PL198248B1

PL198248B1 - Sposób wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej

Info

Publication number: PL198248B1
Application number: PL362325A
Authority: PL
Inventors: Stefano Fortunati; Stefano Cicale'; Giuseppe Abbruzzese
Original assignee: Thyssenkrupp Acciai Speciali
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2008-06-30
Also published as: RU2003122338A; ES2238489T3; SK7562003A3; ITRM20000677A1; SK286521B6; CZ20031688A3; DE60108985D1; AU2002234590A1; WO2002050315A2; US20050115643A1; ATE289361T1; BR0116244A; BR0116244B1; IT1316030B1; ITRM20000677A0; DE60108985T2; RU2288959C2; US6964711B2; KR20030076993A; KR100781839B1

Abstract

1. Sposób wytwarzania teksturowanych ta sm ze stali elektrotechnicznej, w którym stop zawiera- j acy krzem jest bezpo srednio odlewany w postaci ci ag lych ta sm o grubo sci 2,5-5 mm, walcowany na zimno w jednym etapie lub w wi ekszej liczbie etapów z po srednim wy zarzaniem do ko ncowej grubo sci w zakresie 1-0,15 mm, po czym ta sm e poddaje si e wy zarzaniu w sposób ci ag ly w celu przeprowa- dzenia pierwotnej rekrystalizacji, a nast epnie poddaje si e wy zarzaniu w celu przeprowadzenia zorien- towanej wtórnej rekrystalizacji, znamienny tym, ze po zestaleniu ta smy i przed jej zwijaniem, wywo lu- je si e w osnowie metalu przemian e ferrytu w austenit do osi agni ecia jego udzia lu obj eto sciowego w zakresie 25-60%, poprzez takie nastawienie sk ladu stopu, ze osi agni ety udzia l austenitu odpowiada stabilnej równowadze dwóch faz, oraz przeprowadza si e, w jednej linii z urz adzeniem do odlewania, walcowanie na gor aco ta smy pomi edzy dwoma ch lodzonymi walcami do osi agni ecia deformacji ta smy ponad 20% w zakresie temperatur 1000-1300°C. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej o doskonałej charakterystyce magnetycznej, przeznaczonych do wytwarzania rdzeni transformatorowych. W szczególności wynalazek dotyczy sposobu, w którym stop Fe-Si jest w sposób ciągły odlewany bezpośrednio jako taśma oraz, przed zwijaniem, samą taśmę w sposób ciągły deformuje się przez walcowanie w celu zainicjowania tworzenia się w osnowie metalowej danej frakcji austenitu, w sposób kontrolowany pod względem ilości i rozkładu, dzięki czemu otrzymuje się taśmę o mikrostrukturze trwale i równomiernie rekrystalizowanej przed walcowaniem na zimno.

Teksturowane taśmy ze stali elektrotechnicznej (Fe-Si) zazwyczaj wytwarza się w przemyśle jako taśmy o grubości w zakresie 0,18 - 0,50 mm, charakteryzujące się właściwościami magnetycznymi zmieniającymi się w zależności od konkretnej klasy produktu. Klasyfikacja ta dotyczy zasadniczo określonych strat mocy w taśmie poddanej pracy elektromagnetycznej w określonych warunkach (np. P^{50 Hz} przy 1,7 T, w W/kg), ocenianych wzdłuż ustalonego kierunku odniesienia (kierunku walcowania). Taśmy takie są stosowane głównie do wytwarzania rdzeni transformatorów. Dobre właściwości magnetyczne (silnie anizotropowe) osiąga się poprzez regulację ostatecznej krystalicznej struktury taśmy, tak aby osiągnąć w całości lub prawie w całości ziarna zorientowane w kierunku najłatwiejszej magnetyzacji (oś <001>), zgodne w najbardziej idealnym stopniu z kierunkiem walcowania. W praktyce, otrzymuje się produkty końcowe zawierające ziarna o średniej średnicy w zakresie 1-20 mm, z orientacją centrowaną wokół orientacji Gossa ({110}<001>). Im mniejsze jest kątowe rozproszenie wokół orientacji Gossa, tym lepsza jest przenikalność magnetyczna produktu i w związku z tym mniejsze straty magnetyczne. Produkty końcowe o niskich stratach magnetycznych (straty w żelazie) i o wysokiej przenikalności wykazują ważne zalety w odniesieniu do konstrukcji, wymiarów i sprawności transformatorów.

Przemysłową produkcję powyższych materiałów po raz pierwszy opisała amerykańska firma ARMCO na początku lat trzydziestych ubiegłego wieku (opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 1956559). Od tej pory wprowadzono wiele usprawnień w technologii produkcji teksturowanych taśm elektrotechnicznych, w odniesieniu zarówno do magnetycznych, jak i fizycznych właściwości produktów oraz kosztów transformacji i racjonalizacji cykli. We wszystkich istniejących technologiach wykorzystuje się tę samą strategię metalurgiczną otrzymywania bardzo silnej struktury Gossa w produktach końcowych, czyli proces zorientowanej wtórnej rekrystalizacji, kierowany przez równomiernie rozmieszczone drugie fazy i/lub pierwiastki segregujące. Niemetaliczne drugie fazy i pierwiastki segregujące odgrywają decydującą rolę w regulacji (spowolnieniu) ruchu granic ziaren podczas końcowego wyżarzania, które uaktywnia selektywny proces wtórnej rekrystalizacji.

