcowych.

W kolejnym zastrzezeniu walcowanie na gotowo kończy się co najmniej jednym przejściem kształtującym z odkształceniem s_h = (h, - h,₊₁)/h, > 10% w obszarze ferrytu. Jeżeli walcowanie na gorąco kończy się jednym lub kilkoma przejściami kształtującymi w obszarze ferrytu, zaś taśmę walcowaną na gorąco zwija się w temperaturach poniżej 650°C, wówczas uzyskuje się taśmę walcowaną na gorąco w stanie umocnionym oraz powstrzymanie względnie drobną dyspersję wydzieleń. Pozwala to następnie zmniejszyć niezbędny stopień zgniotu. W zasadzie taśmę walcowaną na gorąco można jedno- lub kilkustopniowo z wyżarzaniem pośrednim walcować na zimno do grubości końcowej. Takie rozwiązanie pozwala uzyskać drobniejszą strukturę, co poprawia podatność zimnej taśmy na cięcie i wykrawanie.

Ograniczenie zawartości Si w stali do 0,05 do 1,6% jest celowe wówczas, gdy w przeciwnym razie przy odpowiednich udziałach innych składników stali nie będzie występował

186 500 obszar dwufazowy. Jeżeli temperatura ponownego nagrzania wlewków stalowych leży w obszarze austenitu, wówczas zapewnione jest, że wymagane przejścia kształtujące zostaną przeprowadzone w obszarze dwufazowym.

Jeżeli wlewek stalowy zostanie schłodzony bezpośrednio z temperatury odlewania do temperatur poniżej 900°C i po ponownym nagrzaniu podda walcowaniu na gorąco aż do obszaru austenitycznego, wówczas otrzyma się grube wydzielenia. W odróżnieniu od drobniejszych wydzieleń wydzielenia o większych wymiarach mogą prowadzić do poprawy własności magnetycznych blachy elektrotechnicznej. Ma to miejsce zwłaszcza wówczas, gdy temperatura ponownego nagrzewnia wynosi maksymalnie 1150°C. Przy tak niskiej temperaturze nie zachodzi obawa ponownego rozpuszczenia utworzonych poprzednio, grubych wydzieleń.

Wytworzoną w ten sposób taśmę walcowaną na gorąco o grubości do 6 mm zwija się, zaleznie od przeznaczenia, w temperaturach albo poniżej 650°C, albo w przedziale od 650°C do Arl. Jeżeli taśmy były zwijane w wyższych temperaturach, wówczas zwoje można następnie albo schłodzić do temperatury pokojowej w nieruchomym powietrzu, albo poddać obróbce cieplnej bezpośrednio z temperatury zwoju. Obróbka cieplna może polegać na opóźnionym chłodzeniu pod pokrywą z maksymalną prędkością chłodzenia 100°C/h do temperatur poniżej 600°C, względnie na obróbce gorącego wsadu w piecu. Temperatura pieca może przy tym być wyższa od temperatury zwijania.

Temperatury zwijania pomiędzy 650°C i temperaturą Arl, zmieniającą się w zalezności od pierwiastków stopowych, mogą całkowicie lub częściowo zastąpić wyżarzanie taśmy walcowanej na gorąco. Mała odległość od zwoju, na przykład 40 m i mniej, w połączeniu z dużymi prędkościami walcowania końcowego, zwłaszcza w liniach odlewniczo-walcowniczych, pozwala na zastosowanie wysokich temperatur zwijania, co nie jest możliwe na konwencjonalnych odcinkach walcowania, zwłaszcza przy niewielkich grubościach taśm. Wskutek tego w taśmie walcowanej na gorąco już w zwoju następuje zanik umocnienia, przy czym ma to pozytywny wpływ na cechy struktury istotne dla własności taśmy, jak wielkość ziarna, tekstura i wydzielenia. Poprawa własności magnetycznych, jaka osiągana jest w sposobie według wynalazku w stosunku do sposobu konwencjonalnego, jest związana z oszczędnością czasu i energii przy wytwarzaniu blachy elektrotechnicznej.

Wytwarzanie blachy elektrotechnicznej można realizować różnymi drogami. Taśmę walcowaną na gorąco według wynalazku można stosować bezpośrednio jako blachę elektrotechniczną. Można ją stosować z walcowaniem wygładzającym lub bez walcowania wygładzającego przy wyzarzaniu zupełnym po formowaniu (semi finished = nie wyzarzony zupełnie). Taśmę walcowaną na gorąco można uprzednio wyżarzyć. W ramach kolejnych alternatywnych możliwości taśmę walcowaną na gorąco walcuje się na zimno do grubości końcowej jedno- lub kilkustopniowo z wyżarzaniem pośrednim, przy czym dołącza się wymienione powyżej operacje technologiczne. W tych alternatywnych rozwiązaniach taśmę walcowaną na gorąco można stosować w stanie walcowanym lub po wyżarzaniu. Jeżeli po formowaniu nie przeprowadza się walcowania wygładzającego i wyżarzania zupełnego, wówczas wyżarzanie już po walcowaniu na grubość końcową musi być tak przeprowadzone, aby uzyskać wymagany profil własności (fully finished = wyzarzony zupełnie). Wszystkie procesy wyzarzania można przeprowadzać albo w piecu kołpakowym, albo w piecu przelotowym w temperaturach powyżej 650°C.

Przykłady:

W tabeli 1 podane są wartości własności magnetycznych w postaci strat przemagnesowywania (P) i polaryzacji (J), uzyskane sposobem konwencjonalnym i sposobem według wynalazku.

