DK142034B - Fremgangsmåde til fremstilling af korn-orienterede elektrostålfolier eller -bånd. - Google Patents

Description

14203A

i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af kornorienterede elektrostålfolier eller -bånd, der har en magne- 2 tisk Bg-induktionsværdi, der er større end 1,88 wb/m , ved hvilken fremgangsmåde et siliciumholdigt stålråmateriale, som 5 ikke indeholder mere end 0,06% C, 2,0-4,0% Si, 0,01-0,20% Mn, 0,005-0,10% S og Se, og hvor den resterende del af råmaterialet er Fe, varmvalses og gentagne gange udglødes og koldvalses til dannelse af en koldvalset folie, og den koldvalsede folie derefter underkastes en afcarboniserings-udglødning til reduktion 1° af carboninholdet til 0,05% eller derunder, hvorefter materialet underkastes en sidste udglødning til dannelse af sekundært rekrystalliseret korn, der har en dominerende (110) [001] orientering .

Kornorienterede stålfolier anvendes først og fremmest til 15 transformatorkerner og andre elektriske indretninger, hvor der kræves en høj magnetisk induktion og et lille jerntab (hysteresetab).

Det er velkendt, at forbedringer i magnetiske egenskaber ikke kun nedbringer transformerens størrelse, men også nedsætter 20 den magnetostriktion, som giver anledning til transformerstøj . De magnetiske egenskaber kan normalt måles ved at måle 2

Bg-værdien, der er den magnetiske induktion i wb/m ved en magnetisk feltstyrke på 800 A/m. Ved nye teknikker kan der fremstilles stålfolier, der har en B„-værdi, der er større end 2 8 25 1,88 wb/m . Disse teknikker er beskrevet i almindelig til gængelig beskrivelse til japansk patentansøgning nr. 15644/65.

Ved disse anvendes der bl.a. A1N.

Der kendes en fremgangsmåde til opnåelse af den tilsigtede virkning, ved hvilken der gøres brug af passende mængder Sb 30 eller Se som inhibitorer for primærrekrystallisation, og de sekundært rekrystalliserede korn dannes ved en forholdsvis lav temperatur i sidste udglødningstrin.

Opfinderne har undersøgt betingelserne for, at der dannes sekundært rekrystalliserede korn, der har en højere aggregation 35 af (110) [OOlJ orientering, i den ovenfor nævnte fremgangsmåde 2 142034 og konstateret, at nitrogenindholdet i en koldvalset stålfolie før den sekundære rekrystallisationsglødning har en mærkbar indvirkning på orienteringen af de sekundært rekrystalli-serede korn og har på basis heraf gjort den foreliggende 5 opfindelse.

Formålet med opfindelsen er at anvise en fremgangsmåde af den indledningsvist nævnte art til fremstilling af kornorienterede stålfolier eller -bånd, der har en magnetisk 2

Bg-induktionsværdi, der er større end 1,88 wb/m . Dette 10 formål opnås ifølge opfindelsen ved at nitrogenindholdet i den koldvalsede folie før sidste udglødning begrænses til ikke mere end 0,0045%, og at de sekundært rekrystal-liserede korn dannes fuldt ud ved en temperatur på 800-900°C, hvorefter en rensningsudglødning foretages under den sidste 15 udglødning ved en temperatur, der ikke er mindre end 1000°C.

Med hensyn til nitrogenindholdet i slutproduktet så ved man, at det skal være så lavt som muligt, idet man derved opnår et forholdsvis lille jerntab. På den anden side anvendes der mindst 0,01% nitrogen som tilsætning til hæmning 20 af kornvækst under sekundær rekrystallisation - jvf.

U.S.A. patentskrift nr. 2.802.761. Forskellige nitrider kan dog også komme på tale som tilsætninger til hæmning af kornvækst. I japansk patentansøgning nr. 15644/65 omtales f.eks.

