PL90317B1

PL90317B1 -

Info

Publication number: PL90317B1
Application number: PL1974170882A
Authority: PL
Original assignee: Allegheny Ludlum Ind Incus
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1974-05-07
Publication date: 1977-01-31
Also published as: JPS5745292B2; US3855020A; JPS5015727A; DE2422075A1; BE814021A; GB1428901A; CA1018440A; AU474407B2; BR7403628D0; FR2228855A1; FR2228855B1; SE415197B; RO68035A; ES426046A1; AU6725074A; DE2422075B2; IT1011367B

Description

Przedmiotem wynalazku jest stal krzemowa o duzej przenikalnosci, co najmniej 1850 (G/Oe) przy 10 oerstedach, orientacji daszkowej i sposób jej wytwarzania.Zorientowane stale krzemowe zawierajace od 2,60 do 4,0% krzemu wytwarza sie zwykle sposobem obejmujacym walcowanie na goraco, podwójna redukcje na zimno i wyzarzanie przed kazdym walcowaniem na zimno i wysokotemperaturowe wyzarzanie woelu otrzymania odpowiedniej tekstury. Charakterystyczna cecha tych stali jest przenlkalnosc przy 10 oerstedach wynoszaca od okolo 1790 do 1840 (G/Oe).W ostatnich latach w wielu patentach opisano stale krzemowe o przenikalnosci przekraczajacej 1850 (G/Oe) przy 10 oerstedaoh. Sposród tych patentów amerykanskie patenty o nr 3287183, 3632456 i 3636579 wydaja sie byc najbardziej interesujace z punktu widzenia przerobu stali. W patencie nr 3287183 z dnia 22 listopada 1966 roku stwierdzono, ze sta) zlozona ze szczególnych ilosci wegla, krzemu, glinu, siarki i zelaza moze byc przerabiana na stal krzamowa o duzej przenikalnosci na drodze walcowania na zimno od 5 do 40%, wyzarzania w temperaturze 987-1218°C tak, aby wytracic AIN, walcowania na zimno od 81 do 95%, odweglania i koncowego wyzarzania w ceiu uzyskania odpowiedniej tekstury. Ostatnio podobny sposób wytwarzania podobnych stopów opisano w patentach nr 3832456 i 3636679 odpowiednio z dnia 4 stycznia 1972 roku i 25 stycznia 1972 roku. Kazdy z tych patentów dotyczy szybkosci chlodzenia po wyzarzaniu majacym na celu wytracenie AIN. W patencie nr 3632486 wyzarzanie walcowanej na goraco tasmy prowadzi sie w temperaturze od 767-1217,7° C zaleznie od zawartosci krzemu, a nastepnie gwaltownie chlodzi sie wyzarzana tasme i przerabia sie przez co najmniej dwukrotne walcowanie na zimno. Wedlug metody opisanej w patencie nr 3636579 stal zawierajaca od 2,5 do 4% krzemu wyzarza sie w temperaturze 967,7-1217,7°C, chlodzi sie ja gwaltownie od tej temperatury do temperatury nie wyzszej niz 417°C, a nastepnie walcuje na zimno.Niniejszy wynalazek dotyczy Innego, ulepszonego sposobu wytwarzania stali krzemowej o orientacji daszkowej i przenikalnosci co najmniej 1850 (G/Oe) przy 10 oerstedach ze stopu o szczególnym okreslonym skladzie chemicznym. Sposób ten rózni sie i pozostaje wr< ciwienstwie do metod opisanych w patentach nr 3287183, 3632456 i 3636579, przy czym w patencie nr , '83 nie zajmowano sie szybkoscia chlodzenia; w patencie nr 3632456 opisano wyzarzanie I dwukrotne wr ie na zimno po wyzarzaniu majacym na celu2 90317 wytracenie AIN oraz gwaltowne ochlodzenie po tym wyzarzaniu; oba patenty nr 3632456 i 3636579 odnosza sie do gwaltownego chlodzenia od temperatury przekraczajacej 968°C stali zawierajacych co najmniej 2,5% krzemu. Ponadto, sklad chemiczny stali wytwarzanej zgodnie