CS254908B1

CS254908B1 - Silicon steel! for electrical isotropic sheets with a silicon content of 1.0 to 3.3% by weight

Info

Publication number: CS254908B1
Application number: CS857444A
Authority: CS
Inventors: Jan Svantner; Vincent Fric; Alexander Solyom
Original assignee: Jan Svantner; Vincent Fric; Alexander Solyom
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS744485A1

Abstract

Riešení sa týká kremíkovej ocele pre elektrotechnické izotropně plechy s obsahom kremíka od 1,0 do 3,3 % hmot., ktoré sú válcované za studená, a rieši optimálny a rovnoměrný rast feritického zrna, čím sa dosiahnu a) optimálně a rovnoměrné magnetické a mechanické vlastnosti plechu, čím sa zároveň zabezpečí maximálně využitie kovu a legujúcich přísad. Podstata riešení spočívá v tom, že množstvo hliníka sa stanoví pomerom kremíka ku hliníku, pričom tento poměr je v rozmedzí 5 až 9.The solution concerns silicon steel for electrical isotropic sheets with a silicon content of 1.0 to 3.3% by weight, which are cold rolled, and solves the optimal and uniform growth of ferritic grains, thereby achieving a) optimal and uniform magnetic and mechanical properties of the sheet, while ensuring maximum use of metal and alloying additives. The essence of the solutions lies in the fact that the amount of aluminum is determined by the ratio of silicon to aluminum, this ratio being in the range of 5 to 9.

Description

Vynález sa týká ocele pre izotropně elektrotechnické plechy válcované za studená.The invention relates to steel for cold-rolled isotropic electrotechnical sheets.

V súčasnosti sa vyrábajú ocele pre dynamoplechy o hmotnostnom zložení: 0,01 ažCurrently, steels for dynamo sheets are produced with a mass composition of: 0.01 to

