ES2316949T3 - Chapa de acero megnetico laminada en caliente particularmente adecuada para la fabricacion de paquetes de chapas electromagneticas. - Google Patents
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Abstract
Una chapa de acero magnético laminada en caliente adecuada para la fabricación de planchas de acero eléctrico, provista de un grosor comprendido entre 0,65 y 1,0 mm y una estructura de grano fino, caracterizada por el hecho de que tiene un contenido en silicio < 0,03%, una relación de paralelismo < 0,02 mm y con el 70% de los granos ferríticos comprendidos entre los grados 9 y 12 de la norma ASTM E 112, estas características siendo obtenidas sin ninguna etapa adicional de recocido ni laminado en frío con la siguiente composición: C <= 0,06%, Mn 0,10 ÷ 0,20%, Si < 0,03%, P <= 0,010%, S <= 0,005%, Cr<= 0,10%, Ni<= 0,12%, Mo <= 0,03%, Al 0,030 ñ 0,050%, el resto siendo Fe y las inevitables impurezas.
Description
Chapa de acero magnético laminada en caliente
particularmente adecuada para la fabricación de paquetes de chapas
electromagnéticas.
La presente invención se refiere a una chapa de
acero magnético laminada en caliente de bajo contenido en
carbono.
Los documentos WO 2004/013365 y EP 1411138
exponen chapas magnéticas de grano no orientado provistas de
características físico-químicas especiales que,
después de un tratamiento de laminación en frío y recocido, se hacen
adecuadas para ser utilizadas para fabricar, después del corte,
paquetes de chapas tales como estatores y rotores de motores
eléctricos.
También es conocido que el laminado en frío
implica un ciclo de operaciones que es muy gravoso cuando se
consideran los costes y el tiempo requeridos. Estas chapas de tipo
conocido están adicionalmente caracterizadas por un contenido
relativamente elevado de silicio y por una estructura con granos no
particularmente finos. Es conocido de hecho que la chapa de acero
que comúnmente se utiliza en la técnica para las utilizaciones
anteriormente mencionadas generalmente presenta un contenido en
silicio > 0,5%, está provista de una estructura con granos
ferríticos no particularmente finos y generalmente incluso
inferiores al grado 7 de la norma ASTM, a fin de mejorar su
permeabilidad magnética.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar una chapa de acero magnético laminada en frío de bajo
contenido en carbono provista de un contenido reducido de silicio y
un grosor comprendido entre 0,65 y 1,5 mm, la cual muestra, sin el
laminado subsiguiente en frío ni tratamientos adicionales,
características metalúrgicas y geométricas particulares, así como
las relativas a la planitud y la dureza, lo cual las hace
particularmente, aunque no exclusivamente, adecuadas para la
fabricación de laminados que, después del corte pueden formar
paquetes de múltiples capas adecuados para las utilizaciones
anteriormente mencionadas.
La chapa según la presente invención
preferiblemente, aunque no exclusivamente, está fabricada por medio
de sistemas en línea del tipo "delgado y plano", como el que
se describe en la publicación internacional WO 2004/026497 a nombre
del mismo solicitante, como se representa esquemáticamente en la
figura 5 y está caracterizada, como se establece en la
reivindicación 1, por un bajo contenido en silicio (inferior al
0,03%) y una estructura cuya finura está comprendida entre los
grados 9 y 12 de la norma ASTM 112, con un grosor comprendido entre
0,65 y 1,5 mm, una relación de paralelismo <0,02 mm y una
rugosidad \geq 1,3 \mum, provista de la siguiente composición:
C \leq 0,06%, Mn 0,10 \div 0,20%, Si < 0,03%, P \leq
0,010%, S \leq 0,005%, Cr \leq 0,10%, Ni \leq 0,12%, Mo
\leq 0,03%, Al 0,030 \pm 0,050%, el resto siendo Fe y las
inevitables impurezas.
El grosor medio es preferiblemente de
0,65-1,0 mm con unas tolerancias estrictas de \pm
0,05 mm, mientras el paralelismo es preferiblemente inferior a 0,01
mm. Tras unas posibles operaciones de tratamiento de desoxidante y
pasada en frío para reducir el grosor, la dureza de la chapa según
la presente invención puede alcanzar valores de HRB 55/70 o HV
110/140.