z niniejszym wynalazkiem rózni sie od skladu stali wytwarzanych metodami opisanymi w podanych wyzej patentach.Przedmiotem wynalazku jest stal krzemowa elektromagnetyczna o orientacji daszkowej i przenikalnosci co najmniej 1850 (G/Oe) przy 10 oerstedach.Niniejszy wynalazek obejmuje sposób wytwarzania stali krzemowej o orientacji daszkowej i przenikalnosci co najmniej 1850 (G/Oe) i najkorzystniej co najmniej 1900 (G/Oe) przy 10 oerstedach. Istota wynalazku jest to, ze stop zawierajacy do 0,07% wag. wegla, 2,60—4,0% wag. krzemu, 0,03-0,24% wag. manganu, 0,01 -0,07% wag. siarki, 0,015—0,04% wagowych glinu, do 0,02% wagowych azotu i 0,1-0,5% wagowych miedzi, po wytopie walcuje sie na goraco na tasmy, poddaje co najmniej jednemu walcowaniu na zimno, wyzarza sie w temperaturze 777—1197°C w ciagu 15 sek do 2 godzin przed koncowym walcowaniem na zimno, schladza sie od maksymalnej temperatury wyzarzania do temperatury 945-416°C z szybkoscia nie wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu, schladza sie od temperatury 945—416°C do temperatury nizszej niz 277° C z szybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu, a ochlodzona stal poddaje sie koncowemu walcowaniu z redukcja co najmniej 80%, po czym bezposrednio poddaje sie ja odweglaniu i koncowemu wyzarzaniu teksturujacemu. Najkorzystniejsze warunki obejmuja wyzarzanie w temperaturze 1000—1180°C, chlodzenie z szybkoscia wieksza niz chlodzenie w nieruchomym powietrzu od temperatury ponizej 888°C ale powyzej 666°C oraz walcowanie na zimno z redukcja co najmniej 85%. Nie ma znaczenia sposób uzyskiwania szybkosci chlodzenia wiekszej niz chlodzenie w nieruchomym powietrzu. Przykladowo moga to byc strumienie gazów lub cieklych srodków chlodzacych. W celu zdefiniowania, chlodzenie w nierucho¬ mym powietrzu obejmuje chlodzenie, w którym stal stygnie w nieruchomej atmosferzeJak równiez przypadki, w których wystepuje wzgledny ruch pomiedzy atmosfera i stala, jak na przyklad w ciaglej linii produkcyjnej, o ile celem ruchu nie jest przyspieszenie chlodzenia. Ponadto, w celu zdefiniowania przyjmuje sie, ze wszelkie atmosfery gazowe maja te same wlasnosci chlodzace jak powietrze. Tak wiec wszystkie metody chlodzenia uwaza sie za dajace szybkosc nie wieksza niz chlodzenie w nieruchomym powietrzu, o ile nie stosuje sie cieklego srodka chlodzacego lub wymuszonego ruchu gazowej atmosfery, przy czym za wymuszony ruch atmosfery gazowej uwaza sie ruch atmosfery, którego celem jest zintensyfikowanie chlodzenia.Wytapianie, odlewanie, walcowanie na goraco, walcowanie na zimno, odweglanie i koncowe wyzarza¬ nie w celu uzyskania odpowiedniej tekstury nie obejmuja zadnych nowych metod co sie tyczy stosowanych technik, i z tego punktu widzenia wynalazek obejmuje wszystkie znane i stosowane metody stalownicze. Co sie tyczy walcowania na zimno, nalezy jednak podkreslic, ze wielokrotne przejscie przez walce moze stanowic pojedyncza operacje walcowania na zimno i wielokrotna operacja walcowania na zimno wystepuje jedynie w przypadku, gdy operacje przejscia przez watce przedzielane sa operacja wyzarzania.Plynny stop stali musi zawierac krzem, glin, mangan, siarke i miedz. Krzem jest niezbedny, poniewaz zwieksza on rezystywnosc stali, zmniejsza