Способ получения изотропной электротехнической стали

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству специальных сталей и сплавов, а именно к технологии получения холоднокатаной изотропной электротехнической стали. Для улучшения магнитных свойств изотропной электротехнической стали, содержащей 0,6 - 3,2%, 0,3 - 0,6% Al, 0,01 - 0,05% C, после окончательного рекристаллизационного отжига на поверхность полосы стального листа наносят кремнийсодержащий порошок с обработкой ее электронно-лучевым способом и последующей термической обработкой, обеспечивающей получение в стали 3,5 - 8,0% кремния. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к производству специальных сталей и сплавов, а именно, к технологии получения холоднокатанной изотропной электротехнической стали.

Известен способ производства холоднокатаной изотропной стали, включающий однократную холодную прокатку, обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг и предусматривающий нанесение на поверхность холоднокатаного листа порошка, содержащего целый ряд элементов: Fe, Ti, V, Nb, Ta, Zr, Cr, W, Mo, Cu, Ni, Pb. Отжиг полосы проводится в однофазной либо в двухфазной области (α+γ)..

Заявка Японии N 2156024, C 21 D 3/46, 1991г.

Указанный способ позволяет получить кубическую текстуру (100) и хорошие магнитные свойства. Однако наличие дефицитных легирующих элементов и сложная технология обработки снижают ценность данного способа производства стали с неориентированной структурой.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ производства электротехнической листовой стали с низкими потерями, который включает получение низкоуглеродистой стали традиционными методами выплавки, рафинировку, прокатку и покрытие поверхности листа слоем кремнистосодержащего порошка с содержание не менее 15% Si, уплотнение и термическую обработку с целью осуществления диффузии кремния в сталь не менее, чем на 50% ее толщины. Диффузионная обработка может проводиться как до, так и после обезуглероживающего отжига.

После насыщения стали кремнием содержание кремния колеблется в пределах 0,5 4,5% Si. Обработанные образцы металла подвергаются холодной прокатке и отжигу в защитной атмосфере.

Патент США N 3634148, H 01 F 1/16, 1972.

Магнитные свойства стали, полученные стали, полученные после обработки по известному способу приведены в таблице 1.

Недостатком известного способа являются ухудшение качества поверхности после насыщения ее кремнием и невысокие магнитные свойства.

Техническим результатом изобретения является улучшение магнитных свойств.

Это достигается тем, что после окончательного рекристаллизационного отжига на поверхность полосы стального листа наносят кремний-содержащий порошок с обработкой ее электронно-лучевым способом и последующей термической обработкой, обеспечивающей получение в стали 3,5 8,0% кремния.

Выплавку стали с содержанием 0,6 3,2% Si проводят в электродуговой печи или кислородном конвертере. После горячей прокатки на толщину 1,9 -3,0 мм, нормализации или без нее, травление в кислотном растворе проводят однократную прокатку на конечную толщину 0,50 мм.

При однократной холодной прокатке металл обезуглероживают в конечной толщине перед окончательным отжигом. Конечный отжиг проводят при температуре 1000 1100^oC. После окончательного отжига на поверхность стального листа без электроизоляционного покрытия наносят слой мелкодисперсного порошка железо-кремнистого сплава, либо смесь порошков чистого кремния и железа. В дальнейшем производится уплотнение порошкового слоя на поверхности металла. После уплотнения порошка осуществляется обработкой поверхности полосы стального листа электронным пучком, выведенным в атмосферу, либо в вакууме. Под действием пучка релятивистских электронов происходит оплавление поверхностного слоя стального листа с образованием в нем силицидов железе, приводящих к его охрупчиванию. Глубина интерметаллидного слоя определяется режимами электронно-лучевой обработки мощностью пучка и интенсивностью потока электронов.

