PL199162B1

PL199162B1 - Sposób wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej

Info

Publication number: PL199162B1
Application number: PL362277A
Authority: PL
Inventors: Stefano Fortunati; Stefano Cicale'; Claudia Rocchi; Giuseppe Abbruzzese
Original assignee: Thyssenkrupp Acciai Speciali
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2008-08-29
Also published as: WO2002050314A3; DE60110643D1; SK7572003A3; KR100830280B1; US6893510B2; BR0116245B1; CZ20031687A3; DE60110643T2; IT1316026B1; PL362277A1; JP2004516381A; WO2002050314A2; RU2285730C2; ATE294877T1; EP1356127B9; CN1481444A; ITRM20000672A1; US20040069377A1; SK286629B6; EP1356127A2

Abstract

Sposób wytwarzania teksturowanych ta sm ze stali elektrotechnicznej polega na tym, ze stal krzemow a odlewa si e w sposób ci ag ly w postaci ta smy o grubo sci w zakresie 1,5 - 4,5 mm, walcuje sie na gor aco, zwija i poddaje si e walcowaniu na zimno do ko ncowej grubo sci w zakresie 1 - 0,15 mm, poddaje si e pierwotnej rekrystalizacji i wy zarzaniu odw eglaj acemu, a nast epnie poddaje si e dalszemu wy zarzaniu w celu przeprowadzenia wtórnej rekrystalizacji w temperaturze wy zszej ni z poprzednie wy zarzanie. Pierwsze wytr acenie niemetalicznych drugich faz prowadzi si e tak, aby osi agnac okre slo- n a zdolno sc do hamowania ruchu granicy ziaren, a drugie wytr acenie niemetalicznych drugich faz prowadzi si e po walcowaniu na zimno. Pierwsze wytr acenie niemetalicznych drugich faz otrzymuje si e przez kontrolowane odkszta lcenie w linii walcowania odlanej ta smy przed jej zwini eciem, ze stopniem przewalcowania w zakresie 15-60% w temperaturze powy zej 750°C. Walcowan a na gor aco ta sm e poddaje si e walcowaniu na zimno w co najmniej jednym etapie, z po srednim wy zarzaniem, ze stop- niem przewalcowania w zakresie 60-92% w co najmniej jednym przej sciu przez walcark e. Drugie wy- tr acenie niemetalicznych drugich faz przeprowadza si e w czasie wy zarzania odw eglaj acego przez podwy zszenie zawarto sci azotu w ta smie dzi eki zastosowaniu atmosfery azotuj acej. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej, a w szczególności dotyczy sposobu, w którym taśmę otrzymaną bezpośrednio z ciągłego odlewania ciekłej stali walcuje się na zimno i w którym wywołano kontrolowane wytrącanie cząstek drugich faz, przy czym zadaniem tych drugich faz jest kontrolowanie wzrostu ziarna po pierwotnej rekrystalizacji (pierwotne inhibitory). W kolejnym etapie, podczas ciągłego wyżarzania taśmy walcowanej na zimno, wywołuje się kolejne wytrącanie cząstek drugich faz w całej grubości taśmy, których zadaniem, wraz z pierwotnymi inhibitorami, jest kontrolowanie zorientowanej wtórnej rekrystalizacji, dzięki czemu otrzymuje się teksturę korzystną z punktu widzenia strumienia magnetycznego w kierunku walcowania.

Teksturowane taśmy ze stali elektrotechnicznej (FeSi) zazwyczaj wytwarza się w przemyśle jako taśmy o grubości w zakresie 0,18 - 0,50 mm, charakteryzujące się właściwościami magnetycznymi zmieniającymi się w zależności od konkretnej klasy produktu. Klasyfikacja ta dotyczy zasadniczo określonych strat mocy w taśmie poddanej pracy elektromagnetycznej w określonych warunkach (np. P^{50 Hz} przy 1,7 T, w W/kg), ocenianych wzdłuż ustalonego kierunku odniesienia (kierunku walcowania). Taśmy takie są stosowane głównie do wytwarzania rdzeni transformatorów. Dobre właściwości magnetyczne (silnie anizotropowe) osiąga się poprzez regulację ostatecznej krystalicznej struktury taśmy, tak aby osiągnąć w całości lub prawie w całości ziarna zorientowane w kierunku najłatwiejszej magnetyzacji (oś <001>), zgodnym w najbardziej idealnym stopniu z kierunkiem walcowania. W praktyce otrzymuje się produkty końcowe zawierające ziarna o średniej średnicy w zakresie 1 - 20, z orientacją centrowaną wokół orientacji Gossa ({110} <001>). Im mniejsze jest kątowe rozproszenie wokół orientacji Gossa, tym lepsza jest przenikalność magnetyczna produktu i w związku z tym mniejsze straty magnetyczne. Produkty końcowe o niskich stratach magnetycznych (straty w żelazie) i o wysokiej przenikalności wykazują ważne zalety w odniesieniu do konstrukcji, wymiarów i sprawności transformatorów.

Przemysłową produkcję powyższych materiałów po raz pierwszy opisała amerykańska firma ARMCO na początku lat trzydziestych ubiegłego wieku (opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 1956559). Jak to jest dobrze znane specjalistom, od tej pory wprowadzono wiele usprawnień w technologii produkcji teksturowanych taś m elektrotechnicznych, w odniesieniu zarówno do magnetycznych jak i fizycznych właściwości produktów, oraz kosztów transformacji i racjonalizacji cykli. We wszystkich istniejących technologiach wykorzystuje się tę samą strategię metalurgiczną otrzymywania bardzo silnej struktury Gossa w produktach końcowych, czyli proces zorientowanej wtórnej rekrystalizacji, kierowany przez równomiernie rozmieszczone drugie fazy i/lub pierwiastki segregujące. Niemetaliczne drugie fazy i pierwiastki segregujące odgrywają decydującą rolę w regulacji (spowolnieniu) ruchu granic ziaren podczas końcowego wyżarzania, które uaktywnia selektywny proces wtórnej rekrystalizacji.