jej magnetostrykcje, zmniejsza anizotropie magnetokrystaliczna, a wiec zmniejsza itratnosc magnetyczna stali. Glin, mangan i siarka sa niezbedne, poniewaz stanowia inhibitory o zasadniczym znaczeniu przy regulowaniu orientacji stali i jej wlasnosci od niej zaleznych. Dokladniej biorac, glin laczy sie z azotem zawartym w stali i pochodzacym z atmosfery tworzac azotek glinu, zas mangan laczy sie z siarka tworzac siarczek manganu i/lub siarczek manganowo-miedziowy; zwiazki te maja inhibitujace dzialanie na normalny wzrost ziarn w czasie koncowego wyzarzania majacego na celu uzyskanie odpowiedniej tekstury, a jednoczesnie ulatwiaja rozwój wtórnych skrystalizowanych ziarn o pozadanej orientacji daszkowej. Miedz, oprócz umozliwienia powstania siarczku manganowo-miedziowego ma, jak sie uwaza, to korzystne dzialanie, ze przypuszczalnie obniza temperature wyzarzania, obniza temperature, od której moze zachodzic gwaltowne chlodzenie, poprawia walcowalnosc, upraszcza stapianie i zmniejsza wymagania stawiane atmosferze wyzarzania.Stopy zawierajace wiecej niz 0,15%'rniedzi z powodzeniem wyzarzano przed koncowym walcowaniem na zimno w temperaturach 777-945°C.Stale, do których sposób wedlug wynalazku jest szczególnie przydatny, zawieraja wagowo od 0,02 do 0,07% wegla, od 2,60 do 3,5% krzemu, równowaznik manganowy od 0,05 do 0,24% wyrazony przez równanie równowagowe: % Mn + (0,1 do 0,25) X% Cu, od 0,01 do 0,05% siarki, od 0,015 do 0,04% glinu, od 0,0030 do 0,0090% azotu, od 0,1 do 0,3% miedzi, reszte stanowi zelazo i domieszki. Wstali tej stosunek ekwiwalentu manganowego do siarki zawiera sie w granicach od 2,0 do 4,75. Stal ma tak dobrany sklad chemiczny, ze uzyskuje sie wysoce korzystna strukture stali przy przerabianiu jej sposobem wedlug wynalazku.Wydaje .sie, ze wyzarzanie i chlodzenie zgodnie z wynalazkiem jest tak korzystne, poniewaz warunki wyzarzania stali przed walcowaniem na zimno powoduja, ze w operacji tej mozliwe jest powstawanie inhibitorów90317 3 oraz, ze powolne chlodzenie do temperatury ponizej 945°C i/lub zastosowanie temperatur wyzarzania w dolnym zakresie stosowanych temperatur wyzarzania powoduje wzrost jednorodnosci rozlozenia inhibitorów, tak, ze zasadniczo wystepuje wstali jedynie faza ferrytowa w temperaturze ponizej 945°C w przeciwienstwie do obecnosci faz austenitowej i ferrytowej z róznymi rozpuszczalnosciami pierwiastków inhibitujacych w kazdej z tych faz w temperaturach nieco wyzszych. Jak omówiono to wyzej, glównymi inhibitorami sa azotek glinu i siarczek manganu i/lub siarczek manganowo-miedziowy. Atmosfera wyzarzania nie jest sprawa istotna. Na przyklad moga to byc atmosfera azotu, gazów redukujacych, jak na przyklad wodoru, gazów obojetnych, jak na przyklad argonu, powietrza oraz mieszaniny tych gazów.Podane nizej przyklady stanowia ilustracje szeregu aspektów niniejszego wynalazku.Przyklad I. Dwanascie próbek (Próbki 1—12) stali krzemowej odlano i przerabiano w stal krzemowa o orientacji daszkowej z dwóch wytopów (wytopy A i Bt) stali krzemowej. Sklad chemiczny wytopów AiB podano w tablicy I.Wytop A B C 0,051 0,038 Mn 0,13 0,10 S 0,042 0,03 Tablica 1 Sklad (procenty wagowe) Si Al 2,97 * 0,031 2,94 0,027 Cu 0,24 0,23 N 0,0037 0,0047 Fe do 100 do 100 