ITRM20090681A1

ITRM20090681A1 - Procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato.

Info

Publication number: ITRM20090681A1
Application number: IT000681A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Abbruzzese; Stefano Cicale; Stefano Fortunati
Original assignee: Ct Sviluppo Materiali Spa
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-24
Also published as: PL2516686T3; US9328396B2; BR112012018799A2; RU2012130313A; KR20120130172A; WO2011077470A1; IT1402624B1; BR112012018799B1; CN102834528B; US20130160897A1; CN102834528A; EP2516686B1; EP2516686A1

Description

â€œPROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI LAMIERINI MAGNETICI A GRANO

ORIENTATO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce alla produzione di lamierini di lega a base di ferro contenente silicio per applicazioni elettriche con elevato grado di anisotropia magnetica e caratteristiche magnetiche eccellenti lungo la direzione di laminazione dei nastri, noti come lamierini magnetici a grano orientato.

L'invenzione consiste in un nuovo procedimento per la fabbricazione di detti prodotti per cui, attraverso un particolare controllo del processo termo meccanico di laminazione a caldo, si favoriscono le condizioni per il controllo dei fenomeni di ricristallizzazione secondaria orientata a spessore finale e l'ottenimento di prodotti finiti con caratteristiche magnetiche eccellenti e particolarmente omogenee.

Come Ã ̈ noto, i lamierini magnetici a grano orientato vengono comunemente classificati in a due classi di prodotto che si differenziano per il valore dell' induzione magnetica misurata sotto Î“ azione di un campo di 800 As/m (B800): lamierini a grano orientato convenzionale (CGO - B800 > 1800 mT), e lamierini a grano orientato ad alta permeabilitÃ (HGO - B800 > 1900 mT).

I lamierini magnetici a grano orientato trovano applicazione in particolare nella costruzione dei nuclei dei trasformatori elettrici utilizzati lungo tutto il ciclo di produzione e distribuzione della energia elettrica (dalla centrale di produzione fino alle utenze finali). Le caratteristiche magnetiche qualificanti di questi materiali, oltre alla permeabilitÃ magnetica lungo la direzione di riferimento (curva di magnetizzazione nella direzione di laminazione dei laminati) sono le perdite di potenza, principalmente dissipate sotto forma di calore, per applicazione di un campo elettromagnetico alternato (50 Hz in Europa) nella stessa direzione di riferimento in cui scorre il flusso magnetico ed alle induzioni di lavoro del trasformatore (tipicamente vengono misurate le perdite di potenza ad 1,5 ed 1,7 Tesla). Le eccellenti caratteristiche magnetiche nella direzione di laminazione dei nastri sono il frutto della peculiare struttura policristallina dei prodotti finiti caratterizzata da una distribuzione di cristalli che costituiscono la matrice metallica che sono passanti lo spessore dei lamierini e la cui orientazione cristallografica Ã ̈ tale per cui la direzione <001 > del reticolo di quasi tutti i cristalli presenti (secondo gli indici di Miller) Ã ̈ allineata lungo la direzione di laminazione dei nastri. PoichÃ© la direzione cristallografica <001 > Ã ̈ la direzione di piÃ¹ facile magnetizzazione del reticolo cubico a corpo centrato, questo garantisce lâ€™ottenimento della migliore permeabilitÃ possibile per il policristallo. Il grado di allineamento relativo tra le direzioni <00 1> dei singoli cristalli ( tra loro e con la direzione di laminazione) in termini di deviazione angolare Ã ̈ direttamente proporzionale alla permeabilitÃ magnetica ottenibile sul prodotto. I prodotti migliori (gradi HGO) presentano la maggior parte dei cristalli con un disorientamento medio entro un cono di dispersione angolare di 3-4 gradi. Nel caso dei prodotto a grano orientato convenzionale (CGO) il cono di dispersione angolare massima entro cui si dispone la maggior parte dei cristalli costituenti il prodotto risulta mediamente di 7-8 gradi.

Tale struttura cristallina dei prodotti si ottiene nella produzione industriale controllando la crescita continua del grano dopo ricristallizzazione del laminati a spessore finale e successivamente una crescita discontinua dei grani nota agli esperti del settore come ricristallizzazione secondaria orientata.

Per la fabbricazione dei lamierini magnetici a grano orientato Ã ̈ necessario regolare la presenza di una quantitÃ e distribuzione di particelle di seconde fasi che rallentano criticamente il movimento del bordi di grano ad alta temperatura (Inibitori di crescita del grano) e consentono il controllo della ricristallizzazione secondaria orientata.

La quantitÃ di particelle (frazione volumetrica dei precipitati) Ã ̈ determinata dal contenuto di alcuni elementi quali zolfo e/o selenio, azoto che sono potenzialmente in grado di formare solfuri e/o seleniuri e nitruri adeguatamente stabili ad alta temperatura con molti elementi (ad esempio manganese, rame, cromo, alluminio, niobio, titanio, vanadio, etc).

Altre tipologie di particelle non possono essere utilizzate in quanto troppo poco stabili ad alta temperatura (ad esempio carburi) o troppo stabili e per questo non eliminabili dalla matrice alla fine del processo (ad esempio ossidi).

Inoltre, per un controllo efficace della crescita del grano, Ã ̈ importante che le particelle di seconde fasi siano molto piccole e distribuite uniformemente nella matrice.