La rugosidad particular \geq 1,3 \mum de la
chapa es útil para evitar que las piezas cortadas se unan juntas
muy cerca cuando se empaquetan para formar capas múltiples, gracias
al aire que está presente en los espacios causados por la rugosidad
y el general las características anteriormente descritas hacen este
tipo de chapa laminada en frío particularmente adecuada para un
corte fino sin necesidad alguna de tener que recortar ni enderezar
las piezas cortadas, dejándolas preparadas por lo tanto para las
etapas subsiguientes de empaquetado, las cuales en general se
llevan a cabo en línea y automáticamente, eliminando de ese modo las
operaciones de recortado y enderezado que se requieren en los
sistemas tradicionales.
Estos y otros objetos, ventajas y
características de la chapa magnética según la invención se pondrán
más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción
detallada con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:
la figura 1 muestra, trazadas gráficamente, las
curvas de la frecuencia con la cual la presencia de un tamaño
determinado del grano ha sido detectada estadísticamente en un
número de rollos al principio, en medio y al final respectivamente
de cada rollo de chapa según la presente invención;
la figura 2 muestra un detalle de la
microestructura de la misma chapa, cuando se ve con una
amplificación
de x 1000;
de x 1000;
la figura 3 muestra una distribución de las
rebabas en milímetros, como se detecta experimentalmente en un
número de piezas cortadas a partir de una chapa según la presente
invención;
la figura 4 muestra esquemáticamente cómo se
calcula el factor de empaquetado (parámetro de laminación según la
norma italiana UNI EN 10126) al cual se hará referencia en lo que
sigue a continuación como indicador del paralelismo y de la
presencia de rebabas en las piezas cortadas de laminación;
la figura 5 muestra esquemáticamente un tipo de
planta, tal como aquél de la publicación anteriormente mencionada
WO 2004/026497, utilizada preferiblemente para fabricar la chapa de
la presente invención; y
la figura 6 muestra un cuadro de flujo de la
comparación entre el ciclo de fabricación de las chapas según la
técnica anterior y la presente invención.
Como ya se ha indicado antes en este documento,
la chapa magnética según la presente invención puede reemplazar,
sin tratamiento de recocido, las chapas laminadas en frío para
fabricar, al cortarlas, paquetes del conjunto de piezas estampadas
de chapa del circuito magnético. El grosor de dicha chapa de acero
es de 0,65-1,5 mm, preferiblemente
0,65-1 mm con unas tolerancias estrictas de \pm
0,05 mm y una relación de paralelismo < 0,02 mm, preferiblemente
0,01 mm.
Mientras la chapa magnética según la técnica
anterior está caracterizada por un contenido en silicio > 0,5% y
un grano ferrítico con una finura inferior al grado 7 de la norma
ASTM E 112 para mejorar la permeabilidad magnética, la chapa según
la invención, en lugar de un contenido muy bajo en silicio (<
0,03%) y la finura del grano superior al grado 9 de la norma
anteriormente mencionada, presenta características magnéticas
comparables con aquellas de las chapas a partir de silicio de grano
no orientado laminadas en caliente y a continuación recocidas para
incrementar el tamaño del grano ferrítico. Esto parece ser debido a
la sustancial uniformidad del grano ferrítico, en donde el 70% de
los granos muestran un grado de finura comprendido entre los niveles
9 y 12 de la norma ASTM anteriormente mencionada, haciendo
particularmente permeable al magnetismo de la misma chapa. Aunque
el tamaño de grano juega un papel básico concerniente a la
permeabilidad magnética del acero, pruebas experimentales de hecho
han demostrado que a este respecto la característica de la
uniformidad del grano es también muy importante, sin tener en
cuenta su tamaño.
Con referencia a la figura 1 se puede observar
lo fina que es la microestructura de las chapas según la invención
en las cuales de hecho más del 80% de los granos tienen un tamaño
inferior a aquél que corresponde al grado 9 de la norma ASTM E 112 y
por lo tanto una finura mejor que la propia de grado 9.
