NO753379L - - Google Patents

Description

"Fremgangsmåte for fremstilling av stålblikk med hoy magnetisk permeabilitet".

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av stålblikk med hoy permeabilitet. Spesielt angår den en fremgangsmåte, hvorved der på grunnlag av en kontinuerlig stopning av et valseemne foregår en direkte transformasjon av dette uten forutgående valsing til et varm^s&lset bånd av stålblikk med orienterte krystaller og hoy magnetisk permeabilitet, idet denne permeabilitet

og tilsvarende tapsfaktor utviser en hoy grad av ensartethet over

hele båndets lengde.

Der er mange kjente fremgangsmåter for fremstilling av stålblikk med orienterte krystaller og hoy magnetisk permeabilitet. U.S. Patent 3.636.579 (Nippon Steel Co., prioritet 24 april 1968) beskriver f.eks. en fremgangsmåte, hvorved et stål (0-4% Si, mindre enn 0,085% C, 0,010-0,065% syreopplosning Al) blir ' vanrnÆsLsefc,/-' glodet ved en temperatur i området 750-l200°C (hvis stålet hajc 0-1% Si, opptil . 0,080% C) eller 850-1200°C (for 1-2,5% Si, 0,010-0,080% C), eller 950-1200°C<>>(for 2,5-4% Si, 0,020-0,080% C), iélet tiden ved den utvalgte glodetemperatur kan være fra 30 sekunder til 30 minutter.

Det utglodde blikk blir så bråkjolt fra glodetemperatur til 400°C

: eller mindre, di 16pet av fra 2 til 200 sekunder, og til slutt kaldvalset med en reduksjon på 65-95%.

Belgisk Pat&nt nr. 797 781 (Nippon Steel Co., prioritet 5 april 1972)

beskriver en annen fremgangsmåte for fremstilling av magnetisk stålblikk méd orienterte krystaller på grunnlag av kontinuerlig

stoptavalseemne. Dette består av 2-4% Si, ikke over 0,085% C,

og 0,010-0,065% syreopplosning Al, og blir forst gitt en innlednede varraevalsing, under 1300°C, med reduksjon på 30-70%, hvorpå fulgte selve varmevalsing med til en viss varmevalsét tykkelse. Dette blikk blir så utglodet ved en temperatur i området 950-l200°C, bråkjolt og ti!.".sist kaldvalset med en reduksjon på 81-95%. I denne fremgansmåte hår over 80% av krystallene en gjennomsnittsdiameter på mindre enn 25 mm etter forvarmingen for den andre varmevalsingen.

U.S. Patent 3,764,406 (Armco Steel Co., prioritet 4 november 1971) beskriver en fremgansmåte hvorved det kontinuerlig stopte valseemne (2-4% Si, 10-30 cm tykt) blir oppvarmet til 750-l250°C, varmt/sdse^ r' med en reduksjon mellom 5% og 50%, oppvarmet igjen til 1260-1400°C for å gi krystaller med gjennomsnittsdiameter ikke over 4,5 ASTM ved lx. Dette emnet blir så varmevalsét til onsket tykkelse, deretter kaldvalset med sterk reduksjon, og tilslutt gitt de vanlige avsluttende utglodninger.

De to siste patenter hevder meget klart at det er nødvendig å fore-ta en^forste innledenede valsing ved en temperatur under 1300°C, etterfulget av oppvarmihg til over 1300°C og varmevalsing til onsket tykkelse på blikket, som vanligvis er i området 2-5 mm. Denne nodvendighet stammer fra det faktum at det kontinuerlig stopte emne har en soyle- eller stengelstruktur, som ved utglodning over 1300°C ville harfort til at krystallene vokste altfor meget, hvilket ville ha gjort det umulig å oppnå hoy magnetisk permeabilitet og andre éjode magnetiske egenskaper» Denne soylestuktur må derfor odel egges ved en preliminær varmvelling i med moderat reduksjon.