Una espressione analitica che descrive la intensitÃ della forza frenante del movimento dei bordi di grano Ã ̈ la seguente equazione (1)

6 fv

Iz (cm<1>) =

Ï€

dove f<v>Ã ̈ la frazione volumetrica di seconde fasi ed<r>Ã ̈ il valore medio della dimensione delle seconde fasi presenti (espresso come raggio equivalente sferico ). Come Ã ̈ noto agli esperti del settore, la fase di processo per cui Ã ̈ critico il controllo della crescita del grano cristallino in questi acciai Ã ̈ quella che va dalla ricristallizzazione primaria che si realizza sui semiprodotti dopo la laminazione a freddo a spessore finale (tipicamente durante una ricottura continua), alla ricristallizzazione secondaria che si realizza durante la ricottura finale ad alta temperatura (tipicamente una ricottura statica). La forza frenante deve essere tale da agire uniformemente in tutta la matrice e da contenere la crescita del grano di una struttura iniziale di ricristallizzazione primaria con diametro equivalente sferico del medio grano cristallino dellâ€™ordine ad esempio di 5 - 15 pm. Ad una tale struttura cristallina di partenza, compete una tendenza dei bordi di grano a migrare attivati dalla temperatura, e quindi una propensione alla crescita delle dimensioni medie del grano cristallino ricavabile dalla seguente espressione (2)

1 1

DF - â€”

<0>emaxn

con â€œDF" (Driving Force alla crescita) anchâ€™esso esprimibile in cm<'1>ed in cui 0 rappresenta la dimensione media del grano espressa in cm e n la dimensione della classe di grani piÃ¹ grandi della distribuzione sempre espressa in cm (per ambedue si riferisce comunemente ai valori di raggio equivalente sferico rispettivamente della media e della classe dei grani piÃ¹ grandi). I valori di 0 e<0>max u si possono agevolmente valutare mediante semplici osservazioni della microstruttura al microscopio ottico e nel caso della fabbricazione di lamireini a grano orientato e in assenza di anomale disomogeneitÃ strutturali sono tali per cui â€œDF" si attesta su valori compresi tra 1000 e 3000 cm<'1>

Per contenere una tale tendenza a crescere la forza frenante degli inibitori definita nella equazione (1) deve essere adeguatamente bilanciata regolando la frazione volumetrica dei precipitati e la loro dimensione media.

Nei processi produttivi convenzionali per la fabbricazione dei lamierini a grano orientato le frazioni volumetriche di seconde fasi in matrice metallica tipicamente adottate per il controllo della crescita del grano e della ricristallizzazione secondaria orientata sono dellâ€™ordine di 0,001 - 0,002 (0,1 - 0,2 %) che corrispondono ad esempio alla precipitazione controllata in forma fine di 0,030 % - 0,040 % in peso di zolfo e/o azoto (ad esempio come MnS e AIN).

Data le solubilitÃ di zolfo e azoto in presenza delle adeguate quantitÃ di alluminio e manganese in matrice, per precipitare omogeneamente e in forma fine le suddette seconde fasi Ã ̈ necessario, prima di laminare a caldo il materiale solidificato, riscaldare a temperature molto alte (> 1300 °C) per sciogliere i solfuri e/o nitruri precipitati durante il lento raffreddamento dopo solidificazione delle bramine, e precipitarli di nuovo in forma fine durante il rapido raffreddamento sotto deformazione controllato in laminazione a caldo ed eventualmente le successive ricotture dei nastri.

Tale trattamento termico ad alta temperatura impone alti consumi energetici, la necessitÃ di forni di riscaldo speciali, la presenza di scorie liquide o pastose durante il processo e la conseguente elevata incidenza di difetti superficiali.

Per superare tali inconvenienti sono state proposte ultimamente varie tecniche alternative di produzione.

In WO9846802 e W09848062, vengono descritti processi di fabbricazione di lamierini a grano orientato che utilizzano la tecnologia in bramma sottile, il controllo del contenuto di Mn, S, (S+Se), Cu, Al, N ed altri elementi potenzialmente coinvolti nella preparazione della distribuzione di inibitori della crescita del grano in forcelle definite in modo da garantire, nell'ambito delle condizioni di riscaldo attuabili la dissoluzione della frazione precipitata durante il raffreddamento del colato e la precipitazione di solfuri e nitruri in forma fine durante e/o dopo la fase di laminazione a caldo.

In EP0922119 e EP0925376 viene descritta l'adozione di altre composizioni chimiche e cicli di trasformazione successivi con i quali Ã ̈ possibile ottenere industrialmente prodotti di qualitÃ e con buone rese, anche con l'adozione di tecniche di nrtrurazione allo stato solido per incrementare la frazione volumetrica di inibitori della crescita del grano prima della ricristallizzazione secondaria orientata.

Varie soluzioni proposte mostrano specifiche accortezze per ottenere, nei vincoli di temperatura massima attuabile per il riscaldo / omogeneizzazione del materiale solidificato prima della laminazione a caldo, la quantitÃ e distribuzione di inibitori della crescita del grano necessaria al controllo della ricristallizzazione secondaria orientata per lâ€™ottenimento di prodotti con eccellenti caratteristiche magnetiche, in modo da garantire una â€ ̃Inibizioneâ€ della crescita del grano (distribuzione di seconde fasi non metalliche) presente omogeneamente in matrice prima della ricristallizzazione secondaria almeno uguale o maggiore di 1300 cm<~x>.

Una metodologia alternativa per il controllo della crescita del grano prima e durante la ricristallizzazione secondaria orientata Ã ̈ quella di operare in modo da ridurre la tendenza a crescere del grano cristallino (vedi equazione (2)) ad esempio attraverso la riduzione delle eterogeneitÃ di ricristallizzazione nelle varie fasi del processo produttivo.

Un modo per ottenere, su nastri industriali, strutture di ricristallizzazione primaria omogenee Ã ̈ quello di aumentare il tasso di riduzione a freddo in modo da generare nella struttura deformata alte densitÃ di dislocazioni omogeneamente distribuite in matrice anche in presenza di strutture di partenza eterogenee. Tale strategia comporta perÃ² la necessitÃ di aumentare proporzionalmente lo spessore del nastro a caldo (considerato fisso lo spessore finale di riferimento del prodotto) con un proporzionale aggravio di costi per la laminazione a freddo e di riduzione delle rese fisiche (numero di rotture in laminazione a freddo proporzionalmente piÃ¹ alto nel caso di tassi di riduzione maggiori). Inoltre, come Ã ̈ noto, allâ€™aumentare del tasso di riduzione a freddo applicato, si riduce proporzionalmente la dimensione dei grani di ricristallizzazione primaria CiÃ² comporta un aumento della tendenza a crescere del grano (come deducibile dalla relazione (1)) che richiede conseguentemente la gestione di valori piÃ¹ elevati di Inibizione della crescita del grano per il controllo della qualitÃ finale dei prodotti.

