ITRM20070218A1 - Procedimento per la produzione di lamierino magnetico a grano orientato - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI LAMIERINO MAGNETICO A GRANO ORIENTATO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato in acciaio al silicio.

Questi lamierini vengono generalmente impiegati nella realizzazione dei nuclei magnetici dei trasformatori elettrici.

I prodotti disponibili sul mercato vengono classificati sulla base delle loro caratteristiche magnetiche (definite nella norma UNI EN10107):

- "L'induzione magnetica ad 800A/m" B800 (espressa in Tesla), misurata con un campo magnetico applicato pari a 800 A/m;

- Le perdite di potenza (espresse in W/kg) misurate a valori prefissati dell'induzione magnetica (1,5 T per le P15, 1,7 T per le P17).

Secondo la norma citata viene definito grano orientato un prodotto che abbia B800>1,75 T e grano orientato ad elevata permeabilità magnetica un prodotto che abbia B800>1,88 T. L'evoluzione dei processi produttivi negli ultimi anni ha fatto sì che la B800 dei prodotti a grano orientato disponibili sul mercato attualmente sia >1,80 T.

Dal punto di vista metallurgico questi prodotti hanno una dimensione del grano variabile da alcuni millimetri ad alcuni centimetri, con la direzione <100> allineata con la direzione di laminazione ed il piano {110} parallelo al piano di laminazione. Le caratteristiche magnetiche sono tanto migliori quanto più la direzione <100> è allineata alla direzione di laminazione.

L'ottenimento dei migliori risultati metallurgici è influenzato in maniera complessa da parametri distribuiti lungo tutto il processo produttivo dalla preparazione dell'acciaio fino alle condizioni operative in cui viene effettuata la ricottura finale.

Un ruolo importante nel processo produttivo è svolto dalla precipitazione di seconde fasi, tipicamente solfuri e/o seleniuri e/o nitruri, finemente distribuite nella matrice, determinanti per il controllo della crescita del grano durante il processo di ricristallizzazione secondaria.

Le tecnologie tradizionali di produzione dell'acciaio magnetico a grano orientato (vedi ad es. : IT1029613) prevedono l'ottenimento di questa distribuzione di seconde fasi, adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria, durante la laminazione a caldo e la successiva fase della ricottura del nastro a caldo.

La precipitazione è ottenuta mediante la presenza nella lega di quantità controllate di elementi in grado di formare seconde fasi (solfuri e/o seleniuri e/o nitruri), il riscaldo della bramma prima della laminazione a caldo a temperature molto elevate (>1300°C), in modo da disciogliere una quantità significativa delle seconde fasi, precipitate in forma grossolana e non adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria durante il colaggio, in modo che possano riprecipitare durante la laminazione a caldo e durante la successiva ricottura del nastro a caldo, in forma adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria.

Le elevate temperature di riscaldo della bramma prima della laminazione a caldo causano notevoli problemi da diversi punti di vista:

- impiantistico, con la necessità utilizzare forni di riscaldo speciali per il trattamento delle bramme alle suddette temperature,

- manutentivo, infatti la temperatura utilizzata è superiore alla temperatura di formazione della scoria liquida, che impastandosi con i meccanismi di movimentazione del forno crea notevoli problemi di manutenzione,

- della qualità superficiale dei prodotti finiti, infatti alle temperature così elevate la superficie della bramma subisce danneggiamenti che si ritrovano anche sul prodotto finito,

- dei consumi energetici, infatti alle temperature così elevate l'energia persa a causa delle dissipazioni termiche del forno è notevole.

Tra le soluzioni individuate per la fabbricazione di questi acciai, la precipitazione seconde fasi, in forma adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria, è ottenuta mediante un trattamento di nitrurazione effettuato dopo o durante la ricottura di decarburazione, immediatamente prima della ricottura di ricristallizzazione secondaria (EP0339474).

In questo modo viene meno la necessità di far precipitare nel nastro a caldo le seconde fasi già in forma adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria, dissolvendole preventivamente durante il riscaldo della dramma prima della laminazione a caldo, e si può conseguentemente abbassare la temperatura di riscaldo della bramma al di sotto della temperatura di dissoluzione (<1200°C).

Un ulteriore sviluppo della suddetta tecnologia di produzione dell'acciaio magnetico a grano orientato mediante nitrurazione è rappresentata da (EP0950120), in cui la bramma prima della laminazione a caldo viene sottoposta a trattamento di riscaldo a temperature intermedie tra le temperature necessarie per ottenere il discioglimento di una quantità significativa di seconde fasi (IT1029613) e quelle necessarie per evitarne il di scioglimento (EP0339474).

Queste modalità operative presentano comunque numerosi inconvenienti.

Un primo inconveniente è legato al fatto che in ogni caso la quantità di seconde fasi che vengono disciolte durante il riscaldo bramma prima della laminazione a caldo dipende fortemente, oltre che dalla temperatura di riscaldo, dal prodotto di solubilità delle seconde fasi in questione (quindi ad esempio nel caso di AlN dalle attività chimiche, e quindi dalle concentrazioni, di Al ed N in soluzione, ed analogamente per gli altri nitruri, solfuri e/o seleniuri considerati).

Questo impone sia che si voglia sciogliere una quantità significativa di seconde fasi (IT1029613), sia che si voglia evitare il discioglimento (EP0339474), nonché nel caso in cui ci si voglia collocare in una posizione intermedia tra i due estremi (EP0950120), di controllare in maniera molto stretta oltre che la temperatura di riscaldo anche la concentrazione di quegli elementi in grado di formare seconde fasi.

Nonostante vengano adottate pratiche di produzione acciaio molto controllate, inevitabili fluttuazioni del processo produttivo determinano fluttuazioni nella concentrazione di elementi in grado di formare seconde fasi e quindi delle relative attività chimiche, tali che uno stretto controllo della dissoluzione e riprecipitazione delle seconde fasi diventa molto difficile con un inevitabile ripercussione negativa sia sulla qualità dei prodotti che sulle rese produttive.

Un ulteriore inconveniente è che le seconde fasi, disciolte completamente o parzialmente durante il riscaldo della dramma prima della laminazione a caldo, per ragioni cinetiche non precipitano completamente durante la laminazione a caldo, ma rimangono in soluzione sovrassatura. La precipitazione di queste fasi avviene durante le ricotture effettuare in momenti successivi del procedimento, in particolare durante la ricottura del nastro a caldo e durante la successiva ricottura di decarburazione. Questa situazione impone, per evitare una precipitazione troppo fine o disomogenea, di sottoporre a controllo molto stringente i relativi stadi di processo.

Nel caso in cui il riscaldo della bramirla prima della laminazione a caldo viene praticato a temperature inferiori a quelle necessarie per la dissoluzione delle seconde fasi precipitate durante il colaggio (EP0339474) si presenta inoltre l'inconveniente che, a causa della debole inibizione presente nel nastro durante la laminazione a caldo e la successiva ricottura del nastro a caldo, la dimensione del grano dei nastri prima della laminazione a freddo è molto grande (dell'ordine di grandezza delle diverse centinaia di μm; la relativa microstruttura e la bassa densità di bordi grano in matrice metallica, rendono particolarmente sensibile il materiale a fenomeni di propagazione di eventuali cricche meccaniche. In conseguenza di ciò il nastro risulta intrinsecamente fragile e soggetto a rotture durante la laminazione a freddo, al punto che risulta molto difficile aumentare la percentuale in peso di silicio oltre il 3,2%.

Esiste pertanto nello specifico settore l'esigenza di migliorare la qualità del lamierino magnetico a grano orientato, riducendo nel contempo la complessità del ciclo produttivo e l'entità dei consumi energetici.

Con l'adozione del procedimento secondo la presente invenzione le suddette esigenze risultano soddisfatte, offrendo inoltre altri vantaggi che risulteranno evidenti nel seguito.

Con la presente invenzione è possibile realizzare un procedimento per la produzione di lamierino di acciaio al silicio a grano orientato per applicazioni elettromagnetiche ottenuto attraverso la produzione di un nastro laminato a caldo contenente una distribuzione di seconde fasi idonea al controllo della ricristallizzazione secondaria, e la sua trasformazione a prodotto finito.

Un primo oggetto della presente invenzione è un procedimento per la produzione di lamierino magnetico a grano orientato mediante il colaggio in contìnuo di un acciaio, che contiene silicio in percentuale in peso compresa tra 2,3 % e 5,0 %. Il ruolo del Si è quello di aumentare la resistività della lega diminuendo in questo modo la potenza persa nel nucleo magnetico della macchina elettrica per effetto delle correnti parassite. Per concentrazioni inferiori a quelle minime riportate questa riduzione non avviene in maniera sufficiente, mentre per concentrazioni superiori a quelle massime riportate la lega diviene così fragile che risulta difficile la trasformazione fino a prodotto finito.