W oryginalnej technologii ARMCO z wykorzystaniem MnS jako inhibitora ruchu granic ziaren oraz w technologii rozwiniętej następnie przez NSC, w której inhibitorami są głównie azotki glinu (AlN + MnS) (EP 8385, EP 17830, EP 202339), bardzo ważnym etapem wiązania, wspólnym dla obydwu procesów produkcyjnych, jest ogrzewanie odlewanych w sposób ciągły kęsisk płaskich (dawniej wlewków), bezpośrednio przed walcowaniem na gorąco, w bardzo wysokiej temperaturze (około 1400°C), przez okres czasu wystarczający do zagwarantowania całkowitego rozpuszczenia się sulfidów i/lub azotków zgrubnie wytrąconych podczas chłodzenia kęsisk płaskich po odlewaniu oraz ponownego ich wytrącenia w postaci bardzo drobnej i równomiernie rozmieszczonej w metalicznej osnowie taśm walcowanych na gorąco. Zgodnie z tą znaną techniką, takie drobne ponowne wytrącanie można rozpocząć i doprowadzić do końca wraz z regulacją wielkości wytrąconych cząstek w każdym przypadku podczas procesu, jednakże przed walcowaniem na zimno. Ogrzewanie kęsiska płaskiego do takiej temperatury wymaga stosowania specjalnych pieców (pieców przepychowych, pieców z trzonem kroczącym z ciekłym żużlem, pieców indukcyjnych) z uwagi na ciągliwość w wysokiej temperaturze stopów Fe-3% Si i tworzenie się ciekłych żużli.

Nowe technologie odlewania ciekłej stali mają za cel uproszczenia procesów produkcyjnych, aby stały się one bardziej zwarte i elastyczne, oraz w celu obniżki kosztów. Jedną z takich technologii stanowi odlewanie „cienkich kęsisk płaskich”, obejmujące ciągłe odlewanie kęsisk płaskich o typowej grubości zwykłych wstępnie rozwalcowanych kęsisk płaskich, które można bezpośrednio walcować na gorąco, w sekwencji ciągłego odlewania kęsisk płaskich, obróbki w ciągłych piecach tunelowych w celu podwyższenia/utrzymania temperatury kęsisk płaskich i walcowania wykończeniowego do taśmy w kręgach. Problemy występujące przy stosowaniu takiej techniki w przypadku teksturowanych produktów obejmują głównie trudności w utrzymaniu i regulacji wysokiej temperatury niezbędnej do

PL 198 248 B1 utrzymania w roztworze pierwiastków tworzących drugie fazy, które mają wytrącić się w postaci drobnych cząstek na początku etapu wykończeniowego walcowania na gorąco, jeśli wymagane najlepsze mikrostrukturalne i magnetyczne charakterystyki mają być osiągnięte w produktach końcowych. Takie problemy rozwiązywano różnymi sposobami, np. przez zastosowanie odlanych kęsisk płaskich o małej grubości w połączeniu z określonymi przedziałami stężeń pierwiastków mikrostopowych w celu trwałego kontrolowania wytrącania drugiej fazy (inhibitorów wzrostu ziarna) podczas walcowania na gorąco, lub przez zdecydowaną modyfikację strategii tworzenia się inhibitorów w osnowie metalowej.

Technika odlewania, potencjalnie oferująca najwyższy poziom racjonalizacji procesów i zwiększoną elastyczność produkcji, oparta jest na bezpośredniej produkcji taśm z ciekłej stali (odlewaniu taśm), z całkowitym wyeliminowaniem etapu walcowania na gorąco. Takie wyjątkowe rozwiązanie zrealizowano i opatentowano wiele lat temu, i dawno ustalono i opatentowano warunki procesu wytwarzania taśm ze stali elektrotechnicznej, zwłaszcza teksturowanych. Jednakże, dotychczas w świecie nie wytwarza się powyższym sposobem w skali przemysłowej teksturowanej stali elektrotechnicznej, choć wiedza dotycząca urządzeń odlewniczych umożliwia ich zastosowanie przemysłowe, o czym świadczą istniejące instalacje do produkcji wyłącznie stali węglowych i stali nierdzewnych.

Uważa się, że aby możliwa była produkcja przemysłowa teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej na drodze bezpośredniego zestalania taśmy (odlewania taśm), niezbędne jest aby mikrostruktura taśmy przed walcowaniem na zimno znacząco różniła się od mikrostruktury osiąganej podczas etapu odlewania. Wysoka szybkość zestalania odlanej taśmy utrudnia osiąganie jednorodnej i powtarzalnej struktury ziarna w taśmie i pomiędzy różnymi odlewami, z uwagi na wysoką wrażliwość struktury przy zestalaniu na wahania warunków odlewania i skład stopu. Na mikrostrukturę produktów pośrednich od momentu odlewania taśmy o wiele bardziej wpływa struktura podczas zestalania w porównaniu ze strukturą osiąganą podczas odlewania zwykłych kęsisk płaskich, z uwagi na brak deformacji w taśmie podczas typowego walcowania na gorąco.