Alternativamente utilizzando il processo di laminazione a freddo Ã ̈ possibile recuperare omogeneitÃ micro strutturale attuando laminazioni a freddo in piÃ¹ stadi intervallati da ricotture intermedie, anche se con un aumento dei costi di trasformazione.

Gli inventori del procedimento secondo la presente invenzione hanno condotto diversi studi sulla possibilitÃ di ridurre la eterogeneitÃ micro strutturali dei laminati a freddo ricristallizzati prodotti durante la fabbricazione di lamierini a grano orientato, regolando le modalitÃ con cui le bramme colate vengono trasformate in nastri. In particolare hanno individuato alcune condizioni operative di laminazione a caldo di bramme mediante le quali Ã ̈ possibile contenere fortemente le eterogeneitÃ di ricristallizzazione dei nastri laminati a caldo con conseguente riduzione della tendenza a crescere del grano ricristallizzato nella ricottura dei nastri a spessore finale che precede il processo di ricristallizzazione secondaria orientata e contestualmente generare una precipitazione fine di seconde fasi utile al controllo della crescita del grano a partire da quantitÃ di zolfo (S) e azoto (N) in matrice piÃ¹ basse rispetto a quanto previsto dalle tecnologie convenzionali e conseguentemente disponibili in soluzione solida metallica prima della laminazione dopo riscaldo delle bramme a temperature inferiori a 1300 °C. Nel procedimento della presente invenzione, il contenuto di Si deve essere superiore a 2% per poter innalzare la temperatura della ricottura finale statica ai valori necessari per il corretto sviluppo della ricristallizzazlone secondaria orientata senza che si realizzino contemporaneamente fenomeni di trasformazione di fase Ferrite-Austenite-Ferrite che compromettono il controllo della microstruttura finale e quindi delle caratteristiche magnetiche dei prodotti finiti con particolare riguardo alla permeabilitÃ magnetica misurata lungo la direzione di laminazione. Per contenuti di Silicio superiori al 4,5 % si riscontra una aumento critico della temperatura di transizione duttile fragile del materiale che porta a problemi di resa fisica del processo produttivo fino a rendere non piÃ¹ conveniente la fabbricazione industriale dei prodotti finiti.

Nella presente invenzione il riscaldo delle bramme necessario per poter laminare a caldo il materiale fino ad ottenere nastri avvolti, viene condotto preferibilmente ad una temperatura non inferiore a 1100 °C e non superiore a 1300 °C.

Temperature di riscaldo inferiori a 1100<D>C, pur se possibili, non sono convenienti in quanto le forze di separazione necessarie per la successiva laminazione a caldo diventano troppo elevate. Temperature di riscaldo superiori a 1300 °C non portano vantaggi significativi sul processo di laminazione mentre comportano inconvenienti legati alla formazione di ossidazione superficiale eccessiva fino a scoria pastosa o liquida per temperature superiori a 1300 °C, alla movimentazione delle bramme nei forni di riscaldo a causa della eccessiva duttilitÃ e quindi piegabilitÃ delle bramme sugli appoggi. Inoltre il contenimento delle temperature di processo al di sotto di 1300 °C consente l'utilizzo di forni di riscaldo di tipo convenzionale e il contenimento dei consumi energetici associati al processo.

La presente invenzione consente il controllo della precipitazione di seconde fasi non metalliche (solfuri, nitruri,..) nella matrice metallica dei nastri a caldo prodotti in densitÃ e dimensioni definite, basato su un processo di laminazione a caldo condotto in almeno due fasi distinte mediante lâ€™adozione di due impianti di laminazione a caldo distinti. Le due fasi di laminazione a caldo sono separate tra loro da uno spazio fisico per cui la prima laminazione a caldo effettuata sul primo laminatoio di sbozzatura produce un semiprodotto che deve essere trasferito, mediante mezzi idonei quali ad esempio una via a rulli, al secondo laminatoio a caldo di finitura che trasforma il semiprodotto (barra) in un laminato a caldo di spessore finale prescritto. Detto laminato a caldo cosÃ¬ prodotto viene quindi convenientemente avvolto in forma di nastro e cosi inviato ai successivi trattamenti termo meccanici prescritti dall'invenzione. Il trasferimento dello sbozzato dal primo laminatoio al secondo laminatoio deve avvenire in modo che la temperatura di fine laminazione al primo laminatoio sia maggiore o uguale alla temperatura di inizio laminazione al secondo laminatoio. Per limitare il raffreddamento durante il trasferimento dal laminatoio di sbozzatura al laminatoio di finitura, lo spazio tra i due laminatoi puÃ² essere protetto da pannelli passivi di isolamento termico.

Il tempo di trasferimento della barra tra la fine della laminazione di sbozzatura e lâ€™inizio della laminazione di finitura deve essere di almeno 5 secondi. Detto tempo minimo Ã ̈ necessario ad attivare nella matrice metallica fenomeni di ricristallizzazione statica prima della seconda laminazione a caldo. Detto tempo di trasferimento comunque non deve superare i 60 secondi per limitare la indesiderata precipitazione e crescita delle particelle di seconde fasi quali solfuri e nitruri.

La prima laminazione a caldo (sbozzatura) viene realizzata mediante un laminatoio sbozzatore che puÃ² essere di tipo reversibile o di tipo continuo con una o piÃ¹ gabbie di laminazione, ed Ã ̈ condotta in modo da preparare un laminato semiprodotto (barra) di spessore non superiore a 40 mm, che prima della seconda fase di laminazione viene mantenuto ad una temperatura superiore a 950 °C e tale da limitare la precipitazione degli elementi potenzialmente in grado di formare nella matrice metallica seconde fasi non metalliche ad una frazione non superiore al 20 %.