La lega contiene inoltre almeno due elementi della serie B, Al, Cr, V, Ti, W, Nb, Zr, in concentrazione pari a 1,5 volte la quantità necessaria per combinarsi stechiometricamente con l'azoto presente, idonei a formare, nella matrice di Fe-Si, nitruri stabili ad elevata temperatura ed almeno uno scelto tra Mn e Cu in quantità sovrastechiometrica rispetto allo zolfo e/o selenio presente, idoneo a formare, nella matrice di Fe-Si, solfuri e/o seleniuri stabili ad elevata temperatura; detta lega deve inoltre contenere prima del colaggio in dramma, una concentrazione di azoto compreso tra 20 e 200 ppm, e/o una concentrazione di S o Se o entrambi in modo tale che (S+(32/79)Se) sia compreso nell'intervallo tra 30 e 350 ppm.

Una concentrazione eccessiva degli elementi in grado di formare seconde fasi è comunque dannosa per l'ottenimento della ricristallizzazione secondaria ben orientata.

Studi effettuati dagli autori hanno messo in evidenza che il parametro che meglio controlla il fenomeno della precipitazione è la somma delle concentrazioni molari degli elementi in grado di formare precipitati, rappresentato dalle grandezze FNed Fsdefinite nelle formule (1) e (2) rispettivamente per i nitruri e i solfuri/seleniuri.

dove [X] rappresenta la concentrazione in peso dell'elemento X in ppm e Mxil relativo peso atomico.

Nell' ambito degli insegnamenti di questa invenzione le due grandezze sopra riportate devono essere comprese nei seguenti intervalli:

(3)

(4 )

dove il limite inferiore rappresenta la condizione di rapporto di stechiometricità con N, S e/o Se ed il limite superiore è quello oltre il quale la precipitazione diviene comunque disomogenea e non adatta a controllare la ricristallizzazione secondaria orientata.

Quantità di N e S inferiori ai limiti minimi rivendicati generano comunque una quantità di seconde fasi insufficienti a controllare il fenomeno della ricristallizzazione secondaria orientata, mentre concentrazioni maggiori di quelle rivendicate aumentano inutilmente i costi di produzione e possono determinare fenomeni di fragilità della lega.

Oltre agli elementi indicati ed al Fe ed inevitabili impurezze, la lega può opzionalmente contenere C fino ad 800 ppm, Sn, Sb, As, m concentrazione tale che la somma delle loro concentrazioni in peso non superi le 1500 ppm, P, Bi tali che la somma delle loro concentrazioni in peso non superi le 300 ppm.

La presenza di carbonio nella lega ha un effetto positivo sulle caratteristiche magnetiche, l'aumento della sua concentrazione migliora l'orientazione dei grani cristallini nel prodotto finito e rende la dimensione del grano più omogenea. Essendo di per se dannoso per le caratteristiche magnetiche del prodotto finito (infatti i carburi interagendo con le pareti dei domini magnetici generano fenomeni dissipativi che aumentano le perdite nel ferro) , prima della ricottura di ricristallizzazione secondaria viene rimosso mediante una ricottura in atmosfera decarburante. Contenuti di carbonio nella lega superiori alle 800 ppm, non producono miglioramenti significativi delle caratteristiche del prodotto finito ed aumentano considerevolmente i costi della ricottura di decarburazione.

Il carbonio durante il processo di tempra genera fasi dure e carburi fini che aumentano il tasso di incrudimento durante la laminazione a freddo, inoltre il carbonio in soluzione solida migrando sulle dislocazioni, durante il processo di "interpass ageing" {mantenimento alla temperatura di 150 - 250 °C dopo alcuni passi di deformazione a freddo) favorisce la formazione di nuove dislocazioni. Tutto ciò ha un effetto omogeneizzante sulla microstruttura e produce un grano finale più omogeneo e meglio orientato. Contrariamente a quanto avviene nelle tecnologie di produzione tradizionali, dove l'assenza di carbonio nella lega genera nel prodotto finito colonie di grani piccoli e di orientazione non favorevole, che peggiorano drasticamente le caratteristiche magnetiche (B800<1800 mT), il procedimento rivendicato in questa invenzione, grazie al particolare processo di laminazione a caldo, che di per se tende ad omogeneizzare la microstruttura, l'assenza di carbonio, non ostante il peggioramento delle caratteristiche magnetiche genera comunque un prodotto finito che non presenta il fenomeno descritto e che possiede delle buone caratteristiche magnetiche (B800>1800 mT).

Gli elementi Sn, Sb, As e P e Bi contribuiscono ad ostacolare il movimento delle dislocazioni, aumentano anch'essi il tasso di incrudimento in laminazione a freddo, favorendo l'ottenimento di una ricristallizzazione secondaria ben orientata. Concentrazioni superiori a quelle indicate non producono benefici aggiuntivi e possono indurre fenomeni di fragilità nel materiale.

E' anche un primo oggetto della presente invenzione il colaggio in continuo in forma di bramma dell'acciaio in modo da garantire un tempo di solidificazione inferiore ai 6 minuti. La bramma così solidificata viene, direttamente e senza che sia sottoposta a riscaldo, processata secondo le seguenti operazioni in sequenza:

prima fase della laminazione a caldo fino ad uno spessore di 15-30 mm con un tasso di riduzione di almeno 50%; detta laminazione essendo effettuata in un intervallo di tempo inferiore a 100 secondi dopo la completa solidificazione dell'acciaio ad una temperatura superficiale (Tsup), prima dell'inizio della detta laminazione compresa tra 1050°C e 1300°C ed una temperatura al cuore (Tcuore), compresa tra 1100°C e 1400°C, nonché una differenza (Tcuore- Tsup) maggiore di 30°C (con Tcuoresempre maggiore di Tsup), essendo Tsupla temperatura della sezione di bramma ad una profondità pari al 20 % dello spessore ed essendo Tcuorela temperatura della sezione al centro dello spessore della bramma;

ricottura di normalizzazione della bramma laminata ad una temperatura di 900-1150°C per un tempo di 1-30 minuti;

seconda fase della laminazione a caldo a temperature di inizio laminazione comprese tra 880°C-1150°C fino ad ottenere un nastro di spessore inferiore a 5 miri;

raffreddamento ed avvolgimento del nastro così ottenuto.

Il nastro laminato a caldo così prodotto viene trasformato fino a prodotto finito attraverso i seguenti passi di processo eseguiti in sequenza: - eventuale ricottura del nastro laminato a caldo; - laminazione a freddo fino all'ottenimento di un lamierino,

- ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria del lamierino,

- applicazione di un separatore di ricottura sulla superficie del lamierino,

- ricottura di ricristallizzazione secondaria del lamierino,

ed in cui, il nastro e/o il lamierino viene eventualmente nitrurato.

Quando il tempo di solidificazione della bramma ovvero il tempo che intercorre tra la solidificazione completa e l'inizio della prima fase della laminazione superano i limiti indicati, ovvero quando le temperature di laminazione sia in termini di Tcuoreche Tsup, o la loro differenza superano i limiti indicati, le caratteristiche magnetiche del prodotto finito peggiorano notevolmente.

Sebbene le ragioni metallurgiche per cui è necessario colare e sottoporre alla prima fase della laminazione a caldo le bramine entro i tempi e le temperature rivendicate non siano state completamente chiarite, gli studi effettuati dai presenti inventori hanno dimostrato che nelle condizioni rivendicate, dati i tempi molto brevi di permanenza della bramma nell'intervallo di temperature di stabilità termodinamica delle seconde fasi utilizzate (solfuri e/o seleniuri e nitruri), la bramma arriva all'inizio della prima fase di laminazione a caldo in condizioni in cui la quantità di solfuri e/o seleniuri e nitruri precipitata è nulla o molto ridotta e gli elementi atti a formarli si trovano in condizione dì soluzione sovrassatura, la laminazione a caldo, nelle condizioni di temperature rivendicate, producendo una elevata densità di dislocazioni fornisce una elevata densità di siti di nucleazione. In queste condizioni la precipitazione avviene contestualmente alla laminazione e in forma adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria, particolarmente nella frazione di volume compresa tra la superficie della dramma e la sua sezione al 25% dello spessore, grazie alle condizioni di gradiente termico inverso rispetto a quanto si attua con i processi convenzionali. Come è ben noto all'esperto dell'arte questa zona compresa tra la superficie ed il 25% dello spessore è la più importante per l'ottenimento della ricristallizzazione secondaria ben orientata.

Quando il tempo di solidificazione della dramma ovvero il tempo che intercorre tra la solidificazione completa e l'inizio della prima fase della laminazione superano i limiti indicati, la precipitazione inizia prima dell'inizio della prima laminazione a caldo. Il medesimo effetto è ottenuto quando le temperature di inizio della prima fase della laminazione (Tsupo Tcuoreo entrambe)sono al di sotto dei limiti minimi indicati. Il risultato finale è una precipitazione di seconde fasi non idonea al controllo della ricristallizzazione secondaria.