3,3 °/o kremíka, 0,02 až 0,06 % uhlíka, 0,20 až 0,40 °/o mangánu, stopy až 1 % fosforu, stopy až 0,03 % síry, stopy až 0,6 % hliníka. Izotropně plechy a pásy válcované za studená nachádzajú široké použitie v elektrotechnickom priemysle. Od ich kvality sú závislé charakteristiky elektrických strojov, t. j. ich účinnost s priamym vplyvom na hospodárné využitie elektrickej energie. Preto sa zvyšovaniu kvality dynamoplechov věnuje stála pozornost. Magnetické vlastnosti dynamoplechov sa prejavujú v chodě elektrických strojov a to hlavně točivých, ako sú asynchronně elektromotory, jednosměrné motory, asynchronně meniče kmitočtu, alternátory. Tam, kde nie sú zvlášť vysoké nároky na měrné straty, používajú sa aj na jadrá malých transformátorov, tlmiviek a relé. Magnetické charakteristiky dynamoplechov priamo vplývajú na vlastnosti elektrických strojov, ktoré sú z nich vyrobené. Je samozřejmé, že na jeden typ elektrického stroja je nevyhnutné používat dynamové plechy s rovnakými vlastnosťami. Táto požiadavka zvlášť vystupuje do popredia u elekťfomoíorov pracujúcich spoločne v rámci jedného agregátu. Rozdiely v magnetických vlastnostiach dynamoplechov vyplývajú z rozdielov v ich vnútornej stavbě. Zvlášť nepriazni sa to prejavuje, keď sa nedodržia normou stanovené hodnoty magnetickej indukcie a měrných wattových strát. Zároveň s chemickým zložením ocele a textúry plechu má najvačší vplyv na magnetické vlastnosti velkost feritického zrna. Optimálna středná velkost zrna je v rozmedzí 0,177 až 0,041 mm. Prí menšom zrně vzrastajú měrné wattové straty, pri váčšom zrně znovu rastů měrné wattové straty, ale zmenšuje sa aj magnetická indukcia dynamoplechov. Z uvedených dovodov je nevyhnutné stabilizovat strukturu dynamoplechov tak, aby výsledné feritické zrno bolo v uvedenom velkostnom rozmedzí. Velkost zrna ocelí je pri zachovaní konštantných podmienok tepelného spracovania určovaná stupňom čistoty matrice. V oceliach stabilizovaných hliníkom je to dané počtom a vetkosťou precipitátov nitridu hliníka. Ak je obsah hliníka nízký, k vylučovaniu nitridu hliníka dochádza pri nižších teplotách a precipitáty sa vylúčia v jemnozrnnej formě nedostačujúcej k brzdeniu rastu zrna. Brzdiaci účinok majú hrubé precipitáty nitridu hliníka, ktoré sa vylučujú už v delta železe a to v případe, keď je hliníka v oceli dostatečné množstvo. Pre stabilizáciu štruktúry dynamových plechov s vyšším obsahom kremíka sú potřebné aj vyššie obsahy hliníka, pretože křemík ovplyvňuje procesy precipitácie nitridu hliníka. Při nedodržaní správného poměru medzi kremíkom a hliníkom precipitáty nitridu hliníka neplnia svoju inhibičnú funkciu a stav štruktúry aj magnetické vlastnosti dynamoplechov majú náhodný charakter pósobením dalších metalurgických faktorov.3.3% silicon, 0.02 to 0.06% carbon, 0.20 to 0.40% manganese, traces of up to 1% phosphorus, traces of up to 0.03% sulfur, traces of up to 0.6% aluminum. Isotropic cold-rolled sheets and strips are widely used in the electrical industry. The characteristics of electrical machines depend on their quality, i.e. their efficiency with a direct impact on the economical use of electrical energy. Therefore, constant attention is paid to improving the quality of dynamo sheets. The magnetic properties of dynamo sheets are manifested in the operation of electrical machines, mainly rotating ones, such as asynchronous electric motors, DC motors, asynchronous frequency converters, alternators. Where there are not particularly high demands on specific losses, they are also used for the cores of small transformers, chokes and relays. The magnetic characteristics of dynamo sheets directly affect the properties of electrical machines made from them. It goes without saying that for one type of electrical machine it is necessary to use dynamo sheets with the same properties. This requirement is particularly important for electromagnets working together within one aggregate. Differences in the magnetic properties of dynamo sheets result from differences in their internal structure. This is particularly unfavourable when the values of magnetic induction and specific watt losses specified in the standard are not observed. Along with the chemical composition of the steel and the texture of the sheet, the size of the ferritic grain has the greatest influence on the magnetic properties. The optimal average grain size is in the range of 0.177 to 0.041 mm. With smaller grains, specific watt losses increase, with larger grains, specific watt losses increase again, but the magnetic induction of dynamo sheets also decreases. For the above reasons, it is necessary to stabilize the structure of dynamo sheets so that the resulting ferritic grain is in the specified size range. The grain size of steels is determined by the degree of purity of the matrix, while maintaining constant heat treatment conditions. In steels stabilized with aluminum, this is determined by the number and size of aluminum nitride precipitates. If the aluminum content is low, the precipitation of aluminum nitride occurs at lower temperatures and the precipitates are precipitated in a fine-grained form insufficient to inhibit grain growth. The inhibitory effect is exerted by coarse aluminum nitride precipitates, which are precipitated already in the delta iron, when there is a sufficient amount of aluminum in the steel. To stabilize the structure of dynamo sheets with a higher silicon content, higher aluminum contents are also required, because silicon affects the precipitation processes of aluminum nitride. If the correct ratio between silicon and aluminum is not maintained, aluminum nitride precipitates do not fulfill their inhibitory function and the structural state and magnetic properties of dynamo sheets have a random character due to the influence of other metallurgical factors.