E' importante che la temperatura di laminazione di sbozzatura con cui viene prodotta la barra non scenda al di sotto dei 950 °C; infatti gli inventori hanno trovato inaspettatamente che applicando una rapida riduzione complessiva maggiore di 75% nell'intervallo di temperatura prescritto, la precipitazione delle seconde fasi non metalliche dopo la sbozzatura non avviene, anche in condizioni di stabilitÃ termodinamica favorevoli per i precipitati.

Per tassi di riduzione inferiori a 75% una quantitÃ elevata di zolfo e/o azoto precipita sotto forma di solfuri e/o nitruri con dimensioni relativamente troppo elevate a garantire un corretto controllo della crescita del grano (diametro equivalente sferico maggiore di 0,2 pm) alla fine della laminazione di sbozzatura e prima della laminazione di finitura Una possibile spiegazione di tale comportamento Ã ̈ che per tassi inferiori a 75% e a temperature superiori a 900 °C, i difetti reticolari generati dalla deformazione a caldo permangono nel materiale deformato in quantitÃ relativamente elevata e segregati non omogeneamente in matrice metallica , costituendo i nuclei per una precipitazione localizzata di solfuri e/o nitruri. Nelle stesse condizioni di temperatura e nel caso di deformazioni superiori a 75% vengono altresÃ¬ favoriti fenomeni di ricristallizzazione che rapidamente eliminano dalla matrice la maggior parte dei difetti reticolari, inibendo la precipitazione delle particelle di solfuro e/o nitruro.

Il secondo processo di laminazione, con cui la barra viene trasformata in nastro a caldo, Ã ̈ condotto in modo da precipitare in forma diffusa, omogeneamente e in piccole dimensioni (preferenzialmente con diametro equivalente sferico minore di 0,2 pm) le seconde fasi potenzialmente precipitabili.

Gli inventori della presente invenzione hanno trovato che lo spessore del materiale a cui si applica la deformazione non deve essere superiore a 40 mm in modo da realizzare, durante il primo passo di riduzione di detta seconda laminazione, due fenomeni contemporanei e sinergici, che sono la generazione molto rapida di una elevata quantitÃ di difetti distribuiti omogeneamente in tutta la matrice metallica e un veloce raffreddamento del materiale deformato che limita il recupero dinamico dei difetti reticolari generati e aumenta la stabilitÃ termodinamica delle seconde fasi potenzialmente precipitabili. Dette condizioni metallurgiche sono favorite dalla applicazione di una riduzione di spessore realizzata nel primo passaggio della laminazione di finitura maggiore o uguale al 40%.

La seconda laminazione a caldo, detta di finitura, deve essere realizzata in piÃ¹ passi sequenziali distinti, quali ad esempio tre passi sequenziali distinti. Dopo l'esecuzione del primo passo del secondo processo di laminazione a caldo (dove si fa precipitare quasi tutta la frazione di seconde fasi non metalliche precipitabili) il procedimento secondo la presente invenzione prevede lâ€™attuazione di almeno un trattamento termico per completare i processi di precipitazione ed omogeneizzare la distribuzione dimensionale delle inclusioni mediante processi di dissoluzione e crescita dei precipitati attivati dalla temperatura.

Gli inventori del presente procedimento di produzione hanno trovato che detto trattamento termico controllato (in una o piÃ¹ fasi distinte) tra il primo passo e almeno uno dei passi successivi di laminazione, produce una microstruttura dei nastri a caldo maggiormente ricristallizzati rispetto ai casi in cui tali trattamenti termici intermedi non sono attuati o vengono attuati per tempi inferiori a quelli prescritti nella presente invenzione.

Tale trattamento termico puÃ² essere realizzato industrialmente utilizzando qualunque tecnica disponibile allo scopo, quali ad esempio stazioni di riscaldo interposte tra una o piÃ¹ gabbie di laminazione per treni di laminazione di finitura a piÃ¹ gabbie e continui e/o stazioni di riscaldo posizionate a monte e/o a valle di gabbie di laminatoi di finitura di tipo reversibile. Il trattamento termico puÃ² essere attuato con tecniche di riscaldo diverse quali ad esempio riscaldo per induzione elettromagnetica o con elementi di riscaldo radiante inserite in pannelli o camere chiuse.

Oggetto della presente invenzione Ã ̈ un procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato, in cui una bramma di acciaio comprendente, in percentuale in peso, C 0.010-0.100 %, Si 2,0 - 4,5 %, Al 0,005 - 0,050 %, N S â‰¤ 0,030 % eventualmente Se tale che S+(32/79)Se 0,0005 - 0,025%; eventualmente almeno un elemento della serie Al, Ti, V, Nb, Zr, B, W per una percentuale in peso complessiva non superiore a 0,035 %; eventualmente almeno uno degli elementi della serie Mn, Cu per una percentuale in peso complessiva non superiore a 0,300 %; ed eventualmente almeno uno degli elementi della serie Sn, As, Sb, P, Bi per una percentuale in peso complessiva non superiore a 0,150 %, il resto essendo ferro a parte le inevitabili impurezze, viene sottoposta, dopo colaggio e solidificazione, ad un ciclo termo-meccanico comprendente le seguenti operazioni:

a) riscaldamento ad una temperatura compresa nell'intervallo 1100-1300°C b) laminazione a caldo di sbozzatura, in un primo laminatoio di sbozzatura, in almeno due passi di laminazione successivi, fino ad ottenere una barra di spessore non superiore a 40 mm, con tasso di riduzione di spessore totale maggiore del 75% e con temperatura di laminazione maggiore di 950 °C c) trasferimento della barra cosi prodotta dal primo laminatoio di sbozzatura ad un secondo laminatoio di finitura in un tempo compreso tra 5 e 60 secondi d) laminazione a caldo di finitura, in un secondo laminatoio di finitura, in almeno due passi di laminazione successivi, il primo passo di laminazione con tasso di riduzione di spessore maggiore del 40 % e temperatura compresa tra 900 e 1100 °C, e l'ultimo passo di laminazione, con tasso di riduzione di spessore minore del 25 % e temperatura non superiore ad 850 °C

e) essendo il laminato a caldo sottoposto, durante detta laminazione a caldo di finitura, tra il primo passo e almeno uno dei passi successivi di laminazione, ad almeno un trattamento termico nellâ€™intervallo di temperatura compreso tra 800 e 1100 °C e nell 'intervallo di tempo compreso tra 10 e 900 secondi.