Analogamente quando le temperature di inizio laminazione superano i limiti massimi indicati, un processo di recupero delle dislocazioni generate dalla prima fase della laminazione, impedisce la formazione di un'elevata densità di siti di nucleazione e il risultato finale è ancora una volta una distribuzione di seconde fasi non adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria.

Tassi di riduzione inferiori a quello minimo indicato determinano una densità di dislocazioni insufficiente a precipitare le seconde fasi in maniera adeguata al controllo della ricristallizzazione secondaria.

Inoltre i tassi di riduzione realizzati nella laminazione a caldo della dramma colata ed i tempi e le temperature della ricottura di normalizzazione della bramirla dopo la prima fase della laminazione sono tali che questa subisce una ricristallizzazione parziale, concentrata nella zona superficiale fino al 25% dello spessore. In questa zona la ricristallizzazione viene favorita per una duplice ragione: da una parte per la presenza di un'elevata densità di strutture di deformazione qui concentrate, sia a causa dell'attrito dei cilindri che delle condizioni di inversione termica (Tsup< Tcuore) in cui viene realizzata la deformazione, dall'altra per la decarburazione superficiale, che si realizza durante la ricottura di normalizzazione ad opera dell'ossigeno contenuto nella scaglia.

Questa ricristallizzazione determina un aumento dei grani di Goss nella zona superficiale (fino al 25% dello spessore) della bramma, il che comporta un aumento dei nuclei di Goss prima della ricristallizzazione secondaria e quindi un prodotto finito con un grano più omogeneo e meglio orientato.

La ricottura ha inoltre la funzione di precipitare le particelle di seconde fasi che per ragioni cinetiche non precipitano completamente durante la prima fase della laminazione a caldo.

Quando la temperatura od i tempi della ricottura di normalizzazione scendono al di sotto dei limiti minimi rivendicati, ovvero quando la fase della prima laminazione a caldo non avviene nelle condizioni di inversione termica centrosuperficie rivendicate, la ricristallizzazione non avviene in maniera corretta ed il prodotto finito ha conseguentemente caratteristiche magnetiche scadenti, inoltre in queste condizioni il controllo della seconda fase della laminazione a caldo diviene problematico.

Temperature e/o tempi della ricottura di normalizzazione della bramma che superino i limiti massimi rivendicati non producono ulteriori vantaggi ed aumentano inutilmente i costi di produzione .

Un secondo oggetto della presente invenzione, è un procedimento finalizzato all'ottenimento di lamierino magnetico a grano orientato, in cui l'acciaio colato contiene almeno 250 ppm di C, Al con una concentrazione compresa tra 200 ppm e 400 ppm, la ricottura del nastro laminato a caldo viene effettuata per un tempo complessivo di 20-300 secondi con una o più soste a temperature maggiori di 850°C seguite da raffreddamento fino ad una temperatura di inizio tempra compresa nell'intervallo 750-850°C e successivamente temprato in acqua.

Questa ricottura ha la funzione sia di ricristallizzare il nastro dopo la seconda fase della laminazione a caldo, il che aumentando ulteriormente la densità dei grani di Goss migliora le caratteristiche magnetiche del prodotto finito, sia la funzione di disciogliere i carburi precipitati durante il raffreddamento del nastro e l'avvolgimento dopo la laminazione a caldo ed attraverso la tempra generare un'alta densità di fasi dure, carburi fini e carbonio in soluzione solida utili durante il processo di laminazione a freddo per aumentare l'incrudimento dell'acciaio, ottimizzando così le tessiture del materiale. Ciò ha l'effetto di produrre una ricristallizzazione secondaria con un grano più omogeneo e meglio orientato.

Quando la ricottura viene effettuata a temperature inferiori a quelle minime indicate diventa difficile far iniziare il processo di tempra alle temperature evidenziate, che sono quelle che producono la massima densità di carburi fini e carbonio in soluzione solida. Inoltre temperature di ricottura inferiori al limite minimo indicato non garantiscono che il processo di ricristallizzazione avvenga in maniera efficace per garantire i vantaggi menzionati.

Secondo un terzo oggetto della presente invenzione, la laminazione a freddo è effettuata in un singolo passaggio o in passaggi multipli con ricottura intermedia seguita da tempra, in cui l'ultimo passaggio viene effettuato, con un tasso di riduzione di almeno l'80%, mantenendo la temperatura del nastro ad un valore compreso fra 170 e 300°C prima di almeno due passi di laminazione successivi al primo passo; la funzione di questo mantenimento nell'intervallo di temperature rivendicato è quello di favorire la migrazione del carbonio in soluzione solida sulle dislocazioni generate dal processo di laminazione, favorendo in questo modo la generazione di nuove dislocazioni. Ciò si ripercuote sulla qualità magnetica del prodotto finito, che mostra un grano più omogeneo e meglio orientato; tassi di riduzione inferiori a quello minimo indicato fanno sì che i fenomeni descritti non siano sufficientemente efficaci per garantire questo miglioramento delle caratteristiche; temperature di mantenimento inferiori alle minime rivendicate non fa avvenire il fenomeno della migrazione del carbonio sulle dislocazioni in maniera sufficientemente efficace, temperature superiori alle massime rivendicate non producono miglioramenti significativi e comportano fenomeni di rapida degradazione dell'olio di laminazione utilizzato, rendendo difficile l'industrializzazione del processo.

Secondo un quarto oggetto della presente invenzione, la ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria del nastro è effettuata ad una temperatura compresa fra 780°C e 900 °C in atmosfera di azoto idrogeno umido, tale che il rapporto tra la pressione parziale dell'H20 e la pressione parziale dell'H2sia inferiore a 0,70 per un tempo compreso tra 20 e 300s, eventualmente effettuata con una velocità di riscaldamento di almeno 150°C/secondo nell' intervallo di temperatura compreso tra 200°C e 700°C.

Temperature inferiori a quella minima indicata

e tempi inferiori al valore minimo indicato,

determinano una ricristallizzazione del nastro non

ottimale che peggiora le caratteristiche

magnetiche, mentre temperature superiori a quelle

massime indicate così come rapporti superiori

al valore massimo indicato, determinano una

eccessiva ossidazione della superficie del nastro che peggiora le caratteristiche magnetiche, nonché

la qualità superficiale, del prodotto finito.

Secondo un quinto oggetto della presente invenzione, la ricottura di ricristallizzazione secondaria è effettuata con un gradiente di riscaldamento compreso fra 10 e 40°C/h fino ad una temperatura compresa fra 1000 e 1250°C in atmosfera di azoto e idrogeno e successivo mantenimento a questa temperatura per un tempo compreso fra 5 e 30 h in atmosfera di idrogeno.

Velocità di riscaldamento superiori a quella massima indicata determinano un'evoluzione troppo rapida della distribuzione delle seconde fasi formata durante la laminazione a caldo, necessaria al controllo della ricristallizzazione secondaria, per cui questa non viene controllata adeguatamente ed il risultato è un peggioramento delle caratteristiche magnetiche del prodotto finito. Velocità di riscaldamento inferiori a quella minima indicata non producono particolari vantaggi ed allungano inutilmente i tempi di ricottura; temperature di sosta inferiori a quella minima indicata fanno sì che il processo di purificazione per l'eliminazione dell'azoto, zolfo e/o selenio, non avvenga nella maniera corretta, mentre temperature superiori alle massime indicate hanno come conseguenza un peggioramento della qualità superficiale del prodotto finito.

La ricottura di ricristallizzazione secondaria è preceduta dalla applicazione sulla superficie del lamierino, di un separatore di ricottura comprendente sostanzialmente MgO,

Secondo un ulteriore oggetto della presente invenzione, si può sottoporre il nastro ad un trattamento di nitrurazione, che attraverso la superficie del nastro fa permeare azoto, il quale, reagendo con gli altri elementi di lega presenti nell'acciaio in grado di formare nitruri, genera una loro precipitazione, che si somma a quella generata durante la laminazione a caldo rafforzando il controllo della crescita del grano durante il processo di ricristallizzazione secondaria.

L'adozione di un procedimento di nitrurazione secondo gli insegnamenti di questa invenzione ha come conseguenza una diminuzione delle fluttuazioni delle caratteristiche magnetiche nel prodotto finito, nonché un loro ulteriore miglioramento.

