CZ292917B6

CZ292917B6 - Způsob výroby pásu z křemíkové oceli

Info

Publication number: CZ292917B6
Application number: CZ1999778A
Authority: CZ
Inventors: Stefano Fortunati; Stefano Cicalé; Giuseppe Abbruzzese
Original assignee: Acciai Speciali Terni S. P. A.
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2004-01-14
Also published as: PL331897A1; SK27999A3; AU4116097A; KR100524442B1; CZ77899A3; IT1285153B1; DE69703248D1; PL182835B1; EP0925376A1; DE69703248T2; GR3035164T3; ES2153213T3; WO1998010104A1; BR9712010A; JP2000517380A; US6273964B1; EP0925376B1; ITRM960606A1; IN192926B; ATE196781T1

Abstract

Řešení se týká způsobu výroby pásu z křemíkové oceli, vhodného zejména pro výrobu jader transformátorů. Zpracovávaná ocel má počáteční obsah uhlíku nižší než 0,03 % hmotn. a vyšší než obvyklý počáteční obsah hliníku, rozpustného v kyselině. V průběhu zpracování se vyžíhaný pás podrobí nitridaci použitím vymezeného množství dusíku. Tímto způsobem je možno získat výrobky se stálou kvalitou.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby pásu z křemíkové oceli s orientovanými zrny, při němž se křemíková ocel kontinuálně odlévá, žíhá při vysoké teplotě, válcuje za horka, válcuje za studená v jediném stupni nebo v řadě stupňů s žíháním mezi jednotlivými stupni, pás, získaný válcováním za studená se žíhá k dosažení primárního žíhání a oduhličení, opatří povlakem separátoru pro žíhání a žíhá se v pouzdru k dosažení konečné sekundární rekrystalizace.

Dosavadní stav techniky

Křemíková ocel s orientovanými zrny se dělí na dvě hlavní skupiny, které se od sebe liší t hodnotami indukce, měřenými pod vlivem magnetického pole 800 As/m, tato hodnota se označuje jako B800. Běžné produkty s orientovanými zrny mají hodnotu B800 nižší než 1890 mT, zatímco vysoce permeabilní produkty mají hodnotu B800 vyšší než 1900 mT. Další dělení je možno uskutečnit tak, že se berou v úvahu ztráty jádra, vyjádřené ve W/kg při dané indukci a frekvenci.

Všechny uvedené produkty mají v podstatě stejnou oblast použití, převážně pro jádra transformátoru. Ocel s vysokou permeabilitou a orientovanými zrny se užívá tam, kde jsou požadovány výhody vysoké permeability a nízkých ztrát jádra, které mohou vyrovnat vysokou cenu takových produktů.

Při výrobě tohoto typu oceli se orientace zrn dosáhne použitím jemně vysrážené druhé fáze, která v jednom z posledních výrobních stupňů, označovaném jako sekundární rekrystalizace vyvolává inhibici růstu zrn nebo krystalů železa do určité teploty, nad níž v závislosti na použitém postupu mají jinak kubické krystaly jednu z hran rovnoběžnou se směrem válcování a diagonální roviny, rovnoběžnou s povrchem pásu (Gossova struktura). Nad uvedenou teplotou dochází k selektivnímu růstu tohoto typu krystalků.

Druhou fází, to znamená nekovovou sraženinou v matrici ztuhlé oceli, užitou k inhibici růstu krystalků, jsou převážně sulfidy a/nebo selenidy, zvláště manganu, které se běžně užívají pro oceli s orientovanými zrny, a také nitridy, zvláště s obsahem hliníku, užívané pro vysoce permeabilní oceli s orientovanými zrny.

Složitost způsobu výroby oceli s orientovanými zrny je v podstatě vyvolávána skutečností, že se sekundární fáze v průběhu poměrně pomalého chlazení kontinuálně odlévaných předvalků sráží ve formě hrubých částic, nevhodných pro požadovaný účel, takže je tuto fázi nutno rozpustit a znovu srážet do vhodnější formy, kterou je pak nutno udržet až do doby, kdy je získána požadovaná orientace zrn a jejich požadovaný rozměr v průběhu konečné sekundární rekrystalizace.

Z toho, co již bylo uvedeno, by mohlo být pravděpodobné, že rychlejší chlazení v průběhu kontinuálního odlévání by mohlo zlepšit svrchu uvedený stav a tím zjednodušit řízení postupu transformace předvalků na pásy v jeho různých stupních. Bylo však prokázáno, že v případě, že se tenké předvalky kontinuálně odlévají za rychlejšího než běžného chlazení, není toto chlazení dostatečné pro získání výsledného pásu s požadovanou kvalitou.