In una forma di realizzazione del procedimento secondo lâ€™invenzione, la bramma di acciaio da sottoporre a ciclo termo-meccanico contiene Si 2,5 - 3,5% e N 0,002 -0,006 %.

Il tempo di riscaldo necessario ai fini della presente invenzione dipende dallâ€™intervallo di temperatura a cui si realizza il trattamento termico ed Ã ̈ regolato secondo il seguente schema :

t minimo = 10 sec per temperature di riscaldo 1050°C< T <1100°C

t minimo = 20 sec per temperature di riscaldo 1000°C< T <1050°C

t minimo = 60 sec per temperature di riscaldo 950°C< T <1000°C

t minimo = 100 sec per temperature di riscaldo 900°C< T <950°C

t minimo = 300 sec per temperature di riscaldo 800°C< T <900°C

Per gli scopi dellâ€™invenzione il trattamento termico puÃ² essere realizzato in una o piÃ¹ fasi distinte nel corso della laminazione a caldo di finitura nellâ€™ambito dellâ€™intervallo di temperatura prescritto (800-1 100°C) nel rispetto di almeno uno dei tempi in temperatura minimi definiti sopra.

Inoltre, nel caso di riscaldi condotti a temperatura superiore a 1000 °C Ã ̈ opportuno limitare il tempo di trattamento termico in temperatura ai valori massimi regolati dal seguente schema :

t massimo = 180 sec per temperature di riscaldo 1050°C< T <1100°C

t massimo = 300 sec per temperature di riscaldo 1000°C< T <1050°C

t massimo = 600 sec per temperature di riscaldo 950°C< T <1000°C

t massimo = 900 sec per temperature di riscaldo 900°C< T <950°C

t massimo = 900 sec per temperature di riscaldo 800°C< T <900°C

Infatti per temperature maggiori di 950 °C, tempi di trattamento maggiori di quelli prescritti nello schema sopra indicato possono realizzarsi fenomeni di dissoluzione e crescita delle particelle precipitate difficilmente controllabili in modo riproducibile e generare cosi livelli di inibizione alla crescita del grano cristallino variabili e tali da produrre instabilitÃ micro strutturale e quindi magnetica dei prodotti finiti, non adeguata ad una produzione industriale. Gli inventori del procedimento secondo la presente invenzione hanno trovato che, per tempi di trattamento inferiori e superiori ai limiti prescrÃ¬tti, le caratteristiche magnetiche dei prodotti peggiorano manifestando una alta instabilitÃ dei risultati.

II nastro laminato a caldo cosÃ¬ preparato viene quindi trasformato a prodotto finito con un ciclo di trattamenti comprendente le seguenti fasi di processo:

o eventuale ricottura continua del nastro a caldo

o laminazione a freddo a spessore finale in una o piÃ¹ fasi con eventuale ricottura intermedia,

o ricottura continua di ricristallizzazione primaria ed eventuale decarburazione allo stato solido,

o ricottura statica ad alta temperatura di ricristallizzazione secondaria orientata, o ricottura di termo spianatura e deposizione del rivestimento isolante.

Dopo la termo spianatura e la deposizione del rivestimento isolante, il nastro puÃ² essere opzionalmente sottoposto ad un trattamento di raffinamento dei domini magnetici che consiste preferibilmente in tracciatura superficiale laser.

In una variante della presente invenzione, la ricottura di ricristallizzazione dei nastri risultanti dalla laminazione a freddo Ã ̈ condotta in atmosfera nitrurante in modo da aumentare il contenuto medio di azoto dei nastri di una quantitÃ maggiore di 0,001% e preferibilmente compresa tra 0,001% e 0,030%.

Lo spessore della bramma solidificata puÃ² essere compreso tra 50 e 120 mm e preferibilmente la laminazione di finitura Ã ̈ effettuata tramite laminatoio di topo reversibile.

Si Ã ̈ data finora della presente invenzione una descrizione di carattere generale. Con l'aiuto dei seguenti esempi, illustrativi dell'invenzione e non limitativi della portata della stessa, verrÃ ora fornita una descrizione di sue forme di realizzazione finalizzate a farne meglio comprendere scopi, caratteristiche, vantaggi e modalitÃ operative.

Esempio 1

Un acciaio contenente 3,1% di silicio, 0,058% di carbonio, 0,025% di alluminio, 0,021% di zolfo e 0,0062% di azoto Ã ̈ stata solidificata allo spessore di 100 mm. Tre porzioni del materiale cosÃ¬ prodotto sono stati sottoposti a laminazione a caldo nelle condizioni di seguito descrÃ¬tte :

â€¢ Riscaldo a circa 1150 °C per un tempo di permanenza in forno alla temperatura di trattamento di 20 minuti

â€¢ Prima laminazione a caldo di sbozzatura con riduzione di spessore da 100mm a 12mm condotta in modo che lâ€™ultimo passo di riduzione Ã ̈ stato realizzato alla temperatura di 1020 °C

â€¢ Seconda laminazione a caldo di finitura con riduzione di spessore da 12mm a 2,3mm condotta dopo 30 secondi dalla laminazione di sbozzatura in modo che con il primo passo di laminazione lo spessore Ã ̈ passato da 12mm a 5mm e prima di proseguire la laminazione di finitura fino allo spessore finale di 2,3mm i pezzi sono stati mantenuti a 1040 °C per un tempo differente per ognuno dei tre pezzi di prova e rispettivamente di 10 secondi (A) 120 secondi (B) e 480 secondi (C).