Przykłady ilustrują możliwą do uzyskania poprzez użycie sposobu według wynalazku poprawę własności stopów znormalizowanych po pierwsze nie wyzarzonych zupełnie (semi finished = sf), po drugie zaś wyżarzonych zupełnie (fully finished = ff), bez wyzarzania taśm walcowanych na gorąco i z konwencjonalnym wyżarzaniem taśm walcowanych na gorąco (WBG). Według wynalazku w każdym przypadku osiągane są wyzsze wartości polaryzacji (J) i najczęściej nizsze straty przemagnesowywania (P). W obu ostatnich kolumnach tabeli 1 dla różnych stopów podane są temperatury przemian Ar3 i Arl, które wyznaczają granice dwufazowego obszaru austenit/ferryt.

tn t-H σ\

Tabela

186 500 o

tn o

tn kP <T>

o uo o

o

CN r4

o

P

o

CN

kP

CN

O

00

t*4

Γ

PO

Γ

44

kP

tn

cn

CP

tn

CO

<—1

N

•o

kP

CD

kO

Φ

kk

«.

kk

<k.

k.

i^-1

i—ł

r-ł

r-4

r4

ł—1

r—

t-1

r4

flj

c

>1 s

CP

cn Hr|

\ S Ul

co

PO

r4

uo

tn

,—i

tn

CN

Ό

*

cn

o

cn

uo

P0

O

<D

CU

K.

k.

*.

tn

uo

<T

LO

uo

£5

Ό

CO

σ>

O

44

CU

ω

o

00

CN

00

PO

CN

PO

m

PO

CN

i—ł

tn

o

00

CU

k.

K

k.

«.

k.

CN

i—1

>1

C

1-1 fO

C

O

ΓΊ

U

C

Φ c

o

Λ

Ό

W

O

CU ω

ΓΟΟ tn σ>

CU

Cn

CU tn ko w

O

CQ &

CN

uo	UO		tn
k.		o	k.
o	O	CQ	O
..	··	s	.·
44	44		44
44	44	N	44

CU o

-P cn dfi <—I

C £

oP tn

CN dP tn

CN

C £

dP tn

CN

ÓP

PO

ÓP

CN dP

CN

ÓP tn po

C £

dP o

CN

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

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania taśmy walcowanej na gorąco do wytwarzania blachy elektrotechnicznej o ziarnie niezorientowanym z odlewanych w sposób ciągły wlewków płaskich, cienkich wlewków płaskich lub taśm ze stali zawierającej w % masowych 0,001 do 0,1% C, 0,05 do 3,0% Si, 0,05 do, 85% Al, przy Si + 2 Al < 3%, 0,05 do 2,0% Mn, resztę w postaci żelaza i typowych pierwiastków towarzyszących oraz dodatków stopowych w postaci P, Sn, N, Ni, Co, Ti, Nb, zr, V, B, Sb w łącznej ilości do 1,5%, znamienny tym, że wlewek ciągły walcuje się na gorąco bezpośrednio z temperatury odlewania lub po ponownym nagrzaniu do T > 900°C i w trakcie walcowania na gotowo wykonuje się dwa lub więcej przejścia kształtujące w obszarze dwufazowym austenit/ferryt.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedno przejście kształtujące walcowania na gotowo o odkształceniu > 10% na końcu procesu walcowania na gorąco leży w obszarze ferrytu.
3. Sposób według jednego z zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stal zawiera od 0,05 do 1,6% Si.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura ponownego nagrzania wlewków stalowych leży w obszarze austenitu..
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wlewek stalowy chłodzi się bezpośrednio z temperatury odlewania do temperatur poniżej 900°C i po ponownym nagrzaniu walcuje się na gorąco aż do obszaru austenitycznego.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że temperatura ponownego nagrzewania wynosi maksymalnie 1150°C.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że co najmniej jedno z ostatnich trzech przejść walcowania na gotowo wykonuje się ze smarowaniem walców.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że ostatnie przejście walcowania na gotowo przeprowadza się w obszarze ferrytu ze smarowaniem walców.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że taśmę walcowaną na gorąco zwija się w temperaturze z przedziału od 650°C do Arl.
10. Sposób według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że taśmę walcowaną na gorąco zwija się w temperaturze z przedziału od 650°C do Ar3.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że taśmę walcowaną na gorąco wyżarza się bezpośrednio po zwinięciu w zwój.
12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że taśmę walcowaną na gorąco najpierw chłodzi się, a następnie ponownie nagrzewa do wyżarzania.
13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że taśmę walcowaną na gorąco wyzarza się w linii z temperatury walcowania.
14. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że zwiniętą taśmę chłodzi się pod pokrywą z maksymalną prędkością chłodzenia 100°C/h do temperatur poniżej 600°C.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że taśmę walcowaną na gorąco zwija się w temperaturach < 650°C.
16. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że taśmę walcowaną na gorąco obrabia się w drodze jedno- lub kilkustopniowego walcowania na zimno, ewentualnie z wyżarzaniem pośrednim.
17. Sposób wytwarzania wyzarzonej zupełnie blachy elektrotechnicznej według zastrz. 1, znamienny tym, ze taśmę, walcowaną do grubości końcowej na gorąco względnie na gorąco i na zimno, wyzarza się zupełnie w atmosferze gazu ochronnego w temperaturach powyżej 650°C.
18. Sposób wytwarzania nie wyżarzonej zupełnie blachy elektrotechnicznej według zastrz 1, znamienny tym, ze taśmę, walcowaną na gorąco względnie na gorąco i na zimno,

186 500 wyzarza się rekrystalizująco w piecu kołpakowym lub przelotowym w atmosferze gazu ochronnego, a następnie prostuje się lub walcuje wygładzające.
19. Sposób według edstrz.. 17 zlbo 18, znamienny tym, że taśmę przed wyżdrwmiem zupełnym wyzarza się odwęglająco.