L'operazione di nitrurazione è realizzata dopo la laminazione a caldo, in almeno una delle ricotture seguenti:

- durante la ricottura del nastro laminato a caldo, aggiungendo ammoniaca all'atmosfera di ricottura; - durante la ricottura del nastro laminato a caldo, aggiungendo ammoniaca all'atmosfera di ricottura, in una fase della ricottura di durata temporale inferiore al tempo totale di ricottura; in questo caso si dovranno utilizzare gli opportuni accorgimenti necessari per separare l'atmosfera della zona del forno in cui viene aggiunta ammoniaca dal resto del forno;

durante la ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria del nastro laminato a freddo aggiungendo ammoniaca all'atmosfera di ricottura;

durante la ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria del nastro laminato a freddo, aggiungendo ammoniaca all'atmosfera di ricottura, in una fase della ricottura di durata temporale inferiore al tempo totale di ricottura; in questo caso si dovranno utilizzare gli opportuni accorgimenti necessari per separare l'atmosfera della zona del forno in cui viene aggiunta ammoniaca dal resto del forno;

- dopo la ricottura del nastro laminato a caldo oppure dopo la ricottura di decarburazione in una ricottura appositamente dedicata al processo di nitrurazione, condotta ad una temperatura compresa tra 800°C e 900°C utilizzando un atmosfera di azoto idrogeno contenente ammoniaca.

In tutti i casi sopra menzionati la quantità di azoto immesso deve essere compresa tra 30 e 300 ppm, quantità di azoto inferiori a quelle minime indicate non sono sufficienti ad ottenere gli effetti di stabilizzazione menzionati, mentre quantità di azoto maggiori dei limiti massimi menzionati non producono ulteriori effetti benefici e possono determinare difettosità nella qualità superficiale del prodotto finito.

La nitrurazione può opzionalmente essere realizzata anche durante la ricottura di ricristallizzazione secondaria, nell'intervallo di temperatura compreso tra la temperatura di inizio della ricottura e la temperatura cui si conclude la ricristallizzazione secondaria, con una od entrambe le seguenti operazioni:

- utilizzando un atmosfera di ricottura costituita da azoto in una percentuale compresa tra l'80% ed il 95%, quantità di azoto inferiori ai limiti minimi stabiliti non sono efficaci, mentre quantità di azoto superiori possono determinare difettosità superficiali nel prodotto finito;

aggiungendo nitruri metallici in grado di rilasciare azoto tra le temperature di 700 °C e 950 °C durante la salita in temperatura della ricottura finale (quali ad es MnN, CrN) al separatore di ricottura in maniera tale che il peso di azoto aggiunto al separatore in questo modo sia compreso tra 0,5% e 3%, quantità di azoto inferiori ai limiti minimi stabiliti non sono efficaci, mentre quantità di azoto superiori possono determinare difettosità superficiali nel prodotto finito.

L'adozione del procedimento secondo l'invenzione comporta il conseguimento dei seguenti vantaggi.

Il procedimento di produzione del nastro proposto con questa invenzione si caratterizza rispetto alle tecnologie esistenti per l'eliminazione della fase di riscaldo bramma che precede la laminazione a caldo e per questo vengono innanzitutto eliminate le limitazioni tecniche ed economiche legate ai processi convenzionali che utilizzano il riscaldo della bramma prima della laminazione a caldo.

La laminazione a caldo della bramma, condotta secondo le modalità della presente invenzione ed in particolare nell'intervallo di temperature rivendicate e soprattutto nella condizione per cui il cuore è più caldo della superficie, rende molto più riproducibile ed affidabile il processo di formazione delle seconde fasi, idonee al controllo del fenomeno di ricristallizzazione secondaria orientata, direttamente durante la fase di laminazione a caldo.

Infatti applicando queste condizioni operative la precipitazione delle seconde fasi, adeguate al controllo della ricristallizzazione secondaria, avviene principalmente durante la prima fase della laminazione a caldo senza la necessità di controllare lo scioglimento delle seconde fasi, precipitate in forma grossolana durante il colaggio come avviene invece nei processi tradizionali, ed avviene ulteriormente durante la ricottura di normalizzazione della bramma laminata.

Ulteriore vantaggio è che la ricristallizzazione che avviene nella zona superficiale della bramma durante la ricottura di normalizzazione produce un nastro a caldo con il grano di dimensione inferiore a quello presente nei nastri prodotti con i processi tradizionali, il che consente di aumentare la quantità di silicio oltre i livelli praticabili con le tecnologie tradizionali.

Inoltre il particolare procedimento di laminazione a caldo in due fasi intervallate dalla ricottura, consente un migliore controllo sia della forma che della stabilità dimensionale del nastro a caldo prodotto, sia lungo la larghezza che lungo la lunghezza, il che si ripercuote positivamente sulla stabilità dimensionale e la forma del prodotto finito.

Si è data finora della presente invenzione una descrizione di carattere generale. Con l'aiuto dei seguenti esempi verrà ora fornita una descrizione di sue forme di realizzazione finalizzate a farne meglio comprendere scopi, caratteristiche, vantaggi e modalità applicative.

Gli esempi seguenti sono da considerarsi illustrativi dell'invenzione e non limitativi della portata della stessa.

ESEMPIO 1

Sono state colate due leghe diverse delle seguenti composizioni chimiche:

Composizione A:

Si:3,2 %, C: 450 ppm, N: 95 ppm, S: 230 ppm. Al: 180 ppm, Cr: 600 ppm, B: 40 ppm, Zr: 100 ppm, Mn: 0,20 %, Cu: 0,25 %, Sb: 350 ppm, As: 250 ppm il resto essendo ferro ed inevitabili impurezze.

Composizione B:

Si:3,2 %, C: 450 ppm, N: 90 ppm, S: 250 ppm. Al: 500 ppm, Cr: 1000 ppm, B: 30 ppm, Zr: 500 ppm, Mn: 0,15 %, Cu: 0,20 %, Sb: 340 ppm, As: 260 ppm il resto essendo ferro ed inevitabili impurezze.

Sulla base delle composizioni chimiche sopra definite sono state calcolate le grandezze rappresentate in Tab. 1.

Tab.l: Grandezze ricavate dalla composizione chimica

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizioni non conformi all'invenzione Il colaggio è stato effettuato in 4 semiprodotti piani per ciascuna composizione chimica, dello spessore di 70 mm, solidificati completamente nei tempi indicati nella prima colonna di tab. 2.

I semilavorati così ottenuti sono stati sottoposti alla prima fase della laminazione a caldo dopo un tempo di 60 secondi dalla completa solidificazione della bramma con un tasso di riduzione del 60 % fino ad uno spessore di 28 mm, le condizioni di raffreddamento sono state regolate in modo che le condizioni termiche del semiprodotto, all'inizio della prima fase della laminazione a caldo, fossero quelle indicate in tab. 2 (dove Tsupla temperatura della sezione di semiprodotto ad una profondità pari al 20% dello spessore e Tcuoreè la temperatura a metà dello spessore del semiprodotto).

Tab. 2: Condizioni di solidificazione e prima laminazione

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizioni non conformi all'invenzione I semiprodotti, una volta sottoposti alla prima fase della laminazione a caldo, sono stati sottoposti a ricottura di normalizzazione a 1140°C e mantenuti a quella temperatura per un tempo di 15 minuti .

I semiprodotti sono stati successivamente sottoposti alla seconda fase della laminazione a caldo, con una temperatura di inizio laminazione di 1120°C, fino allo spessore di 2,3 mm e raffreddati in aria fino a temperatura ambiente.

I laminati a caldo così ottenuti sono stati quindi sottoposti al seguente ciclo termomeccanico: - ricottura a 900°C x 260 sec, raffreddamento a 780 °C e tempra in acqua;

- laminazione a freddo senza ricottura intermedia fino allo spessore di 0,30 mm, con un tasso di riduzione a freddo dell'87%. La laminazione è stata eseguita attuando un "interpass ageing" (mantenimento della temperatura del nastro ad un valore compreso fra 170 e 300°C prima di almeno due passi di laminazione) a 240°C agli spessori di 1,00 min, 0,67 mm, 0,43 mm;

ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria ad 850°C x 180 sec con un rapporto tra la pressione parziale dell' e quella dell'H2pari a 0,56;

- deposizione separatore di ricottura a base MgO; - ricottura di ricristallizzazione secondaria con velocità di riscaldamento di 15°C/h fino a 1200°C in azoto/idrogeno 1:3, sosta a 1200°C per 10 ore in idrogeno.

Le caratteristiche magnetiche ottenute sul prodotto finito sono indicate in tab. 3.

Tab. 3: Caratteristiche magnetiche

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizioni non conformi all'invenzione ESEMPIO 2

Sono state colate quattro diverse leghe di acciaio delle seguenti composizioni chimiche:

La concentrazione di carbonio nelle quattro leghe era pari a:

Lega A: 15 ppm

Lega B: 120 ppm

Lega C: 350 ppm

Lega D: 500 ppm

Per quanto riguarda gli altri elementi in tutte e quattro le leghe diverse si è avuto:

Si:3,3%, N:100 ppm, S:200 ppm, Al: 300 ppm, Cr:600 ppm; V:80 ppm; Ti 30 ppm, Mn: 0,25 %; Cu:0,20 %; Sn:750 ppm; Bi: 30 ppm il resto essendo ferro ed inevitabili impurezze.

