NO144221B - PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF NON-SILICONE STEEL FOR ELECTROMAGNETIC PURPOSES - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til frem- This invention relates to a method for

stilling av stål for elektromagnetiske formål, dvs. stål som skal danne en magnetisk krets i elektriske maskiner. Særlig angår den stål som ikke forsettlig er inokulert med silisium, position of steel for electromagnetic purposes, i.e. steel to form a magnetic circuit in electrical machines. In particular, it concerns steel that has not been intentionally inoculated with silicon,

et middel som anvendes for å nedsette stålets elektriske led-ningsevne og gi det andre fordelaktige egenskaper som nedsetter tap på grunn av virvelstrømmer etc., hvilke oppstår når stålet magnetiseres. Slike ikke-silisum-stål inneholder kovensjonelt silisium i konsentrasjoner under 0,05 vekt% i motsetning til silisium-stål i hvilke silisium-innholdet er mellom 0,5 og 3,25%. an agent used to reduce the steel's electrical conductivity and give it other beneficial properties that reduce losses due to eddy currents etc., which occur when the steel is magnetized. Such non-silicon steels conventionally contain silicon in concentrations below 0.05% by weight in contrast to silicon steels in which the silicon content is between 0.5 and 3.25%.

Vanligvis er stål for elektromagnetiske anvendelser produ-sert ut fra egnede allsidige ståltyper som er raffinert ved en eller annen basisk oksygen-prosess, Siemens-Martin-prosess eller annen stålfremstillingsprosess, og som normalt inneholder karbon i konsentrasjoner på opp til 0,05%, fosfor opp til 0,025%, idet resten er jern bortsett fra tilfeldige forurensninger. Generally, steels for electromagnetic applications are produced from suitable all-purpose steels which have been refined by some basic oxygen process, Siemens-Martin process or other steelmaking process, and which normally contain carbon in concentrations of up to 0.05%, phosphorus up to 0.025%, the remainder being iron apart from incidental impurities.

Etter platinering og varmvalsing av et slikt stål blir det dannede bånd koldvalset og .deretter utsatt for avkullings- After platinizing and hot rolling such a steel, the strip formed is cold rolled and then exposed to decarburization

glødning for å minske karboninnholdet til en godtagbar verdi. Etter avkullingsglødningen blir båndet igjen koldvalset til den endelige tykkelse. annealing to reduce the carbon content to an acceptable value. After the decarburization annealing, the strip is again cold-rolled to the final thickness.

Innføringen av et avkullende glødetrinn for å minske karboninnholdet i det bånd som kommer fra den primære koldvalsning, The introduction of a decarburizing annealing step to reduce the carbon content of the strip coming from the primary cold rolling,

øker i betydelig grad omkostningene ved fremstillingen av båndet, platematerialet eller lignende. De forhøyede omkostninger skyldes dels den høye pris på den reduserende gass som må tilføres gløde-ovnen, og dels den høye pris på ovner som skal arbeide med en reduserende gassatmosfære på en betryggende måte. significantly increases the costs of the production of the tape, plate material or the like. The increased costs are partly due to the high price of the reducing gas that must be supplied to the glow furnace, and partly to the high price of furnaces that must work with a reducing gas atmosphere in a reassuring manner.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til fremstilling av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål er angitt i krav 1, The method according to the invention for the production of non-silicon steel for electromagnetic purposes is stated in claim 1,

og det vises til dette. Foretrukne utførelsesformer er presisert i krav 2 og 3. and this is referred to. Preferred embodiments are specified in claims 2 and 3.