Celem wynalazku jest rozwiązanie problemów związanych z jakością taśm ze stali elektrotechnicznej otrzymywanych drogą odlewania taśm. W związku z tym przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania taśm ze stali elektrotechnicznej, w którym, w wyniku rozwalcowania taśmy w linii produkcyjnej pomiędzy stanowiskami odlewania i zwijania, wywołuje się znaczący poziom rekrystalizacji drogą przemian fazowych, co normalizuje strukturę krystaliczną przed walcowaniem na zimno, tak że ewentualne wahania w warunkach procesu zasadniczo nie wywierają wpływu na jakość końcowego produktu.

Innym celem wynalazku jest umożliwienie wytwarzania w skali przemysłowej teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej o doskonałej charakterystyce magnetycznej i o ustalonej jakości, sposobem, który jest stabilny i uproszczony w porównaniu ze zwykłymi sposobami, stosowanymi dotychczas.

Kolejne cele wynalazku staną się oczywiste po zapoznaniu się z poniższym opisem.

Według wynalazku sposób wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej, w którym stop zawierający krzem jest bezpośrednio odlewany w postaci ciągłych taśm o grubości 2,5-5 mm, walcowany na zimno w jednym etapie lub w większej liczbie etapów z pośrednim wyżarzaniem do końcowej grubości w zakresie 1-0,15 mm, po czym taśmę poddaje się wyżarzaniu w sposób ciągły w celu przeprowadzenia pierwotnej rekrystalizacji, a następnie poddaje się wyżarzaniu w celu przeprowadzenia zorientowanej wtórnej rekrystalizacji, charakteryzuje się tym, że po zestaleniu taśmy i przed jej zwijaniem, wywołuje się w osnowie metalu przemianę ferrytu w austenit do osiągnięcia jego udziału objętościowego w zakresie 25-60%, poprzez takie nastawienie składu stopu, że osiągnięty udział austenitu odpowiada stabilnej równowadze dwóch faz, oraz przeprowadza się, w jednej linii z urządzeniem do odlewania, walcowanie na gorąco taśmy pomiędzy dwoma chłodzonymi walcami do osiągnięcia deformacji taśmy ponad 20% w zakresie temperatur 1000-1300°C.

Korzystnie pomiędzy fazą walcowania i zwijania taśmę utrzymuje się w temperaturze w zakresie 1100-1200°C przez co najmniej 5 s.

Korzystnie grubość taśmy po zestaleniu wynosi 1,5-4,0 mm, a po walcowaniu ciągłym taśmę poddaje się hartowaniu w celu osiągnięcia udziału objętościowego martenzytu w zakresie 5-15%.

Korzystnie przed walcowaniem na zimno taśmę poddaje się wyżarzaniu w maksymalnej temperaturze 1200°C.

Korzystnie po wyżarzaniu taśmę poddaje się ciągłemu hartowaniu od temperatury w zakresie 750-950°C do 400°C w czasie poniżej 12 s.

PL 198 248 B1

Korzystnie odlewany stop zawiera 2,5-5,0% wag. Si, 200-1000 ppm C, 0,05-0,5% wag. Mn, 0,07-0,5% wag. Cu, poniżej 2% wag. Cr+Ni+Mo, poniżej 30 ppm O, poniżej 500 ppm S+Se, 50-400 ppm Al i poniżej 100 ppm N.

Korzystnie do stopu dodaje się co najmniej jeden pierwiastek wybrany z grupy obejmującej Zr, Ti, Ce, B, Ta, Nb, V, Co.

Korzystnie do stopu dodaje się co najmniej jeden pierwiastek wybrany spośród Sn, Sb, P i Bi.

Pierwszy istotny aspekt wynalazku związany jest z tym, że zawierający krzem stop w stanie stopionym bezpośrednio zestala się w postaci taśmy, w technologii odlewania znanej jako odlewanie taśmy (odlewanie pomiędzy dwoma chłodzonymi i przeciwbieżnymi walcami), dzięki czemu unika się, w porównaniu z obecnie stosowanymi technologiami, odlewania stopu w postaci kęsisk płaskich lub wlewków, poddawania tych kęsisk płaskich obróbce termicznej w specjalnych wysokotemperaturowych piecach przez długi okres czasu (w celu osiągnięcia wymaganej jednorodności termicznej), i przeróbki tych kęsisk płaskich na taśmy drogą walcowania na gorąco z całkowitym rozwalcowaniem wahającym się od 96 do 99%, w zależności od technologii odlewania kęsisk płaskich.