V poslední době byla věnována velká péče sledování možnosti využít technologii výroby tenkých předvalků nebo kontinuálního odlévání pásů, které až dosud bylo využito pouze pro uhlíkové oceli, také pro obtížněji zpracovatelné materiály, například pro křemíkové oceli pro použití v elektrických zařízeních.

- 1 CZ 292917 B6

Vynález si klade za úkol zlepšit způsob výroby oceli s orientovanými zrny využitím technologie kontinuálního odlévání tenkých předvalků novým způsobem za současné specifické modifikace transformačního postupu.

Při provádění způsobu podle vynálezu se navrhuje provádět odlévání tak, že se dosáhne určitého poměru rovnoosých a sloupovitých krystalků a také specifických rozměrů rovnoosých krystalků a sraženin s vymezenými rozměry.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří způsob výroby pásu z křemíkové oceli s orientovanými zrny, při němž se křemíková ocel kontinuálně odlévá, žíhá při vysoké teplotě, válcuje za horka, válcuje za studená v jediném stupni nebo v řadě stupňů s žíháním mezi jednotlivými stupni,, pás, získaný válcováním za studená se žíhá k dosažení primárního žíhání a oduhličení, opatří povlakem separátoru pro žíhání se v pouzdru k dosažení konečné sekundární rekrystalizace, postup spočívá v tom, že se

i) kontinuálně odlévá tenký předvalek s následujícím složením: 2 až 5,5 % hmotnostních Si, 0,05 až 0,4 % hmotnostní Mn, méně než 0,025 % hmotnostních (S+5, 04 Se), 0,003 až 0,013 % hmotnostních N, 0,05 až 0,35% hmotnostních Cu, 0,0015 až 0,03 % hmotnostní C, a 0,02 až 0,04 % hmotnostních Al, přičemž zbytek tvoří železo a nečistoty, obsažené v malém množství, předvalek má tloušťku 40 až 70 mm, s výhodou 50 až 60 mm při rychlosti odlévání 3 až 5 m/min, přehřátí oceli při odlévání je menší než 30 °C, s výhodou menší než 20 °C, rychlost chlazení se upravuje pro dosažení úplného ztuhnutí v rozmezí 30 až 100 s, s výhodou 30 až 60 s, oscilační amplituda formy je laž 10 mm a frekvence oscilace je v rozmezí 200 až 400 za minutu, ii) takto získané předvalky se vyrovnávají a válcují za horka, načež se chlazení pásu oddálí o nejméně 5 sekund po výstupu pásu z posledního válcovacího místa, iii) pás se přímo vede k válcování za studená bez obvyklého žíhacího stupně, iv) pás se válcuje za studená v jediném stupni nebo v řadě stupňů, popřípadě se žíháním mezi jednotlivými stupni při poměru redukce v posledním stupni nejméně 80 %

v) za studená válcovaný pás se kontinuálně žíhá po dobu celkem 100 až 350 spři teplotě 850 až 1050 °C v atmosféře vlhké směsi dusíku a vodíku, přičemž poměr Ρηςο/Ρη i je v rozmezí 0,3 až 0,7, vi) pás se opatří povlakem separátoru pro žíhání, svine se a ve svinutém stavu se žíhá v pouzdrech v atmosféře, která má v průběhu zahřívání následující složení: až do 900 °C jde o směs vodíku s nejméně 30% objemovými dusíku, až do teploty 1100 až 1200 °C jde o směs vodíku s nejméně 40 % objemovými dusíku, pak se ocelové pásy ve svinutém stavu udržují při této teplotě v atmosféře čistého vodíku.

V průběhu válcování za horka se užívá počáteční válcovací teplota 1000 až 1200 °C a konečná teplota v rozmezí 850 až 1050 °C.

Hodnota Ph2c/Ph2 znamená poměr parciálních tlaků H₂O a H₂ v daném prostředí.

Složení oceli může být odlišné od složení běžné oceli v tom smyslu, že ocel může mít velmi nízký obsah uhlíku v rozmezí 0,0015 až 0,01 % hmotnostních.

Obsah mědi v této oceli se může pohybovat v rozmezí 0,08 až 0,2 % hmotnostních.

-2CZ 292917 B6

V průběhu kontinuálního odlévání se volí parametry odlévání tak, aby poměr rovnoosých krystalků ke sloupcovým byl v rozmezí 35 až 75 %, přičemž rozměr rovnoosých krystalků by měl být menší než 1,5 mm a rozměr částic sekundární fáze by měl být nejvýše 0,06 mikrometrů.