I den litteratur som angår produksjon av stålblikk med orienterte krystaller og hoy magnetsik permeabilitet, blir det ennvidere lagt vekt på nodvendigheten av å bruke midler (inhibitor) som forhindrer at de primære krystaller vokser. Aluminiumnitrid^er særlig nevnt som et slikt middel, é& et dette visstnok er virksorat under den andre rekrystallisering, og b&r derfor på forhånd være presipitert i passende mengde, forn}, s torr els e og fordeling. Inntil nu har de oppnådde fremragende magnetiske egenskaper blitt tilskrevet inn-virkningen av disse midler.

På grunnlag av U.S. Patent 2,528,216 har aluminiumni tr idenes evne til å hindre krystallgroing vært kjent helt siden 1948. For dette hadde U.S. Patent 2,113,537 allerede beskrevet en fremgangsmåte for fremstiling av magnetisk stålblikk, hvorved stål (3,5% Si og 0,1% Al) ble ifarmvalset, glodet ved 1000°C, brå^jolt og derpå kaldvalset. Men det er forst nylig at U.S. Patent 3,636,579 har anvist en fremgangsmåte, som skjont den starter^fra kjente utgangs-punkter tar i betraktning visse presipiteringsbetingelser for aluminiumnitrid, hvilket i henhold til nevnte patent skulle gjore det mulig å oppnå særlig gode magnetiske egenskaper.

Med andre ord, så kan det sies at det innen faget ble fremholdt, inntil idag, at bare ved bruk av et middel som hindrer vekst av de primære krystaller, som f.eks. A1W, presipitert i en viss mengde, storrelse og fordeling, var det mulig å oppnå spesielt gode magnetiske egenskaper, samt at slike egenskaper ene og alene skyldtes dette middels aktivitet under den andre rekrystalliserings-fase.

> " v

Under de forsok som har ledet frem til foreliggende oppfinnelse, og som oppfinnerne har foretatt i halvindustriell målestokk og med flere hundre^feonn stålv -bie det-oppdaget åt det ér-utålig å frembringe primære krystaller med optimai storrelse og orientering ved å fore-ta visse behandlinger av stålet for den sekundære re^rystalliserings-fase, endog så tidlig som i tiden fra storkningen åv det stopte emnet og for den primære rekrystallisering. Hvilket vil bli nærmere forklart i det fSigende.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det funnet at et stålblikk med magnetiske egenskaper som er overlegne dem som hittil er kjent innen fage.t> kan fremstilles hvis der, i tillegg til bruk av en inhibitor mot krystallgroing, som fint nedfelt aluminiumnitrid >hOBsket volumetrisk forhold, blir dannet en meget hård mikrostruktur komponent i stålet ved bråkjoling for hver kaldvalsing, hvilket medforer at valsingen og den primære rekrystalliseringen gir optimal struktur hva angår orienteringgav krystallene under den sekundære krystalliséringen.

Oppfinnelsen gjor det videre mulig å varmvalse et kontinuerlig stopt emne direkte til onsket tykkelse, hvilke.- eliminerer det opprinnelige forvalsingstrinn.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å fremskaffe en fré^s^<g>ssvsdfce for fremstilling av stålblikk med orienterte krystaller og hoy magnetisk permeabilitet, som gjor det mulig å sloyfe den preliminære valsing av det stopte emne for varmevalsingen, og , allikevel frembringer et produkt méd hoyverdige magnetiske egenskaper, som dessuten er særdeles ensartet fra ende til annen på båndet.

Det er kjent at under den sekundære rekrystallisering vil en del av icrystallene, med orientering (110) (001), vokse på bekostning av de nærliggende krystaller med andre orienteringer. Videre er det kjent at strukturen i den primære rekrystallisering innvirke:..:pfbjTtøMtefcer». av det færdige produkt, samt at den opprinnelige storkningsstruktur i valseemnet påvirket strukturen i den primære rekrystallisering og hvor fullstendig den sekundære rekrystalliseringen vil komme til å bli.