AIN. I U.S.A. patentskrift nr. 3.184.346 omtales VN, og i 25 beskrivelsen til japansk patentansøgning nr. 16863/71 antales TaN. Ved disse metoder må nitrogenet selvfølgelig fjernes til sidst under en højtemperatur-udglødning i en hydrogenatmosfære.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor 30 fig. 1 illustrerer sammenhængen mellem nitrogenindholdet (%) af en koldvalset folie før sidste udglødning og Bg-værdien af produktet ved forskellige temperaturer til dannelse af sekundært rekrystalliserede korn (den temperatur, ved hvilken de sekundært rekrystalliserede korn dannes, vil i det følgende 3 142034 blive omtalt som "den sekundære rekrystallisationstemperatur").

fig. 2 en illustration af sammenhængen mellem den sekundære rekrystallisationstemperatur og Bg-værdien ved forskellige nitrogenindhold i den koldvalsede folie, 5 fig. 3 et fotografi af en macrostruktur af et slutprodukt opnået ved at underkaste en koldvalset folie med højt nitrogenindhold (N = 0,0063%) en sidste udglødning, og fig. 4 en macrostruktur i samme forstørrelse som i fig. 3, af et slutprodukt opnået ved at underkaste en koldvalset folie 10 med lavt nitrogenindhold (N = 0,0025%) en sidste udglødning.

De i fig. 1 viste kurver illusterer indvirkningen af nitrogenindholdet i den koldvalsede stålfolie - før sidste udglødning -på Bg-værdien af slutproduktet ved forskellige rekrystallisa-tionstemperaturer. Det ses, at Bg-værdien vokser med aftagende 15 nitrogenindhold uanset rekrystallisationstemperaturen. I tilfælde af at den sekundære rekrystallisationstemperatur er mindre end 890°C, er Bfi-værdien - når nitrogenindholdet er mindre 0 2 end 0,0045% - større end 1,88 wb/m . Når nitrogenindholdet er 2 mindre end 0,0035%, er B -værdien større end 1,90 wb/m .

8 20 Fig. 2 viser, at den sekundære rekrystallisationstemperatur har en stor indvirkning på Bg. Når den sekundære rekrystallisationstemperatur er mindre end 900°C, og nitrogenindholdet i den koldvalsede stålfolie desuden er mindre end 0,0045%, er 2

Bg-værdien større end 1,88 wb/m .

25 Krystalstrukturen af slutproduktet står i nøje sammenhæng med B0-værdien. Når nitrogenindholdet i den koldvalsede stålfolie

O

er højt, f.eks. 0,0063%, bliver macrostrukturen af slutproduktet efter sidste udglødning en heterogen kornstruktur indeholdende mange isolerede korn eller økorn, se fig. 3. Aggregati-30 onsgraden af (110) [001] orientering er som helhed lav. Når nitrogenindholdet er lavt, f.eks. 0,0025%, udviser macrostrukturen af slutproduktet imidlertid ikke nogen heterogen struktur, 14203*4 4 se fig. 4.

Arsagen/til at en sådan heterogen struktur dannes, er endnu ikke klarlagt, men forklaringen er sandsynligvis som følger.

Si3N4 og andre nitrider, som analyseres som uopløseligt ni-5 trogen i den samlede mængde nitrogen i siliciumholdigt stål, griber forstyrrende ind i den effekt, som skyldes MnS, MnSe og lignende, og ved hvilken korngrænsedannelsen hæmmes. Som et resultat heraf dannes den heterogene struktur, uden at der derved dannes en perfekt sekundært rekrystalliseret struk-10 tur. Pette fænomen gætter man på ud fra den kendsgerning, at den sekundære rekrystallisationstemperatur (800-900°C) harmonerer med det temperaturinterval, indenfor hvilket SigN^ er til stede i stabil form. Nitrogenindholdet af en koldvalset stålfolie må således være meget lavt, når der skal dannes se-15 kundært rekrystalliserede korn ved 800-900°C. Hvis nitrogenindholdet er større end 0,0045%, opnås den modsatte indvirkning på dannelsen af sekundært rekrystalliserede korn, i hvilket tilfælde der ikke opnås et tilfredsstillende slutprodukt.

Opfinderne har foreslået en fremgangsmåde, ved hvilken der 20 anvendes et siliciumholdigt stålmateriale, der indeholder Sb, og de sekundært rekrystalliserede korn dannes ved en temperatur på 800-900°C. Ved denne fremgangsmåde er nitrogenindholdet ikke kritisk. Dette er en følge af, at nitrogenets virkning undertrykkes ved tilsætning af en passende mængde Sb. Når denne 25 mængde Sb er indeholdt i et siliciumholdigt stål, kan der opnås en magnetisk induktion, der er større end 1,88 wb/m ,' også selv om nitrogenindholdet er større end 0,0045%, Den foreliggende opfindelse er således særlig anvendelig i forbindelse med stål, der ikke indeholder Sb.