Meziprodukt tohoto typu má zásadní význam pro snadný průběh zbývající části postupu a také pro kvalitu výsledného produktu.

V případě, že se v průběhu oduhličení žíháním teplota udržuje na hodnotě nižší než 950 °C, je možno obsah dusíku v atmosféře při následujícím žíhání v pouzdru řídit tak, aby do pásu difundovalo méně než 0,005 % hmotnostních dusíku.

Takové absorpce dusíku je možno dosáhnout v kontinuální peci po oduhličení žíháním tak, že se pás udržuje na teplotě 900 až 1050 °C, s výhodou na teplotě vyšší než 1000 °C vnitridační atmosféře, například v atmosféře, obsahující až 10% objemových amoniaku. V tomto případě musí být přítomna vodní pára v množství 0,5 až 100 g/m³.

Svrchu uvedené jednotlivé stupně probíhají následujícím způsobem: Zpracování oceli po získání předvalku i výsledek tohoto zpracování do značné míry závisí na způsobu tuhnutí oceli, které určuje typ a rozměry zrn oceli a také distribuci a rozměry částic nekovových sraženin. Například při velmi pomalém chlazení snadno dochází k oddělení prvků, které jsou rozpustnější v roztaveném železe než ve ztuhlém železe, takže vznikají pro tyto prvky koncentrační gradienty a současně dochází ke tvorbě hrubých a nehomogenně distribuovaných sraženin nekovových látek, což nepříznivě ovlivní výsledné vlastnosti takto vyrobené oceli.

Podmínky při kontinuálním odlévání tenkých předvalků se volí tak, aby bylo získáno množství rovnoosých krystalků vyšší než (obvykle 25 %) je možno získat při běžném kontinuálním odlévání při tloušťce předvalku 200 až 250 mm a tak, aby bylo možno získat rozměry krystalků a částic sraženiny, vhodné pro dosažení vysoké kvality výsledného produktu. Současně by mělo být rozdělení částic sraženiny rovnoměrné. Zvláště vysoký obsah hliníku, malé rozměry částic sraženiny a žíhání tenkého předvalku na teplotu až 1300 °C dovolí získat již v pásu válcovaném za horka sraženiny nitridu hliníku, schopné řídit rozměry zrn.

Ve stejném smyslu je nutno uvažovat o možnosti využití velmi nízkého obsahu uhlíku, s výhodou nižšího než jakého je zapotřebí ke vzniku fáze gamma tak, aby bylo omezeno rozpouštění nitridu hliníku, který je daleko méně rozpustný ve fázi alfa než ve fázi gamma.

Přítomnost sraženiny nitridu hliníku s poměrně malými částicemi již od tvorby předvalku usnadní následné tepelné zpracování, při němž již podmínky nejsou tak kritické a je například možno zvýšit teplotu při oduhličení bez rizika neřízeného růstu zrn. Je také možno dosáhnout v následujícím stupni absorpce dusíku při vysoké teplotě a jeho lepší difúze pásem a také v tomto stupni další tvorby nitridu hliníku.

Tvorba daného množství nitridu hliníku dovoluje zvýšit inhibiční účinek na růst zrn a v důsledku toho i na kvalitu výsledného produktu, takže je možno tímto způsobem dosáhnout trvale vyšší kvality tohoto typu výrobků.

Praktické provedení vynálezu bude osvětleno v souvislosti s přiloženými výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněn diagram hodnot B800, které byly získány způsobem podle příkladu 2 bez přidání amoniaku.

-3CZ 292917 B6

Na obr. 2 je znázorněn diagram hodnot B800, získaných způsobem podle příkladu 2 při přidání 3 % objemových amoniaku.

Na obr. 3 je znázorněn diagram hodnot B800, získaných podle příkladu 2 při přidání 10% 5 objemových amoniaku.

Vynález bude dále osvětlen na základě výhodných provedení v souvislosti s přiloženými příklady, které však nemají v žádném smyslu složit k omezení rozsahu vynálezu.

to

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Byla připravena řada ocelí, jejichž složení v % hmotnostních je uvedeno v následující tabulce 1.