Uvedené nedostatky odstraňuje křemíková ocel' podfa vynálezu pre elektrotechnické izotropně plechy o hmotnostnom zložení: 1,0 až 3,3 % kremíka, 0,02 ažThe listed shortcomings are eliminated by the silicon steel according to the invention for electrotechnical isotropic sheets with a weight composition of: 1.0 to 3.3% silicon, 0.02 to

0,006 % uhlíka, 0,20 až 0,40 % mangánu, stopy až 0,03 % fosforu, stopy až 0,03 % síry, 0,003 až 0,015 % dusíka. Podstata vynálezu spočívá v tom, že poměr obsahov v hmotnostných percentách kremíka ku hliníku je v rozsahu 5 až 9.0.006% carbon, 0.20 to 0.40% manganese, traces up to 0.03% phosphorus, traces up to 0.03% sulfur, 0.003 to 0.015% nitrogen. The essence of the invention lies in the fact that the ratio of the contents in mass percent of silicon to aluminum is in the range of 5 to 9.

Výhodou ocele s vyznačeným pomerom kremíka ku hliníku je, že sa nitridy hliníka tvoria už pri vysokých teplotách a ich velkost v hotovom dynamoplechu je dostatočná k brzdeniu procesov rastu zrna. Středná velkost zrna hotového dynamoplechu potom nepřesahuje 0,177 mm. Nedochádza k náhlému zníženiu hodnot magnetickej indukcie ani k rastu měrných strát. Plechy s rovnoměrným ferltickým zrnom majú aj rovnoměrné magnetické a mechanické vlastnosti. Magnetické vlastnosti sú přitom optimálně čím sa zabezpečuje maximálně využitie kovu a legujúcich přísad. Technológia výroby ocele s pomerom kremíka ku hliníku podlá vynálezu sa neodlišuje od obvyklých technologií. Oce! sa vyrobí v konvertoroch alebo iných metalurgických peciach na výrobu ocelí. Ocel sa odlieva do kokil, připadne na zariadení plynulého odlievania. Bramy sa vyvalcujú za tepla na pás hrůbky 1,6 až 2,5 mm. Valcovanie za studená po moření sa realizuje až na hrůbky 0,3 až 1,0 mm. Finálně tepelné spracovanie pozostávajúce z oduhličovacieho rekryštalizačného žíhania zabezpečuje optimálnu štruktúru a textům dynamoplechov. Tepelné spracovanie však može byť zaradené aj po válcování za tepla, připadne ako medzižíhanie pri válcování na mešie hrůbky. Výrobok z dynamovej ocele s pomerom kremíka ku hliníku podlá vynálezu, dynamový plech, má štruktúru s vefkosťou zrna 0,177 až 0,041 mm, nízké měrné straty a vysoké hodnoty magnetickej indukcie. Keďže nedochádza k nadměrnému rastu zrna, netvoří sa výrazná textúra a magnetické vlastnosti v rovině plechu sú izotropně.The advantage of steel with a specified ratio of silicon to aluminum is that aluminum nitrides are formed already at high temperatures and their size in the finished dynamo sheet is sufficient to inhibit grain growth processes. The average grain size of the finished dynamo sheet then does not exceed 0.177 mm. There is no sudden decrease in magnetic induction values or increase in specific losses. Sheets with uniform ferrite grains also have uniform magnetic and mechanical properties. The magnetic properties are optimal, which ensures maximum use of the metal and alloying additives. The technology for producing steel with a ratio of silicon to aluminum according to the invention does not differ from conventional technologies. Steel is produced in converters or other metallurgical furnaces for producing steel. Steel is cast into molds, or alternatively on a continuous casting device. Slabs are hot rolled to a strip with a thickness of 1.6 to 2.5 mm. Cold rolling after pickling is carried out to thicknesses of 0.3 to 1.0 mm. The final heat treatment consisting of decarburization recrystallization annealing ensures the optimal structure and texture of the dynamo sheets. However, heat treatment can also be included after hot rolling, or as an intermediate annealing when rolling to smaller thicknesses. The dynamo steel product with a silicon to aluminum ratio according to the invention, the dynamo sheet, has a structure with a grain size of 0.177 to 0.041 mm, low specific losses and high magnetic induction values. Since there is no excessive grain growth, no pronounced texture is formed and the magnetic properties in the plane of the sheet are isotropic.