W oryginalnej technologii ARMCO z wykorzystaniem MnS jako inhibitora ruchu granic ziaren oraz w technologii rozwiniętej następnie przez NSC, w której inhibitorami są głównie azotki glinu (AlN + MnS) (EP 8385, EP 17830, EP 202339), bardzo waż nym etapem wią zania, wspólnym dla obydwu procesów produkcyjnych, jest ogrzewanie odlewanych w sposób ciągły kęsisk płaskich (dawniej wlewków), bezpośrednio przed walcowaniem na gorąco, w bardzo wysokiej temperaturze (około 1400°C) przez okres czasu wystarczający do zagwarantowania całkowitego rozpuszczenia się sulfidów i/lub azotków zgrubnie wytrąconych podczas chłodzenia kęsisk płaskich po odlewaniu, oraz ponownego ich wytrącenia w postaci bardzo drobnej i równomiernie rozmieszczonej w metalicznej osnowie taśm walcowanych na gorąco. Zgodnie z tą znaną techniką, takie drobne ponowne wytrącanie można rozpocząć i doprowadzić do końca wraz z regulacją wielkości wytrąconych cząstek w każdym przypadku podczas procesu, jednakże przed walcowaniem na zimno. Ogrzewanie kęsiska płaskiego do takiej temperatury wymaga stosowania specjalnych pieców (pieców przepychowych, pieców z trzonem kroczącym z ciekłym żużlem, pieców indukcyjnych) z uwagi na ciągliwość w wysokiej temperaturze stopów Fe-3%Si i tworzenie się ciekłych żużli.

Ostatnio rozwinięto nowe technologie odlewania dla ciekłej stali w celu uproszczenia procesów produkcyjnych, aby stały się one bardziej zwarte i elastyczne, oraz w celu obniżki kosztów. Innowacyjną technologię z powodzeniem stosowaną w produkcji taśm transformatorowych ze stali elektrotechnicznej stanowi odlewanie „cienkich kęsisk płaskich, obejmujące ciągłe odlewanie kęsisk płaskich o typowej grubości zwykłych wstępnie rozwalcowanych kęsisk płaskich, które można bezpośrednio walcować na gorąco, w sekwencji ciągłego odlewania kęsisk płaskich, obróbki w ciągłych piecach

PL 199 162 B1 tunelowych w celu podwyższenia/utrzymania temperatury kęsisk płaskich i walcowania wykończeniowego do taśmy w kręgach. Problemy występujące przy stosowaniu takiej techniki w przypadku teksturowanych produktów obejmują głównie trudności w utrzymaniu i regulacji wysokiej temperatury niezbędnej do utrzymania w roztworze pierwiastków tworzących drugie fazy, które mają wytrącić się w postaci drobnych cząstek na początku etapu wykończeniowego walcowania na gorąco, jeśli wymagane najlepsze mikrostrukturalne i magnetyczne charakterystyki mają być osiągnięte w produktach końcowych.

Technika odlewania potencjalnie oferująca najwyższy poziom racjonalizacji procesów i zwiększoną elastyczność produkcji oparta jest na bezpośredniej produkcji taśm z ciekłej stali (odlewaniu taśm), z całkowitym wyeliminowaniem etapu walcowania na gorąco. Odlewanie taśm jest dobrze znane i stosowane w produkcji taśm elektrotechnicznych ogólnie, a ściślej teksturowanych taśm elektrotechnicznych.

Sądzi się, że w przypadku produktu przemysłowego, nie jest wygodne przyjmowanie strategii bezpośredniego wytwarzania inhibitorów wzrostu ziarna, niezbędnych do regulacji zorientowanej wtórnej rekrystalizacji przez wytrącania zainicjowane poprzez szybkie chłodzenie odlanej taśmy, co zaproponowano we współczesnej literaturze naukowej i patentowej. Pogląd ten wynika z faktu, dobrze znanego specjalistom, że poziom niezbędnego hamowania (siły oporu przeciw ruchowi granicy ziaren) jest wysoki i musi pozostać w ograniczonym przedziale 1800-2500 cm^-1. Innymi słowy, w przypadku gdy poziom hamowania jest za niski lub za wysoki, pogarsza się jakość produktów końcowych. Na dodatek hamowanie musi być bardzo równomiernie rozmieszczone w osnowie metalicznej, gdyż lokalny deficyt niezbędnych poziomów hamowania powoduje defekty tekstury, które zdecydowanie pogarszają jakość produktów końcowych. Odnosi się to zwłaszcza do wytwarzania produktów o bardzo wysokiej jakości (np. o B800 > 1900 mT).

Wynalazek rozwiązuje powyższe problemy dzięki przemysłowemu sposobowi wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej o wysokiej charakterystyce magnetycznej, obejmującemu bezpośrednie ciągłe odlewanie taśm, w którym powstawanie rozkładu inhibitorów niezbędnego do kontrolowania zorientowanej wtórnej rekrystalizacji osiąga się dopiero po etapie walcowania na zimno odlanej taśmy.

Innym celem wynalazku jest osiągnięcie kontrolowanej ilości inhibitorów równomiernie rozmieszczonych w osnowie, tak aby zdecydowanie zmniejszyć wrażliwość mikrostruktury (spowolnić ruch granic ziaren) na parametry procesu, aby zapewnić stabilność procesu w warunkach przemysłowych.

