ES2276191T3 - Procedimiento de fabricacion de una chapa de acero magnetica de granos no orientados y chapa obtenida por el procedimiento. - Google Patents

Procedimiento de fabricacion de una chapa de acero magnetica de granos no orientados y chapa obtenida por el procedimiento. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de fabricación de una chapa magnética de granos no orientados que comprende las etapas que consisten en: - elaborar bajo vacío un acero de composición siguiente: carbono < 0, 01% silicio < 0, 5%, manganeso, de 0, 05 a 0, 5% aluminio< 0, 03%, fósforo < 0, 20%, azufre < 0, 015%, nitrógeno < 0, 01%, oxígeno < 0, 01%, el resto siendo hierro e impurezas inevitables, - poner el acero bajo la forma de lingote, - laminar en caliente el lingote con una temperatura de calentamiento inferior a 1300ºC, una temperatura al final del laminado en caliente inferior a 950ºC, - bobinar la banda laminada en caliente a una temperatura superior a 550ºC, - someter la banda en bobina a un recocido estático a una temperatura comprendida entre 700 y 1050ºC durante un tiempo superior a 1 hora, - someter la banda recocida a una operación facultativa de chorreo con granalla, - someter la banda recocida y eventualmente chorreada con granalla, a una operación de decapado, y luego - laminar en frío la banda de capada, con una tasa de reducción comprendida entre 25 y 90%, en una sola operación de laminado en frío a un espesor inferior o igual a 1, 5 mm, - someter la banda laminada en frío a un recocido final efectuado en el desfilado, y luego - cortar la banda para formar chapas, y someter dichas chapas a un recocido de eliminación de las tensiones.

Description

Procedimiento de fabricación de una chapa de acero magnética de granos no orientados y chapa obtenida por el procedimiento.
La presente invención concierne a un procedimiento de fabricación de una chapa de acero magnética de granos no orientados.
Las chapas magnéticas de granos no orientados, es decir que tienen propiedades magnéticas isótropas son particularmente destinadas a la construcción de dispositivos electromagnéticos en los cuales el flujo magnético generado por los enrollamientos eléctricos no es constante, como por ejemplo en las máquinas giratorias. Algunos transformadores utilizados en el campo de los aparatos eléctricos de uso doméstico utilizan ese tipo de chapas por razones económicas.
Esos dispositivos electromagnéticos están constituidos de chapas cortadas y ensambladas. Las chapas tienen una eficacia que se evalúa en función de dos parámetros que son la inducción, por una parte, y las pérdidas específicas por otra parte.
La inducción está limitada por la imantación a saturación de las chapas y esta imantación es por otro lado más elevada si el acero es rico en hierro. La adición de elementos de aleación en el acero trae consigo un aumento de la resistividad eléctrica, lo que tiene como función disminuir las pérdidas por corrientes de Foucault.
La elaboración bajo vacío del acero permite mejorar por una parte, la propiedad y la pureza de dicho acero y por otra parte, reducir las pérdidas por histéresis.
También, es necesario encontrar un compromiso, desde el punto de vista de composición, entre la imantación y las pérdidas.
Es conocido de la patente EP 0 469 980 un procedimiento utilizado en el campo de la fabricación de chapas magnéticas de granos no orientados, el procedimiento comprendiendo sucesivamente, después de la elaboración bajo vacío de un acero, una operación de laminado en caliente seguido de un bobinado, un recocido rápido en el desfilado de la chapa laminada en caliente, una operación facultativa de chorreo con granalla, una operación de decapado, una operación de laminado en frío en una o varias etapas seguidas de un recocido, el recocido final siendo realizado bajo atmósfera controlada, descarburante si es necesario.
Las chapas obtenidas por ese procedimiento, para un espesor final de 0,50 milímetros aproximadamente, tienen pérdidas específicas inferiores a 6,5 W/Kg bajo una inducción de 1,5 Tesla y una frecuencia de 50 Hertz así como una imantación superior a 1,74 Tesla bajo un campo eléctrico de 5000 A/m.
