Proces výroby elektrotechnického oceľového plechu s orientovanou štruktúrou

Číslo patentu: E 14057

Dátum: 24.11.2010

Autori: Fortunati Stefano, Abbruzzese Giuseppe, Bracke Lieven

Je ešte 10 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

PROCES VÝROBY ELEKTROTECHNICKÉHO OCEĽOVÉHO PLECHU s ORIENTOVANOU STRUKTUROU0001 Zverejnený vynález sa vzťahuje k procesu výroby izotropného elektrotechnického plechu, známeho tiež ako kremíková alebo dynamo oceľ, v ktorom roztavená zliatina stuhne a je ihneď za horúca valcovaná v niekoľkých krokoch, za účelom získania vysoko homogénneho rozloženia rekryštalizovaných zŕn a častíc druhej fázy v kovovej matici za horúca valcovaných pásov, a k zjednodušeníu výrobného procesu pri získaní vynikajúcich magnetických vlastností.0002 Izotropné elektrotechnické plechy (lETP) sú triedou výrobkov používaných ako základný materiál v elektronických prístrojoch ako sú transformátory, generátory a iné elektronické zariadenia. V porovnaní s inými druhmi elektrotechnických plechov, lETP vykazuje zníženie energetických strát a zlepšenie magnetickej priepustnosti. Toto zlepšenie je výsledkom ostrej kryštalografíckej textúry výrobku,pričom sa ľahké magnetizačné smerovanie 001 bcc kryštalickej mriežky prispôsobuje smeru valcovania výrobku. Tento neizotropný charakter magnetických vlastnosti lETP pásov je využitý pri správnom rezaní a zvinutí materiálu za účelom zladenia navrhnutého smerovania magnetického toku v jadre transformátora so smerovaním rolovania výrobku.0003 Magnetické charakteristiky deñnujúce lETP materiály sú magnetická priepustnosť pozdĺž odkazovaného smerovania (magnetizačná krivka v smere rolovania) a energetické straty, najmä v podobe tepla, v dôsledku použitia striedavého prúdu. Typicky majú energetické straty hodnotu 1,5 a 1,7 Tesla. Energetické straty sú priamo úmerne hrúbke výrobku. Vynikajúce magnetické vlastnosti, ktoré sa dajú dosiahnuť pri týchto výrobkoch sú určené chemickým zložením zliatiny, hrúbkou valcovaných častí, mikroštruktúrou a kryštalogratickou textúrou.0004 Cielom každého jestvujúceho priemyselného postupu výroby lETP je získanie ostrej Gossovej textúry vo finálnom výrobku. Ostrosť Gossovej textúry a súvisiace magnetické správanie sú dosiahnuté selektívnou sekundárnou rekryštalizáciou počas konečného žihania. Musí byt zachovaná komplexná rovnováha medzi distribúciou veľkosti zŕn v primárnej štruktúre a distribúciou častíc druhej fázy(inhibítorov rastu zŕn). Kryštalograñcká textúra primárnej štruktúry zohráva v tomto procese podstatnú úlohu, keďže iba niekolko Gossových zŕn nachádzajúcich sa v primárnej štruktúre pôsobí ako jadro pre velké Gossove zrná v konečnej mikroštruktúre. Čím vyšší je pomer straty v neskoršom kroku valcovania za studena,tým ostrejšia je konečná Gossova textúra.0005 Pri tradičných výrobných postupoch sú inhibítory rastu zŕn vyzrážané a pred valcovaním za studena je regulovaná ich velkosť. Aby sa elementy rozpustili a následne znovu vyzrážali pri požadovanom rozložení veľkostí je potrebné ošetrenie doskovým vyhrievaním pri veľmi vysokej teplote. Toto ošetrenie doskovýmvyhrievaním pri vysokej teplote je nežiaduce z cenového, environmentálneho a výrobného hľadiska.0006 Výroba IETP začínajúca z tenkých odliatych