Drugi istotny aspekt wynalazku związany jest z tym, że skład chemiczny stopu zawierającego krzem dobiera się w szczególności tak, aby kontrolować termodynamiczną stabilność fazy austenitu w osnowie (o sieci regularnej ściennie centrowanej) w równowadze z fazą ferrytu (o sieci krystalicznej przestrzennie centrowanej). W szczególności, w celu otrzymania doskonałej końcowej charakterystyki magnetycznej dogodnie nastawia się skład chemiczny stopu tak, aby udział austenitu w zakresie 25-60% był trwały w zakresie temperatury 1100-1200°C. W związku z tym, w celu skompensowania silnej tendencji krzemu do stabilizowania fazy ferrytu, stosuje się szereg pierwiastków faworyzujących tworzenie się austenitu. Wśród tych pierwiastków szczególnie ważny jest węgiel z uwagi na właściwe mu działanie austenityzujące, a także na jego szczególną ruchliwość w osnowie, co umożliwia łatwe jego usunięcie w procesach odwęglania w fazie stałej, które w tej dziedzinie zazwyczaj przeprowadza się na drodze ekstrakcji z powierzchni taśmy przez wyżarzanie w atmosferze o kontrolowanym potencjale utleniającym. Węgiel jest dogodnie obecny w kompozycji stali w ilości umożliwiającej kontrolowanie żądanego udziału austenitu, dzięki czemu w ten sposób można ponownie podwyższyć stabilność ferrytu w prostym procesie odwęglania i uniknąć w związku z tym, podczas końcowego wyżarzania z wtórną rekrystalizacją ważnego, zjawiska przemiany faz, które mogłoby niekorzystnie wpłynąć na żądaną końcową teksturę. Jednakże, jak wiadomo, w materiałach takich niezbędne jest obniżenie zawartości węgla w produktach końcowych do poziomu poniżej 50 ppm, w celu wyeliminowania niepożądanego wpływu na straty w żelazie na skutek tworzenia się węglików. Im wyższa jest zawartość węgla w stopie, tym dłuższy jest czas niezbędny do przeprowadzenia odwęglania. W związku z tym, ze względu na zdolność produkcyjną, dogodnie jest utrzymywanie zawartości węgla nie przekraczającej 0,1% wag. Osiągane udziały austenitu w przypadku stopów o różnym składzie oceniano zarówno doświadczalnie, jak i na podstawie empirycznych zależności dostępnych w literaturze.

Trzeci aspekt wynalazku związany jest z tym, że przemianę ferrytu do austenitu w osnowie metalowej odlanej taśmy wywołuje się w przedziale temperatur ze środkiem w około 1150°C, zazwyczaj w 1000-1300°C, drogą gwałtownej deformacji wynoszącej powyżej 20%, drogą walcowania pomiędzy walcami chłodzącymi w linii z ciągłym odlewaniem i przed zwijaniem. Taka gwałtowna i zlokalizowana deformacja dostarcza materiałowi energii niezbędnej do utworzenia zarodków krystalizacji i powstania fazy austenitu w osnowie, która to faza nie mogłaby powstać ze względów kinetycznych, choć jest ona termodynamicznie bardzo trwała. W rzeczywistości, w celu osiągnięcia warunków równowagi pomiędzy dwoma fazami we wspomnianej temperaturze niezbędne są bardzo długie okresy czasu, podczas gdy czasy obróbki i chłodzenia są z natury bardzo krótkie, zwłaszcza w przypadku bezpośredniego odlewania w postaci taśm (odlewania taśm).

Według wynalazku, przemianę fazową ferrytu do austenitu dopasowuje się ilościowo przez dobór składu chemicznego i w sposób zapewniający powtarzalność, jak to jest niezbędne w procesie przemysłowym. Dzięki wywołaniu przemiany fazowej w określonym przedziale temperatury według wynalazku, rozkład ziarna w otrzymanej taśmie, w odniesieniu do wymiarów i tekstury, jest wyjątkowo jednorodny i powtarzalny w całym geometrycznym profilu taśmy. Rozwiązuje to w szczególności problem wady w postaci niejednorodności mikrostrukturalnej, typowo występującej w produkcji teksturowanych taśm stalowych, gdyż w wybranym procesie końcowa tekstura jest wrażliwa nawet na małe lokalne różnice w strukturze i orientacji ziaren, przy czym wrażliwość ta nasila się w przypadku produktów w postaci taśm odlewanych. W rzeczywistości, w znanych sposobach struktura taśmy przed walcowaniem na zimno jest wynikiem silnej deformacji na gorąco odlewanych kęsisk płaskich, co

PL 198 248 B1 przyczynia się do rozbicia, rekrystalizacji i ujednorodnienia struktury podczas zestalania, natomiast w przypadku taśm otrzymywanych przez bezpośrednie zestalanie strukturą bezpośrednio zależy od zestalania, i z uwagi na wysoką szybkość zestalania oraz bardzo dynamiczny charakter procesu nawet niewielkie wahania w warunkach odlewania (dotyczące grubości taśmy, szybkości odlewania, przenoszenia ciepła do walców odlewniczych itp.) mogą wywoływać miejscowe zmiany, okresowe lub bezładne, w strukturze podczas zestalania, a z tego powodu również zmiany końcowej mikrostruktury taśmy w jej profilu geometrycznym.

Sposób według wynalazku eliminuje wady związane z bezpośrednim odlewaniem taśmy stalowej, z uwagi na brak wysokich poziomów deformacji na gorąco rozdrabniających mikrostrukturę i powodujących jej jednorodność. Takie wysokie poziomy deformacji są typowe dla technologii opartych na zwykłym odlewaniu i w sposobie według wynalazku są skutecznie zastępowane przez wywołanie kontrolowanej, w odniesieniu do ilości i rozkładu, przemiany fazowej ferrytu do austenitu, dzięki czemu staje się możliwe rozdrobnienie i ujednorodnienie mikrostruktury.