Jeszcze innym celem wynalazku jest kompozycja stali nadająca się do bezpośredniego odlewania stali, zawierająca minimalną ilość (> 30 ppm) siarki i/lub azotu w ciekłej stali. Taka kompozycja dogodnie zawiera ponadto Al, V, B, Nb, Ti, Mn, Mo, Cr, Ni, Co, Cu, Zr, Ta, W i ewentualnie Sb, P, Se, Bi, które to pierwiastki mikrostopowe wykazują zdolność poprawy poziomu jednorodności mikrostruktury.

Inne cele będą w sposób oczywisty wynikać z poniższego szczegółowego opisu wynalazku.

Końcową jakość produktów otrzymanych sposobem według przykładu 1 przedstawiono na załączonym arkuszu rysunków, przy czym fig. 1 przedstawia wyniki pomiarów przenikalności otrzymane dla 29 różnych taśm w funkcji zmierzonego pierwotnego hamowania, a fig. 2 przedstawia rozrzut tych pomiarów przenikalności dla każdej z tych taśm.

Zgodnie ze sposobem wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej według wynalazku stal krzemową odlewa się w sposób ciągły w postaci taśmy o grubości w zakresie 1,5 - 4,5 mm, walcuje się na gorąco, zwija i poddaje się walcowaniu na zimno do końcowej grubości w zakresie 1 - 0,15 mm, poddaje się pierwotnej rekrystalizacji i wyżarzaniu odwęglającemu, a następnie poddaje się dalszemu wyżarzaniu w celu przeprowadzenia wtórnej rekrystalizacji w temperaturze wyższej niż poprzednie wyżarzanie. Pierwsze wytrącenie niemetalicznych drugich faz prowadzi się w taki sposób, aby osiągnąć drugie fazy zdolne do hamowania ruchu granicy ziaren z siłą oporu w przedziale

600 cm^-1 < Iz < 1500 cm^-1-1 gdzie Iz definiuje się jako Iz = 1,9 Fv/r (cm^-1), Fv oznacza udział objętościowy niemetalicznych drugich faz trwałych w temperaturze poniżej 800°C a r oznacza średni promień wytrąconych cząstek. Drugie wytrącenie niemetalicznych drugich faz prowadzi się po walcowaniu na zimno. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że pierwsze wytrącenie niemetalicznych drugich faz otrzymuje się przez kontrolowane odkształcenie w linii walcowania odlanej taśmy przed jej zwinięciem, ze stopniem przewalcowania w zakresie 15-60% w temperaturze powyżej 750°C, walcowaną na gorąco taśmę poddaje się walcowaniu na zimno w co najmniej jednym etapie, z pośrednim wyżarzaniem, ze stopniem przewalcowania w zakresie 60-92% w co najmniej jednym przejściu przez walcarkę, drugie wytrącenie

PL 199 162 B1 niemetalicznych drugich faz przeprowadza się w czasie wyżarzania odwęglającego przez podwyższenie zawartości azotu w taśmie, dzięki zastosowaniu atmosfery azotującej.

Korzystnie ciągłe wyżarzanie z pierwotną rekrystalizacją prowadzi się w atmosferze utleniającej, w celu odwęglenia taśmy i/lub przeprowadzenia kontrolowanego utleniania jej powierzchni.

Korzystnie taśmę poddaje się wyżarzaniu pomiędzy etapami zwijania i walcowania na zimno.

Korzystnie walcowanie wykończeniowe na zimno przeprowadza się w temperaturze powyżej 180°C w najmniej dwóch następujących po sobie przejściach.

Korzystnie podczas ciągłego wyżarzania taśmy walcowanej na zimno przeprowadza się obróbkę azotującą taśmy w kontrolowanej atmosferze, zawierającej mieszaninę co najmniej NH3 + H2 + H2O, w temperaturze powyżej 800°C, tak że osiąga się penetrację azotu i wytrącanie się azotków aż do rdzenia taśmy, bezpośrednio podczas ciągłego wyżarzania.

Korzystnie stosuje się stal krzemową zawierającą co najmniej 30 ppm S i/lub N, co najmniej jeden pierwiastek wybrany z grupy obejmującej Al, V, Nb, B, Ti, Mn, Mo, Cr, Ni, Co, Cu, Zr, Ta, W i co najmniej jeden pierwiastek wybrany z grupy obejmującej Sn, Sb, P, Se, Bi.

Według wynalazku dogodnie reguluje się zawartość inhibitorów (rozkład drugich faz), obecnych w ta ś mie przed walcowaniem na zimno, na poziomie intensywnoś ci niż szym od niezbę dnego do regulacji wtórnej rekrystalizacji, aby utrzymać na równomiernym poziomie strukturę rekrystalizacyjną po walcowaniu taśmy, aby zagwarantować stałe zachowanie mikrostruktury w warunkach obróbki cieplnej we wszystkich punktach taśmy.

W zwią zku z tym istotne znaczenie odgrywa wywołanie równomiernego rozkł adu inhibitorów pomiędzy etapem odlewania i walcowaniem na zimno. Zapewnia to większą swobodę w doborze warunków obróbki przemysłowej ciągłego wyżarzania taśmy walcowanej na zimno, w odniesieniu zarówno do regulacji parametrów procesu jak i temperatury.