30 Der vil herefter blive givet en forklaring på, hvorfor nitrogenindholdet i en koldvalset stålfolie før den sidste udglødning er begrænset, og også hvorfor den sekundære rekrystallisationstemperatur i sidste udglødning er begrænset.

Når nitrogenindholdet i en koldvalset stålfolie før sidste ud- 5 142034 glødning overstiger 0,0045%, aftager Bg-værdien af slutproduktet. Hvis en sådan koldvalset stålfolie behandles ved en optimal sekundær rekrystallisationstemperatur i den sidste udglødning, kan der ikke opnås et slutprodukt, med en Bft- 2 ° 5 værdi, der er større end 1,88 wb/m . Selv om kommercielt tilgængeligt siliciumholdigt stål altid indeholder en mindre mængde nitrogen, er den nedre grænse af nitrogenindholdet i en koldvalset stålfolie før sidste udglødning aldrig større end 0,0045%.

10 Hvis den sekundære rekrystallisationstemperatur i sidste udglødning overstiger 900°C, bliver BQ-værdien af slutpro- 2 ® duktet mindre end l,88wb/m ; også selv om der forud for sidste udglødning anvendes en koldvalset folie, med et nitrogenindhold, der ikke er større end 0,0045%. Hvis temperaturen er 15 lavere end 800°C, tager det forholdsvis lang tid at danne fuldtud sekundært rekrystalliserede korn. En så lav temperatur er ikke egnet til kommerciel fremstilling af slutproduktet ifølge opfindelsen. Den sekundære rekrystallisationstemperatur i sidste udglødning er derfor begrænset til 800-20 900°C. Til opnåelse af en høj Bg-værdi er det en fordel, at re- krystallisationstemperaturen ligger i intervallet 830-880°C.

Den foreliggende opfindelse vil nu blive beskrevet mere detaljeret.

Det siliciumholdige stålråmateriale kan udgøres af enhver 25 siliciumholdig ståltype, der ikke indeholder mere end 0,06% C,

2,0-4,0% Si, 0,01-0,20% Mn 0,005-0,10% S og Se som inhibitorer for primærrekrystallisation, og som for den resterende dels vedkommende udgøres af Fe. Den pågældende stålstøbeblok kan være fremstillet ved en kontinuert støbeproces. Blokken 30 varmvalses til dannelse af et varmvalset stålbånd, der har en tykkelse på omkring 2-4 mm. Det varmvalsede bånd underkastes derefter mindst én koldsvaling til dannelse af en folie. I dette tilfælde sker udglødningen ved 800-1000°C til homogenisering af krystalstrukturen. Den koldvalsede stålfolie un-35 derkastes derefter en afkarboniserings-udglødning ved 700-900°C

142034 6 i befugtet hydrogen m.h.p. at bringe karbonindholdet ned under 0,005%.

Efter afkarboniserings-udglødningen tilføres en udglødningsseparator i hovedsagen bestående af MgO til folien, som nu 5 antager form af en spole, og som underkastes en højtemperaturudglødning for sekundær rekrystallisation og rensning. Nitrogenindholdet i den koldvalsede folie må før denne højtemperatur-udglødning , d.v.s. efter afkarboniserings-udglødningen, være mindre end 0,0045%, fortrinsvis mindre end 0,0035%.

10 Til opnåelse af en koldvalset stålfolie, der har et nitrogenindhold i det nævnte interval, er det nødvendigt at foretage raffinering og støbning af stålråmaterialet på en sådan måde, at der opnås en stålmasse, der har et tilstrækkeligt lavt nitrogenindhold. Det er desuden nødvendigt at tilveje-15 bringe den nødvendige atmosfære i forbindelse med de udglødninger, der foretages mellem koldvalsningerne.