Przerabianie dwunastu próbek obejmowalo wygrzewanie w podwyzszonej temperaturze przez szereg godzin, zgniatanie, walcowanie na goraco do wymiarów w przyblizeniu 3,3 mm, normalizowanie przez 2 min w temperaturze 916°C w powietrzu, walcowanie na zimno do wymiarów w przyblizeniu 2,25 mm, wyzarzanie w temperaturze 1111°C przez 5 min w atmosferze azotu, chlodzenie jedna z trzech metod chlodzenia (metody I, II lub III), walcowanie na zimno do koncowego wymiaru w przyblizeniu 0,28 mm, odweglanie przez 2 min w temperaturze 819°C w mieszaninie azotu i wilgotnego wodoru i koncowe wyzarzanie przez 8 godz w wodorze w maksymalnej temperaturze 1196°C, Metoda chlodzenia I stosowana byla do próbek 1, 4, 7 i 10 i jest metoda, w której próbki chlodzone byly w komorze spawalniczej. Bylo to chlodzenie wolniejsze niz chlodzenie na powietrzu. Chlodzenie próbek 1, 4, ,7 i 10 do temperatury 416°C trwalo okolo 50 min. Metoda chlodzenia II rtosowana do próbek 2, 5, 8 111 polegala na chlodzeniu próbek w piecu do temperatury 888°C i dalszym chlodzeniu na powietrzu. Chlodzenie w piecu do temperatury 888°C trwalo okolo 20 min. Chlodzenie od temperatury 966°C do 888°C trwalo okolo 8 min. Metoda chlodzenia III, stosowana do próbek 3, 6,9 i 12 byla taka sama jak metoda chlodzenia 11, z tym, ze próbki w temperaturze 888°C byly hartowane w solance Próbki 1—12 poddano badaniom na przenikalnosc i stratnosc magnetyczna. Wyniki tych badan przedsta¬ wiono ponizej w tablicy 2. Wyniki te podzielono na cztery grupy tak, ze tylko próbki pochodzace z tego samego wytopu i z tego samego kregu sa porównywane bezposrednio. Próbki 1, 2 i 3 pochodza z tego samego wytopu i kregu i tworza jedna grupe, podobnie jak próbki 4, 5 i 6, próbki 7, 8 i 9 oraz próbki 10,11 i 12.Próbka 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 Tablica Wytop A A A A A A B B B B B B II Metoda chlodzenia I II III I II III I II III I II III Przenikalnosc (przy 10 Oe) 1848 1893 1928 1846 1910 1931 1830 1878 1908 1831 1903 1914 Stratnosc magnetyczna (WPP przy 17 KB) 0,879 0,793 0,715 0,908 0,738 0,718 0,887 0,835 0,731 0,942 0,769 0,7284 90317 Z tablicy II jasno wynika, ze sposób wedlug wynalazku jest wysoce korzystny z punktu widzenia wlasnosci stali krzemowej o orientacji daszkowej. Próbki 3, 6, 9 i 12 wyzarzano w atmosferze azotu przez 5 min w temperaturze 1111°C, chlodzono do temperatury 888°C z szybkoscia mniejsza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu i chlodzono od temperatury 888°C do temperatury ponizej 277°C z szybkoscia wieksza niz chlodzenie w nieruchomym powietrzu. Wszystkie te próbki maja przenikalnosc powyzej 1900 (G/Oe) przy 10 Oe. Z drugiej strony próbki 1, 4, 7 i 10, które byly wyzarzane tak jak próbki 3,6,9 i 12 lecz nie chlodzone od temperatury przekraczajacej 416°C z szybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu maja przenikalnosci powyzej 1850 (G/Oe) przy 10 Oe. Próbki 2, 5, 8 i 11 maja wartosci przenikalnosci pomiedzy wartosciami dla próbek 3, 6, 9 i 12 oraz wartosciami dla próbek 1, 4,7 i 10- Próbki te wyzarzano podobnie jak inne i chlodzono do temperatury 888°C tak, jak próbki 3, 6, 9 i 12 lecz w przeciwienstwie do nich nie chlodzono ich od temperatury 888°C zszybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu. Ich