Det.ser ut til at hittil er disse kjente fakta ikke blitt korrelert, slik at der ikke er fremkommet noen fremgangsmåte som på grunnlag av kontroll med storkningsstrukturen ville gjore det mulig å styre den primære rekrystalliseringens struktur og å innvirke på den sekundære rekrystallisering^ra hva angår hvor fullstendig den vil 1: forlope. Hittil har de fremgangsmåter som her er blitt nevnt faktisk vært begrenset til mekanisk modifisering av storkningsstrukturen i den kontinuerlig stopte barren, og til påvirkning av stålet under den sekundære rekrystallisering. Det er imidlerid klart at hvis det er mulig å oppnå en passende struktur under •étorkningen av det kontinuerlig stopte stål, og kontrollere den grimære rekrystalliseringsstruktur^ ..så blir det meget lettere og rimeligere å fremstille magnetisk stålblikk som både ftar bedre og mere stabile egenskaper.

Det er videre et formål med foreliggende oppfinnelse at nevnte fremgangsmåte skal kunne gjore det mulig å regulere den primære rekrystalliseringsstruktur.

I henhold til foreliggende oppfinnelse blir et stål (2,5-3,5% Si, mindre enn-0,07% C, og fortrinnsvis syreopploselig Al i området 0,01-0,05%) kontinuerlig stSpt med lavest mulig kjolehastighet i en form,, og utenfor en form, slik at der fremkommer en storkningsstruktur som er mindre soyleformet enn hva som er mulig med.vanlig teknikk for slikmstoping, og med en annen distribusjon av presipit-atene, slik at det er mulig å unngå,, i forste trinn,poverdreven krystallgroing under varmebehandling av emnet ved 1300-1400°C for varmevalsing, og derpå etter kaldvalsing er mulig å oppnå frem-vekst av en primær rekrystalliseringsstruktur som er gunstig hva angår å gi det ferdige produkt de onskede hoyverdige magnetiske egenskaper.

I henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter wsvjfrfce fremgangsmåte videre at stålet blir utglodet ved 1050-1150°C etter ett-trinns varmevalsing, derpå avkjolt til en temperatur hvor austenitt fremdeles er tilstede, holde stålet ved denne temperatur i 30-200 sekunder, og så. bråkjole det. Denne bråkjoling av austenittholdig stål gir en V^i^M komponent som har en mikrostruktur.

Dette forårsaker at der i stålblikket, etter kaldvalsing03primær rekrystallisering, utformes et antall krystaller med plan (110) parallelle med blikkets overflate, idet dette antall er hoyere enn hva som er mulig å frembringe uten nevnte hårde mikrostruktur-?komponent. Under den sekundære rekrystallisering vil ehdel av disse krystallene vokse seg storre, hvilket forer til et produkt som ha& bedre magnetiske egenskaper. Den bedre og. mere ensartede ■ primær struktur fremkommet under kaldvalsing, takket være den nevnte hårde mikrostruktur^-komponent fremkalt ved bråkjoling, gjor det også mulig å frembringe magnetiske egenskaper som er ganske ensactede

langs hele stålbåndet.

Viktigheten av denne hårde mikrostruktur-komponent har hittil aldri blitt tatt i betraktning.. Tvert imo.innen faget ble det hevdet noyaktig det motsatte av det vi har funnet frem til. U.S.

Patent 3,636,579, som vi har henvist til en rekke ganger allerede, hevder faktisk i kolonne 2, linjør 42-44, at bråkjoling må foretas fr3ketø tempera turområde hvori konversjonen framtil a er fullfort, og et -annet sted i patentet anbefales det at bråkjoling foretas fra en temperatur hvor i det minste en del av^ er blitt konvertert

... til a, for å frembringe gode magnetiske egenskaper. Det er klart

■'"at dette patent derved tilsikter å hevde at hårde mikrostruktur-komponenter fremkommet ved bråkjoling er skadelige, og at disse må holdes til et^ minimum.