I laminati a caldo cosi prodotti sono poi stati ricotti a 1080 °C per 20 secondi, laminati a freddo in singolo stadio fino allo spessore di 0,30mm, quindi ricrÃ¬stallizzati in atmosfera decarburante alla temperatura di 850°C per 120 secondi e successivamente ricotti alla stessa temperatura in atmosfera nitrurante per un incremento del contenuto di azoto di circa 150 ppm. I laminati risultanti sono stati sottoposti poi ad una ricottura statica fino alla temperatura di 1200 °C in atmosfera contente Idrogeno per sviluppare la ricristallizzazione secondaria ed eliminare dalla matrice metallica l'azoto e lo zolfo inizialmente presente nel materiale.

Alla fine del processo i lamierini prodotti nelle tre differenti condizioni sono stati sottoposti a misura magnetica. I risultati delle misure sono riportati sinteticamente in Tabella 1

Tabella 1

Tempo at 1040

Condizione B 800 (Tesla) P 17 (W/Kg)

°C

Ã€ 10 sec 1,69 2,16 n

B 120 sec 1 ,95 0,97 invenzione c 480 sec 1 ,65 | 2,10 -n

(*) esempio comparativo fuori dal campo dell'invenzione

Esempio 2

Cinque differenti acciai con concentrazioni differenti di zolfo e azoto e alluminio sono stati fabbricati per un esperimento comparativo. In Tabella 2 sono riportate le composizioni chimiche delle cinque leghe prodotte.

_ Tabella 2

Elemento Acciaio 1 Acciaio 2 Acciaio 3 Acciaio 4 Acciaio 5

% p/p % p/p % p/p % p/p % p/p Si 3,500 3,450 3,450 3,410 3,430 c 0,075 0,070 0,073 0,069 0,071 Al 0,230 0,120 0,235 0,004 0,220 Mn 0,058 0,061 0,060 0,061 0,059 Cu 0,100 0,110 0,100 0,100 0,095 Ti 0,003 0,002 0,004 0,003 0,003 Sn 0,090 0,090 0,090 0,089 0,085 S 0.006 0,014 0,025 0,014 0,035 N 0,009 0,007 0,010 0,007 0,005

I cinque acciai prodotti sono stati solidificati in bramme di spessore 200 mm e quindi tutti laminati a caldo secondo il seguente ciclo :

· Riscaldo a 1280 °C per un tempo di permanenza in forno alla temperatura di trattamento di 15 minuti

â€¢ Prima laminazione di sbozzatura con riduzione di spessore da 200mm a 23mm e condotta in modo che lâ€™ultimo passo di riduzione Ã ̈ stato realizzato alla temperatura di 1150 °C

· Seconda laminazione a caldo di finitura con riduzione di spessore da 23mm a 2,1 mm condotta dopo 30 secondi dalla laminazione di sbozzatura e in modo che con il primo passo di laminazione lo spessore Ã ̈ passato da 23mm a 13mm e prima di proseguire la laminazione di finitura fino allo spessore finale di 2,1 mm i pezzi sono stati mantenuti a 1090<e>C per 120 secondi

· I laminati a caldo cosi prodotti sono poi stati ricotti a 1050 °C per 20 secondi, laminati a freddo in singolo stadio fino allo spessore di 0,27mm, quindi ricristallizzati in atmosfera decarburante alla temperatura di 850°C per 180 secondi e sottoposti poi ad una ricottura statica fino alla temperatura di 1200 °C in atmosfera contente Idrogeno per sviluppare la ricristallizzazione secondaria ed eliminare dalla matrice metallica lâ€™azoto e lo zolfo inizialmente presente nel materiale.

Alla fine del processo i lamierini prodotti a partire dalle cinque differenti leghe sono stati sottoposti a misura magnetica. I risultati delle misure sono riportati sinteticamente in Tabella 3

Tabella 3

B 800

Acciaio S+N Al P 17 (W/Kg)

(Tesla)

1 0,015 0,230 1,92 0,83 invenzione 2 0,020 0,120 1 ,91 0,85 invenzione 3 0,035 0,235 1 ,65 2,10 n 4 0,020 0,004 1,62 2.20 Î“) 5 0,040 0,220 1,65 2,06 _ n _ (*) esempio comparativo fuori dal campo dell'invenzione

Esempio 3

Un acciaio contenente 3,2% di silicio, 0,065% di carbonio, 0,029% di alluminio, 0,008% di zolfo e 0,007% di azoto Ã ̈ stata solidificata allo spessore di 200 mm. Dopo solidificazione differenti porzioni del materiale colato sono state laminate a caldo secondo cicli termo-meccanici differenti a partire da un riscaldo in forno alla temperatura 1200 °C per un tempo di permanenza alla temperatura di trattamento di 15 minuti. Un primo gruppo di pezzi Ã ̈ stato sottoposto ad una laminazione di sbozzatura con riduzione di spessore da 200mm a 55mm (gruppo A), per un secondo gruppo la riduzione di spessore Ã ̈ stata da 200mm a 45 mm (gruppo B), per un terzo gruppo la riduzione di spessore Ã ̈ stata da 200mm a 35mm (gruppo C) e per un terzo gruppo la riduzione di spessore Ã ̈ stata da 200mm a 20mm (gruppo D). Tutte le laminazioni di sbozzatura sono state condotte in modo che lâ€™ultimo passo di riduzione fosse realizzato in un intervallo di temperatura tra 1050 °C e 950 °C. Tutti i pezzi sono stati quindi sottoposti ad una successiva seconda laminazione a caldo di finitura entro un tempo pari 50 secondi con riduzione di spessore rispettivamente da 55mm, 45mm, 35 mm e 20mm fino a laminati a caldo di spessore 2,3mm. Nel caso degli sbozzati a 55 mm lo spessore dopo il primo passo di laminazione Ã ̈ stato compreso tra 25 e 28 mm; nel caso degli sbozzati a 45mm lo spessore dopo il primo passo di laminazione Ã ̈ stato compreso tra 20 e 22 mm; nel caso degli sbozzati a 35 mm lo spessore dopo il primo passo di laminazione Ã ̈ stato compreso tra 13 e 15 mm, mentre nel caso degli sbozzati a 20 mm lo spessore dopo il primo passo di laminazione Ã ̈ stato compreso tra 8 e 9 mm. Immediatamente prima di proseguire la laminazione di finitura fino allo spessore finale di 2,3mm (uguale per tutti) ognuno dei pezzi di prova Ã ̈ stato trattato in un forno alla temperatura di 980 °C per un tempo in temperatura di 300 secondi.