przenikalnosc jest wysoka, lecz nie tak wysoka jak przenikalnosc próbek 3, 6, 9 i 12, czyli próbek przerabianych sposobem wedlug wynalazku. Ponadto, próbki 3, 6, 9 i 12 wykazuja mniejsza stratnosc magnetyczna niz próbki 2, 5, 8 i 11 te zas z kolei maja nizsza stratnosc magnetyczna niz próbki 1, 4, 7 i 10. Oczywiscie wszystkie porównania wykonano dla odpowiednich grup próbek.Przyklad II. Odlano trzy dodatkowe próbki (Próbki 14-16) ze stali krzemowej i przerabiano je w stal krzemowa o orientacji daszkowej. Próbki te pochodzily z trzeciego wytopu (wytop C) stali krzemowej. Sklad chemiczny wytopu C podano w tablicy III.Tablica III Sklad (procenty wagowe) Wytop C Mn S Si Al Cu N Fe C 0,049 0,094 0,032 2,91 0,036 0,22 0,0046 do 100 Przerabianie tych próbek obejmowalo wygrzewanie w podwyzszonej temperaturze przez szereg godzin, zgniatanie, walcowanie na goraco do wymiarów w przyblizeniu 2,5 mm, wyzarzanie w temperaturze 819°C przez okres 1 godz w atmosferze azotu, chlodzenie jedna z trzech metod, walcowanie na zimno do koncowego wymiaru w przyblizeniu 0,3 mm, odweglanie przez okres 2 min w temperaturze 819°C w mieszaninie azotu i wilgotnego wodoru i koncowe wyzarzanie przez okres 8 godz w atmosferze wodoru w maksymalnej temperatu¬ rze 1197°C. Trzema metodami chlodzenia bylo chlodzenie w piecu, chlodzenie na powietrzu i hartowanie w solance. Próbka 14 chlodzona byla w piecu, próbka 15 chlodzona byla na powietrzu, zas próbka 16 hartowana w solance. » Próbki 14—16 peddano badaniom na przenikalnosc i stratnosc magnetyczna. Wyniki tych badan podano w tablicy IV.Tablica IV Próbka Wytop Chlodzenie , 10 Oe) magnetyczna Przenikalnotó Stratnosc magnetyczni (WPPprzyl7KB) 14 C wpiecu 1651 1,27 ' C na powietrzu 1860 ; 0,785 16 C wsolance 1902 ! 0,708 Z tablicy IV wynika jasno, ze sposób wedlug wynalazku jest wysoce korzystny z punktu widzenia wlasnosci stali krzemowej o orientacji daszkowej. Z tablic 2 i 4 wynika równiez, ze sposób ten jest korzystny, nawet jesli jest tylko jedna operacja walcowania na zimno, jak w przykladzie II lub co najmniej dwie operacje walcowania na zimno, jak w przykladzie I. Próbke 16 wyzarzano w atmosferze azotu w ciagu 1 godz w tempera¬ turze 819°C, a nastepnie chlodzono do temperatury ponizej 277°C z szybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu. Próbka ta wykazala przenikalnosc ponad 1900 (G/Oe) przy 10 Oe.Z drugie] strony, próbka 14, która wyzarzano podobnie jak próbke 16, lecz nie chlodzono od temperatury przekraczajacej 416°C z szybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu miala przenikal-90317 5 nosc znacznie ponizej 1850 (G/Oe) przy 10 Oe. Próbka 15 miala przenikalnosc zawarta pomiedzy wartosciami v przenikalnosci dla próbek 14 i 16. Próbke te wyzarzano podobnie jak próbki 14 i 16, lecz w przeciwienstwie do próbki 16 nie byla ona chlodzona od temperatury 819°C z szybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu. Przenikalnosc dla tej próbki byla wysoka lecz nie tak wysoka jak dla próbki 16, przerabianej sposobem wedlug wynalazku. Ponadto, próbka 16 miala mniejsza stratnosc mangetyczna niz próbka , zas próbka 15- mniejsza stratnosc magnetyczna niz próbka 14.Dla fachowca jest oczywiste, ze nowe zasady wynalazku opisane tu w odniesieniu do szczególnych przykladów sugeruja rózne dalsze modyfikacje i zastosowania tych zasad. Dlatego tez zakres zalaczonych zastrzezen nie zostal ograniczony do szczególnych przykladów wynalazku, opisanych wyzej. PL