W rzeczywistości przy braku inhibitorów wzrostu ziarna w osnowie metalicznej lub w przypadku niskiej ich jakości albo nierównomiernego rozkładu, nawet małe wahania parametrów wyżarzania (takich jak prędkość taśmy, grubość taśmy, miejscowa temperatura) wywołują dużą częstotliwość defektów jakościowych z uwagi na nieregularność mikrostrukturalną, bardzo wrażliwą na warunki obróbki cieplnej. Natomiast kontrolowana ilość inhibitorów równomiernie rozmieszczonych w osnowie znacznie zmniejsza wrażliwość mikrostruktury na parametry procesu (spowalnia ruch granicy ziaren), zapewniając w ten sposób stabilność procesu przemysłowego.

Nie istnieją metalurgiczne ograniczenia odnośnie maksymalnego poziomu hamowania w taśmie przed walcowaniem. Jednakże z praktycznego punktu widzenia, przy prowadzeniu badań w różnych warunkach, obejmujących modyfikację składu stopu, warunki chłodzenia itp., stwierdzono, że nie jest dogodne w przypadku procesu przemysłowego aby poziom hamowania przekraczał 1500 cm^-1, z tych samych względów, dla których nie jest dogodne aby na tym etapie osiągnąć pełny stopień hamowania, niezbędny do regulacji wtórnej rekrystalizacji (powyżej 1500 cm^-1). Przy przekroczeniu tych poziomów hamowania konieczne jest znaczne zmniejszenie wymiarów wytrąconych cząstek, a z punktu widzenia kontroli procesu osiągnięty poziom hamowania jest bardzo wrażliwy nawet na małe wahania warunków odlewania i obróbki. W rzeczywistości wpływ inhibitorów na ruch granic ziaren jest proporcjonalny do powierzchni drugiej fazy obecnej w osnowie. Powierzchnia ta jest wprost proporcjonalna do udziału objętościowego drugich faz i odwrotnie proporcjonalna do ich wymiarów. Można wykazać, że udział objętościowy wytrąconych cząstek, przy takim samym składzie stopu wynika z zależności ich rozpuszczalności w metalowej osnowie od temperatury, przy czym im wyższa jest temperatura obróbki tym niższy jest udział objętościowy drugich faz obecnych w osnowie. W podobny sposób wymiary cząstek są bezpośrednio związane z temperaturą obróbki. W rzeczywistości w odniesieniu do rozkładu cząstek, przy wzroście temperatury mniejsze cząstki wykazują skłonność do rozpuszczania się w osnowie i ponownie wytrącają się na większych, zwiększając ich wymiary oraz zmniejszają c ich całkowitą powierzchnię (w procesie znanym jako rozpuszczanie i wzrost). Te dwa zjawiska, dobrze znane specjalistom, regulują poziom siły oporu rozkładu drugich faz podczas obróbki cieplnej. Przy wzroście temperatury zwiększa się również szybkość z jaką hamowanie zmniejsza swą skuteczność, w związku z wykładniczą zależ noś cią temperatury oraz zjawisk rozpuszczania i dyfuzji.

Na podstawie wielu doświadczeń, wychodząc od bezpośredniego ciągłego odlewania taśmy ze stali krzemowej, w których mierzono metodą mikroskopii elektronowej poziom hamowania, wyrażony jako

Iz = 1,9 Fv/r (cm^-1)

PL 199 162 B1 gdzie Fv oznacza udział objętościowy niemetalicznych drugich faz trwałych w temperaturze poniżej 800°C a r oznacza średni promień ich wytrąconych cząstek, wyrażony w cm, stwierdzono, że lepsze wyniki osiąga się w przedziale

600 cm^-1 < Iz < 1500 cm^-1

Wykazano, że poniżej 600 cm^-1 struktura po pierwotnej rekrystalizacji jest nadmiernie wrażliwa na wahania procesu, w szczególności temperatury i grubości taśmy, natomiast przy wartościach powyżej 1500 cm^-1 trudno jest zapewnić stałość właściwości w profilu taśmy.

Taki przedział hamowania (w odniesieniu do hamowania pierwotnego) jest niezbędny dla wytrącania drugich faz, niezbędnych dla regulacji zorientowanej wtórnej rekrystalizacji (wtórnego hamowania) według wynalazku.

Stwierdzono, że w celu osiągnięcia drobnych i równomiernie rozmieszczonych wytrąconych cząstek drugich faz, umożliwiających kontrolowanie, wraz z inhibitorami już obecnymi w osnowie, procesu selektywnej wtórnej rekrystalizacji, dogodne jest umożliwienie pierwiastkowi zdolnemu do reagowania z pierwiastkami mikrostopowymi, prowadzącego do wytrącanie drugich faz, przenikania na drodze dyfuzji w fazie stałej przez taśmę o żądanej końcowej grubości. Stwierdzono, że najbardziej dogodnym pierwiastkiem jest azot gdyż tworzy wystarczająco trwałe azotki i węgloazotki, jest pierwiastkiem międzywęzłowym, w związku z czym jest bardzo ruchliwy w osnowie metalicznej, a w szczególnoś ci o wiele bardziej ruchliwy ni ż pierwiastki, z którymi reaguje z utworzeniem azotków. Powyższe charakterystyki umożliwiają, przy zastosowaniu odpowiednich warunków obróbki, równomierne wytrącenie żądanych azotków w całej grubości taśmy.

Technika stosowana do wytwarzania atmosfery azotującej podczas wyżarzania taśmy nie ma większego znaczenia. Jednakże, w celu zagwarantowania, że front dyfuzji azotu utworzy wymagane hamowanie w celu kontrolowania zorientowanej wtórnej rekrystalizacji, niezbędna jest obecność w metalowej osnowie równomiernie rozmieszczonych pierwiastków mikrostopowych tworzą cych azotki trwałe w wysokiej temperaturze. Bardzo dogodne z przemysłowego punktu widzenia jest zastosowanie mieszanin NH3 + H2 + H2O, umożliwiających łatwe modulowanie ilości azotu dyfundującego do taśmy stalowej z równoczesną regulacją siły azotowania, proporcjonalnej do stosunku pNH3/pH2, oraz potencjału utleniającego, proporcjonalnego do stosunku pH2O/pH2.