Para un espesor de la chapa de aproximadamente 0,65 milímetros, las pérdidas totales másicas son inferiores a 7,5 W/Kg bajo una inducción de 1,5 Tesla y una frecuencia de 50 Hertz. La imantación es superior a 1,75 Tesla bajo un campo de 5000 A/m.
La invención tiene por objeto mejorar las características magnéticas de la chapas de granos no orientados realizadas con un acero que contiene muy poco silicio, es decir reducir las pérdidas magnéticas y aumentar la imantación bajo un campo eléctrico determinado.
La misma tiene por objeto un procedimiento de fabricación de una chapa magnética de granos no orientados que comprende las etapas que consisten en:
-
elaborar bajo vacío un acero de composición siguiente:
carbono < 0,01%
silicio < 0,5%,
manganeso, de 0,05 a 0,5%
aluminio < 0,03%,
fósforo < 0,20%,
azufre < 0,015%,
nitrógeno < 0,01%,
oxígeno < 0,01%,
el resto siendo hierro e impurezas inevitables,
-
poner el acero bajo la forma de lingote,
-
laminar en caliente el lingote con una temperatura de calentamiento inferior a 1300ºC, una temperatura al final del laminado en caliente inferior a 950ºC,
-
bobinar la banda laminada en caliente a una temperatura superior a 550ºC,
-
someter la banda en bobina a un recocido estático a una temperatura comprendida entre 700 y 1050ºC durante un tiempo superior a 1 hora,
-
someter la banda recocida a una operación facultativa de chorreo con granalla,
-
someter la banda recocida y eventualmente chorreada con granalla, a una operación de decapado, y luego
-
laminar en frío la banda decapada, con una tasa de reducción comprendida entre 25 y 90%, en una sola operación de laminado en frío a un espesor inferior o igual a 1,5 mm, y luego
-
someter la banda laminada en frío a un recocido final efectuado en el desfilado
-
después del recocido final, se somete la chapa previamente cortada a un recocido de eliminación de las tensiones.
Las otras características de la invención son:
-
el recocido final en el desfilado es realizado a una temperatura comprendida entre 700 y 1050ºC durante un tiempo inferior a 10 mn.
El recocido de eliminación de las tensiones puede ser efectuado a una temperatura superior a 650ºC durante un tiempo superior a 3 mn.
La descripción que sigue que proporciona una serie de ejemplos de realización hará comprender mejor la invención.
La figura única presenta una curva de imantación en función de las tasas de laminado en frío, el laminado en frío siendo realizado en una sola operación.
Según la invención, el procedimiento de fabricación de un acero de una chapa magnética de granos no orientados comprende la elaboración al vacío de un acero de composición siguiente:
carbono < 0,01%
silicio < 0,5%,
manganeso, de 0,05 a 0,5%
aluminio < 0,03%,
fósforo < 0,20%,
azufre < 0,015%,
nitrógeno < 0,01%,
oxígeno < 0,01%,
el resto siendo hierro e impurezas inevitables.
La presencia de silicio y de manganeso en solución sólida en el hierro aumenta considerablemente la resistividad eléctrica y, por consiguiente, disminuye las pérdidas de energía que acompañan la variación del flujo de inducción magnético. Sin embargo, la polarización magnética a saturación decrece en función del contenido en silicio, de aluminio, de manganeso. Esto resulta en una menor permeabilidad magnética del acero en el punto de funcionamiento usual de las máquinas. Es por lo tanto necesario encontrar el mejor compromiso entre el contenido de elementos de aleación y los resultados magnéticos pretendidos. En consecuencia, el acero según la invención posee un contenido másico de silicio inferior a 0,5%, y un contenido de manganeso inferior a 0,5% para obtener una alta permeabilidad.
La conductividad térmica es un parámetro importante en la construcción de máquinas eléctricas. En efecto, las pérdidas de energía por efecto Joule en los materiales son evacuadas al exterior por medio del circuito magnético constituido por chapas cortadas apiladas. La adición de silicio, de manganeso y de aluminio al hierro se traduce en una disminución de la conductividad térmica.