Claims

Zastrzezenia patentowe 1. Stal krzemowa o duzej przenikalnosci, co najmniej 1850 (G/Oe) przy 10 oerstedach, o orientacji daszkowe[, z n a m i e n n a t y m, ze zawiera do 0,07% wagowych wegla, 2,60-4,0% wagowych krzemu, 0,03-0,24% wagowych manganu, 0,01-0,07% wagowych siarki, 0,015-0,04% wagowych glinu, do 0,02% wagowych azotu i 0,1—0,5% wagowych miedzi.
2. Sposób wytwarzania stali krzemowej o duzej przenikalnosci, co najmniej 1850 (G/Oe) przy 10 oerstedach, o orientacji daszkowej, znamienny tym, ze stop zawierajacy do 0,07% wagowych wegla, 2,60-4,0% wagowych krzemu, 0,03-0,24% wagowych manganu, 0,01-0,07% wagowych siarki, 0,015-0,04% wagowych glinu, do 0,02% wagowych azotu i 0,1—0,5% wagowych miedzi, po wytopie walcuje sie na goraco na tasmy, poddaje co najmniej jednemu walcowaniu na zimno, wyzarza sie w temperaturze 777—1197°C w ciagu 15 sek do 2 godzin przed koncowym walcowaniem na zimno, schladza sie od maksymalnej temperatury wyzarzania do temperatury 945-416°C z szybkoscia nie wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu, schladza sie od temperatury 945°—416°C do temperatury nizszej niz 277°C z szybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu, a ochlodzona stal poddaje sie koncowemu walcowaniu z redukcja co najmniej 80%, po czym bezposrednio poddaje sie ja odweglaniu i koncowemu wyzarzaniu teksturujacemu.
3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze koncowe wyzarzanie przed koncowym walcowa¬ niem na zimno wykonuje sie w temperaturze 1000—1180°C.
4. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze stal od maksymalnej temperatury wyzarzania schladza sie do temperatury 889—666°C z szybkoscia nie wieksza niz szybkosc schladzania w nieruchomym powietrzu oraz'od temperatury 889-666°C do temperatury nizszej niz 277°C z szybkoscia wieksza niz szybkosc chlodzenia w nieruchomym powietrzu.
5. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze stal chlodzi sie od temperatury 945—416°C do temperatury nizszej niz 277°C przy pomocy strumienia gazowego.
6. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze stal chlodzi sie od temperatury nizszej niz 945°C do temperatury nizszej niz 277°C przy pomocy srodka cieklego.
7. Sposób wedlug zastrz. 2, z n a m i e n ny tym, ze stal chlodzi sie do temperatury 945—416°C przy pomocy powietrza.
8. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze koncowe wyzarzanie przed koncowym walcowa¬ niem na zimno prowadzi sie bezposrednio przed wstepnym walcowaniem na zimno.
9. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze schlodzona stal walcuje sie na zimno z redukcja co najmniej 85%.
10. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze koncowemu wyzarzaniu przed koncowym walcowaniem na zimno poddaje sie stal w postaci tasmy walcowanej na goraco. USposób wedlug zastrz. 2 albo 10, znamienny tym, ze stal zawierajaca co najmniej 0,15% wagowych miedzi poddaje sie koncowemu wyzarzaniu przed koncowym walcowaniem na zimno w temperaturze 777-945°C. PL