I herihoHd til oppfinnelsen er de< isteden blitt konstatert at en hård mikrostruktur-komponent fremkommet ved bråkjoling ikke bare ikke er skadelig, men endog at denne komponent må være tilstede i stålet fpr det blir kaldvalset med stor reduksjon i tykkelse.

Bare for å gi et eksempel, og ikke for å begrense oppfinnelsen, vil en fremgangsmåte for praktisering denne nu bli fremfort i detalj.

Flytende stål, med vektprosent sammens&tning i området 2,5-3,5% Si, 0,01-0,04% S, under 0,07% C, under 0,15% Mn, og fortrinnsvis Al i en syreopploselig form og i en mengde på 0,01-0,05%, blir kontinuerlig stoptrved en temperatur mellom 1500 og 1600°C, i en stopeform ikke kortere enn 1200 mm, med hastighet mellom 700 og 1000 kg/min, mens avkjoling foregår slik at kjolekurvens helning blir minst mulig, idet kjolevannet som sirkulerer i formen ligger i området 2,8-4,0 m 3 /tonn, fortrinnsvis under 3,7 m 3/tonn stål.

De stopte blokkene blir &ransportert-direkte til en varmebehandling . vedJ2>Q6-1400°C, og derpå umiddelbart ,varmvalset til en tykkelse mellom 2 og 5 mm, fortrinnsvis 2-3,1 mm.

Etter varmvalsing blir båndet glodet ved en temperatur i området 1050-1150°C, og holdt ved denne temperatur mellom 5 og 30 sekunder, helst 15-30 sekunder. «Ba^éfca^kjttles derpå som der/passer til 750-850°C, iallefall til en temperatur hvor austenitt fremdeles fore-kommer, holdes der i 30-200 sekunder, og blir til slutt bråkjolt ned til 400°C med en viss hastighet i området l0-l00°C/sekund, idet optimal hastighet er en funksjon av hvor meget C og Si stålet inneholder. Denne behandlingen gjor det mulig å få optimale mengder austenitt, og derfor optimale njengésr av hårde mi kro struktur-komponenter, som må forekoimae i volumetrisk forhold i området 1-20%;

fortrinnsvis 1-8%. Etter denne bråkjoling blir båndet kaldvalset, fortrinnsvis i to trinn. Det forste gir en 20-50% reduksjon i

tykkelse, og blir etterfulgt av nok en oppvarming til 750-900°C og nok en bråkj61ing, mellom 10 og l00°C/sekund. Så folger andre

kaldvalsing med 80-90% tykkelsesreduksjon, og d»n vanlige avsluttende serie, med glodjjin<g>er.

Alternativt ka^kaldvalsingen foregå som ett enkelt trinn, med ty&kelsesreduksjon på 80-90%, og den andre bråkjSling blir d. a sloyfet.

Denne spesielle hårde mikrostruktur-komponent frembrakt ved bråkjoling har også den egenskap at den i tillegg til å girbedre primær rekrystallisering, under den andre rekrystalliseringg reduserer-forholdet mellom antall krystaller med (111) eller (332) plan parallelle med blikkets overflate og antall krystaller med

(110) plan parallelle ørsi denne, idet dette også er ezj faktor som feidrar til de hoyverdige isagnetiske egenskaper av dette stålet.

^1 henhold til foreliggende oppfinnelse er det nodvendig at dette forhold F=(Nm + N332 ^-^llO °^s^ ligger under 35 etterkaldvalsing og primær rekrystallisering.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse ar derfor basert på begrep som er forskjellige fra den som nu gj<abder innen faget, idet oppfinnelsen tar sitt utgangspunkt i den ide at der skal frembringes i stålet, og allerede i den kontinuerlig stopte barre, en struktur som innvirker på den primære réldrystaliri-s«^i«gJ'-struktur, ved dannelse av en ekstra hård mikrostruktur-komponent, hvorved det blir mulig å frembringe en bedre orientering av krystallene i den sekundære rekrystalliseringen.