Wysokie szybkości zestalania, właściwe dla odlewania taśm, stanowią również ważną cechę metalurgiczną pozwalającą wykorzystać w najlepszy sposób proces według wynalazku. W rzeczywistości, w tradycyjnych technologiach, w których wychodzi się z kęsisk płaskich lub wlewków, przemiana ferryt/austenit, jeśli w ogóle zachodzi, zlokalizowana jest w strefach z chemiczną segregacją, w których skupiają się pierwiastki austenizujące, zwłaszcza w rdzeniach półproduktów. W związku z tym w takich strefach może zajść przemiana austenityczna, z uwagi na lokalne stężenie pierwiastków austenizujących, nawet jeśli nie pozwala na to średni skład chemiczny stali. Natomiast przy odlewaniu taśm szybkości zestalania silnie ograniczają zjawiska segregacji, dzięki czemu osiąga się w osnowie równomierny rozkład pierwiastków austenizujących. W takich warunkach, w wyniku walcowania na gorąco w podanym zakresie temperatury osiąga się w trwały i powtarzalny sposób udział objętościowy austenitu, określony przez dobór składu stali w całym geometrycznym profilu taśmy.

Kolejną cechę wynalazku, w odniesieniu do zdefiniowanego procesu z udziałem kontrolowanego udziału objętościowego austenitu, wywołanego w taśmie w sposób opisany powyżej, jest osiąganie kontrolowanego rozkładu twardych faz (węglików, cementytu, perlitu, bainitu) oraz kontrolowanie powstawania pewnej ilości martenzytu (sieć przestrzenna tetragonalna) w osnowie metalowej, przez hartowanie taśmy pomiędzy etapami walcowania ciągłego na gorąco i zwijania. Obecność równomiernie rozmieszczonych twardych faz (faz hartowania) umożliwia w walcowaniu na zimno kontrolowanie odpowiedniej tekstury deformacji, wyraźnie ze względu na różne modele deformacji i wyższe poziomy utwardzenia osiągane w wyniku walcowania na zimno, gdy twarde fazy są obecne, w porównaniu do przypadku gdy struktura hartowana nie jest obecna. Umożliwia to zmniejszenie grubości taśmy walcowanej na zimno (w przypadku takiej samej końcowej grubości) i w konsekwencji zmniejszenie grubości odlanej taśmy, z czym wiążą się zalety w odniesieniu do wydajności odlewania. W rzeczywistości, im cieńsza jest odlewana taśma tym wyższa jest wydajność odlewania, gdyż taśma staje się dłuższa wprost proporcjonalnie do zmniejszania grubości a prędkość odlewania rośnie w sposób proporcjonalny do pierwiastka ze zmniejszania grubości. Kolejny przedmiot wynalazku stanowi sposób, w którym taśmę, po ciągłej deformacjji utrzymuje się w temperaturze około 1150°C, zazwyczaj w 1100-1200^oC, przez co najmniej 5 s, dzięki zastosowaniu urządzenia do ciągłego ogrzewania pomiędzy walcarką o działaniu ciągłym i zwijarką. Może to zapewnić np. komora grzewcza wyposażona w palniki lub z ogrzewaniem elektrycznym, albo z promiennikami podczerwieni lub z indukcyjnym urządzeniem grzewczym. Może to być jednak dowolny aktywny lub pasywny układ umożliwiający osiągnięcie wymaganej temperatury taśmy w podanym przedziale i przez co najmniej 5 s. W takim przypadku, ewentualny etap hartowania będzie realizowany po opuszczeniu przez taśmę tej komory.

W innej postaci wynalazek dostarcza sposób, w którym taśmę poddaje się wyżarzaniu przed walcowaniem na zimno w temperaturze nie przekraczającej 1200°C, korzystnie nie przekraczającej 1170°C. Takie wyżarzanie może być korzystne dla procesu wytwarzania teksturowanej taśmy ze stali elektrotechnicznej z wielu względów, zwłaszcza w odniesieniu do kontrolowania charakterystyki magnetycznej końcowych produktów. Do pewnych przydatnych zjawisk w procesie należy np. wytrącanie niemetalicznych drugich faz, niezbędne w produktach według wynalazku dla kontrolowania zorientowanej wtórnej rekrystalizacji, lub możliwość prowadzenia kontrolowanego powierzchniowego odwęglania taśmy przed walcowaniem na zimno, co może mieć dodatni wpływ na teksturę taśmy walcowanej na zimno. Ponadto, takie wyżarzanie może stwarzać możliwość przesunięcia do tego etapu procesu tworzenia się faz hartowanych, zamiast ich tworzenia się przed zwijaniem taśmy po procesie odlewania. W tym przypadku, pod koniec pieca do wyżarzania musi znajdować się odpowiednie urządzenie

PL 198 248 B1 chłodzące, zdolne do zapewnienia niezbędnej szybkości chłodzenia. Przykładowo, chłodzenie taśmy zgodnie z wynalazkiem można dogodnie osiągnąć przez zastosowanie grupy lanc wyposażonych w dysze do natryskiwania na powierzchnię taśmy mieszaniny wody i pary wodnej pod regulowanym ciśnieniem.

Zazwyczaj po walcowaniu ciągłym taśmę hartuje się w celu otrzymania udziału objętościowego martenzytu w zakresie 5-15%. Urządzenie do hartowania działa w ten sposób, że ochłodzenie taśmy z wyjściowej temperatury w zakresie 750-950°C do 400°C następuje w czasie krótszym niż 12 s.