Sulla base delle composizioni chimiche sopra definite sono state calcolate le seguenti grandezze, che essendo indipendenti dalla concentrazione del carbonio assumono lo stesso valore per tutte e quattro le leghe prodotte:

per ciascuna composizione chimica sono stati colati 6 semiprodotti piani dello spessore di 90 mm, solidificati completamente in un tempo di 3 minuti. Sono state quindi controllate le condizioni di raffreddamento dei semiprodotti una volta solidificati, in modo da eseguire la prima fase della laminazione a caldo, con un tasso di riduzione del 70% fino ad uno spessore di 27 mm, nelle condizioni termiche rappresentate in tab. 4.

Tab. 4: Condizioni termiche in cui è stata effettuata la prima fase della laminazione a caldo;

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizione non conforme all'invenzione Dopo questa prima fase della laminazione a caldo i semiprodotti sbozzati sono stati sottoposti alla ricottura di normalizzazione in un forno alla temperatura di (1040)°C e mantenuti a questa temperatura per un tempo di 10 minuti. Sono stati quindi sottoposti alla seconda fase della laminazione a caldo con una temperatura di inizio laminazione pari a 1025°C fino ad uno spessore di 2,8 mm.

I nastri laminati a caldo così prodotti sono stati quindi trattati con il seguente ciclo termomeccanico :

- ricottura a 1150°C x 30 sec, raffreddamento a 780°C e tempra in acqua;

- laminazione a freddo, senza ricottura intermedia, fino allo spessore di 0,23 mm con un tasso di riduzione a freddo del 92%.

La laminazione è stata eseguita simulando un "interpass ageing" (mantenimento della temperatura del nastro ad un valore compreso fra 170 e 300°C prima di almeno due passi di laminazione) a 240°C x 600 sec agli spessori di 0,80 mm, 0,50 mm, 0,35 mm.

- ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria ad 830°C, con un rapporto tra la pressione parziale dell'H2O e quella dell'H2 pari a 0,55 per un tempo di 30sec, 60sec, 120sec, 220sec, rispettivamente per le leghe A, B, C, D; - deposizione separatore di ricottura a base MgO; - ricottura di ricristallizzazione secondaria con una velocità di riscaldo di 20°C/h fino a 1210°C in azoto/idrogeno 1:3, sosta a 1210°C per 12 ore in idrogeno.

Le caratteristiche magnetiche ottenute sul prodotto finito sono riportate in tab. 5.

Tab. 5: Caratteristiche magnetiche misurate sul prodotto finito

(*) Condizioni conformi all'invenzione {**)condizioni non conformi all'invenzione

ESEMPIO 3

E' stato colato un acciaio della seguente

composizione chimica:

Si: 3,1 %, C: 300 ppm, N: 140 ppm, S: 200 ppm, Se: 300 ppm, Al: 250 ppm, Cr: 650 ppm, Nb: 150, Mn: 0,20 %, Cu: 0,20 %, Sn: 250 ppm, As: 320 ppm, P: 70 ppm, il resto essendo ferro ed inevitabili impurezze, in 8 semiprodotti piani dello spessore di 80 mm, solidificati completamente nel tempo di 3 minuti e 10 secondi.

Sulla base della composizione chimica sopra definita sono state calcolate le seguenti grandezze

Tutti i semiprodotti sono stati sottoposti alla prima fase della laminazione a caldo con un tasso di riduzione del 75 % fino ad ottenere un semiprodotto di spessore 20 mm, ed un tempo di 60 secondi dopo la completa solidificazione del semilavorato. Le condizioni di raffreddamento regolate in modo da avere all'inizio della prima fase della laminazione a caldo, le temperature seguenti:

Tsup(al 20% dello spessore al di sotto della superficie del semiprodotto)= 1200°C,

Tcuore(al centro del pezzo solidificato)= 1360°C,

con una differenza media Tcuore-Tsup=160°C (con Tcuore

Tsup)

I semilavorati, immediatamente dopo questa prima fase della laminazione a caldo, senza lasciarli raffreddare, sono stati sottoposti a ricottura di normalizzazione e trattati alle temperature riportate in tab. 6 per 25 minuti.

Dopo questa ricottura tutti i semiprodotti sono stati sottoposti alla seconda fase della laminazione a caldo con temperatura di inizio della laminazione riportata in tab. 6.

Per i semiprodotti dall'1 al 7 è stato possibile laminarli fino ad uno spessore di 2,3 mm mentre per il semiprodotto 8 non è stato possibile proseguire la laminazione a caldo al di sotto dello spessore di 6 mm a causa di una temperatura di inizio della seconda fase della laminazione a caldo troppo bassa.

Tab. 6: Temperatura di normalizzazione dei vari semiprodotti

(*) condizioni conformi all'invenzione (**)condizione non conforme all'invenzione Dai laminati a caldo provenienti dai semiprodotti n. 1-7 sono stati ricavati 2 gruppi di campioni ciascuno dei quali è stato trattato fino a prodotto finito con uno dei due cicli termomeccanici seguenti:

Ciclo A:

- ricottura a 1130°C x 30 sec raffreddamento fino a 910°C e sosta a questa temperatura per 60 sec, raffreddamento lento fino a 780°C e tempra in acqua;

- laminazione a freddo, senza ricottura intermedia fino allo spessore di 0,30 mm con un tasso di riduzione a freddo dell'87%. La laminazione è stata eseguita simulando un "interpass ageing" (mantenimento della temperatura del nastro ad un valore compreso fra 170 e 300°C prima di almeno due passi di laminazione) a 240°C x 600 sec agli spessori di 0,67 mm e 0,43 mm;

- ricottura di decarburazione e ricristallizzazione ad 870°C x 60 sec, tra la pressione parziale dell'H2O e dell'H2 pari a 0,65;

- deposizione del separatore di ricottura a base MgO;

- ricottura di ricristallizzazione secondaria con una velocità di riscaldo di 10°C/h fino a 1100°C in azoto/idrogeno 1:3 sosta a 1100°C per 15 ore in idrogeno.

Ciclo B:

Come il ciclo A in tutti i passaggi tranne che nella laminazione a freddo che è stata condotta senza la procedura di "ìnterpass ageing".

Le caratteristiche magnetiche ottenute sul prodotto finito sono riportate in tab. 7.

Tab. 7: Caratteristiche magnetiche misurate

sul prodotto finito

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizioni non conformi all'invenzione

ESEMPIO 4

Sono stati colati 3 semiprodotti piani di spessore pari a 80 mm, della seguente composizione chimica:

Si:3,15%, C:430 ppm, B: 30 ppm, Al:80 ppm, W: 120 ppm, Cr=260 ppm, V: 110 ppm, N: 80 ppm, Mn:0,2%, S:80 ppm, Cu:0,25 %, il resto essendo Fe ed inevitabili impurezze.

Sulla base della composizione chimica sopra definita sono state calcolate le seguenti grandezze

F =14

Fs= 76

Tutti i semiprodotti sono stati solidificati completamente in 2 minuti e 30 secondi.

Un semiprodotto è stato laminato a caldo secondo gli insegnamenti di questa invenzione, sottoponendolo alla serie di passi di seguito descritti.

Il semiprodotto è stato sottoposto alla prima fase della laminazione a caldo durante il raffreddamento con un tasso di riduzione del 72% fino ad ottenere un semiprodotto di spessore 22,4 mm. La prima fase della laminazione è iniziata 60 secondi dopo la completa solidificazione dei semiprodotti.

Le condizioni termiche all'inizio della prima fase della laminazione erano le seguenti:

- Tsupal 20% dello spessore al di sotto della superficie del semilavorato 1210°C;

- Tcuoreal centro del pezzo solidificato era di 1350°C;

“ Tcuore- Tsup<=>140 C ( Con Tcuore>Tsup) .

Il semilavorato immediatamente dopo questa prima fase della laminazione a caldo, senza lasciarlo raffreddare, è stato sottoposto a ricottura di normalizzazione a 1030°C e mantenuto a questa temperatura per 15 minuti. Immediatamente dopo l'estrazione dal forno il semiprodotto è stato sottoposto alla seconda fase della laminazione fino ad uno spessore di 2,0 mm con una temperatura di inizio laminazione pari a 1010°C.

Il tutto secondo gli insegnamenti di questa invenzione .

Difformemente dagli insegnamenti di questa invenzione, i due semiprodotti rimanenti subito dopo il colaggio, sono stati fatti raffreddare fino a temperatura ambiente. Dopo il raffreddamento i due semiprodotti sono stati riscaldati in un forno per 30 minuti rispettivamente a due diverse temperature Tl e T2 con Tl < T2. Estratti dal forno i semiprodotti sono stati laminati a caldo fino ad uno spessore di 2,0 mm.

Le condizioni termiche dei semiprodotti all'inizio della laminazione erano le seguenti:

in superficie (al 20% dello spessore) rispettivamente Tsup1=1210°C, TSuP2=1370°C,

al cuore rispettivamente Tcue1 = 1190°C e

Tcuore2 =1345°C

- con una differenza media cuore superficie pari a 20°C nel primo caso e 25°C nel secondo con in entrambi i casi (T < Tsup).