dosiek (napr. dosiek s hrúbkou 100 mm) sa stretáva s problémom značného prevzatia soiidifikačnej mikroštruktúry(stĺpovitých zŕn) ktoré sťažujú kontrolu požadovanej textúry a homogénnej štruktúry zŕn pred začatím konečného vysokoteplotného žíhania. Stĺpovité zrná majú tendenciu predlžovania sa deformáciou a obnovovania sa kvôli ich relatívne veľkým rozmerom a vysokým teplotám pri horúcom valcovaní. Jedným zo spôsobov prekonania tohto problému je použitie relatívne vysokého uhlíkového obsahu za účelom aktivácie transformácie z austenitu na ferit počas horúceho valcovania(rekryštalizácia spustená fázovou transformáciou). Nanešťastie výskyt segregácie pri odlievaní a potreba eliminácie vyššieho množstva uhlíka v pásoch dekarbonizačným žíhanlm pásov pri konečnej hrúbke má za následok vyššie výrobné náklady.0007 Je známe, že odlievacie mlyny tenkých dosiek sú vhodné na výrobu oceľových magnetických tabúľ, vďaka výhodnému spôsobu kontroly teploty, ktorý je umožnený pásovou výrobou tenkých dosiek. JP 2002212639 A opisuje metódu výroby izotropných magnetických oceľových tabúľ, pričom kremíková oceľová tavenina je formovaná do tenkých ocelových dosiek s hrúbkou 30-140 mm. V DE 19745445 sa produkuje kremíková oceľová tavenina, ktorá je postupne odlievaná do prameňa s hrúbkou 25-100 mm. Prameň je ochladený počas procesu soliditikácie na teplotu nie nižšiu ako 700 °C a rozdelený na tenké dosky. Tenké dosky sú následne homogenizované v pásovej homogenizačnej peci. Takto ohriate tenké dosky sú následne kontinuálne valcované v mlyne sviacerými stanovišťami na horúce valcovanie pri vytvorení horúceho pásu s hrúbkou 3.0 mm. V DE 19745445 je kritické, že sa predchádza deformácii okolo 1000 °C, aby sa predišlo horúcej ťažnosti počas valcovania. Napriek extenzívnym návrhom praktického využitia zdokumentovaným v tomto odbore, používanie odlievacích mlynov, špecifikované zväčša odlievanim do prameňa s hrúbkou zväčša 40-100 mm, čo sa následne rozdelí na tenké dosky, na výrobu izotropných magnetických oceľových tabúľ zostáva zriedkavé kvôli špeciálnym požiadavkám, ktoré vznikajú pri výrobe magnetických tabúľ vzhľadom ku kompozícii roztaveného kovu a kontrole výroby. Dokument US 2008/216985 opisuje proces výroby izotropnej elektrotechnickej oceli z tenkých dosiek s podobnou kompozíciou, ako je tá zo zverejnenej prihlášky, s homogenizáciou na páse pri 1150 °C, teda s udržaním T jadra na teplote nad 900 °C. Napriek tomu sa tento dokument nezmieňuje o potrebe obmedzenia času medzi následnými valcovacími prechodmi vo fáze hrubovania na menej ako 20 sekúnd a tiež o prechode z fázy hrubovania do ñnálnej fázy pri teplote od 950 °C do 1250 °C a počas času od 15 do 60 sekúnd, ktoré sú nutné za účelom získania správnych zrazenin a teda homogenity a rastu zŕn počas neskoršieho rekryštalizačného žíhania.0008 Cielom tohto vynálezu je poskytnutie nízkonákladového procesu na výrobu izotropných elektrotechnických pásov plechu s vynikajúcimi magnetickými vlastnosťami založeného na technológii odlievania tenkých dosiek.0009 Cieľom tohto vynálezu je tiež poskytnutie nízkonákladového procesu na výrobu izotropných elektrotechnických pásov plechu s vynikajúcimi a stálymi magnetickými vlastnosťami založeného na technológii odlievania