Anvendelsen av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål er kjent, for eksempel fra BRD-utlegningsskrift nr. 1 931 420. Krav 1 i utlegningsskriftet angir imidlertid som et vesentlig og ufravikelig trekk ved fremstillingen av stålet en omkrystalli-seringsglødning som er avkullende. Utlegningsskriftets krav sier dessuten intet om hvorvidt glødningsbehandlingen utføres som et intermediært trinn i en to-trinns koldvalsninqsoperasjon, slik tilfellet er ifølge foreliggende oppfinnelse. Det fremgår imidlertid av utlegningsskriftet som helhet at avkul-lingsglødningen foretas etter koldreduksjon til den endelige tykkelse av materialet. Det anvendes således ingen etterføl-gende koldreduksjon etter avkullingsglødningen. - Det kan tilføyes at det ved fremstilling av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål er konvensjonell praksis at en eventuell glødning av det koldreduserte materiale må være en avkullende glødning. Anvendelsen av en ikke-avkullende glødning ifølge foreliggende oppfinnelse representerer således et klart avvik fra etablert praksis på dette område. Det oppnås herved en betydelig bespa-relse når det gjelder produksjonskostnader, og fordeler oppnås når det gjelder prosess-sikkerheten, uten at dette skjer på be-kostning av de endelige magnetiske egenskaper hos stålet. The use of non-silicon steel for electromagnetic purposes is known, for example from BRD specification document no. 1 931 420. However, claim 1 in the specification document states as an essential and invariable feature in the production of the steel a recrystallization annealing which is decarburizing. The specification's requirements also say nothing about whether the annealing treatment is carried out as an intermediate step in a two-stage cold rolling operation, as is the case according to the present invention. It appears, however, from the specification document as a whole that the decarburization annealing is carried out after cold reduction to the final thickness of the material. No subsequent cold reduction is thus used after the decarburization annealing. - It can be added that when manufacturing non-silicon steel for electromagnetic purposes, it is conventional practice that any annealing of the cold-reduced material must be a decarburizing annealing. The use of a non-carburizing annealing according to the present invention thus represents a clear departure from established practice in this area. A significant saving is thereby achieved in terms of production costs, and advantages are achieved in terms of process safety, without this occurring at the expense of the final magnetic properties of the steel.

Fra U.S. patent nr. 3 607 229, som angår en fremgangsmåte til fremstilling av stål med lavt karboninnhold, er det kjent å underkaste stålsmelten en vakuumavgassing. Det tilsettes herunder granulert kalk, og det oppnås et så lavt karboninnhold som ca. 0,005%. Da stålet angis å være egnet ikke bare for elektriske formål, men også for direkte emaljering, må det antas å ha et betydelig innhold av silisium. From the U.S. patent no. 3 607 229, which relates to a method for producing steel with a low carbon content, it is known to subject the steel melt to vacuum degassing. Granulated lime is added below, and a carbon content as low as approx. 0.005%. As the steel is stated to be suitable not only for electrical purposes, but also for direct enamelling, it must be assumed to have a considerable content of silicon.

Fra svensk utlegningsskrift nr. 30 7 152 er det kjent en fremgangsmåte til fremstilling av stål for elektromagnetiske formål, og hvor kjernetapet reduseres ved en spesiell kombinasjon av pro-sesstrinn som virker til å øke størrelsen av kornene i det valsede stål. Mer spesielt blir varmvalset bånd glødet i en glødeovn under anvendelse av tilstrekkelig lang glødetid til at det oppnås en kornstørrelse før koldreduksjonen tilsvarende ASTM 5 eller større. I utlegningsskriftet trekkes en sammenligning mellom de magnetiske egenskaper hos stål fremstilt med og uten nevnte glød-ning, i den hensikt å understreke betydningen av nevnte spesielle glødebehandling. I motsetning til fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes det forøvrig ifølge utlegningsskriftet et utettet stål (side 2, linje 17 og side 3 linje 2). From Swedish explanatory document no. 30 7 152, a method for the production of steel for electromagnetic purposes is known, and where the core loss is reduced by a special combination of process steps which act to increase the size of the grains in the rolled steel. More specifically, hot-rolled strip is annealed in an annealing furnace using a sufficiently long annealing time to achieve a grain size prior to cold reduction equivalent to ASTM 5 or greater. In the specification, a comparison is made between the magnetic properties of steel produced with and without said annealing, with the intention of emphasizing the importance of said special annealing treatment. In contrast to the method according to the present invention, a leaky steel is used according to the specifications (page 2, line 17 and page 3, line 2).

Nedenfor følger en nærmere beskrivelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Below follows a more detailed description of the method according to the invention.

Den stålsmelte som underkastes vakuum-avgassing, kan komme fra hvilken som helst basisk oksygen-prosess, Siemens-Martin-prosess eller annen stålfremstillingsprosess og inneholder fortrinnsvis mangan i en mengde på 0,35-0,9 vekt%. Dersom mangankonsentra-sjonen ligger utenfor dette område, kan den innstilles slik at den faller innenfor det nevnte foretrukne område, ved hjelp av passende inokulering enten før, under eller etter vakuum-avgassingsbehandlingen. The steel melt subjected to vacuum degassing can be from any basic oxygen process, Siemens-Martin process or other steelmaking process and preferably contains manganese in an amount of 0.35-0.9% by weight. If the manganese concentration lies outside this range, it can be set so that it falls within the said preferred range, by means of suitable inoculation either before, during or after the vacuum degassing treatment.