Desde ese punto de vista, el acero no debe ser o debe estar muy poco aleado, el bajo contenido de silicio, de manganeso y de aluminio del acero según la invención permite limitar el calentamiento de los motores que es perjudicial para la buena conservación de los aislantes que recubren los conductores. La mejor evacuación de las calorías puede así autorizar un aumento de la potencia másica, por medio del incremento de los niveles de inducción, sin aumento de la temperatura.
En otros términos, la composición de la invención, por la conductividad térmica que le confiere al acero, asegura un enfriamiento por conducción térmica de los dispositivos eléctricos.
Después de la elaboración, el acero es colado bajo la forma de lingotes, y luego el lingote es laminado en caliente con una temperatura de calentamiento inferior a 1300ºC, y una temperatura al final del laminado en caliente inferior a 950ºC.
La chapa laminada en caliente es bobinada a una temperatura superior a 550ºC, y luego es sometida a un recocido estático a una temperatura comprendida entre 700 y 1050ºC durante un tiempo superior a 1 hora.
Después de la etapa de recocido estático, la banda puede sufrir una operación facultativa de chorreo con granalla, antes de ser sometida a una operación de decapado.
En fin, la banda decapada es laminada en frío, con una tasa de reducción comprendida entre 25 y 90%, en una sola operación de laminado en frío a un espesor inferior o igual a 1,5 mm, y luego sufre un recocido final efectuado en el desfilado. El recocido final en el desfilado es realizado de preferencia a una temperatura comprendida entre 700 y 1050ºC, durante un tiempo inferior a 10 mn.
Es mostrado que se pueden reducir las pérdidas magnéticas por debajo de 4,5 W/Kg para un espesor de chapa de 0,35 mm, por debajo de 5,30 W/Kg para un espesor de chapa de 0,50 mm, por debajo de 7 W/Kg para un espesor de chapa de 0,65 mm, por debajo de 12,5 W/Kg para un espesor de chapa de 1 mm y obtener una imantación igual o superior a 1,77 Tesla efectuando un recocido estático de la banda de chapa laminada en caliente, asociado a un laminado en frío en una sola operación seguido de un recocido continuo en el desfilado.
Los ejemplos 1 a 6 ilustran esta característica.
Ejemplo 1
Un lingote de acero Nº 4 cuya composición química ponderal es dada en la tabla 1 es calentado a 1173ºC y luego sufre un primer laminado en caliente con una tasa de reducción de 86% y un segundo laminado en caliente con una tasa de reducción de 93%. La temperatura al final del laminado en caliente es de 843ºC, la banda de chapa laminada en caliente es bobinada a la temperatura de 738ºC. La chapa bajo la forma de bobina es sometida a un recocido estático a la temperatura de 800ºC durante 10 horas bajo una atmósfera de hidrógeno o de hidrógeno y nitrógeno. La chapa es seguidamente laminada en frío con una tasa de reducción de 80% para obtener una chapa de espesor de 0,50 mm. El recocido final es efectuado a la temperatura de 880ºC durante 2 minutos bajo atmósfera de nitrógeno e hidrógeno.
TABLA 1 Acero nº 4
C Mn Si S Al P
0.002% 0,343% 0,322% 0,006% 0,001% 0,159%
Las características magnéticas obtenidas son presentadas en la tabla 2.
TABLA 2
W 1,5/50 (W/Kg) B5000 (Tesla)
Chapa de 0,50 mm de espesor según la invención 4,9 1,80
Ejemplo 2
Un lingote de acero nº 4 cuya composición ponderal es dada en la tabla 1 es tratado de la misma forma que el acero del ejemplo 1, es decir con las mismas tasas de reducción en caliente y en frío.