En foretrukket fremgangsmåte for praktisk anvendelse av oppfinnelse;;

går ut på.folgende:

Stålet, som har folgende vektprosent sammensetning: 0,040 C, 2,76 Si, 0,034 Al (syreopploselig), 0,008 N, 0,10 Mn, 0^03 S, resten jern og mindre forurensninger, er blitt stopt, med osetemperatur på 1580°C, i en 1500 mm lang form, med tversnitt 900 x 140 mm, og med 770 kg/min. Kjolevannet utgjorde 3,4 m 3/tonn stål i formen, mens forste kjoletrinn utenfor férmen brukte 0,23 m 3/tonn, og på-

folgende trinn 0,08 m 3/tonn i hvert.

Disse, stopte emner er så blitt direkte varmvalset til 2,1 mm tykkelse, etter forutgående oppvarming i en ovn til 1390°C. Der^ etter er dette båndet blitt oppvarmet til 1130°C og holdt der i 25

sekunder>så avkjolt til 840°C, holdt der i 80 sekunder, og så blitt^bråkjolt l.vann. Derpå fulgte kaldvalsing med 30% reduksjon, gloding ved 900°C i 25 sekunder, igjen bråkjolt i vann, og så kaldvalset med 85% reduksjon. Båndet er til slu.tt blitt behandlet på vanlig måte.for rekrystallisering, dekarburering, o.s.v.

Tabell I, kolonner A og B, viser resultatene.

,<;..>

For sarørrpniiknings skyld ble andre emner med samme Ipfflposijs.jon.-fremstilt ved konvensjonell kontinuerlig stoping, og ble så valset ved 1260°c med tykkelsesreduksjon 50%, varmet videre til i380°C og valset ned til 2,1 mm. U.S. Patent 3,636,579 ble så. fulgt i den videre behandling av dettsistålbåndet, men da det pøcw..sfcc4eks. tønijS^i^SQ ikke hadde vært mulig å fullfore konverteringen av &f til a Ved den anbefalte temperatur for bråkjolingen, så ble den hårde mikrostruktur-kompqnenten som bråkjolingen frembrakte ddelgt ved oppvarming til 500°C. Dette forandret på ingen måte båndets struktur, heller ikke storrelse, Bgsfcgde og fordeling av den presisterte aluminiumnitid, hvilket ble konstatert ved elektrbmikroskopcit, rontgen og andre krystallografiske metoder.

Et annet emne med samme komposisjon ble utsatt for en forste behandling i henhold til Belgisk Patent 797 781, og etter varmvalsing ble det behandlet i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Sluttelig ble et emne med samme komposisjon behandlet ifolge foreliggende oppfinnelse, untatt bra^ojjifl^ra v

Resultatet ble en rekke ruller med stålbånd som hver.veide rundt

3 tonn. En rekke prover ble tatt av hver rull, og disse ble noye

undersokt og inspisert. Som allerede hsvdst, så er det for å få cjjpde magnetiske egenskaper, i henhold tJLl foreliggende oppfinnelse nodvendig at stålbåndet etter den primæce rekrystalliseringen har et forhold F=a(Nm +<N>332^/Wllosom er ^n<^:re enn ^5. Det'-^e°9så

hevdet at vtad å behandle stålet i henhold til foreliggende oppfinnelse er det mulig allerede fra de-b primære rekrystalliser-ingstrinn å oppnå en struktur som er fordslaktig for oppnåelse av de beste magnetiske egenskaper.