I laminati a caldo cosÃ¬ prodotti sono stati poi laminati a freddo una prima volta a

spessore di 1,2 mm, ricotti a 1000 °C per 40 secondi e laminati a freddo una seconda

volta allo spessore di 0,23 mm.

I laminati a freddo a spessore finale sono stati quindi ricotti in atmosfera decarburante

alla temperatura di 860°C per 90 secondi e successivamente ricotti alla stessa

temperatura in atmosfera nitrurante per un incremento del contenuto di azoto

compreso tra 150 - 200 ppm e infine sottoposti poi ad una ricottura statica alla

temperatura massima di 1200 °C per 10 ore.

Alla fine del processo i lamierini prodotti nelle tre differenti condizioni sono stati

sottoposti a misura magnetica. I risultati delle misure sono riportati sinteticamente in

Tabella 4.

Tabella 4

Riduzione Riduzione P17 Condizione 1<Spess>°<re>alla al 1

Barra<0>passo B800 (50Hz sbozzatura di finitura )

! mm % % Tesla W/Kg -n Gruppo A - 1 ,98

55 72,5 54 1 ,63

prova 1 -(*) Gruppo A - 72,5 2,03

55 49 1,65(*)prova 2

Gruppo A - 72,5 2,10

55 50 1 ,62 .(*)prova 3

Gruppo B - 1 ,25

45 77,5 51 1 ,83 -n prova 1

Gruppo B - 77,5 1,52

45 55 1 ,75 -o prova 2

Gruppo B - 77,5 1 ,98

45 53 1,65 -(<*>) prova 3

Gruppo C - 0,85

35 82,5 60 1 ,81 invenzione prova 1

Gruppo C - 82,5 0,83

35 63 1 ,91 invenzione prova 2

Gruppo C - 82,5 0,84

35 57 1,90 invenzione prova 3

Gruppo D - 90 0,82

20 55 1 ,92 invenzione prova 1

Gruppo D - 90 0,82

20 60 1 ,92 invenzione prova 2

Gruppo D - 90 0,83

20 57 1 ,92 invenzione prova 3

(*) esempio comparativo fuori dal campo dell'invenzione

Esempio 4

Un acciaio contenente 3,2% di silicio, 0,032% di carbonio, 0,015% di alluminio, 0,068% di manganese, 0,085% di rame, 0,0140% di zolfo e 0,0080% di azoto Ã ̈ stata solidificata allo spessore di 70 mm. Dopo un riscaldo a circa 1290 °C per un tempo di permanenza in forno di 15 minuti alla temperatura di trattamento, il materiale prodotto Ã ̈ stato laminato a caldo in differenti condizioni.

Una prima parte del materiale (A) Ã ̈ stata laminata a caldo operando una prima laminazione di sbozzatura da 70 mm a 15 mm con tre passi di riduzione con una temperatura di fine laminazione di 900 °C e dopo 40 secondi una successiva seconda laminazione di finitura da 15 mm a 2,3 mm in tre passi di riduzione ; tra il primo e il secondo passo e tra il secondo e il terzo passo di detta laminazione di finitura i semiprodotti in laminazione sono stati riscaldati e mantenuti alla temperatura di 940 °C per 90 secondi tra il primo e il secondo passo e alla temperatura di 910 °C per 90 secondi tra il secondo e il terzo passo.

Una seconda parte del materiale (B) Ã ̈ stata laminata a caldo operando una prima laminazione di sbozzatura da 70 mm a 15 mm con tre passi di riduzione con una temperatura di fine laminazione di 1050 °C e dopo 40 secondi e una successiva seconda laminazione di finitura da 15 mm a 2,3 mm in tre passi di riduzione; tra il primo e il secondo passo e tra il secondo e il terzo passo di detta laminazione di finitura i semiprodotti in laminazione sono stati riscaldati e mantenuti alla temperatura di 940 °C per 30 secondi tra il primo e il secondo passo e alla temperatura di 910 °C per 30 secondi tra il secondo e il terzo passo.

Una terza parte del materiale (C) Ã ̈ stata laminata a caldo operando una prima laminazione di sbozzatura da 70 mm a 15 mm con tre passi di riduzione con una temperatura di fine laminazione pari a 900 °C e dopo 40 secondi una successiva seconda laminazione di finitura da 15 mm a 2,0 mm in tre passi di riduzione; tra il primo e il secondo passo e tra il secondo e il terzo passo di detta laminazione di finitura i semiprodotti in laminazione sono stati riscaldati e mantenuti alla temperatura di 940 °C per 90 secondi tra il primo e il secondo passo e alla temperatura di 910 °C per 90 secondi tra il secondo e il terzo passo.