После облучения проводится диффузионный отжиг с целью выравнивания содержания кремния по сечению полосы в интервале 900 1200^oC с выдержками, обеспечивающими содержание кремния в полосе изотропной стали в пределах 3,5 8,0% Si. Наличие градиента концентрации приводит к направленной диффузии атомов кремния из поверхностного слоя, обработанного пучком электронов, вглубь полосы стали, а атомы железа диффундируют в поверхностные слои. Изменение содержания кремния в стальной полосе достигается различными путями.

Первый из них связан с содержанием кремния в порошке ферросилиция; второй обусловлен изменением глубины поверхностного слоя с высокой концентрацией кремния за счет изменения режимов электронно-лучевой обработки и кремния в исходном металле.

Повышение содержания кремния до указанных пределов позволяет снизить коэффициент магнитной анизотропии и магнитострикцию насыщения. При содержании 6,8% Si магнитострикция насыщения равна нулю, а константа магнитной анизотропии в 3 раза меньше, чем у чистого железа. Все это способствует увеличению магнитной проницаемости сплавов железа с кремнием. И.Б.Кекало, Физическое металловедение прецизионных сплавов. М. Металлургия, 1989.

Наличие указанных характеристик снижает потери на гистерезис в вихревые токи при незначительном уменьшении индукции.

Пример 1. После горячей прокатки лист стали с содержанием 0,65% Si; 0,35% Al; 0,04% C, остальное железо и примеси прокатывался на толщину 0,50 мм и проводился окончательный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг. Образцы без покрытия размером 0,5 х 30 х 305 мм подвергались электронно-лучевой обработке на ускорителе ЭЛВ-4 с мощностью пучка 4,2 x 10¹⁶см^-2 после нанесения слоя порошка 75% ферросилиция с последующим уплотнением до оплавления поверхности образца. Затем производился отжиг в защитной среде при температуре 950^oC в течение 110 час. После отжига содержание кремния составило 4,1% а удельные потери P_1,5/50= 2,85 Вт/кг.

Пример 2. Горячекатаный металл, содержащий 2,3% Si; 0,46% Al, 0,05% C нормализованный при температуре 850^oC после травления в солянокислотном растворе подвергался холодной прокатке на толщину 0,50 мм и окончательному обезуглероживающе-рекристаллизационному отжигу по действующей технологической инструкции. На образцы без покрытия размером 0,5 х 30 х 305 мм наносился слой порошка 75% ферросилиция с последующим его уплотнением. Затем проводилась электронно-лучевая обработка с мощностью пучка 4,5 x 10¹⁶см^-2 до плавления поверхностного слоя. Диффузионный отжиг проводился в защитной атмосфере при 980^oC в течение 106 час.

После отжига содержание кремния в полосе 6% а в удельные потери P_1,5/50 составили 2,4 Вт/кг.

Пример 3. После обработки металла, содержащего 3,0% Si, 0,42% Al, 0,04% C по действующей технологии отбирались эпштейновские пробы размером 0,5 х 30 х 305 мм. На поверхности пластин наносился слой порошка ферросилиция и после его уплотнения пластины подвергали электронно-лучевой обработке при мощности пучка 4,5 x 10¹⁶см^-2 до оплавления поверхности слоя. Затем проводился диффузионный отжиг при температуре1050^oC в течение 85 час в защитной среде. После отжига содержание кремния в полосе составляет 7,2% а удельные ватные потери P_1,5/50=2,36 Вт/кг.

Магнитные свойства изотропной стали, обработанной по предлагаемому способу приведены в таблице 2.

Формула изобретения

Способ получения изотропной электротехнической стали, включающий выплавку, горячую и холодную прокатку, отжиг, нанесение на поверхность стального листа кремнийсодержащего порошка и диффузионный отжиг в защитной атмосфере, отличающийся тем, что сталь выплавляют с содержанием, мас.

Кремний 0,6 3,2 Алюминий 0,3 0,6 Углерод 0,01 0,05 после нанесения кремнийсодержащего порошка стальную полосу дополнительно подвергают электронно-лучевой обработке, а диффузионный отжиг проводят до обеспечения содержания кремния в стали в количестве 3,5 8,0 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1