Temperatura azotowania według wynalazku nie może być niższa niż 800°C. W rzeczywistości w niż szej temperaturze azotowania przeważ a reakcja azotu z krzemem (zazwyczaj obecnym w iloś ci 3-4% wag.), z utworzeniem azotków krzemu i blokowaniem azotu na powierzchni taśmy, co uniemożliwia jego penetrację do rdzenia taśmy i tym samym osiągnięcie równomiernego rozkładu inhibitorów w całej grubości taśmy. Im wyższa jest zawartość krzemu w osnowie tym wyższa powinna być temperatura azotowania.

Nie istnieje górna granica temperatury azotowania, przy czym o doborze najlepszej temperatury decyduje równowaga pomiędzy żądanym rozkładem azotków a wymaganiami procesu.

Przy braku w osnowie metalowej danego minimalnego i kontrolowanego rozkładu cząstek drugich faz (zapewniających pierwotne hamowanie) według wynalazku, możliwość azotowania w wysokiej temperaturze jest ograniczona z uwagi na ryzyko powstawania uaktywnianych przez temperaturę miejscowych i niepożądanych zmian mikrostruktury, co prowadzi do wystąpienia niejednorodności i pogorszenia końcowej jakości na skutek defektów. Natomiast obecność w wyżej wspomnianym przedziale danego poziomu pierwotnego hamowania przed obróbką azotującą zapewnia mikrostrukturalną stabilność nawet w wysokiej temperaturze procesu.

Stwierdzono, że w celu doprowadzenia do takiego wytrącania się drugich faz w taśmie, oprócz obecności w ciekłej stali siarki i/lub azotu w ograniczonych ilościach, jednak powyżej 30 ppm, obecność pierwiastków z grupy obejmującej Al, V, B, Nb, Ti, Mn, Mo, Cr, Ni, Co, Cu, Zr, Ta, W i ich mieszaniny, w składzie chemicznym stali, korzystnie uczestniczy w występowaniu hamowania. Analogicznie, obecność co najmniej jednego z pierwiastków Sn, Sb, P, Se, Bi, jako dodatków mikrostopowych, wydaje się poprawiać poziom jednorodności mikrostruktury.

Kontrolę pierwotnego rozkładu inhibitorów i poziomu wynikającej stąd siły oporu osiąga się, według wynalazku, przez zrównoważenie elementów kontrolnych następujących etapów procesu, (i) stężenia pierwiastków mikrostopowych i (ii) kontrolowane odkształcanie w linii walcowania odlanej taśmy przed jej zwinięciem w przedziale warunków określonego przewalcowania.

W szczególności stwierdzono, na podstawie wielu prób doświadczalnych i przemysłowych w instalacjach do odlewania taśmy, że przy przewalcowaniu poniżej 15% mogą wystąpić niepożądane warunki nierównomiernego wytrącania w osnowie walcowanej taśmy, prawdopodobnie na skutek nie6

PL 199 162 B1 kontrolowanych gradientów temperatury a także nieregularnego charakteru odkształceń, co prowadzi do lokalizacji w pewnych strefach taśmy warunków sprzyjających wybiórczej nukleacji cząstek drugiej fazy. Ustalono również górną granicę deformacji jako 60%, gdyż powyżej tej granicy nie stwierdzono różnic w rozkładzie wytrąconych cząstek, natomiast pojawiają się problemy technologiczne związane z trudnością w regulacji sekwencji odlewanie-walcowanie-zwijanie taśmy.

Ponadto, kontroli inhibitorów nie można osiągnąć gdy temperatura, w której przeprowadza się przewalcowanie wynosi poniżej 750°C, gdyż wówczas dominujące staje się spontaniczne wytrącanie przed walcowaniem z uwagi na chłodzenie, na skutek czego warunki walcowania nie mogą znacząco wpływać na hamowanie.

Jednakże według wynalazku nie wykorzystuje się pomiaru stopnia hamowania jako czynnika do bezpośredniego kontrolowania procesu walcowania. W szczególności wynalazek zastrzega sposób wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej, w którym stal krzemową, zawierającą co najmniej 30 ppm siarki i/lub azotu, co najmniej pierwiastek z grupy obejmującej Al, V, Nb, B, Ti, Mn, Mo, Cr, Ni, Co, Cu, Zr, Ta, W i co najmniej pierwiastek z grupy obejmującej Sn, Sb, P, Se, Bi, w sposób ciągły odlewa się bezpośrednio w postaci taśmy o grubości w zakresie 1,5 - 4,5 mm i walcuje się na zimno do końcowej grubości w zakresie 1,00 - 0,15 mm, którą to walcowaną na zimno taśmę następnie poddaje się ciągłemu wyżarzaniu w celu przeprowadzenia pierwotnej rekrystalizacji, w razie potrzeby w atmosferze utleniającej w celu odwęglenia taśmy i/lub przeprowadzenia kontrolowanego utleniania jej powierzchni, a następnie wyżarzaniu z wtórną rekrystalizacją w temperaturze wyższej niż w przypadku pierwotnej rekrystalizacji. W cyklu produkcyjnym przeprowadza się kolejno następując ą grupę etapów: (i) cykl chłodzenia zestalonej taśmy obejmujący etap deformacji w kontrolowanej temperaturze, tak aby osiągnąć w osnowie metalowej jednorodny rozkład niemetalicznych drugich faz zdolnych do hamowania ruchu granicy ziaren z siłą oporu, w szczególności w przedziale