Ostatnim przedmiotem wynalazku jest sposób, w którym skład chemiczny wymaga obecności pierwiastków wybranych z dwóch różnych klas: (i) pierwiastków przydatnych w kontrolowaniu równowagi pomiędzy austenitem i ferrytem w osnowie metalowej oraz (ii) pierwiastków przydatnych w kontrolowaniu rozkładu drugich faz, takich jak sulfidy, selenidy, azotki, węgloazotki itp., niezbędnych do kontroli wzrostu ziarna i orientacji ziarna podczas etapów pierwotnej i wtórnej rekrystalizacji.

Zazwyczaj kompozycja odlewanej stali zawiera 2,5-5% wag. Si, 200-1000 ppm C, 0,05-0,5% wag. Mn, 0,07-0,5% wag. Cu, poniżej 2% wag. Cr+Ni+Mo, poniżej 30 ppm O, poniżej 500 ppm S+Se, 50-400 ppm Al, poniżej 100 ppm N. Do tej kompozycji trzeba dodać co najmniej jeden pierwiastek wybrany z grupy obejmującej Zr, Ti, Ce, B, Ta, Nb, V i Co, i co najmniej jeden pierwiastek wybrany z grupy obejmującej Sn, Sb, P, Bi.

Istnieje wiele pierwiastków przydatnych w kontrolowaniu równowagi pomiędzy fazami austenitu i ferrytu, w tym względzie nie ma żadnych specjalnych ograniczeń z wyjątkiem kosztów i dostępności. Jednakże, zwłaszcza w stalowniach z piecami elektrycznymi, w których stosuje się złom stalowy jako surowiec, dogodne może być zbilansowanie zawartości krzemu a także chromu, niklu, molibdenu, niobu, miedzi, manganu i cyny.

Istnieje również wiele pierwiastków przydatnych w kontrolowaniu rozkładu cząstek drugich faz w celu hamowania wzrostu ziaren. Dogodnie wybiera się pierwiastki spośród tych, które są zdolne do tworzenia sulfidów, selenidów, węgloazotków, azotków, w celu otrzymania mieszaniny drugich faz o odmiennym składzie, w których współistnieją związki termicznie stabilne, w aspekcie rozpuszczalności, w różnych temperaturach. W konsekwencji takiego wyboru, siła oporu ruchu granic ziaren z uwagi na obecność cząstek drugich faz stopniowo zmniejsza się w miarę wzrostu temperatury, gdyż podczas obróbek cieplnych bardziej rozpuszczalne cząstki będą rozpuszczać się i/lub rosnąć szybciej niż cząstki mniej rozpuszczalne. Umożliwia to lepszą kontrolę wzrostu ziarna w porównaniu ze stosowaniem inhibitorów o pojedynczym składzie, charakteryzujących się węższym przedziałem temperatur rozpuszczania.

Poniższe przykłady podano wyłącznie w celach ilustracyjnych, tak że nie ograniczają one zakresu wynalazku.

P r z y k ł a d 1

Szereg stali o składzie podanym w tabeli 1 odlano w urządzeniu do odlewania taśmy z dwoma przeciwbieżnymi walcami, w postaci taśmy o grubości 3,5 mm. Taśmy poddano następnie ciągłemu walcowaniu na gorąco w temperaturze 1150°C do grubości 2,0 mm. Podczas operacji odlewania każdej kompozycji stali i w około połowie odlewania grubość odlewanej taśmy zmniejszono do 2,0 mm i walcowanie ciągłe przerwano. Walcowane na gorąco taśmy poddano następnie wyżarzaniu w 1100°C i jednostopniowemu walcowaniu na zimno do 0,30 mm.

T a b e l a 1

Stal	C (pp^m)	Si (%)	Mn (%)	S ⁽pp^m)	Cr ⁽pp^m)	Ni ⁽pp^m)	Al ⁽pp^m)	Cu ⁽pp^m)
A	500	3,1	0,2	75	300	100	250	0,1
B	300	3,1	0,1	68	350	120	270	0,15
C	350	3,2	0,4	70	320	110	230	0,3
D	400	3,1	0,3	80	290	150	280	0,25
E	500	3,1	0,4	50	400	100	280	0,2

Walcowane na zimno taśmy poddano następnie odwęglaniu, powleczono separatorem wyżarzania na bazie MgO, poddano wyżarzaniu komorowemu z szybkością ogrzewania 15°C/godzinę do

PL 198 248 B1

1200°C, utrzymywano w tej temperaturze przez 20 godzin, a następnie naniesiono powłokę izolacyjną i naprężającą.

W odlanych taśmach zawartość austenitu (fazy γ) w 1150°C obliczono z pomiarów dylatometrycznych, a otrzymane wyniki przedstawiono w tabeli 2.

T a b e l a 2

Stal	γ (1150) (%)
A	27
B	11
C	15
D	19
E	25

Charakterystyki magnetyczne zmierzone dla końcowego produktu w przypadku stali o różnym składzie podano w tabeli 3.