Dai nastri laminati a caldo prodotti sono state ricavate due serie di campioni per ciascuna condizione di colaggio e laminazione a caldo.

Ciascuna delle due serie di campioni è stata trattata secondo uno dei due diversi cicli seguenti.

Ciclo A:

- laminazione a freddo senza ricottura intermedia fino allo spessore di 0,35 mm con un tasso di riduzione a freddo dell'83%; la laminazione è stata eseguita simulando un "interpass ageing" a 240°C x 600 sec agli spessori di 1,20 mm, 0,80 mm, 0,50 mm;

- ricottura di decarburazione ad 840°C x 220 sec con un rapporto tra la pressione parziale dell'H20 e dell'H2 pari a 0,50;

- deposizione del separatore di ricottura a base MgO

- ricottura finale in forno a campana con una salita di 15°C/h fino a 1200°C in azoto/idrogeno 1:1 sosta a 1200°C per 15 ore in idrogeno.

Ciclo B:

Come Ciclo A, dove in aggiunta il nastro prima della laminazione a freddo è stato sottoposto alla seguente ricottura:

1100°C x 60 sec raffreddamento a 780°C e tempra in acqua.

Le caratteristiche magnetiche misurate sui prodotti finiti per i vari gruppi di campioni trattati sono riportate in tab. 8.

Tab. 8: Caratteristiche magnetiche misurate sui prodotti finiti

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizioni non conformi all'invenzione

ESEMPIO 5

E' stato colato un acciaio della seguente composizione chimica:

31:3,10%, C:600 ppm, Al:290 ppm, Cr=700 ppm, N:100 ppm, Mn:0,22 %, S:70 ppm, Cu:0,25 %, Sn:800 ppm, P:80 ppm, il resto essendo Fe ed inevitabili impurezze, in diversi semiprodotti piani di spessore pari a 85 mm.

Sulla base della composizione chimica sopra definita sono state calcolate le seguenti grandezze

Il tempo di solidificazione completa è stato per tutti i semiprodotti di 2 minuti e 30 secondi.

I semiprodotti colati sono stati divisi in tre gruppi e sottoposti a tre diverse procedure di laminazione a caldo.

Un primo gruppo è stato laminato, secondo gli insegnamenti di questa invenzione, durante il raffreddamento con un tasso di riduzione del 75% dopo un tempo di 60 secondi dalla completa solidificazione dei semilavorati fino a produrre semilavorati dello spessore di 21,2 mm, nelle seguenti condizioni termiche

Tsup(al 20% dello spessore)=1200°C

Tcuore(a metà spessore)=1350°C

Tcuore-Tsup=150 C

I semilavorati dopo la prima fase della laminazione a caldo sono stati sottoposti a ricottura di normalizzazione a 1030 °C e mantenuti a questa temperatura per 15 minuti.

Immediatamente dopo l'estrazione dal forno tutti i semiprodotti sono stati sottoposti alla seconda fase della laminazione a caldo fino ad uno spessore di 3,5 mm, con temperatura di inizio laminazione di 1020°C.

I due gruppi di semilavorati rimanenti dopo il colaggio sono stati sottoposti a due diversi cicli di laminazione a caldo difformi da quanto previsto dalla presente invenzione. In particolare dopo il colaggio sono stati fatti raffreddare fino a temperatura ambiente e quindi sottoposti a riscaldo, il primo gruppo alla temperatura di 1180°C ed il secondo gruppo alla temperatura di 1380°C. Tutti i semiprodotti sono stati quindi mantenuti alle rispettive temperature di riscaldo per un tempo di 30 min. Dopo questo riscaldo i semilavorati sono stati laminati a caldo senza ricotture intermedie fino ad uno spessore di 3,5 mm.

Tutti laminati a caldo prodotti, per ciascuna delle tre condizioni di laminazione a caldo adottate, sono stati sottoposti ai seguenti trattamenti termomeccanici:

- ricottura del laminato a caldo a 1100°C x 60 sec, raffreddamento a 790°C e tempra in acqua;

- laminazione a freddo con le seguenti procedure, fino ad ottenere lamierini di 6 spessori finali diversi per ciascuna condizione di laminazione a caldo:

- singolo stadio senza ricotture intermedie fino agli spessori 0,50 mm e 0,35 mm, con tassi di riduzione a freddo rispettivamente dell'86% e del 90%;

- doppio stadio con prima laminazione a 2,0 mm, ricottura a 980°C x 60 sec seguita da tempra, seconda laminazione a freddo fino agli spessori 0,30 mm, 0,27 mm, 0,23 mm, con tassi di riduzione a freddo rispettivamente dell'85%, dell'87%, e dell'89%;

- doppio stadio con prima laminazione a 1,70 mm, ricottura a 980°C x 60 sec seguita da tempra, seconda laminazione a freddo fino allo spessore di 0,18 mm, con un tasso di riduzione a freddo dell'89%;

- doppio stadio con prima laminazione a 1,00 mm, ricottura a 980°C x 60 sec seguita da tempra, seconda laminazione a freddo fino allo spessore di 0,30 mm, con un tasso di riduzione a freddo del 70%;

la laminazione è stata eseguita simulando un "interpass ageing" a 240°C x 600 sec; gli spessori intermedi (dopo la prima laminazione) e gli spessori di "interpass ageing" sono riportati in tab. 9;

dopo laminazione a freddo i lamierini per ciascuna delle due condizione di laminazione a caldo e per ciascuna delle sette condizioni di laminazione a freddo, sono stati divisi in due gruppi per essere sottoposti a due trattamenti di decarburazione e ricristallizzazione primaria diversi :

Trattamento A:

- ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria ad 820°C x 230 sec, con un rapporto tra la pressione parziale dell'H2O e dell'H2pari a 0,50. Trattamento B:

- ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria come per il trattamento A con la variante che il riscaldamento della ricottura è stato eseguito mediante induzione elettromagnetica con una velocità di riscaldamento, nell'intervallo di temperatura 200°C-700°C, maggiore di 150°C;

ottenendo 28 diverse varianti del procedimento. Tutti i lamierini sono stati sottoposti a ricottura di ricristallizzazione secondaria, dopo deposizione di separatore di ricottura a base MgO, con una velocità di riscaldamento di 15°C/h fino a 1200°C in azoto/idrogeno 1:1 sosta a 1200°C per 10 h in idrogeno.

Spessore dopo il

Procedura di

Spessore primo passaggio di

laminazione a Spessori di interpass ageing Finale [mm] laminazione a freddo

freddo n.

[mm]

0.50 Interpass ageing ai seguenti 1 0.50

(singolo passaggio) spessori: 1.00 mm, 0.75 mm.

0.35 Interpass ageing ai seguenti 2 0.35

(singolo passaggio) spessori: 0,80 mm, 0.50 mm.

Interpass ageing ai seguenti 3 0.30 2.00

spessori: 0.67 mm, 0.43 mm. Interpass ageing ai seguenti 4 0.27 2.00

spessori: 0.60 mm, 0.40 mm. Interpass ageing ai seguenti 5 0.23 2.00

spessori: 0.55 mm, 0.35mm. Interpass ageing ai seguenti 6 0.18 1.70

spessori: 0.50 mm, 0.30mm. Interpass ageing ai seguenti 7 0.30 1.00

spessori: 0.67 mm, 0.43 mm.

Tab. 9: Spessori del laminato a freddo, dell' intermedio (nel caso di laminazione in doppio passaggio) e relativi spessori di interpass ageing

Le caratteristiche magnetiche misurate sul prodotto finito, sono riportate in Tab. 10.

ESEMPIO 6

E' stata prodotta una serie di semilavorati piani della seguente composizione chimica:

Si: 3,15%, C:440 ppm, Al: 280 ppm, Nb=500 ppm N: 80 ppm, Mn: 0,22 %, S: 70 ppm, Cu: 0,25 %, Sn: 850 ppm, il resto essendo Fe ed inevitabili impurezze.

Sulla base della composizione chimica sopra definita sono state calcolate le seguenti grandezze

Lo spessore dei semilavorati colati è stato di 75 mm. Si sono adottate condizioni di raffreddamento dei semilavorati colati tali da avere un tempo di solidificazione di 4 minuti.

I semilavorati prodotti sono stati suddivisi in due gruppi sottoposti a due diverse condizioni di laminazione a caldo.

