CZ77899A3

CZ77899A3 - Způsob výroby pásu z křemíkové oceli

Info

Publication number: CZ77899A3
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: 2000-01-12
Also published as: ES2153213T3; DE69703248D1; SK27999A3; ATE196781T1; WO1998010104A1; AU4116097A; CN1231703A; PL331897A1; SK283772B6; ITRM960606A1; EP0925376A1; KR100524442B1; US6273964B1; IN192926B; JP2000517380A; RU2194774C2; PL182835B1; IT1285153B1; CN1073165C; GR3035164T3

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby pásu z křemíkové oceli při použití plochého polotovaru.

Dosavadní stav techniky

Silikonová ocel s orientovanými zrny se dělí na dvě hlavní skupiny, které se od sebe liší 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, kdežto 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 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 způsobů 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 předvalku 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 silikonové oceli pro použití v elektrických zařízeních .

Vynález si klade za úkol zlepšit způsob výroby oceli s orientovanými zrny využitím technologie kontinuálního odlévání tenkých předvalků novým způsobem za současné spéci- 3 99 9 9 fické 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 na studená se žíhá k dosažení primárního žíhání a oduhličení, opatři povlakem separátoru pro žíhání a žíhá se v pouzdru k dosažení konečné sekundární rekrystalizacé, 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 250 ppm (S + 5,04 Se), 30 až 130 ppm N, 0,05 až 0,35 % hmotnostních Cu, 15 až 300 ppm C, a 200 až 400 ppm Al, přičemž zbytek tvoří železo a nečistoty, obsažené v malém množství, předvalek má tlouštku 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 vyváží a válcují za horka, načež se chlazení pásu oddálí o nejméně 5 sekund po výstupu pásu z posledního válcovacího místa, • · · · · · • · » · · · ·

iii) pás se přímo válcuje 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 % a při udržování teploty válcování na nejméně 200 °C při alespoň dvou průchodech mezi válci v průběhu posledního stupně,

v) chladný válcovaný pás se kontinuálně žíhá po dobu celkem 100 až 350 s při teplotě 850 až 1050 °C v atmosféře vlhké směsi dusíku a vodíku, přičemž poměr pH₂0/pH₂ 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 na 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.

Složení oceli může být odlišné od složení běžné oceli v tom smyslu, že ocel může mít velmi nízký obsah uhlíku v rozmezí 15 až 100 ppm.

Obsah mědi v této oceli se může pohybovat v rozmezí 800 až 2000 ppm.

4 · · · 4 · * · 4 4 · · • 444 4 4 4 · · · · • · 4 4 4 4 4 4 · · 4 • · ·· 4 44 444444

4 4 4 4 4 4

4444 444 44 444 44 44

- 5 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 0,05 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 50 ppm dusíku.

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

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

A A

- 6 • « • ·· A • · A

vyšší než (obvykle 25 %) je možno získat při běžném kontinuálním odlévání při tlouštce 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 predvalku 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 predvalku usnadní následné tepelné zpracování, při němž již podmínky nejsou tak kritické a je například možno zvýšit teplotu při oduhliěení bež 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.

• · · • · · • · · · « • * · · · · • · · · ·« » · · · · • · ·

I · · · · · · · I

Přehled obrázků na výkresech

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

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 % objemových amoniaku.

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

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

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

Tabulka 1

Typ'	Si %	C ppm	Mn %	Cu %	S ppm	Al_s ppm	N ppm
A	3-15	20	0.10	0.17	80	3θθ	40
B	3.20	100	0.13	0.18	70	260	90
C	3.20	250	0.09	0.10	60	320	80
D	3-15	120	0.10	0.15	70	280	80'

• · ♦ · · · · • · · · · · · · ·· · • · · · ·. 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9999 999 99 999 99 99

- 8 Typy oceli A, B a C byly kontinuálně odlévány na předvalky s tlouštkou 50 mm při rychlosti 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 krystalů ke sloupcovým 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 tlouštkou 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 tlouštku 2,1 mm. Některé pásy byly chlazeny okamžitě po výstupu z posledního válcovacího místa, kdežto 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 tlouštku 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 pH₂0/pH₂ = 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 žíhány 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 •· 4 44 4444 44 • ••4 444 444« • 4 4 444« 4 44 4 • « 44 4 44 444444

4 4 4 4 4 4 • 444 444 44 444 44 44

- 9 atmosféře vodíku a dusíku v poměru 70 : 30 a 20 hodin při této teplotě v atmosféře vodíku.