T a b e l a 3

	Z ciągłym walcowaniem na gorąco	Bez ciągłego walcowania na gorąco
Stal	B800 (mT)	B800 (mT)
A	1950	1700
B	1720	1650
C	1730	1630
D	1900	1680
E	1945	1710

P r z y k ł a d 2

Szereg stali o różnych składach podanych w tabeli 4 odlano w urządzeniu do bezpośredniego odlewania taśmy z dwoma przeciwbieżnymi walcami, w postaci taśmy o grubości 2,1 mm.

T a b e l a 4

Stal	C ⁽pp^m)	Si (%)	Mn (%)	S ⁽pp^m)	Cr ⁽pp^m)	Ni ⁽pp^m)	I-	Cu ⁽pp^m)
A	550	3,3	0,3	80	450	200	280	0,15
B	300	3,1	0,2	68	350	120	270	0,2
C	350	3,2	0,4	70	320	130	230	0,3
D	400	3,0	0,3	80	290	180	280	0,25
E	400	3,1	0,4	75	250	200	290	0,25

Odlane taśmy poddano ciągłemu walcowaniu na gorąco w temperaturze 1170°C do grubości 1,0 mm, a następnie hartowaniu z użyciem wody i pary wodnej pod wysokim ciśnieniem do temperatury 150°C, po czym zwinięto je. Po odlaniu około połowy stali hartowanie przerwano i taśmy zwinięto w 700°C.

W tabeli 5 podano udziały martenzytu oznaczone metalograficznie na taśmie po zwinięciu.

PL 198 248 B1

T a b e l a 5

	Taśma hartowana	Taśma nie hartowana
Stal	Martenzyt (%)	Martenzyt (%)
A	19	0
B	3	0
C	5	0
D	13	0
E	15	0

Taśmy podzielono następnie na mniejsze zwoje, z których część poddano walcowaniu na zimno do 0,3 mm (w przypadku odlewu A podczas walcowania na zimno wystąpiły problemy z kruchością, tak że nie przerobiono go w produkt końcowy), odwęglono, powleczono separatorem wyżarzania na bazie MgO, a następnie poddano wyżarzaniu komorowemu z szybkością ogrzewania 20°C/godzinę do 1200°C i utrzymywano w tej temperaturze przez 20 godzin. W tabeli 6 przedstawiono charakterystyki magnetyczne (indukcję przy 800 A/m) zmierzone na produkcie końcowym.

T a b e l a 6

	Taśma hartowana	Taśma nie hartowana
Stal	B800 (mT)	B800 (mT)
A		1830
B	1790	1650
C	1890	1630
D	1920	1820
E	1950	1830

P r z y k ł a d 3

Pozostałe mniejsze zwoje z przykładu 2 bez hartowania, zwinięte w 700°C, poddano wyżarzaniu w 1150°C przez 60 s, hartowaniu za pomocą wody i pary wodnej pod wysokim ciśnieniem do 150°C, trawieniu i zwijaniu w temperaturze pokojowej. Taśmy przetworzono następnie w produkt końcowy, jak w poprzednim przykładzie. W tabeli 7 podano udziały martenzytu zmierzone na zwiniętych taśmach i odpowiednie charakterystyki magnetyczne.

T a b e l a 7

Stal	Martenzyt (%)	B800 (mT)
A	12	1950
B	2	1700
C	5	1740
D	8	1920
E	9	1920

P r z y k ł a d 4

Pięć różnych stopów o składzie (w ppm) podanym w tabeli 8 odlano bezpośrednio jako taśmy o grubości 2,2-2,4 mm, w urządzeniu do bezpośredniego odlewania taśmy z dwoma przeciwbieżnymi walcami.

PL 198 248 B1

T a b e l a 8

	Si	C	Mn	Cu	Sn	Cr	Mo	Nb	Ni	P	Al	Ce	N	S
A	3,2	0,07	0,40	0,25	0,1	0,03	0,1	0,03	0,02	-	0,030	0,01	0,01	0,010
B	3,3	0,06	0,06	0,07		0,09	0,03	-	0,03	-	0,004	-	0,007	0,025
C	3,0	0,03	0,95	0,40	0,06	0,30	0,02	0,02	0,20	0,02	0,015	-	0,007	0,015
D	3,1	0,05	0,15	0,25	-	0,02	0,03	-	0,02	-	0,028	-	0,008	0,007
E	3,4	0,07	0,40	0,35	-	0,03	0,05	0,01	0,03	0,01	0,030	-	0,008	0,006

Odlane stale poddano ciągłemu walcowaniu na gorąco w 1150°C do grubości 1,2 mm. Z otrzymanych zwiniętych taśm wykonano mniejsze zwoje. W każdym przypadku taśmę poddano następnie dwustopniowemu wyżarzaniu z szybkim ogrzewaniem do 1170°C, chłodzeniem w 1100°C i hartowaniem do temperatury pokojowej za pomocą strumieni wody i pary wodnej (taśmy A1, B1, C1, D1, E1). Drugą grupę taśm, podobną do poprzedniej, poddano wyżarzaniu w podobnym cyklu termicznym, jednak bez etapu hartowania (taśmy A2, B2, C2, D2, E2). Wszystkie taśmy poddano następnie jednostopniowemu walcowaniu na zimno do końcowej grubości 0,29 mm. Taśmy poddano następnie obróbce w ciągłej linii pilotowej, obejmującej pierwotną rekrystalizację, azotowanie i wtórną rekrystalizację. Każdą taśmę poddano wówczas następującej obróbce: (i) w pierwszej strefie obróbki (pierwotnej rekrystalizacji) zastosowano temperaturę 830, 850 i 870°C, w wilgotnej atmosferze azotu/wodoru przy stosunku pH2O/pH2-0,60 przez 180 s (w tym 50 s ogrzewania w temperaturze obróbki), (ii) w drugiej strefie obróbki przeprowadzono azotowanie w 890°C, w wilgotnej atmosferze azotu/wodoru przy stosunku pH2O/pH2-0,09, z dodatkiem 30% obj. amoniaku, przez 50 s, (iii) w trzeciej strefie w 1100°C, w wilgotnej atmosferze azotu/wodoru przy stosunku pH-O/pH-0,01 przez 50 s.