Et typisk stål til bruk ved den foreliggende fremgangs- A typical steel for use in the present process

måte inneholder fortrinnsvis, etter vakuumavgassing, mellom 0,004% og 0,02% karbon, opptil 0,04% oksygen, mellom 0,35 og 0,9% mangan og 0,05-0,15%, helst 0,07-0,15% og allerhelst ca. 0,10% fosfor (alt på vektbasis), idet resten er jern, bortsett fra tilfeldige forurensninger. Oksygeninnholdet i stålet kan ytterligere nedsettes til under 0,02% ved tilsetning av et passende kjemisk desoksydasjonsmiddel, for eksempel silisium eller aluminium, dog bør mengden av det tilsatte desoksydasjonsmiddel ikke være så stor at dets konsentrasjon i stålet blir større enn 0,01%, og helst ikke over 0,005%. method preferably contains, after vacuum degassing, between 0.004% and 0.02% carbon, up to 0.04% oxygen, between 0.35 and 0.9% manganese and 0.05-0.15%, preferably 0.07-0 ,15% and preferably approx. 0.10% phosphorus (all by weight), the rest being iron, except for incidental impurities. The oxygen content in the steel can be further reduced to below 0.02% by adding a suitable chemical deoxidising agent, for example silicon or aluminium, however, the amount of the added deoxidising agent should not be so great that its concentration in the steel becomes greater than 0.01%, and preferably no more than 0.005%.

Det er funnet at fosfor i stål kompenserer for den forringelse av hårdheten som forårsakes av en senere statisk glødebehandling, og fosfor innføres hensiktsmessig i stål ved inokulering med ferrofosfor eller annen passende fosfor-forbindelse som oppviser for-holdsvis liten fordampning ved temperaturen av den smelte i hvilken den innføres. It has been found that phosphorus in steel compensates for the deterioration of hardness caused by a subsequent static annealing treatment, and phosphorus is conveniently introduced into steel by inoculation with ferrophosphorus or other suitable phosphorus compound which exhibits relatively little evaporation at the temperature of the melt in which it is introduced.

Etter koldvalsning til båndform blir stålet hensiktsmessig underkastet en statisk ikke-avkullende glødning ved en temperatur mellom 660 og 705°C, skjønt man kan bruke høyere eller lavere tem-peraturer. Glødningsbehandlingen kan utføres på en slik måte at det koldvalsede bånd får en glans-finish, og den kan i dette tilfelle utføres i en atmosfære som inneholder en liten mengde reduserende gass, for eksempel hydrogen. En passende gass for ikke-avkullende glødning med glans-finish er for eksempel nitrogen inne-holdende ca. 4 volum% hydrogen. After cold rolling into strip form, the steel is suitably subjected to a static non-decarburizing annealing at a temperature between 660 and 705°C, although higher or lower temperatures can be used. The annealing treatment can be carried out in such a way that the cold-rolled strip gets a glossy finish, and it can in this case be carried out in an atmosphere containing a small amount of reducing gas, for example hydrogen. A suitable gas for non-carburizing annealing with a gloss finish is, for example, nitrogen containing approx. 4 volume% hydrogen.

Varmvalsningen av stålet før den ikke-avkullende glødning utføres fortrinnsvis ved en temperatur på 845-1010°C, og den etterfølgende koldvalsning utføres fortrinnsvis til en ståltyk-kelse som er mellom 5 og 15% større enn den endelige tykkelse. The hot rolling of the steel before the non-decarburizing annealing is preferably carried out at a temperature of 845-1010°C, and the subsequent cold rolling is preferably carried out to a steel thickness which is between 5 and 15% greater than the final thickness.