Tabulka 1

Typ	Si	C	Mn	Cu	S	Al_s	N
A	3.15	0,002	0.10	0.17	0,008	0,03	0,004
B	3.20	0,01	0.13	0.18	0,007	0,026	0,009
C	3.20	0,025	0.09	0.10	0,006	0,032	0,008
D	3.15	0,012	0.10	0.15	0,007	0,028	0,008

Al_s = množství hliníku ve formě, rozpustné v kyselinách

Typy oceli A, B a C byly kontinuálně odlévány na předvalky s tloušťkou 50 mm při rychlosti 25 odlévání 4,8 m/min, při rychlosti tuhnutí 60 s, při přehřátí 32 °C ve formě, oscilující při

260 cyklech za minutu s oscilační amplitudou 3 mm za získání poměru rovnoosých krystalků ke sloupovým krystalům 59%. Střední rozměr rovnoosých krystalků byl 1,05 mm. Průměr částic sraženiny sekundární fáze byl 0,04 mikrometrů.

Ocel D byla kontinuálně odlévána na předvalky s tloušťkou 240 mm při poměru rovnoosých krystalků ke sloupcovým krystalkům 23 %.

Všechny předvalky byly 20 minut zahřívány na 1230 °C a válcovány za horka bez předběžného válcování na konečnou tloušťku 2,1 mm. Některé pásy byly chlazeny okamžitě po výstupu 35 z posledního válcovacího místa, zatímco ostatní pásy byly chlazeny až 7 s po výstupu pásu z posledního válcovacího místa. Žádný z pásů, válcovaných za horka nebyl žíhán.

Pásy pak byly válcovány za studená v jediném stupni na konečnou tloušťku 0,29 mm pěti průchody mezi válci, přičemž teplota při třetím a čtvrtém průchodu byla 210 °C.

Pásy, válcované za studená byly kontinuálně žíhány podle následujícího schématu: oduhličení při 870 °C po dobu 60 s ve vlhké atmosféře s poměrem Phíc/Ph i - 0,50, druhý žíhací stupeň při 900 °C po dobu 10 s v atmosféře směsi vodíku a dusíku v poměru 75 : 25 při Ph2o/Ph2 ~ 0,03.

Pak byly pásy opatřeny běžným povlakem MgO jako separátoru pro žíhání a byly v pouzdru podle následujícího schématu: rychlé zahřátí na 650 °C, 10 hodin při této teplotě, zahřátím na 1200 °C rychlostí 30 °C za hodinu v atmosféře vodíku a dusíku v poměru 70 : 30 a 20 hodin při této teplotě v atmosféře vodíku.

-4CZ 292917 B6

Po běžném konečném zpracování byly měřeny magnetické vlastnosti, které jsou uvedeny v tabulce 2.

Tabulka 2

Typ	Opožděné chlazení podle vynálezu	Okamžité chlazení
B800 (mT)	PÍ7 (W/kg)	B800 (mT)	PÍ7 (W/kg)
A	1880	1.09	1870	1.16
B	1850	1.23	1830	1.37
c	1890	1.03	1870	1.19
D	1520	2.35	1530	2.48

P17 = ztráta energie (W/kg), měřeno v magnetizačním poli 1,7 T.

Příklad 2

Ocel, jejíž složení je uvedeno v tabulce 3 byla kontinuálně odlévána na tenké předvalky a pak zpracována válcováním za studená na pás s tloušťkou 0,29 mm stejným způsobem jako v příkladu 1. Složení je uvedeno v % hmotnostních.

Tabulka 3

Si	C	Mn	Cu	S	Al_s	N
3.10	0,005	0.08	0.10	0,01	0,032	0,0075

Tři pásy byly kontinuálně žíhány v různých cyklech: oduhličení při TI (°C) v atmosféře vodíku a dusíku v poměru 75 :25 při poměru pmo/pH 2 = 0,45, zahřátí na T2 ( °C) ve směsi vodíku a dusíku sX% NH₃ a při poměru Ph2o/Ph2 ~ 0,03.

Takto získané pásy při použití různých hodnot X byly žíhány v pouzdru jako v příkladu 1.

Pro každou hodnotu X byly použity různé hodnoty TI a T2. Pásy byly zpracovány stejně jako v příkladu 1 a byly měřeny výsledné magnetické vlastnosti. Výsledky jsou znázorněny na diagramech v přiložených výkresech, z nichž je zřejmé, že přidávání amoniaku do koncové části pece umožní podstatné rozšíření rozmezí teplot TI a T2, současně je možno získat kvalitnější výrobek. Řízení teploty již není tak kritické a kvalita pásuje stálejší.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby pásu z křemíkové oceli s orientovanými zrny, při němž se křemíková ocel kontinuálně odlévá, žíhá při vysoké teplotě, válcuje za horka, válcuje za studená v jediném stupni nebo v řadě stupňů s žíháním mezi jednotlivými stupni, pás, získaný válcováním za studená se žíhá k dosažení primárního žíhání a oduhličení, opatří povlakem separátoru pro žíhání a žíhá se v pouzdru k dosažení konečné sekundární rekrystalizace, vyznačující se tím, že se

i) kontinuálně odlévá tenký předvalek s následujícím složením: 2 až 5,5 % hmotnostních Si, 0,05 až 0,4 % hmotnostní Mn, méně než 0,025 % hmotnostních (S+5, 04 Se), 0,003 až 0,013 % hmotnostních N, 0,05 až 0,35% hmotnostních Cu, 0,0015 až 0,03 % hmotnostní C, a 0,02 až