I semilavorati del primo gruppo sono stati laminati a caldo con la procedura della doppia laminazione con ricottura intermedia secondo gli insegnamenti della presente invenzione, con le seguenti condizioni di processo:

tempo trascorso tra il completamento della solidificazione e l'inizio della prima fase della laminazione: 90 sec;

- Tsup{misurata al 20% dello spessore)=1205°C;

- Tcuore(misurata al 50% dello spessore)=1300°C;

- con una differenza Tcuore- Tsup= 95 °C;

- tasso di riduzione pari al 69%;

spessore dopo prima fase della laminazione: 23,2 mm;

- temperatura della ricottura di normalizzazione dopo prima fase della laminazione: 1130°C; durata della ricottura di normalizzazione: 3 minuti;

- temperatura di inizio della seconda fase della laminazione: 1125°C

- spessore del laminato a caldo 2,5 mm.

Diversamente dagli insegnamenti della presente invenzione, il secondo gruppo di semilavorati dopo il colaggio è stato laminato a caldo, dopo un riscaldo a 1200°C per 20 minuti, in singolo stadio senza ricotture intermedie fino ad uno spessore di 2,5 mm.

Tutti laminati a caldo prodotti, per ciascuna delle due condizioni di laminazione a caldo adottata, sono stati sottoposti ai seguenti 2 cicli di trattamenti termomeccanici.

Ciclo A:

ricottura del nastro a caldo con due soste (1150°C per 15 sec raffreddamento a 900°C e trattamento a questa temperatura per 60 sec, raffreddamento a 790°C) e tempra in acqua;

- laminazione a freddo in singolo stadio fino ad ottenere lamierini di spessore 0,30 mm, con un tasso di riduzione a freddo dell' 88% e con "interpass ageing" praticato a 220°C per 500 secondi ai seguenti spessori intermedi:

1,50 mm, 1,00 mm , 0,67 mm, 0,43 mm;

- ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria a 850°C per 160 sec con un rapporto tra la pressione parziale dell'H20 e dell'H2pari a 0,58;

dopo decarburazione e ricristallizzazione primaria i lamierini sono stati divisi in 6 gruppi per ciascuna condizione di laminazione a caldo, per essere sottoposti ad una serie di 5 diverse ricotture di nitrurazione ad 820°C in atmosfera di azoto idrogeno umido contenente 5 diverse quantità di ammoniaca, uno dei sei gruppi non è stato sottoposto a trattamento di nitrurazione.

Dopo nitrurazione le quantità di azoto totale misurate nei lamierini trattati nelle cinque diverse condizioni di nitrurazione erano:

120 ppm, 150 ppm, 190 pmm, 210 ppmm, 300 ppm.

Su tutti i lamierini così ottenuti è stato depositato il separatore di ricottura a base MgO e successivamente questi sono stati ricotti in forno a campana con una velocità di riscaldamento di 12°C/h fino a 1200°C in azoto/idrogeno 1:3, sosta a 1200°C per 10 h in idrogeno.

Ciclo B:

Come ciclo A inviando i semiprodotti direttamente alla laminazione a freddo senza che siano sottoposti aliai ricottura del nastro laminato a caldo.

Le caratteristiche magnetiche misurate sul prodotto finito sono riportate in tab. 11, dove l'intervallo riportato rappresenta l'errore standard con intervallo di confidenza del 95% (±2σ) sulle misure effettuate su 10 campioni (300x30)mm per ciascuna diversa condizione adottata.

Tab. 11: Caratteristiche magnetiche misurate

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizioni non conformi all'invenzione

Esempio 7

E' stata ottenuta una serie di semiprodotti piani dello spessore di 85 mm e delle composizioni

chimiche rappresentate in tab 12

Tab. 12: Composizioni chimiche degli acciai colati

Le condizioni di colaggio e raffreddamento sono state controllate in modo da avere un tempo di solidificazione completa pari a 3 minuti e 30 secondi .

Sulla base della composizione chimica sopra

definite sono state calcolate le grandezze riportate nella seguente Tab. 13.

Tab. 13: Grandezze ricavate dalla composizione chimica degli acciai colati Per ciascuna composizione chimica i semilavorati colati sono stati divisi in due gruppi laminati a caldo secondo due diverse procedure.

Il primo gruppo è stato laminato a caldo durante il colaggio, con la tecnica della laminazione a caldo in due fasi con ricottura intermedia, secondo gli insegnamenti della presente invenzione. Sia le condizioni di solidificazione che quelle di raffreddamento sono state controllate in modo da avere all'inizio della prima fase della laminazione le condizioni seguenti:

- Tsup{al 20% dello spessore)=1190°C

- Tcuore(al 50% dello spessore)=1320°C

Con una differenza Tcuore-Tsup=130°C.

tempo trascorso tra il completamento della solidificazione e 1'inizio del colaggio: 80 sec tasso di riduzione della prima fase della laminazione a caldo: 80%;

- spessore dopo prima fase della laminazione a caldo 17 mm;

- temperatura della ricottura di normalizzazione dopo la prima fase della laminazione a caldo: T=1020°C;

durata della ricottura di normalizzazione: 10 minuti;

- temperatura di inizio della seconda fase della laminazione a caldo: 1000°C;

- spessore del laminato a caldo 2,3 mm.

I rimanenti due semilavorati per ogni composizione chimica sono stati processati diversamente dagli insegnamenti della presente invenzione, facendoli raffreddare dopo il colaggio fino a temperatura ambiente e sottoponendoli dopo riscaldo a 1150°C per 20 minuti a laminazione a caldo in singolo stadio senza ricotture intermedie fino ad uno spessore di 2,3 mm.

Mentre con il ciclo di laminazione a caldo secondo la presente invenzione è stato possibile laminare i semiprodotti di tutte e quattro le composizioni chimiche utilizzate, con la seconda procedura di laminazione a caldo non è stato possibile laminare i semiprodotti delle composizioni chimiche 3 e 4 (rispettivamente con il 4,2 % ed il 5,5 % di Si), infatti già in fase di laminazione a caldo hanno mostrato fenomeni di fragilità tali da rendere impossibile il processo.

I nastri laminati a caldo prodotti sono stati trattati secondo il ciclo seguente:

- ricottura del nastro laminato a caldo a 920°C x 250 sec;

- raffreddamento a 780°C e tempra in acqua;

- laminazione a freddo senza ricottura intermedia fino allo spessore di 0,30 mm, con un tasso di riduzione a freddo dell'87% (la laminazione è stata eseguita simulando un "interpass ageing" a 240°C x 600 sec agli spessori di 1,00 mm, 0,67 mm, 0,43 mm);

- ricottura di decarburazione e rìcristallìzzazione ad 830°C x 180 sec con un rapporto tra la pressione parziale dell'H20 e dell'H2 pari a 0,60; - deposizione del separatore di ricottura a base MgO;

- ricottura di ricristallizzazione secondaria con una velocità di riscaldo di 15°C/h fino a 1200°C in azoto/idrogeno 1:1 sosta a 1200°C per 10 h in idrogeno.

I semiprodotti laminati a caldo in maniera difforme dagli insegnamenti della presente invenzione {laminazione a caldo diretta senza ricotture intermedie) della composizione chimica 2 {3,8% Si) sono stati laminati a freddo con grande difficoltà.

Per. non più del 30% dei campioni processati è stato possibile raggiungere lo spessore finale.

I campioni laminati a caldo secondo la presente invenzione con le composizioni chimiche n°l, 2 e 3 sono stati invece laminati a freddo senza particolari problemi di fragilità, mentre quelli con la composizione chimica n°4 (5,5 %Si) ha mostrato di essere così fragile che non è stato possibile laminarlo a freddo in maniera tale da estrarre un campione misurabile.

Le caratteristiche magnetiche misurate sul prodotto finito sono riportate in tab. 14.

Tab. 14: Caratteristiche magnetiche ottenute

(*) Condizioni conformi all'invenzione (**)Condizioni non conformi all'invenzione

Esempio 8

Sono state colate, in forma di semiprodotti piani dello spessore di 90 mm, due leghe con due diverse quantità di carbonio:

lega A - C:30ppm

lega B - C:300ppm

Gli altri elementi di lega sono i seguenti: Si: 3,20 %, Al: 300 ppm, W: 50 ppm, N: 70 ppm, Mn: 0,15 %, S: 150 ppm, Cu: 0,25 %, Sn: 850 ppm, P: 110 ppm.

Sulla base delle composizioni chimiche sopra definite sono state calcolate le seguenti grandezze

Le condizioni di colaggio e raffreddamento sono state controllate in modo da avere un tempo di solidificazione completa pari a 2 minuti e 40 secondi.

I semilavorati colati, per ciascuna delle due leghe prodotte, sono stati divisi in due gruppi laminati a caldo secondo due diverse procedure.

II primo gruppo di semiprodotti è stato laminato a caldo secondo gli insegnamenti di questa invenzione adottando le seguenti condizioni dì processo:

- condizioni di raffreddamento del pezzo colato regolate in modo da avere le seguenti condizioni termiche dei semilavorati all'inizio della prima fase della laminazione a caldo:

- Tsup(al 20% dello spessore)=1180°C

- Tcuore(al 50% dello spessore)=1300°C

- con una differenza Tcuore-Tsup=120°C.

tempo di inizio della prima fase della laminazione a caldo: 40 secondi dopo la completa solidificazione dei semiprodotti;

- tasso di riduzione della prima laminazione a caldo: 78%;

- spessore del semilavorato dopo la prima fase di laminazione a caldo: 20 mm

- ricottura di normalizzazione alla temperatura di 970°C, per un tempo di 15 minuti;

- temperatura di inizio della seconda fase della laminazione a caldo: 960°C

- spessore del laminato a caldo 2,3 mm.