La temperatura de calentamiento del lingote es de 1185ºC, la temperatura al final del laminado en caliente es de 857ºC. La banda de chapa laminada en caliente es bobinada a la temperatura de 636ºC. Un trozo de la bobina es sometido a un recocido estático a la temperatura de 800ºC durante 10 horas bajo una atmósfera de hidrógeno o de hidrógeno y nitrógeno. La chapa es a continuación laminada en frío para llegar a una chapa de 0,50 mm de espesor. El recocido final es efectuado a la temperatura de 880ºC durante 2 minutos bajo atmósfera de nitrógeno e hidrógeno.
Las características magnéticas obtenidas son presentadas en la tabla 3.
TABLA 3
W 1,5/50 (W/Kg) B5000 (Tesla)
Chapa de 0,50 mm de espesor según la invención 4,7 1,79
Ejemplo 3
Un lingote de acero nº 4 cuya composición ponderal es dada en la tabla 1 es tratado de la misma forma que el acero del ejemplo 1, es decir con las mismas tasas de reducción en caliente y en frío.
La temperatura de calentamiento del lingote es de 1221ºC, la temperatura al final del laminado en caliente es de 910ºC. La banda de chapa laminada en caliente es bobinada a la temperatura de 785ºC. La chapa bajo la forma de bobina es sometida a un recocido estático a la temperatura de 800ºC durante 10 horas bajo una atmósfera de hidrógeno o de hidrógeno y de nitrógeno. La chapa es a continuación laminada en frío para llegar a una chapa de 0,50 mm de espesor. El recocido final es efectuado a la temperatura de 880ºC durante 2 minutos bajo atmósfera de nitrógeno e hidrógeno.
Las características magnéticas obtenidas son presentadas en la tabla 4.
TABLA 4
W 1,5/50 (W/kg) B5000 (Tesla)
Chapa de 0,50 mm de espesor según la invención 4,62 1,82
En las mismas condiciones de tratamiento, el acero nº 2, cuya composición es dada en la tabla 5, que comprende en su composición un contenido de manganeso de 0,87% conduce a propiedades magnéticas idénticas a aquellas de la tabla 4. El contenido de manganeso debe ser sin embargo limitado a menos de 0,5% para mejorar la conductividad térmica.
Mientras más baja la temperatura de recocido estático, es necesario aumentar la duración del mismo.
TABLA 5 Acero nº 2
C Mn Si S Al P
0,003% 0,870% 0,342% 0,008% 0,001% 0,188%
Ejemplo 4
Un trozo de la bobina de chapa laminada en caliente obtenida en las condiciones descritas en el ejemplo 2 es sometido a un recocido estático a una temperatura de 710ºC durante 40 horas bajo una atmósfera de hidrógeno o de nitrógeno y de hidrógeno.
Las características magnéticas obtenidas son presentadas en la tabla 6.
TABLA 6
W 1,5/50 (W/kg) B5000 (Tesla)
Chapa de 0,50 mm de espesor según la invención 4,88 1,79
Ejemplo 5
Un lingote de acero nº 4 cuya composición ponderal es dada en la tabla 1 es tratado de la misma forma que en el ejemplo 1, es decir con las mismas tasas de reducción en caliente y en frío.
El lingote de acero nº 4 es calentado a 1188ºC, la temperatura al final del laminado en caliente es de 816ºC. La banda de chapa laminada en caliente es bobinada a la temperatura de 702ºC. Un trozo de chapa bajo la forma de bobina es sometido a un recocido estático a la temperatura de 1000ºC durante 10 horas bajo una atmósfera de hidrógeno o de hidrógeno y nitrógeno. La chapa es seguidamente laminada en frío para llegar a una chapa de 0,50 mm de espesor. El recocido final es efectuado a la temperatura de 880ºC durante 2 minutos bajo atmósfera de nitrógeno e hidrógeno.
Las características magnéticas obtenidas son presentadas en la tabla 7.