600 cm^-1 < Iz < 1500 cm^-1-1 gdzie Iz definiuje się jako Iz = 1,9 Fv/r (cm^-1), Fv oznacza udział objętościowy niemetalicznych drugich faz trwałych w temperaturze poniżej 800°C a r oznacza średni promień wytrąconych cząstek w cm, (ii) ciągłe walcowanie na gorąco taśm od stadium zestalania do zwijania, ze stopniem przewalcowania w zakresie 15 - 60% w temperaturze powyż ej 750°C, (iii) ewentualnie wyż arzanie taś my po zwinię ciu, (iv) jednostopniowe walcowanie na zimno lub wielostopniowe walcowanie na gorąco z pośrednim wyżarzaniem, ze stopniem przewalcowania w zakresie 60 - 92% w co najmniej jednym przejściu przez walcarkę, (v) ciągłe wyżarzanie z pierwotną rekrystalizacją taśmy walcowanej na zimno w temperaturze w zakresie 750 - 1100°C, w którym podwyższa się zawartość azotu w osnowie metalowej, w odniesieniu do zawartości w odlewie, o co najmniej 30 ppm w rdzeniu taśmy, dzięki zastosowaniu atmosfery azotującej, (vi) wyżarzanie z zorientowaną wtórną rekrystalizacją w temperaturze wyższej niż podczas pierwotnej rekrystalizacji.

Poniższe przykłady podano wyłącznie w celach ilustracyjnych, tak że nie ograniczają one wynalazku i jego zakresu.

P r z y k ł a d 1

Szereg kompozycji stalowych odlano w postaci taśm przez zestalanie pomiędzy dwoma przeciwbieżnymi walcami chłodzącymi, wychodząc ze stopów zawierających 2,8 - 3,5% Si, 30 - 300 ppm S, 30 - 100 ppm N i różne ilości pierwiastków mikrostopowych, podane w poniższej tabeli 1 (stężenia w ppm).

PL 199 162 B1

Co	1					09		o 00
	o	o	O		o	o		o	o
jz	co	o	CM	1	o	o	1	o	CM
	CM	t—(	¹		’^—l	00		so	CM
o	O	o		o	o	o			O
S	O	CM	1	CM	o	00	1	1	O
CO			CM	CM				¹
<υ				o	o		o
GO				00	o		ot
Ph	'	100	t	1		100	40	50	100
X							o
GO	¹		•	i		1	O	1	i
						ot
Sn	o o 00	1	70	1	1000		400	700	009
		1		O CO	1	1	<	1	1
U	o	o		o	o	o		o	o
o	o	o	1	o	o		1	o	o
CM	MO		ot	co			o	00
u				o
N				co
CQ	1		1	MO				1	MO
ctf			o
H			Ot
£		o MO		1	1		1		•
>	1	i	i	1	40	40	1	ł	1
Nb	•		o SO		30				200
				o	o		o	o	o
H				CM	CM		co	ot	CO
		o		o		o		o	o
=3		o		o		o		o	o
O	¹	o	¹	o		o	¹	MO	o
	CM		co				CM
Mn	1500	1300	200			2000	500	1400	700
	o	o	θ			o	o	o	o
<;	o	CM		1	1	00	CO	MO	o
	CO	CM			CM	ł—-1	CO	CM
	-	CM	co	ot	MO	SO	r~-	00	Os

PL 199 162 B1

Wszystkie taśmy walcowano w sposób ciągły przed zwijaniem, zgodnie z ustalonym programem deformacji, tak że każda taśma składała się z szeregu odcinków o zmniejszającej się grubości, zgodnie ze zwiększającym się stopniem przewalcowania w zakresie 5 - 50%. Wszystkie taśmy odlewano jako taśmy o grubości w zakresie 3 - 4,5 mm przy zmiennej szybkości odlewania, przy czym temperatura taśmy na początku walcowania wynosiła 790 - 1120°C.

Odcinki taśmy o różnej długości odcinano osobno i zwijano w małe kręgi, każdy odcinek dokładnie charakteryzowano metodą mikroskopii elektronowej w celu określenia rozkładu drugiej fazy osiągniętego w każdym przypadku, i na podstawie tych pomiarów obliczano średnią wartość natężenia hamowania Iz, w cm^-1, według wynalazku.

Figura 1 przedstawia wyniki charakteryzujące, uszeregowane według wzrastających zmierzonych wartości natężenia hamowania.

Badane materiały przetworzono w skali laboratoryjnej na gotowe taśmy o grubości 0,22 mm w nastę pującym cyklu:

- walcowanie na zimno do grubości 1,9 mm,

- wyż arzanie w 850°C w suchym azocie przez 1 minutę ,

- walcowanie na zimno do 0,22 mm,

- ciąg łe wyżarzanie obejmujące kolejno etapy rekrystalizacji i azotowania, odpowiednio w wilgotnej atmosferze wodoru + azotu przy stosunku pH2O/pH2 0,58 i w temperaturze 830, 850 i 870°C przez 180 s w przypadku pierwotnej rekrystalizacji, oraz w wilgotnej atmosferze wodoru + azotu z dodatkiem amoniaku, przy stosunku pH2O/pH2 0,15 i stosunku pNH3/pH2 0,2 w 830°C przez 30 s,

- powlekanie taś m separatorem wyż arzania na bazie MgO i wyż arzanie komorowe w atmosferze wodoru + azotu z szybkością nagrzewania 40°C/godzinę od 700 do 1200°C, utrzymywanie w 1200°C przez 20 godzin w atmosferze wodoru, a nastę pnie ochł odzenie.