Il rimanente gruppo di semilavorati è stato processato diversamente dagli insegnamenti della presente invenzione, facendo raffreddare i semilavorati dopo il colaggio fino a temperatura ambiente e sottoponendoli dopo riscaldo a 1130°C per 20 minuti a laminazione a caldo in singolo stadio senza ricotture intermedie fino ad uno spessore di 2,3 mm.

Dai nastri prodotti con ciascuno dei due diversi cicli di laminazione a caldo sono stati ricavati quattro gruppi di campioni, per ciascuna lega prodotta, sottoposti ai seguenti passi di processo:

- ricottura del nastro laminato a caldo a 1100° x 60 sec;

- raffreddamento a 780°C e tempra in acqua;

- laminazione a freddo senza ricottura intermedia fino allo spessore di 0,30 mm con un tasso di riduzione a freddo dell'87%, la laminazione è stata eseguita simulando un "interpass ageing" a 240°C x 600 sec agli spessori di 0,90 mm, 0,60 mm, 0,45 mm.

- ricottura di decarburazione ad 800°C x 300 sec, con un rapporto tra la pressione parziale dell' H20 e dell'H2pari a 0,10 e 0,55 rispettivamente per la lega A e la lega B;

- deposizione del separatore di ricottura a base MgO

- ricottura di ricristallizzazione secondaria in forno a campana con una salita di 10°C/h fino a 1150°C in azoto/idrogeno 1:1 sosta a 1150°C per 10 ore in idrogeno.

Durante il ciclo mostrato sopra i quattro gruppi di campioni sono stati sottoposti ad una procedura di nitrurazione come di seguito descritto:

- Gruppo A:

non nitrurato;

- Gruppo B:

nitrurato durante la ricottura del nastro a caldo aggiungendo NH3all'atmosfera di ricottura, in modo da introdurre nel nastro 50 ppm di azoto in aggiunta ai 70 presenti al colaggio;

- Gruppo C:

nitrurato in una ricottura di nitrurazione effettuata dopo la ricottura di decarburazione in atmosfera di azoto idrogeno umido contenente ammoniaca, in modo da introdurre nel nastro 50 ppm di azoto in aggiunta ai 70 presenti al colaggio; - Gruppo D:

processato aggiungendo al separatore di ricottura, depositato prima della ricottura di ricristallizzazione secondaria, Mn4N in concentrazione tale che la percentuale in peso di Mn4N nel separatore di ricottura MgO sia pari all'8%.

Le caratteristiche magnetiche ottenute per i vari gruppi di lamierini trattati sono riportate in tab. 15, dove l'intervallo riportato rappresenta l'errore standard con l'intervallo di confidenza el 95% (±2σ) sulle misure effettuate su 10 campioni (300x30)mm.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di lamierino magnetico a grano orientato in cui un acciaio al silicio viene colato, solidificato in continuo e sottoposto alle seguenti operazioni in sequenza: - laminazione a caldo della bramma; - raffreddamento del nastro laminato a caldo e suo avvolgimento; - eventuale ricottura del nastro laminato a caldo; - laminazione a freddo fino all' ottenimento di un lamierino; - ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria del lamierino; - applicazione di un separatore di ricottura sulla superficie del lamierino; - ricottura di ricristallizzazione secondaria del lamierino, ed in cui il nastro e/o il lamierino viene eventualmente nitrurato, caratterizzato dal fatto che: l'acciaio comprende i seguenti componenti espressi in concentrazione in peso: - Si compreso tra 2,3% e 5,0%, - N compreso nell'intervallo 20 - 200 ppm, - S e/o Se in modo tale che (S+(32/79)Se) sia compreso nell'intervallo tra 30 e 350 ppm - almeno due elementi della serie B, Al, Cr, V, Ti, W, Nb, Zr ed almeno uno degli elementi della serie Mn, Cu tali che le due grandezze:

   dove [X] rappresenta la concentrazione in peso dell' elemento X in espressa in ppm e Μχ il relativo peso atomico, siano tali da soddisfare le seguenti relazioni:

   - eventualmente C fino a 800 ppm, Sn, Sb, As in concentrazioni tali che la loro somma non superi le 1500 ppm e/o P, Bi, in concentrazioni tali che la loro somma non superi le 300 ppm, il resto essendo ferro ed inevitabili impurezze, e dal fatto che la bramma risultante, solidificatasi in un tempo inferiore ai 6 minuti, viene sottoposta, in assenza di un riscaldo prima della laminazione a caldo, alle seguenti operazioni in sequenza: prima fase della laminazione a caldo fino ad uno spessore di 15-30 min con un tasso di riduzione di almeno 50%; detta laminazione essendo effettuata in un intervallo di tempo inferiore a 100 secondi dopo la completa solidificazione dell' acciaio ad una temperatura superficiale (Tsup), prima dell'inizio della detta laminazione compresa tra 1050°C e 1300°C ed una temperatura al cuore (Tcuore) , compresa tra 1100°C e 1400°C, nonché una differenza (Tcuore-Tsup) maggiore di 30°C (Con Tcuoresempre maggiore di Tsup), essendo la Temperatura superficiale Tsupla temperatura della sezione di bramma ad una profondità pari al 20 % dello spessore e Temperatura al cuore Tcuorela temperatura della sezione al centro dello spessore della bramma; ricottura di normalizzazione della bramma laminata ad una temperatura di 900-1150°C per un tempo di 1-30 minuti; seconda fase della laminazione a caldo a temperature di inizio laminazione comprese tra 880°C-1150°C fino ad ottenere un nastro di spessore inferiore a 5 mm.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui l'acciaio comprende almeno 250 ppm di C e tra 200 ppm e 400 ppm di Al, ed il nastro dopo laminazione a caldo, raffreddamento e avvolgimento, viene sottoposto a ricottura per un tempo complessivo di 20-300 secondi con una o più soste a temperature maggiori di 850°C, seguita da raffreddamento fino ad una temperatura di inizio tempra compresa nell' intervallo 750-850 °C e successivamente temprato preferibilmente in acqua.
3. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la laminazione a freddo del nastro è effettuata in un singolo passaggio, o in passaggi multipli con ricottura intermedia seguita da tempra, essendo l'ultimo passaggio effettuato in più passi, con un tasso di riduzione di almeno l'80%, mantenendo la temperatura del nastro ad un valore compreso fra 170 e 300°C, prima di almeno due passi di laminazione successivi al primo passo.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la ricottura di decarburazione e ricristallizzazione primaria del lamierino è effettuata ad una temperatura compresa fra 780°C e 900°C in atmosfera di azoto idrogeno umido, tale che il rapporto tra pressione parziale dell'H20 e pressione parziale dell' H2sia inferiore a 0,70 per un tempo compreso tra 20 e 300s.
5. 5. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la ricottura dì decarburazione e ricristallizzazione primaria è effettuata con una velocità di riscaldamento di almeno 150°C/secondo nell' intervallo di temperatura compreso tra 200°C e 700°C,
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la ricottura di ricristallizzazione secondaria viene effettuata sul lamierino con un gradiente di riscaldamento compreso fra 10 e 40°C/h fino ad una temperatura compresa fra 1000 e 1250°C in atmosfera di azoto e idrogeno, mantenendo questa temperatura per un tempo compreso fra 5 e 30 h in atmosfera di idrogeno.
7. 7. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui dopo la laminazione a caldo, in almeno una successiva ricottura, il nastro e/o il lamierino viene nitrurato in continuo facendogli assorbire una quantità di azoto compresa tra 30 ppm e 300 ppm.
8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui il nastro viene nitrurato durante la ricottura di ricristallizzazione secondaria, nell' intervallo di temperatura compreso tra la temperatura di inizio della ricottura e la temperatura alla quale si conclude la ricristallizzazione secondaria, con una operazione scelta tra: utilizzo di un'atmosfera di ricottura comprendente azoto in una concentrazione in peso compresa tra l'80% ed il 95%, aggiunta di nitruri metallici in grado di rilasciare azoto nell' intervallo di temperatura compreso tra 700°C e 950°C, in quantità tali che la concentrazione in peso di azoto aggiunto al separatore sia compresa tra 0,5% e 3%, e - loro combinazioni.
9. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la applicazione del separatore di ricottura è effettuata con un separatore che comprende sostanzialmente MgO.
10. 10. Procedimento per la produzione di lamierino magnetico a grano orientato, come precedentemente descrìtto, esemplificato e rivendicato.