tenkých dosiek.0010 Jeden alebo viacero z týchto cieľov sú dosiahnuté procesom v súlade s nárokom 1.0011 Proces je založený na výrobe za horúca valcovaného pásu s hrúbkou v rozmedzí od 0,7 do 4 mm z tavenej kremíkom legovanej ocele, ktorá je súvisle odlievaná v odlievacom zariadení na dosky s hrúbku od 50 do 100 mm so špeclfikovanou kompozíciou.0012 Rapídna solidifikácia je dosiahnutá súvislým odlievaním dosiek s hrúbkou konečného tuhého prameňa V rozmedzí od 50 do 100 mm. Odlievané pramene sú prednostne rapídne soliditikované za menej ako 300 sekúnd. Ak je čas solidiñkácie príliš dlhý, napríklad dlhší ako 300 sekúnd, môže sa vyskytnúť fenomén segregácie látok ako sú Si, C, S, Mn, Cu, čo má za následok lokalizované nehomogénnosti chemickej kompozície a kryštálových štruktúr.0013 Hrúbka odlievaného prameňa nesmie byť menšia ako 50 mm, aby sa zabezpečil dostatočný deformačný potenciál počas horúceho valcovania.0014 Na výrobu IETP s vynikajúcimi magnetickými vlastnosťami musí mat tavená zliatina chemickú kompozíciu ako je špecifikované v nároku 1.0015 Zvyšovanie množstva pridaného Si zvyšuje elektrický odpor a zlepšuje základné vlastnosti spojené s energetickou stratou. Ak sa ho však pridá príliš veľa,studené valcovanie sa značne sťaží a počas valcovania sa vyskytnú praskliny. Na výrobu v súlade s vynálezom sa používa najviac 4,5 Si. Ak sa použije menej ako 2,1 Si, nastáva počas finálneho žíhania transformácia, ktorá znehodnotí kryštalograñckú textúru.0016 C je účinnou látkou na kontrolu primárnej rekryštalizačnej štruktúry, ale má tiež nepriaznivý účinok na magnetické vlastnosti, takže pred finálnym žíhanim je nutné vykonať dekarbonizáciu. Ak je množstvo C viac ako 0,1 , zvyšujú sa časy dekarbonizačného žíhania a narušuje sa tak produkcia. V tomto vynáleze je nutnou látkou v kyseline rozpustný AI, keďže ten sa spája s N ako (Al, Si)N a funguje ako inhibítor. Maximálna povolená hodnota je 0,07, čo stabilizuje sekundárnu rekryštalizáciu. Vhodné minimálne množstvo je 0,01. Ak je prítomných viac ako 0,015 N, na oceľovej tabuli sa počas studeného valcovania vytvoria bubliny, takže prekročeniu 0,015 je potrebné sa vyhnúť. Aby pôsobil ako inhibítor. je potrebných až do 0,010 N. Ak množstvo prekročí 0,008, rozptyl zrazeniny sa môže stat nehomogénnym vytvárajúc tak nestabilitu sekundárnej rekryštalizácie. V dôsledku toho je množstvo dusíka prednostne maximálne 0,008, 0017 Ak sa v kompozícii nachádza menej ako 0,02 Mn, počas horúceho valcovania je pravdepodobnejší výskyt prasklín. V podobe MnS a MnSe mangán tiež pôsobí ako inhibítor. Ak obsah mangánu prekročí 0,50, rozptyl zrazeniny sa môže stať nehomogénnym, vytvárajúc tak nestabilitu sekundárnej rekryštalizácie. V dôsledku toho je množstvo mangánu prednostne najviac 0,35.0018 V kombinácii s Mn, S a Se pôsobia ako inhibítory. Ak obsah S a/alebo Se prekročí 0,04, rozptyl zrazeniny sa môže stať nehomogénnym, vytvárajúc tak nestabilitu sekundárnej rekryštalizácie.0019 Cu sa tiež pridáva ako látka tvoriaca inhibítory. Cu vytvára zrazeniny so S alebo Se a tie potom pôsobia ako inhibítory. Inhibičné pôsobenie sa znižuje ak je množstvo menšie ako 0,01. Ak pridané množstvo prekročí 0,3, rozptýlenie zrazenín sa stáva rýchlejšie nehomogénnym pri vytvorení