La característica de la uniformidad del grano
ferrítico, el cual es muy fino y particularmente homogéneo,
desciende también en particular a partir de la microfotografía
aumentada mil veces como se representa en la figura 2.
Considerando ahora otra característica de la
chapa según la invención, esto es la pequeña altura de las rebabas
de corte, el límite superior de las cuales como se requiere en el
mercado es de 0,04 mm, el gráfico de la figura 3 muestra claramente
cómo cumple totalmente un límite de este tipo la chapa de la
invención, con la cual el valor de 0,04 mm no parece que se haya
alcanzado.
A fin de determinar las características de la
planitud y el paralelismo de la chapa de acero, en relación con el
producto de la utilización pretendida, es decir paquetes del
conjunto de piezas estampadas de chapa del circuito magnético, en
particular pero no exclusivamente para fabricar estatores y rotores
de motores eléctricos, generalmente se hace referencia a un factor
de empaquetado el cual está definido como la relación entre el peso
de un paquete de múltiples capas de forma regular (P) y aquél de un
bloque de acero macizo que tenga el mismo tamaño (P').
Evidentemente el valor más alto del factor de empaquetado que es
posible alcanzar es igual a 1, como se puede ver con referencia a
la figura 4, en donde en el lado izquierdo se representa un paquete
de múltiples capas y en el lado derecho un bloque de acero macizo. A
través de dicho factor P/P' se obtiene una medida del paralelismo
del paquete de múltiples capas, o, en otras palabras, una
verificación de la posible presencia de espacios debidos a rebabas
o grosores no uniformes. Las pruebas experimentales llevadas a cabo
en cada posición de la chapa han mostrado que un factor de este tipo
no sólo es muy alto, comparable con aquel de las chapas en frío, el
cual está comprendido entre 0,90 y 0,99, sino también en el campo
de los valores más elevados que corresponden a un grado de
paralelismo < 0,02 mm e incluso inferior a 0,01 mm.
La chapa según la presente invención está
fabricada en una planta tal como aquella ilustrada esquemáticamente
en la figura 5, para el laminado continúo en caliente, tal como la
del tipo que es el objeto de la publicación
WO 2004/026497, a partir de la cual se puede obtener las chapas según la presente invención con las características anteriormente indicadas. En particular la parte inferior de la distribución en planta se refiere a las posibles operaciones de tratamiento desoxidante y pasada en frío para reducir el grosor a las cuales puede estar sometida la chapa a partir de la etapa de laminación, pudiendo alcanzar por lo tanto valores de dureza que corresponden a HRB 55/70 o
HV 110/140.
WO 2004/026497, a partir de la cual se puede obtener las chapas según la presente invención con las características anteriormente indicadas. En particular la parte inferior de la distribución en planta se refiere a las posibles operaciones de tratamiento desoxidante y pasada en frío para reducir el grosor a las cuales puede estar sometida la chapa a partir de la etapa de laminación, pudiendo alcanzar por lo tanto valores de dureza que corresponden a HRB 55/70 o
HV 110/140.
En el cuadro de flujo de la figura 6 se indican
claramente, en el lado derecho, las etapas principales del ciclo de
fabricación de la chapa según la invención en un sistema de este
tipo, destacando por lo tanto el menor número de etapas con
respecto a aquellas del ciclo de fabricación según la técnica
anterior, que implica el laminado en frío, aunque los resultados de
la calidad obtenida son comparables.
El que la chapa según la invención es una
solución alternativa válida a las chapas a partir de silicio
laminadas en frío con granos no orientados, cuando las aplicaciones
no requieren límites particulares de las características
magnéticas, ha sido probado por medio de pruebas experimentales las
cuales proporcionan los resultados relacionados en la siguiente
tabla 1. Se debe indicar que estas pruebas experimentales han sido
llevadas a cabo en paquetes de múltiples capas obtenidas a partir
de una chapa de la presente invención, en otras palabras laminada en
caliente sin tratamientos adicionales, los cuales han sido
comparados con paquetes similares obtenidos a partir de una chapa
de la técnica interior, que ha sido laminada en frío, recocida y
pasada en frío para reducir el grosor (1%).