TABLA 7
W 1,5/50 (W/kg) B5000 (Tesla)
Chapa de 0,50 mm de espesor según la invención 4,59 1,80
Ejemplo 6
Un trozo de la bobina de chapa laminada en caliente obtenida en las condiciones descritas en el ejemplo 2 es sometido a un recocido estático a una temperatura de 740ºC durante 40 horas bajo una atmósfera de hidrógeno o de nitrógeno y de hidrógeno. Después de recocido el trozo es dividido en cuatro partes que sufren respectivamente el laminado en frío con una tasa de reducción de 60%, 74%, 80% y 86% para obtener una chapa de 1 mm de 0,65 mm, 0,50 mm, y 0,35 mm de espesor.
La chapa de 0,5 mm de espesor y la chapa de 0,35 mm de espesor sufren un recocido a una temperatura de 880ºC durante 2 mn.
La chapa de 0,65 mm de espesor sufre un recocido a una temperatura de 880ºC durante 2 mn 30 s.
La chapa de 1 mm de espesor sufre un recocido a una temperatura de 880ºC durante 3 mn 40 s.
El recocido final es efectuado en una atmósfera de hidrógeno y de nitrógeno. Las características magnéticas obtenidas son presentadas en la tabla 8.
TABLA 8
W 1,5/50 (W/kg) B5000 (Tesla)
Según la invención:
Chapa de 0,35 mm de espesor 3,76 1,78
Chapa de 0,50 mm de espesor 4,70 1,79
Chapa de 0,65 mm de espesor 6,36 1,80
Chapa de 1 mm de espesor 11,80 1,80
La figura única muestra que la tasa de laminado en frío debe ser inferior a 90% para obtener una imantación igual o superior a 1,77 Tesla cuando un recocido estático es realizado después del laminado en caliente.
En el caso en que la chapa es realizada con un recocido estático después del laminado en caliente, ha sido constatado que un recocido efectuado en nodos magnéticos realizados por corte y apilamiento de la chapa según la invención, genera una disminución de las pérdidas sin degradación de la imantación, el recocido estando destinado a eliminar las tensiones internas debidas al corte. Se puede así realizar chapas que tienen un espesor final de 0,35 mm, que después del recocido post corte tienen pérdidas magnéticas inferiores a 4,0 W/Kg con una imantación igual o superior a 1,77 Tesla. Se puede así realizar chapas que tienen un espesor final de 0,50 mm, que después del recocido post corte tienen pérdidas magnéticas inferiores a 4,70 W/Kg con una imantación igual o superior a 1,77 Tesla. En ciertas condiciones, es posible realizar chapas que tienen pérdidas inferiores a 4 W/Kg con una imantación superior a 1,80 Tesla. Estos resultados son esencialmente debidos al hecho de que en el procedimiento según la invención la chapa es sometida a un recocido estático antes del laminado en frío.
La invención comprende las etapas siguientes: un recocido estático antes del laminado en frío, un laminado en frío en una sola operación, un recocido final como es presentado en los ejemplos 1, 2, 3, 4, 5 y 6. Después del corte de los elementos de circuito y apilamiento, un recocido de eliminación de las tensiones internas es efectuado en dichos circuitos.
El recocido de eliminación de las tensiones internas generadas por corte permite reducir de forma significativa las pérdidas sin ninguna degradación de la imantación de la chapa según la invención.
\newpage
De preferencia, la chapa sufre un recocido de eliminación de las tensiones a una temperatura superior a 650ºC, durante un tiempo superior a 3 mn.
El ejemplo 7 ilustra ese propósito.
Ejemplo 7
Las probetas Epstein que tienen un espesor de 0,35 mm, 0,50 mm, 0,65 mm y 1 mm, utilizadas para medir las características magnéticas de chapas presentadas en los ejemplos 1, 3, 4, y 5, han sido sometidas a un recocido de 750ºC durante 2 horas bajo una atmósfera de nitrógeno e hidrógeno.