saturácie efektu zníženia jadrovej straty.0020 Ako doplnok vyššie zmienených komponentov, ak sa to požaduje, môže tiež doskový materiál podľa vynálezu obsahovať jednu alebo viacero látok formujúcichnitridy, ako sú Ti, V, B, W, Zr a Nb. Tiež môže obsahovať jednu alebo viacero látokzo Sn, Sb a As tak, aby spolu tvorili maximálne 0,15 a tiež môže obsahovať P a/alebo Bi v maximálnom celkovom množstve 0,03. P je účinnou látkou na zvyšovanie špecifického odporu a znižovanie jadrovej straty. Pridanie viac ako 0,03 môže viesť k problémom so studeným valcovaním.0021 Sn As a Sb sú dobre známe látky oddeľujúce hrany zŕn, ktoré predchádzajú oxidácii hliníka v oceli, ktoré môžu byť pridané v celkovom množstve do 0,15. Bi stabilizuje zrazeniny sulfátov a podobne a zosilňuje tak funkciu inhibície, avšak pridanie viac ako 0,03 má nepriaznivý účinok a malo by sa mu predísť.0022 Je uprednostňované, aby kovová matica dokončených tabúl obsahovala čo najmenšie, ako je možné, množstvo látok ako sú uhlík, dusík, síra a kyslík, ktoré sú schopné vytvárať malé zrazeniny, ktoré vzájomne pôsobia na pohyb stien magnetických domén počas magnetizačných cyklov a zvyšujú tak straty.0023 Je uprednostňované, aby ocel podľa vynálezu, s výnimkou hladín zodpovedajúcich nutným nečistotám, neobsahovala nikel, chróm a/alebo molybdén.0024 Podla vynálezu je esenciálne, aby sa jadrová teplota odlíevanej dosky udržiavala nad 900 °C pred začiatkom horúceho valcovania za účelom udržania určitého množstva síry a/alebo selénu a dusíku v tuhom roztoku v kovovej matici,aby boli dostupné pre zrážanie počas valcovania. Ak jadrová teplota klesne pod 900 °C, tieto látky sa predčasne vyzrážajú v pramení a kvôli termodynamickým a kinetickým dôvodom si opätovné rozpustenie zrazenín bude vyžadovať nežiaduco dlhé časy a vysoké teploty. V kontexte tohto vynálezu je jadro prameňa definované ako posledná solidifrkovaná časť počas procesu ochladzovania po odliati a tvorí asi 50 hmotnosti odliatku.0025 Homogenizácia teploty prameňa je nutná za účelom umožnenia homogénnej tepelnej deformácie cez dĺžku, šírku a hrúbku dosky.0026 Po homogenizácii teploty je doska vystavená prvej redukcii valcovania asi o 60 v dvoch alebo viacerých krokoch valcovania vo fáze hrubovania, aby sa získala prenosová tyč, pričom fáza hrubovania pozostáva z aspoň dvoch jednosmerných a za sebou idúcich stanovíšť valcovania a pričom redukcia pri prvom stanovišti valcovania je menšia ako 40 a pričom čas medzi dvomi po sebe idúcimi prechodmi valcom v hrubovacej fáze je menej ako 20 sekúnd. Výraz jednosmerný sa používa na ozrejmenie, že smer valcovania materiálu nie je prevrátený, aby sa zabezpečila to, že každá časť materiálu je vystavená rovnakým termomechanickým ošetreniam,čo sa týka parametrov deformácie, času a teploty. To znamená, že proces podľa

MPK / Značky

MPK: C21D 9/52, B22D 11/00, C21D 8/12, C22C 38/02

Značky: orientovanou, strukturou, ocelového, proces, plechů, výroby, elektrotechnického

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/18-e14057-proces-vyroby-elektrotechnickeho-oceloveho-plechu-s-orientovanou-strukturou.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Proces výroby elektrotechnického oceľového plechu s orientovanou štruktúrou</a>

Podobne patenty