Det er derfor klart at hvis den krystallografiske undersokelse skulle vise at en prove har storre antall krystaller (N-^q) med plan

(110) parallelle méd overflaten enn andre prover, og dessuten også

at^nevnte forhold ¥ er mindre enn i andre prover, og særlig hvis det er mindre enn 35, så vil denne ene proven nedver^digvis ha de beste magnetiske egenskaper.. ^

Tabell I viser tall som angir hvor mange av krysta låne. har visse viktige krystallografiske plan parallelle ved båndets overflate, videre verdien av F, av den magnetiske permeabilitét B-^q, av tapene ved 1,7 weber i w/kg, samt omfanget (volum) av nevnte hårde mikrosfe^kåt^v-^Komponer^vL freixjkomme.fc ved bråkjoling. Tabellen omfatter 30 prover, inndelt i fem grupper, hvis middelverdi er angitt. Gruppene er som folger: Gryppe A: Stål i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som beskrevet i det foregående, umiddelbart etter kald valsing med stor tykkelsesreduksjon..

Gruppe B: Samme stål som i gruppe A, etter primær rekrystallisering.

Gruppe Cs Stål fra et annet emne, men med samme-komposisjon sorttj\ og B, behandlet med forvalsing (50% reduksjon), oppvarming til 1360°C, varmevalsing til 2,1 mm, og deretter behandlet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Inspisert etter primær rekrystallisering.

Gruppe Ds Sfc'ål-- i henhold til U.S. Patent 3,636,579, bråkjolt og giddet ved 500°C for eliminasjon av den hårde mikrostruktur-komponer}t etter primær rekrystallisering.

Gruppe Es Samme stål fra den saføme stopeblokk, uten bråkjoling,

etter primær rekrystallisering.

x Disse data for magnetiske egenskaper er gjennomsnitt, målt direkte på linjen etter de siste dekarburering- og sekundære rekrystall-erings-behandlinger.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av stålblikk med orienterte krystaller og hoy magnetisk permeabilitet, hvorved et bånde med silisium-stål fremstilt ved varmvalsing av et kontinuerlig stopt emne blir glodet ved hoy temperatur, bråkjolt og deretter kaldvalset, k a r a k t'"e ris e..r t ved at nevnte fremgangsmåte omfatter behandling i en rekk <g> ..trinn av et spesialstål som regnet i vektprosent består av 2,5-3,5% Si, 0,^ 01-0,04 S, mindre enn 0,07% C, rni-mindre enn 0,15% Mn, og 0,01-0,05% fortrinnsvi? sSyreopploselig Al, i det nevnte trinn omfatter kontinuerlig stoping av et valseemne med en hajbj^ het på 700-1000 kg/min i en stopeform med en lengde på 1200 mm, avkjoling av dette emne i nevnte stopeform med 2,8-4 m <3> vann/tonn stål, oppvarming av emnet til 1300-1400°C, og umiddel-

bart deretter varmevalsing av emnet til en tylkelse på 2-^3,1 mm, hvoretter det derved fremkommer bånd utglSdes ved en temperatur i området 1050-H50°Cb g holdes i dette temperaturomtåde i 5-30 sekunder, samt åvkjSles hensiktsmessig takt til 750-850°C og i * alle fall til en temperatur hvor austenitt fremdeles? er tilstede i stålet, hvorpå båndet holdes ved denne temperatur i 30-200 sekunder og derpå bråkjSles fra den oppnådde utgangstemperatur til 400°C i en takt på mellom iO°C/sekund og l00°C/sekurd/ for til slutt å kaldvalses med en reduksjonsgrad på 80-90%, idet d«sb ned-vålsede stålbånd derpå utsettes for den vanlige dekarburerings-og rekrystalliseringsutglodninger så vel som andre avsluttende behandlinger.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte bråkjSlingstakt er slik tilpasset at det i nevnte stål fremkommer en mikrostruktur-komponent med meget stor hårdhet, i én" volumprosentandel fra 1 til 20%.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte bråkjSlingstakt er slik tilpasset at.Cjet i nevnte stål fremkommer en mi kro struktur-komponent med meget- stor hårdhet, i en volumprnsentandel fra 1 til 8%. '

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte bråkjSling og nevnte kaldvalsing med sterk reduksjonsgrad utfSres slik at det etter primær rekrystallisering, fremkommer en struktur hvori forholdet ^ <N>l ll + N332 ^^HO er m^n<^ re enn 35.