Af de ovennævnte grunde er det nødvendigt, at de sekundært rekrystalliserede korn dannes fuldt ud ved 800-900°C under den sidste udglødning. Der kræves ikke specielle foranstalt-20 ninger til dannelse af sekundært rekrystalliserede korn. Den sekundære rekrystallisationstemperatur bør imidlertid holdes ved en temperatur på 800-900°C i 10-80 timer eller hæves gradvist med en hastighed på 0,5-10°C pr. time indenfor det nævnte temperaturinterval, idet man derved opnår de bedste 25 resultater. Man må desuden sørge for, at nitreringen af stålfolien fra udglødningsatmosfæren ikke forekommer;før de sekundært rekrystalliserede korn er dannet fuldt ud.

Efter dannelsen af de sekundært rekrystalliserede korn ved 800-900°C foretages en højtemperatur-udglødning til rensning 30 ved en temperatur, der ikke er lavere end 1000°C. Denne højtemperatur-udglødning bør så vidt muligt foretages i en atmosfære af tør hydrogen.

7 142034

Det efterfølgende eksempel skal tjene til illustration af opfindelsen.

Eksempel

Der blev fremstillet tre typer siliciumholdige stålstøbeblokke 5 hver på 10 tons. Hver blok indeholdt 0,025% C, 3,05% Si, 0,060% Mn og 0,025% Se. Blokkene indeholdt desuden henholdsvis 0,0025%, 0,0045% eller 0,0058% N forud for sidste udglødning.

De tre prøver vil i det følgende blive omtalt som A, B og C.

Hver af prøverne blev holdt ved en temperatur på 1280°C i 5 10 timer og derefter delt op i plader til dannelse af plader, med en tykkelse på 180 mm. Den enkelte plade blev opvarmet til 1280°C i 1 1/2 time, varmevalset til en tykkelse på 3,0 mm, udglødet ved 950°C i 10 minutter og underkastet en første kold-valsning med en koldvalsningsgrad på 75% til en tykkelse på 15 0,75 mm, derefter underkastet en mellemglødning ved 900°C i 10 minutter i hydrogenatmosfære og så en anden koldvalsning med en koldvalsningsgrad på 60% til en sluttykkelse på 0,30 mm og til sidst en afcarboniserings-udglødning ved 800°C i 10 minutter i befugtet hydrogen med et dugpunkt på 60°C. Hver 20 af de afkarboniserede prøver A, B og C blev derefter underkastet slutudglødninger under efterfølgende tre omstændigheder.

(I) I hydrogen ved 830°C i 100 timer og derefter ved 1200°C i 10 timer.

(II) I hydrogen ved 900°C i 30 timer og derefter ved 1200°C i 25 10 timer.

(III) I hydrogen ved 950°C i 30 timer og derefter ved 1200°C i 10 timer.

2

Bg (wb/m ) værdierne og W17^50 (w/kg) værdierne af de ovenfor behandlede prøver er vist i nedenstående tabel.

Claims (2)

142034 TABEL Prøve nr. N-indhold (%) B8 (wb/m } W17/50 (w/kg) A I 1,94 1,05 A II 0,0025 1,89 1,10 A III 1,84 1,16 B I 1,90 1,12 B II 0,0045 1,88 1,18 B III 1,82 1,23 C I 1,83 1,26 C II 0,0058 1,80 1,29 C III 1,78 1,35 Det ses, at prøve A med det laveste nitrogenindhold har den bedste Bg-værdi og den bedste 7^,5g-værdi sammenlignet med prøverne B og C, for så vidt de undergår samme sidste ud-5 glødning. I hver gruppe af prøver A, B og C havde en prøve, der var blevet behandlet under sidste udglødningstilstand I, og hvorunder en sidste udglødning skete ved en laveste temperatur (830°C) i en lang tidsperiode (100 timer) den bedste Bg-værdi og den bedste W^^gg-værdi.

10 Der er således anvist, hvorledes der kan tilvejebringes kornorienterede elektrostålfolier eller -bånd med en meget høj magnetisk induktion. 1.Fremgangsmåde til fremstilling af korn-orienterede elektro 15 stålfolier eller -bånd, der har en magnetisk Bg-induktions-værdi, der er større end 1,88 wb/m^, ved hvilken fremgangsmåde et siliciumholdigt stålråmateriale, som ikke indeholder mere end 0,06% C, 2,0-4,0% Si, 0,01-0,20% Mn, 0,005-0,10% S