-5CZ 292917 B6

0,04 % hmotnostních Al, přičemž zbytek tvoří železo a nečistoty, obsažené v malém množství, předvalek má tloušťku 40 až 70 mm, s výhodou 50 až 60 mm při rychlosti odlévání 3 až 5 m/min, přehřátí oceli při odlévání je menší než 30 °C, s výhodou menší než 20 °C, rychlost chlazení se upravuje pro dosažení úplného ztuhnutí v rozmezí 30 až 100 s, s výhodou 30 až 60 s, oscilační amplituda formy je 1 až 10 mm a frekvence oscilace je v rozmezí 200 až 400 za minutu, ii) takto získané předvalky se vyrovnávají a válcují za horka, načež se chlazení pásu oddálí o nejméně 5 sekund po výstupu pásu z posledního válcovacího místa, iii) pás se přímo vede k válcování za studená bez obvyklého žíhacího stupně, iv) pás se válcuje za studená v jediném stupni nebo v řadě stupňů, popřípadě se žíháním mezi jednotlivými stupni při poměru redukce v posledním stupni nejméně 80 %

v) za studená válcovaný pás se kontinuálně žíhá po dobu celkem 100 až 350 spři teplotě 850 až 1050 °C v atmosféře vlhké směsi dusíku a vodíku, přičemž poměr Ph2o/Ph 2 je v rozmezí 0,3 až 0,7, vi) pás se opatří povlakem separátoru pro žíhání, svine se a ve svinutém stavu se žíhá v pouzdrech v atmosféře, která má v průběhu zahřívání následující složení: až do teploty 900 °C jde o směs vodíku s nejméně 30 % objemovými dusíku, až do teploty 1100 až 1200 °C jde o směs vodíku s nejméně 40 % objemovými dusíku, pak se ocelové pásy ve svinutém stavu udržují při této teplotě v atmosféře čistého vodíku.

2. Způsob podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se t í m , že v průběhu válcování za horka se předvalky zahřívají na počáteční teplotu při válcování 1000 až 1200 °C, konečná teplota při válcování za horka je 850 až 1050 °C.

3. Způsob podle nároku 1 nebo2, vyznačující se tím, že se zpracovává ocel s obsahem uhlíku 0,0015 až 0,01 % hmotnostních.

4. Způsob podle některého z nároků laž 3, vyznačující se tím, že obsah mědi v oceli se pohybuje v rozmezí 0,08 až 0,2 % hmotnostních.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se parametry při kontinuálním odlévání volí tak, že se poměr rovnoosých krystalků ke sloupovým krystalkům pohybuje v rozmezí 35 až 75 %.

6. Způsob podle některého z nároků laž 5, vyznačující se tím, že poměr rovnoosých krystalků ke sloupovým krystalkům je vyšší než 50 %.

7. Způsob podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že rozměry rovnoosých krystalků jsou menší než 1,5 mm.

8. Způsob podle některého z nároků laž 7, vyznačující se tím, že střední průměr rozměrů částic sekundární fáze je menší než 0,06 mikrometrů.

9. Způsob podle některého z nároků laž 8, vyznačující se tím, že v průběhu oduhličení žíháním se teplota udržuje na hodnotě vyšší než 950 °C, obsah dusíku v atmosféře při následujícím žíhání v pouzdru se pak řídí tak, aby do pásu difundovalo méně než 0,005 % hmotnostních dusíku.

10. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že po oduhličení žíháním se pás kontinuálně zahřívá na teplotu 900 až 1050 °C v nitrační atmosféře.

-6CZ 292917 B6

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že nitridační atmosféra obsahuje až 10 % objemových amoniaku a vodu v množství 0,5 až 100 g/m³.

5 12. Způsob podle některého z nároků lažll,vyznačující se tím, že při posledním válcovacím stupni za studená se udržuje nejméně při dvou průchodech mezi válci teplota nejméně 200 °C.