Z każdej taśmy przygotowano próbki do laboratoryjnych pomiarów charakterystyk magnetycznych.

Poza przedziałem pierwotnego hamowania według wynalazku, poziom orientacji w wyrobach gotowych (fig. 2), mierzony jako przenikalność magnetyczna, był zbyt niski lub zbyt niestabilny.

P r z y k ł a d 2

Stal zawierającą Si 3,1% wag., C 300 ppm, Alrozp. 240 ppm, N 90 ppm, Cu 1000 ppm, B 40 ppm, P 60 ppm, Nb 60 ppm, Ti 20 ppm, Mn 700 ppm, S 220 ppm odlano jako taśmę, poddano wyżarzaniu w 1100°C przez 30 s, zahartowano z wodą z parą wodną począwszy od 800°C, poddano trawieniu i piaskowaniu, po czym podzielono na 5 kręgów. Średnią grubość taśmy, wynoszącą początkowo 3,8 mm, zmniejszono w wyniku walcowania do 2,3 mm przed zwijaniem, w temperaturze, wynoszącej na początku walcowania 1050-1080°C, utrzymywanej na całej długości taśmy.

Każdy z 5 kręgów poddano następnie walcowaniu na zimno do końcowej grubości około 0,30 mm, zgodnie z następującym schematem:

- pierwszy krą g (A) rozwalcowano bezpoś rednio do gruboś ci 0,28 mm,

- drugi krą g (B) rozwalcowano bezpoś rednio do gruboś ci 0,29 mm, przy temperaturze walcowania w 3, 4 i 5 przejściu około 200°C,

- trzeci krąg (C) rozwalcowano bezpoś rednio do grubości 1,0 mm, poddano wyżarzaniu w 900°C przez 60 s, a następnie rozwalcowano bezpoś rednio do grubości 0,29 mm,

- czwarty krąg (D) rozwalcowano bezpośrednio do grubości 0,8 mm, poddano wyżarzaniu w 900°C przez 40 s, a nastę pnie rozwalcowano bezpoś rednio do gruboś ci 0,30 mm,

- piąty krąg (E) rozwalcowano bezpośrednio do grubości 0,6 mm, poddano wyżarzaniu w 900°C przez 30 s, a nastę pnie rozwalcowano bezpoś rednio do gruboś ci 0,29 mm.

Każdy z powyższych walcowanych na zimno kręgów podzielono na szereg krótszych taśm, w celu przeprowadzenia cią g ł ej obróbki w linii pilotowej do symulacji róż nych cykli pierwotnej rekrystalizacji przez wyżarzanie, azotowania i wtórnej rekrystalizacji przez wyżarzanie. Każdą z taśm poddano obróbce według następującego schematu:

- pierwszą obróbkę pierwotnej rekrystalizacji przez wyżarzanie przeprowadzono w trzech różnych temperaturach, w 840, 860 i 880°C w wilgotnej atmosferze wodoru + azotu przy stosunku pH2O/pH2 0,62 przez 180 s (w tym 50 s w etapie podgrzewania),

- drugą obróbkę, azotowanie przeprowadzono w wilgotnej atmosferze wodoru + azotu przy stosunku pH2O/pH2 0,1, z dodatkiem amoniaku w ilości 20%, przez 50 s,

- trzecią obróbkę , wtórnej rekrystalizacji prowadzono w 1100°C w wilgotnej atmosferze wodoru + azotu przy stosunku pH2O/pH2 0,01 przez 50 s.

PL 199 162 B1

Po powleczeniu taśm separatorem wyżarzania na bazie MgO przeprowadzono ich wyżarzanie komorowe przez ogrzewanie z szybkością około 100°C/godzinę do 1200°C w atmosferze 50% wodoru + azotu i utrzymywanie w tej temperaturze przez 3 godziny w czystym wodorze, po czym najpierw ochłodzono je do 800°C w atmosferze wodoru, a następnie do temperatury pokojowej w atmosferze azotu.

Charakterystykę magnetyczną B800, w teslach, zmierzoną dla taśm poddanych wyżej określonej obróbce przedstawiono w tabeli 2.

T a b e l a 2

Taśma	840°C	860°C	880°C
A	1,890	1,920	1,900
B	1,890	1,930	1,950
C	1,900	1,900	1,860
D	1,890	1,900	1,840
E	1,750	1,630	1,620

P r z y k ł a d 3

Taśmę walcowaną na zimno zgodnie z wyżej zdefiniowanym cyklem B poddano obróbce w kolejnym zestawie parametrów, w której wytrącanie prowadzące do wtórnego hamowania przeprowadzono drogą azotowania. Taśmę poddano najpierw pierwotnej rekrystalizacji przez wyżarzanie w temperaturze 880°C, w takich samych ogólnych warunkach jak w przykładzie 2, a następnie przeprowadzono wyżarzanie azotujące w temperaturze 700, 800, 900, 1000, 1100°C. Każdą taśmę przetworzono następnie w produkt gotowy, pobrano próbki i wykonano pomiary jak w przykładzie 2. Zmierzone charakterystyki magnetyczne (B800, mT) podano w tabeli 3 wraz z pewnymi informacjami chemicznymi.

T a b e l a 3

Temperatura azotowania (C°)	Całkowity dodany azot ppm*	Azot dodany w rdzeniu **	B800 (mT) Produkt końcowy
700	70	0	1540
800	160	10	1630
900	270	70	1940
1000	230	100	1950
1100	200	95	1950

(*) Dodany azot oszacowano przez pomiar azotu w osnowie przed i po obróbce azotującej.