Ifølge en hensiktsmessig utførelsesform av oppfinnelsen blir stål fra en basisk oksygen-raffineringsprosess tappet i ikke-des-oksydert tilstand fra konverteren i en øse. På dette trinn inneholder stålet normalt mellom 0,02 og 0,0 7 vekt% karbon og mellom 0,04 og 0,14 vekt% oksygen, idet resten er jern bortsett fra andre forurensninger som forekommer ved den spesielle raffineringspro- According to an appropriate embodiment of the invention, steel from a basic oxygen refining process is tapped in a non-de-oxidized state from the converter in a ladle. At this stage the steel normally contains between 0.02 and 0.07% by weight of carbon and between 0.04 and 0.14% by weight of oxygen, the rest being iron apart from other impurities which occur during the particular refining process.

sess. Mens det er i øsen, blir stålet inokulert med fosfor, seat. While in the ladle, the steel is inoculated with phosphorus,

i form av ferrofosfor, i tilstrekkelig mengde til å øke fosfor-konsentrasjonen i smeiten til ca. 0,10 vekt%. in the form of ferrophosphorus, in sufficient quantity to increase the phosphorus concentration in the smelt to approx. 0.10% by weight.

Fra øsen føres stålet til en vakuum-avgassingsenhet og From the ladle, the steel is taken to a vacuum degassing unit and

utsettes for nedsatt trykk for å minske karbonkonsentrasjonen til 0,02% eller lavere. Oksygenkonsentrasjonen i smeiten, som også blir minsket under vakuumavgassingen, kan ytterligere nedsettes ved tilsetting av et kjemisk desoksydasjonsmiddel, så is subjected to reduced pressure to reduce the carbon concentration to 0.02% or lower. The oxygen concentration in the melt, which is also reduced during the vacuum degassing, can be further reduced by adding a chemical deoxidizing agent, so

som aluminium, som innføres i en slik mengde at det gir en endelig aluminiumkonsentrasjon som ikke overstiger 0,01% og fortrinnsvis ikke overstiger 0,005%. Under den kjemiske desoksydasjon, som fortrinnsvis også skjer under vakuum, blir resterende fritt oksygen omdannet til aluminiumoksyd, som fjernes fra smel-tens overflate, idet det bringes dit av virveldannelsen i smeiten forårsaket av selve vakuumbehandlingen. En typisk endelig oksy-genkonsentras jon etter kjemisk desoksydasjon er mellom 0,002 og 0,03%. as aluminium, which is introduced in such an amount that it gives a final aluminum concentration which does not exceed 0.01% and preferably does not exceed 0.005%. During the chemical deoxidation, which preferably also takes place under vacuum, residual free oxygen is converted into aluminum oxide, which is removed from the surface of the melt, as it is brought there by the vortex formation in the melt caused by the vacuum treatment itself. A typical final oxygen concentration after chemical deoxidation is between 0.002 and 0.03%.

Om nødvendig blir mangan tilsatt smeiten på dette stadium, fortrinnsvis mens smeiten ennå er under vakuum, til en mangan-konsentrasjon på ca. 0,65%, skjønt mangan sammen med fosfor kan tilsettes til stålet på hvilket som helst annet passende trinn i prosessen. If necessary, manganese is added to the melt at this stage, preferably while the melt is still under vacuum, to a manganese concentration of approx. 0.65%, although manganese together with phosphorus may be added to the steel at any other suitable step in the process.

Stål fremstilt på den ovenfor beskrevne måte støpes diskonti-nuerl<ig> til barrer eller kontinuerlig til plater med passende di-mensjoner. Etter oppvarmning ved 1200-1315°C i minst 3 timer blir platene varmvalset til bånd som sluttvalses ved 840-1010°C. Det varmvalsede bånd, som vanligivs har en tykkelse mellom 1,9 og 2,1 mm, blir deretter koldvalset til en mellomtykkelse som er omtrent 6-8% Steel produced in the manner described above is cast discontinuously into ingots or continuously into plates of suitable dimensions. After heating at 1200-1315°C for at least 3 hours, the plates are hot-rolled into strips which are finally rolled at 840-1010°C. The hot-rolled strip, which usually has a thickness between 1.9 and 2.1 mm, is then cold-rolled to an intermediate thickness of approximately 6-8%

(fortrinnsvis 7% målt ved forlengelse) større enn den endelige tykkelse. (preferably 7% measured by elongation) greater than the final thickness.

Det koldvalsede intermediære bånd underkastes en ikke-avkullende glødning i en kasseglødeovn, som fortrinnsvis holdes ved en temperatur mellom 660 og 700°C. Båndet holdes ved denne temperatur i ca. 4 timer i en atmosfære av gass (kjent som HNX) som inneholder 96% nitrogen og 4% hydrogen, og som gir båndet en glans-finish. The cold-rolled intermediate strip is subjected to a non-decarburizing annealing in a box annealing furnace, which is preferably maintained at a temperature between 660 and 700°C. The tape is kept at this temperature for approx. 4 hours in an atmosphere of gas (known as HNX) containing 96% nitrogen and 4% hydrogen, which gives the tape a glossy finish.