Princip optimalizácie velkosti zrna je v tom, že precipitáty nitridu hliníka vylúčené pri uvedenom pomere kremíka ku hliníku sú vylúčené v dostatočnej hruběj formě a to nad 10 nm a nedovolujú anomálny rast zrn pri sekundárnej rekryštalizácii. V prípadoch prekročenia uvedeného poberu sa precipitáty nitridu hliníka vylučujú v jemnozrnnej formě a v priebehu rekryštalizačného žíhania dochádza k anomálnemu rastu zrn, k prekročeniu rozmerovej hranice 0,177 mm strednej velkosti zrna a k změnám v doménovej stavbě zrn sposobujúcej zníženie hodnot magnetickej indukcie. Podkročenie uvedeného poměru je spojené s vyššími nákladmi na výrobu ocele.The principle of grain size optimization is that the aluminum nitride precipitates precipitated at the specified silicon to aluminum ratio are precipitated in a sufficiently coarse form, namely above 10 nm, and do not allow anomalous grain growth during secondary recrystallization. In cases where the specified intake is exceeded, the aluminum nitride precipitates precipitate in a fine-grained form and during recrystallization annealing, anomalous grain growth occurs, the dimensional limit of 0.177 mm of the average grain size is exceeded, and changes in the domain structure of the grains cause a decrease in the values of magnetic induction. Exceeding the specified ratio is associated with higher costs for steel production.

II

234308234308

Příklady uskutočnenia ocele podl'a vynálezu: v příklade sú porovnané 2 tavby dynamových ocelí vyrobených v kyslíkových konvertoroch a spracované tradičnou těch nológiou výroby. Tavby malí následovně che mické zloženie v % hmotnosti:Examples of the embodiment of steel according to the invention: in the example, 2 melts of dynamo steels produced in oxygen converters and processed by traditional production technology are compared. The melts have the following chemical composition in % by weight:

Tavba Smelting uhlík carbon mangán křemík manganese silicon hliník aluminum fosfor phosphorus síra sulfur dusík nitrogen křemík hliník silicon aluminum 1 1 0,05 0.05 0,34 1,18 0.34 1.18 0,132 0.132 0,011 0.011 0,015 0.015 0,008 0.008 8,9 8.9 2 2 0,04 0.04 0,32 1,36 0.32 1.36 0,170 0.170 0,008 0.008 0,016 0.016 0,005 0.005 8,0 8.0 Ocel' Steel bola za tepla it was hot vyvalcovaná na hrúb- v thickly rolled- kontinuálnej dynamolinke. continuous dynamoline. Magnetické Magnetic ku 1,8 to 1.8 mm. Po moření bola válcovaná mm. After pickling, it was rolled za vlastnosti a for the properties and vefkosť greatness zrna boli the grains were následovně: as follows: studená cold na hrůbku to the grave 0,5 mm a spracované 0.5 mm and processed Tavba Smelting Měrné straty Measurement losses Mangetická indukcia Magnetic induction Středná velkost Medium size zrna grains Pi,5(W.kg~¹) Pi,5(W.kg~ ¹ ) B2500(T) B2500(T) B5000(T) B5000(T) (mm) (mm) <4 X <4 X 4,64 4.64 1,63 1.63 1,72 1.72 0,12 0.12 2 2 4,60 4.60 1,63 1.63 1,72 1.72 0,10 0.10

Použitie ocele je možné u všetkých výrobcov izotropných elektrotechnických plechov válcovaných za studená, vyrábajúcich dynamoplechy s obsahom kremíka v rozmedzí 1,0 až 3,3 % hmotnosti.The use of steel is possible for all manufacturers of cold-rolled isotropic electrical sheets, producing dynamo sheets with a silicon content in the range of 1.0 to 3.3% by weight.

Claims

Silicon steel for electrical isotropic sheets with a silicon content between 1,0 and

3.3% by weight further consisting of 0.02 to 0.06% by weight of carbon, 0.20 to 0.40% by weight of manganese, 0.03% by weight of phosphorus at most, 0.03% by weight of sulfur, 0.003 to 0, 15% by weight of nitrogen, characterized in that the amount of aluminum is determined by a silicon to aluminum ratio of 5 to 9.