Po běžném konečném zpracování byly měřeny magnetické

vlastnosti, které jsou uvedeny v	tabulce 2.
		Tabulka	2
Typ·	Opožděné chlazení podlá vynálezu B8o0 (mT) P17 (w/kg)	Okamžité chlazení Β800 (mT) P17 (w/kg)
A	1880	1.09	1870 1.16
B	1850	1.23	1830 .1.37
C	1890	1.03	I87O 1.19
D	1520	2.35	1530 2.48

Příklad 2

Ocel, jejíž složení je uvedeno v tabulce 3 byla kontinuálně odlévána na tenké předvalky a pak zpracována válcová-

ním za studená na pás s tlouštkou 0,29 mm stejným	způsobem
jako v příkladu 1.
Tabu	. 1 k a 3
Si % C ppm Mn %	Cu % S ppm	Al_g ppm	N ppm
3.10 50 0.08	0.10 100	320	75	4

- 10 ··· ·

Tři pásy byly kontinuálně žíhány v různých cyklech: oduhličení při TI °C v atmosféře vodíku a dusíku v poměru 75 : 25 při poměru pH₂0/pH₂ = 0,45, zahřátí na T2 °C ve směsi vodíku a dusíku s X % NH^ 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 užity 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 pásu je stálejší.

Zastupuje:

• · ·· · · · • · · · ··♦ * · · · · · • · ♦ · β ♦ · · · ··· ·· ···

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

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 oduhliěení, 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 250 ppm (S + 5,04 Se), 30 až 130 ppm N, 0,05 až 0,35 % hmotnostních Cu, 15 až 300 ppm C, a 200 až 400 ppm 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 1.0 mm a frekvence oscilace je v rozmezí 200 až 400 za minutu, ii) takto získané předvalky se vyváží a válcují za horka, načež se chlazení pásu oddálí o nejméně 5 sekund po výstupu pásu z posledního válcovacího místa, iii) pás se přímo válcuje za studená bez obvyklého žíhacího stupně, toto totototo • to toto ' » to toto to I • « » · » to to · to tototo 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 % a při udržování teploty válcováni na nejméně 200 °C při alespoň dvou průchodech mezi válci v průběhu posledního stupně, í;

v) chladný válcovaný pás se kontinuálně žíhá po dobu celkem 100 až 350 s při teplotě 850 až 1050 °C v atmosféře vlhké směsi dusíku a vodíku, přičemž poměr pH^O/pH,, 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 na 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,vyznačující se tím, 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 nebo 2, vyznačuj íc í se t í m , že se zpracovává ocel s obsahem uhlíku 15 až :

100 ppm.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsah mědi v oceli se pohybuje v rozmezí 800 až 2000 ppm.
5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se parametry při kontinuálním a · fe ·· ··· ·«· ··· ·· • ·· ··· ·> ·· • · · fe fe fe · • fe fefefe fe fefe · odlévání volí tak, že se poměr rovnoosých krystalků ke sloupcovým krystalkům pohybuje v rozmezí 35 až 75 %.
6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že poměr rovnoosých krystalků ke sloupcovým krystalkům je vyšší než 50 %>.
7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že rozměry rovnoosých krystalků jsou menší než 1,5 mm.
8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, v y z n ačující se tím, že střední průměr rozměrů částic sekundární fáze je menší než 0,06 mikrometrů.
9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, v y z n ačující 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 50 ppm 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 nitridační atmosféře.
11. Způsob podle nároku 10,vyznačující se tím, že nitridační atmosféra obsahuje až 10 % objemových 3 amoniaku a vodu v množství 0,5 až 100 g/m .

12. Způsob podle některého z nároků 1 až 11, v y značující se tím, že při posledním válcovacím stupni za studená se udržuje nejméně při dvou průchodech mezi válci teplota nejméně 200 °C.

Zastupuje:

1/3

Λ \ J --3 [ 3 -xr=j- -3 I J e— -3 k 3 ¹ - -Ή ( ť----1 S <· )---„, .. „ < 1-( — ΖΣ.- !-- —i h ' ’ . J-1 |-- — au > < ------- fy --31 f—-r^-· ! — L V y 1 — -—í — ř—-—) J £ J-- i- I J t i ^L

O