(**) Ilość azotu, który przedyfundował do rdzenia taśmy oceniano przez pomiar azotu w osnowie po symetrycznej erozji 50% próbki, przed i po azotowaniu.

P r z y k ł a d 4

Wykonano stal krzemową zawierającą Si 3,0% wag., C 200 ppm, Alrozp 265 ppm, N 40 ppm, Mn 750 ppm, Cu 2400 ppm, S 280 ppm, Nb 50 ppm, B 20 ppm, Ti 30 ppm.

Otrzymaną odlewaną taśmę o grubości 4,6 mm poddano w linii walcowaniu na gorąco do grubości 3,4 mm, zwinięto w średniej temperaturze około 820°C i podzielono na 4 krótsze taśmy. Dwie z tych taśm poddano dwustopniowemu walcowaniu na zimno do grubości 0,60 mm, z pośrednim wyżarzaniem taśmy o grubości 1 mm w 900°C przez około 120 s. Inne dwie taśmy poddano jednostopniowemu walcowaniu na zimno do tej samej grubości, wychodząc z grubości 3,0 mm. Wszystkie taśmy poddano następnie wyżarzaniu w celu przeprowadzenia pierwotnej rekrystalizacji w 880°C w atmosferze wodoru + azotu o temperaturze punktu rosy 67,5°C. Taś my poddano nastę pnie azotowaniu w atmosferze wodoru + azotu, z dodatkiem 10% amoniaku, o temperaturze punktu rosy 15°C. Taśmy powleczono następnie separatorem wyżarzania na bazie MgO i poddano wyżarzaniu komorowemu ze zwiększaniem temperatury od 750 do 1200°C w ciągu 35 godzin w atmosferze wodoru + azotu, utrzymywano w tej temperaturze przez 15 godzin i ochłodzono. Charakterystyki magnetyczne otrzymanych produktów końcowych podano w tabeli 4.

PL 199 162 B1

T a b e l a 4

Walcowanie na zimno	% końcowego przewalcowania	B800 (mT)
Obróbka jednostopniowa 1	82%	1920
Obróbka jednostopniowa 2	82%	1930
Obróbka dwustopniowa 1	40%	1560
Obróbka dwustopniowa 2	40%	1530

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania teksturowanych taśm ze stali elektrotechnicznej, w którym stal krzemową odlewa się w sposób ciągły w postaci taśmy o grubości w zakresie 1,5 - 4,5 mm, walcuje się na gorąco, zwija i poddaje się walcowaniu na zimno do końcowej grubości w zakresie 1 - 0,15 mm, poddaje się pierwotnej rekrystalizacji i wyżarzaniu odwęglającemu, a następnie poddaje się dalszemu wyżarzaniu w celu przeprowadzenia wtórnej rekrystalizacji w temperaturze wyższej niż poprzednie wyżarzanie, i w którym osiąga się pierwsze wytrącenie niemetalicznych drugich faz zdolnych do hamowania ruchu granicy ziaren z siłą oporu w przedziale

600 cm^-1 < Iz < 1500 cm^-1-1 gdzie Iz definiuje się jako Iz = 1,9 Fv/r (cm^-1), Fv oznacza udział objętościowy niemetalicznych drugich faz trwałych w temperaturze poniżej 800°C a r oznacza średni promień wytrąconych cząstek, a drugie wytrącenie niemetalicznych drugich faz prowadzi się po walcowaniu na zimno, znamienny tym, że pierwsze wytrącenie niemetalicznych drugich faz otrzymuje się przez kontrolowane odkształcenie w linii walcowania odlanej taśmy przed jej zwinięciem, ze stopniem przewalcowania w zakresie 15-60% w temperaturze powyżej 750°C, walcowaną na gorąco taśmę poddaje się walcowaniu na zimno w co najmniej jednym etapie, z pośrednim wyżarzaniem, ze stopniem przewalcowania w zakresie 60-92% w co najmniej jednym przejściu przez walcarkę, drugie wytrącenie niemetalicznych drugich faz przeprowadza się w czasie wyżarzania odwęglającego przez podwyższenie zawartości azotu w ta ś mie dzię ki zastosowaniu atmosfery azotują cej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciągłe wyżarzanie z pierwotną rekrystalizacją prowadzi się w atmosferze utleniającej, w celu odwęglenia taśmy i/lub przeprowadzenia kontrolowanego utleniania jej powierzchni.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że taśmę poddaje się wyżarzaniu pomiędzy etapami zwijania i walcowania na zimno.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że walcowanie wykończeniowe na zimno przeprowadza się w temperaturze powyżej 180°C w najmniej dwóch następujących po sobie przejściach.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas ciągłego wyżarzania taśmy walcowanej na zimno przeprowadza się obróbkę azotującą taśmy w kontrolowanej atmosferze, zawierającej mieszaninę co najmniej NH3 + H2 + H2O, w temperaturze powyżej 800°C, tak że osiąga się penetrację azotu i wytrącanie się azotków aż do rdzenia taśmy, bezpośrednio podczas ciągłego wyżarzania.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stal krzemowa zawiera co najmniej 30 ppm S i/lub N, co najmniej jeden pierwiastek wybrany z grupy obejmującej Al, V, Nb, B, Ti, Mn, Mo, Cr, Ni, Co, Cu, Zr, Ta, W i co najmniej jeden pierwiastek wybrany z grupy obejmującej Sn, Sb, P, Se, Bi.

PL 199 162 B1

Rysunki

Ο 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400

Primary inhibltion Iz (cm-1)

Fig. 1

Test Identification numbers, arranged according to primary increasing values