Po powleczeniu separatorem wyżarzania na bazie MgO taśmy poddane obróbce w linii pilotowej poddano wyżarzaniu komorowemu z szybkością ogrzewania około 60°C/godzinę do 1200°C w atmosferze 50% azot/wodór, utrzymywano w tej temperaturze przez 3 godziny w atmosferze czystego wodoru i ochłodzono do 800°C w atmosferze wodoru, a następnie do temperatury pokojowej w atmosferze azotu.

Charakterystyki magnetyczne zmierzone na próbkach każdej z tych taśm, oznaczane jako średnia wartość indukcji B800 w mT, podano w tabeli 9.

T a b e l a 9

T odwęglania (°C)	A1	B1	C1	D1	E1	A2	B2	C2	D2	E2
830	1890	1800	1920	1930	1910	1690	1520	1730	1640	1580
850	1930	1750	1940	1910	1920	1730	1540	1780	1540	1630
870	1940	1590	1890	1900	1890	1780	1530	1690	1520	1540

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Sposób wytwarzaniateksturowanychtaśm ze stall elektrotechnicznejj w którym stop zawierający krzem jest bezpośrednio odlewany w postaci ciągłych taśm o grubości 2,5-5 mm, walcowany na zimno w jednym etapie lub w większej liczbie etapów z pośrednim wyżarzaniem do końcowej grubości w zakresie 1-0,15 mm, po czym taśmę poddaje się wyżarzaniu w sposób ciągły w celu przeprowadzenia pierwotnej rekrystalizacji, a następnie poddaje się wyżarzaniu w celu przeprowadzenia zorientowanej wtórnej rekrystalizacji, znamienny tym, że po zestaleniu taśmy i przed jej zwijaniem, wywołuje się w osnowie metalu przemianę ferrytu w austenit do osiągnięcia jego udziału objętościowego w zakresie 25-60%, poprzez takie nastawienie składu stopu, że osiągnięty udział austenitu odpowiada stabilnej równowadze dwóch faz, oraz przeprowadza się, w jednej linii z urządzeniem do odlewania, walcowanie na gorąco taśmy pomiędzy dwoma chłodzonymi walcami do osiągnięcia deformacji taśmy ponad 20% w zakresie temperatur 1000-1300°C.

PL 198 248 B1

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy fazą walcowania i zwijania taśmę utrzymuje óię w temperaturze w askzdóid 1100-1200^oC pzada os nsjmnidj 5 ó.

3. Sposób według zzstrz. 1 albo 2, znnmienny tym, że grzboSć taśmy po zadtalcdiu weyosi 1,5-4,0 mm, s os wsloswsniu oiągłym tićmę osZZsjd óię hsrtswsniu w odlu osiągnięcia uZaisłu sOjętsćoiswdgs msitenaytu w askrdóid 5-15%.

4. Sposób ww^c^^^ę^ zaióz. t alCo 2, alCo 3, znnmienny tym, że przad welcoweniem nn zimne tsćmd osZZsjd óię wyesrasniu w mskóymslndj temodraturad 1200°C.

5. Sposób według zalóz. 4, znnmiennn tym, że po w^^y^^r^^r^iu tć^^r^ęj po^dc^^jj^ sóę; ciąąłemu hsrtswsniu sZ temodratury w askrdóid 750-950°C Zs 400°C w oasóid osniedj 12 ó.

6. Sposób według zaióz. t albo Z, alCo 3, albo Z, alCo 5, znnmiennn tym, że oSlewene ztes aswidra 2,5-5,0% wsg. Si, 200-1000 oom C, 0,05-0,5% wsg. Mn, 0,07-0,5% wsg. Cu, osniedj 2% wsg. Cz+Ni+Ms, osniedj 30 oom O, osniedj 500 oom S+Sd, 50-400 oom Al i osniedj 100 oom N.

7. Sposóbwedługzantrz. t zśco2, albo3, zIóo) zlbo t, albo6, znnmiennn tym, że dZ stesu ZsZsjd óię os nsjmnidj jdZdn oidrwisótdk wyorany a graoy sodjmująodj Zz, Ti, Cd, B, Ts, No, V, Cs.

8. Sposóbwedług zaióz. t zśco2, zlbo Z, zIóo) zlbo t, albo6, znnmiennn tym, że dZ stosiJ ZsZsjd óię os nsjmnidj jdZdn oidrwisótdk wyorany óosćrbZ Sn, So, P i Bi.