Etter avkjøling koldvalses båndet til den endelige tykkelse og er ferdig til å forarbeides, for eksempel til magnetkjerner i elektriske maskiner. After cooling, the strip is cold-rolled to the final thickness and is ready to be processed, for example into magnetic cores in electrical machines.

Det er funnet at stål fremstilt i henhold til oppfinnelsen har fysikalske egenskaper som tidligere ble oppnådd ved hjelp av prosesser omfattende enten avkulling av varmvalset bånd før koldvalsningen, eller koldvalsning etterfulgt av avkullende glødning i en kontinuerlig ovn. Stål fremstilt i henhold til oppfinnelsen får normalt magnetiske egenskaper som er bedre enn de som tidligere ble oppnådd ved hjelp av de ovenfor nevnte prosesser, uten legering med silisium, og de svarer faktisk til de egenskaper som normalt oppnås med ca. 2% silisium. Den følgende tabell viser en sammenligning av typiske stål med to forskjellige tykkelser, behandlet ifølge oppfinnelsen, med stål behandlet ved hjelp av konvensjonelle metoder. It has been found that steel produced in accordance with the invention has physical properties that were previously obtained by means of processes comprising either decarburizing of hot-rolled strip before cold rolling, or cold rolling followed by decarburizing annealing in a continuous furnace. Steel produced according to the invention normally obtains magnetic properties that are better than those previously obtained by means of the above-mentioned processes, without alloying with silicon, and they actually correspond to the properties that are normally obtained with approx. 2% silicon. The following table shows a comparison of typical steels of two different thicknesses, treated according to the invention, with steels treated by conventional methods.

Tdaellen viser stålets magnetiske egenskaper og hårdhet The Tdaellen shows the steel's magnetic properties and hardness

(T = Tesla). (T = Tesla).

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av ikke-silisium-stål for elektromagnetiske formål, hvor en stålsmelte erholdt ved en konvensjonell raffineringsprosess underkastes vakuum-avgas-singsbehandling inntil karboninnholdet er redusert til under 0,02 vekt%, og fosforinnholdet i stålsmelten før, under eller etter avgassingsbehandlingen reguleres til 0,05-0,15 vekt%, og manganinnholdet før, under eller etter avgassingsbehandlingen fortrinnsvis reguleres til mellom 0,35 og 0,9 vekt%, og hvor innholdet av kjemisk desoksydasjonsmiddel, når sådant anvendes for ytterligere nedsettelse av oksygeninnholdet, fortrinnsvis begrenses til høyst 0,01 vekt%, karakterisert ved at stålet etter støping varmvalses og koldvalses til en intermediær tykkelse, hvoretter det underkastes en ikke-avkullende glødning før koldvalsning til den endelige tykkelse.1. Process for the production of non-silicon steel for electromagnetic purposes, where a steel melt obtained by a conventional refining process is subjected to a vacuum degassing treatment until the carbon content is reduced to below 0.02% by weight, and the phosphorus content in the steel melt before, during or after the degassing treatment is regulated to 0.05-0.15% by weight, and the manganese content before, during or after the degassing treatment is preferably regulated to between 0.35 and 0.9% by weight, and where the content of a chemical deoxidising agent, when such is used to further reduce the oxygen content, is preferably limited to no more than 0.01% by weight, characterized in that the steel is hot-rolled after casting and cold-rolled to an intermediate thickness, after which it is subjected to a non-decarburizing annealing before cold rolling to the final thickness. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at stålet varmvalses ved en temperatur på 845-1010°C og deretter primær-koldvalses til en tykkelse som er mellom 5 og 15% større enn den endelige tykkelse.2. Method according to claim 1, characterized in that the steel is hot-rolled at a temperature of 845-1010°C and then primary cold-rolled to a thickness that is between 5 and 15% greater than the final thickness. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det koldvalsede bånd underkastes en ikke-avkullende glødning ved en temperatur mellom 660 og 700°C.3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the cold-rolled strip is subjected to a non-decarburizing annealing at a temperature between 660 and 700°C.