En
donde:
- W1T y W1,5T son las pérdidas magnéticas en
vatios/kilo de acero, medidas respectivamente con una inducción
magnética (polarización) de 1,0 y 1,5 Tesla en un campo alternativo
a 50 hz;
- B2500 - B5000 - B10000 son los valores de
inducción magnética (polarización) en Tesla, medidos con intensidad
del campo magnético H alternativo a 50 hz de 2500, 5000, 10000 A/m,
respectivamente.
- Ciclo 1: laminado en caliente + tratamiento
desoxidante + pasada en frío para reducir el grosor
- Ciclo 2: laminado en caliente + tratamiento
desoxidante + laminado en frío (> 70%) + recocido + pasada en
frío para reducir el grosor.
\vskip1.000000\baselineskip
A través de las observaciones de los resultados
relacionados en la tabla se puede observar que los comportamientos
de la chapa magnética según la invención son totalmente comparables,
bajo el aspecto de la calidad, con aquellos de una chapa según la
técnica anterior adicionalmente sometida a un tratamiento de
laminado en frío, recocido y pasada en frío para reducir el grosor.
Los valores de la permeabilidad magnética que se han encontrado son
de hecho bastante similares (la diferencia más elevada: 0,6% en B
10000), mientras las pérdidas magnéticas son incluso inferiores con
la chapa de la invención.
También está claro que la fabricación de la
chapa magnética según la invención es más económica con respecto a
aquella según la técnica anterior, tanto por la adición de menos
cantidades de silicio como por la eliminación de las etapas del
laminado en frío y de recocido, como ya se ha remarcado antes en
este documento. Este ahorro puede alcanzar un valor que corresponde
aproximadamente a la cantidad del 15% de los costes totales de
fabricación.
Otra ventaja del acero según la invención es que
se evita el estado crítico del acero de silicio de grano no
orientado tradicional, los desbastes rectangulares del cual se deben
calentar a temperaturas más altas (aproximadamente 200ºC) que las
requeridas por los otros aceros que no incluyen silicio y deben ser
enfriados más lentamente con un proceso controlado antes de la
subsiguiente etapa de laminación para evitar grietas en los propios
desbastes rectangulares.
Claims (7)
1. Una chapa de acero magnético laminada en
caliente adecuada para la fabricación de planchas de acero
eléctrico, provista de un grosor comprendido entre 0,65 y 1,0 mm y
una estructura de grano fino, caracterizada por el hecho de
que tiene un contenido en silicio < 0,03%, una relación de
paralelismo < 0,02 mm y con el 70% de los granos ferríticos
comprendidos entre los grados 9 y 12 de la norma ASTM E 112, estas
características siendo obtenidas sin ninguna etapa adicional de
recocido ni laminado en frío con la siguiente composición: C \leq
0,06%, Mn 0,10 \div 0,20%, Si < 0,03%, P \leq 0,010%, S
\leq 0,005%, Cr \leq 0,10%, Ni \leq 0,12%, Mo \leq 0,03%,
Al 0,030 \pm 0,050%, el resto siendo Fe y las inevitables
impurezas.
2. Una chapa de acero magnético laminada en
caliente según la reivindicación 1 caracterizada por el hecho
de que por lo menos el 80% de los granos ferríticos tienen un
tamaño inferior a aquél que corresponde al grado 9 de dicha
norma.
3. Una chapa de acero magnético laminada en
caliente según la reivindicación 1 o 2 caracterizada por el
hecho de que tiene tolerancias que corresponden a \pm 0,05
mm.
4. Una chapa de acero magnético laminada en
caliente según la reivindicación 1 o 2 caracterizada presenta
una relación de paralelismo < 0,01 mm.
5. Una chapa de acero magnético laminada en
caliente según una o más de las reivindicaciones anteriores
caracterizada por el hecho de que adicionalmente presenta
una rugosidad \geq 1,3 \mum.
6. Una chapa de acero magnético laminada en
caliente según las reivindicaciones 4 y 5 caracterizada por
un factor de empaquetado (P/P') \geq 0,90.
7. Una chapa de acero magnético laminada en
caliente según la reivindicación 1 o 2 caracterizada por el
hecho de que presenta, después del tratamiento desoxidante y la
pasada en frío para reducir el grosor, valores de la dureza de HRB
55/70 o HV 110/140.
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