Chapa de 0,50 mm de espesor con recocido según la invención:
Ejemplo 1 4,13 1,80
Ejemplo 3 3,80 1,82
Ejemplo 4 4,15 1,79
Ejemplo 5 3,62 1,80
Ejemplo 8
Las probetas Epstein utilizadas en el ejemplo 6 para medir las características magnéticas son sometidas a un recocido a 750ºC durante dos horas bajo atmósfera de nitrógeno y de hidrógeno.
Las características magnéticas obtenidas son presentadas en la tabla 9.
TABLA 9
W 1,5/50 B5000
(W/kg) (Tesla)
Chapa de 0,35 mm de espesor 3,37 1,78
Chapa de 0,5 mm de espesor 3,94 1,79
Chapa de 0,65 mm de espesor 5,36 1,80
Chapa de 1 mm de espesor 10,62 1,80
según la invención.
En el caso en el que la chapa según la invención es realizada con un recocido estático después del laminado en caliente, se puede así obtener chapas que tienen un espesor final de 0,35 mm, 0,50 mm, 0,65 mm y 1 mm y que después del recocido post corte tienen respectivamente pérdidas másicas inferiores a 4 W/Kg, 4,70 W/Kg, 6 W/Kg y 11,5 W/Kg así como una imantación igual o superior a 1,77 Tesla.
Según la invención, es mostrado que se puede llegar con un acero que tiene una composición química determinada para la realización de chapa magnética que posee propiedades remarcadas, efectuando un recocido estático de larga duración de la banda de chapa laminada en caliente seguido de un solo laminado en frío.
Cuando la chapa según la invención es laminada en caliente y sometida a un recocido estático de larga duración seguido de un solo laminado en frío, la misma presenta en el espesor 0,50 mm y 0,65 mm, una reducción sensible de las pérdidas másicas y una mejora de la aptitud a la imantación.
Para el espesor 1 mm, el recocido estático antes del laminado en frío permite aumentar la aptitud a la imantación con, en contraparte una degradación de las pérdidas.
La chapa obtenida por el procedimiento puede ser sometida, después del corte y ensamblaje de los circuitos magnéticos, a un recocido de eliminación de las tensiones.
Ese recocido de eliminación de las tensiones debidas al corte, provoca una reducción sensible de las pérdidas sin degradación de la aptitud a la imantación, con recocido estático de la banda laminada en caliente y luego laminada en frío en una sola operación.

Claims (3)

1. Procedimiento de fabricación de una chapa magnética de granos no orientados que comprende las etapas que consisten en:
-
elaborar bajo vacío un acero de composición siguiente:
carbono < 0,01%
silicio < 0,5%,
manganeso, de 0,05 a 0,5%
aluminio < ,03%,
fósforo < 0,20%,
azufre < 0,015%,
nitrógeno < 0,01%,
oxígeno < 0,01%,
el resto siendo hierro e impurezas inevitables,
-
poner el acero bajo la forma de lingote,
-
laminar en caliente el lingote con una temperatura de calentamiento inferior a 1300ºC, una temperatura al final del laminado en caliente inferior a 950ºC,
-
bobinar la banda laminada en caliente a una temperatura superior a 550ºC,
-
someter la banda en bobina a un recocido estático a una temperatura comprendida entre 700 y 1050ºC durante un tiempo superior a 1 hora,
-
someter la banda recocida a una operación facultativa de chorreo con granalla,
-
someter la banda recocida y eventualmente chorreada con granalla, a una operación de decapado, y luego
-
laminar en frío la banda decapada, con una tasa de reducción comprendida entre 25 y 90%, en una sola operación de laminado en frío a un espesor inferior o igual a 1,5 mm,
-
someter la banda laminada en frío a un recocido final efectuado en el desfilado, y luego
-
cortar la banda para formar chapas, y someter dichas chapas a un recocido de eliminación de las tensiones.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el recocido final en el desfilado es realizado a una temperatura comprendida entre 700 y 1050ºC durante un tiempo inferior a 10 mn.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el recocido de eliminación de las tensiones es efectuado a una temperatura superior a 650ºC durante un tiempo superior a 3 mn.
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