I laminati a caldo cosÃ¬ prodotti sono poi stati quindi ricotti a 1000 °C per 30 secondi, laminati a freddo in singolo stadio fino allo spessore di 0,35 mm, quindi ricristallizzati in atmosfera decarburante alla temperatura di 850°C per 90 secondi e sottoposti poi ad una ricottura statica fino alla temperatura di 1200 °C in atmosfera contente Idrogeno.

Alla fine del processo i lamierini prodotti con le due differenti condizioni di laminazione a caldo sono stati sottoposti a misura magnetica. I risultati delle misure sono riportati sinteticamente in Tabella 5.

Tabella 5

Temperatura di

P 17 a 50 Hz

Condizione fine Sbozzatura B 800 (Tesi a)

(W/Kg) |

(° C)

A 900 1,65 2,45 --(*) B 1050 1,75 2,01 --(<*>) C 1050 1 ,92 1 ,10 invenzione

(*) esempio comparativo fuori dal campo dell'invenzione

Claims

RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato, in cui una bramma di acciaio consistente di, in percentuale in peso, C 0.010-0.100 %, Si 2,0 -4,5 %, Al 0,005 - 0,050 %, N S â‰¤ 0,030 % eventualmente Se tale che S+(32/79)Se 0,0005 - 0,025%; eventualmente almeno un elemento della serie Al, Ti, V, Nb, Zr, B, W per una percentuale in peso complessiva non superiore a 0,035 %; eventualmente almeno uno degli elementi della serie Mn, Cu per una percentuale in peso complessiva non superiore a 0,300 %; ed eventualmente almeno uno degli elementi della serie Sn, As, Sb, P, Bi per una percentuale in peso complessiva non superiore a 0,150 %, il resto essendo ferro a parte le inevitabili impurezze, viene sottoposta, dopo colaggio e solidificazione, ad un ciclo termo-meccanico comprendente le seguenti operazioni: a) riscaldamento ad una temperatura compresa nell'intervallo 1 100-1300°C b) laminazione a caldo di sbozzatura, in un primo laminatoio di sbozzatura, in almeno due passi di laminazione successivi, fino ad ottenere una barra di spessore non superiore a 40 mm, con tasso di riduzione di spessore totale maggiore del 75 % e con temperatura di laminazione maggiore di 950 °C. c) trasferimento della barra cosi prodotta dal primo laminatoio di sbozzatura ad un secondo laminatoio di finitura in un tempo compreso tra 5 e 60 secondi. d) laminazione a caldo di finitura, in un secondo laminatoio di finitura, in almeno due passi di laminazione successivi, il primo passo di laminazione con tasso di riduzione di spessore maggiore del 40 % e temperatura compresa tra 900 e 1100 °C, e lâ€™ultimo passo di laminazione, con tasso di riduzione di spessore minore del 25 % e temperatura non superiore ad 850 °C. e) essendo il laminato a caldo sottoposto, durante detta laminazione a caldo di finitura, tra il primo passo e almeno uno dei passi successivi di laminazione, ad almeno un trattamento termico nell'intervallo di temperatura compreso tra 800 e 1100 °C e nell'intervallo di tempo complessivo compreso tra 10 e 900 secondi. 2 - Procedimento secondo la rivendicazione 1 , in cui la bramma di acciaio da sottoporre a ciclo termo-meccanico contiene Si 2,5 - 3,5% e N 0,002 - 0,006 %. 3 - Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il laminato a caldo viene sottoposto a trattamento termico nellâ€™intervallo di temperatura 800 - 1100°C per un tempo minimo di permanenza complessivo regolato secondo il seguente schema: t minimo = 10 sec per temperature di riscaldo 1050°C< T <1100°C t minimo = 20 sec per temperature di riscaldo 1000°C< T <1050°C t minimo = 60 sec per temperature di riscaldo 950°C< T <1000°C t minimo = 100 sec per temperature di riscaldo 900°Câ‰¤ T <950°C t minimo = 300 sec per temperature di riscaldo 800°C< T <900°C 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il laminato a caldo viene sottoposto a detto trattamento termico per un tempo massimo di permanenza complessivo regolato secondo il seguente schema: t massimo = 180 sec per temperature di riscaldo 1050°C< T <1100°C t massimo = 300 sec per temperature di riscaldo 1000°C< T <1050°C t massimo = 600 sec per temperature di riscaldo 950°C< T <1000°C t massimo = 900 sec per temperature di riscaldo 900°C< T <950°C t massimo = 900 sec per temperature di riscaldo 800°C£ T <900°C 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui II nastro laminato a caldo viene trasformato a prodotto finito con un ciclo di trattamenti comprendente le seguenti fasi di processo: o eventuale ricottura continua del nastro a caldo o laminazione a freddo a spessore finale in una o piÃ¹ fasi con eventuale ricottura intermedia, o ricottura continua di ricristallizzazione primaria ed eventuale decarburazione allo stato solido, o ricottura statica ad alta temperatura di ricristallizzazione secondaria orientata, o ricottura di termo spianatura e deposizione del rivestimento isolante. 6. Procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato secondo la rivendicazione 5, in cui dopo la termo spianatura e deposizione del rivestimento isolante, il nastro Ã ̈ sottoposto ad un trattamento di raffinamento dei domini magnetici. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui il trattamento di raffinamento dei domini magnetici consiste in tracciatura superficiale laser. 8. Procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato secondo una qualsiasi delle rivendicazione da 5 a 7, in cui prima della ricottura statica ad alta temperatura di ricristallizzazione secondaria viene effettuato un trattamento termico di nitrurazione per introdurre nei nastri una quantitÃ di azoto compresa tra 10 e 300 ppm. 9. Procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato secondo una qualsiasi delle rivendicazione precedenti, in cui lo spessore della bramma solidificata Ã ̈ compreso tra 50 e 120 mm. 10. Procedimento per la produzione di lamierini magnetici a grano orientato secondo una qualsiasi delle rivendicazione precedenti, in cui la laminazione di finitura Ã ̈ effettuata tramite laminatoio di tipo reversibile.