Способ производства анизотропной электротехнической стали

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрической аппаратуры. Техническая задача изобретения - повышение уровня магнитных свойств стали. Решение поставленной задачи достигается тем, что выплавку анизотропной электрической стали осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,020 - 0,060, кремний 2,6 - 3,5, алюминий 0,008 - 0,030, марганец 0,10 - 0,30, медь 0,1 - 0,7, фосфор 0,015 - 0,15, сера 0,003 - 0,006, хром 0,03 - 0,06, никель ≅ 0,10, железо и другие неизбежные примеси - остальное. Затем проводят горячую прокатку, травление, первую холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг, вторую холодную прокатку до толщины 0,35 мм, нанесение термостойкого покрытия и высокотемпературный отжиг при 1100^oC. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, конкретно к производству анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрической аппаратуры. Основным требованием качества анизотропной стали является высокий уровень магнитных свойств. Он определяется химическим составом и степенью совершенства кристаллографической текстуры готового металла. Известны способы производства анизотропной стали, в которых улучшение магнитных свойств достигается за счет совершенствования химического состава стали.

В способе (А.С. СССР N 1275053, C 21 D, 1983 г.) предлагается следующий состав стали, мас. %: 0,030-0,035 C; 0,07-0,14 Mn; 2,9-3,0 Si; 0,030-0,045 Cr; 0,07 Ni; 0,013-0,17 Cu; 0,009-0,012 Al; 0,003-0,004 S; 0,010-0,011 P.

Для этого состава регламентирован нагрев стали при обезуглероживающем отжиге: скорость нагрева до 550-700^oC составляет 33-45 с/с. Присутствие 0,010-0,011 мас.% P в стали связано с его наличием в шихтовых материалах. В данном случае он вводится не специально, а является неизбежной примесью. Применение этого состава и режима нагрева при обезуглероживающем отжиге в промежуточной толщине позволяет получать удельные потери P 1,7/50 в стали толщиной 0,30 мм 1,3-1,40 в стали толщиной 0,35 мм - 1,40-1,50 Вт/кг.

В настоящее время такой уровень магнитных свойств является недостаточным.

В способе (А.С. N 1786134A1, C 21 D 8/12; 1993) предлагается производство изотропной стали, содержащей, мас.%: C 0,02-0,05%, Mn 0,1-0,4%, Si 1,5-3,3%, Al 0,3-0,6%, P 0,02-0,1%.

Легирование электротехнической стали фосфором в указанных пределах позволяет повысить уровень магнитных свойств за счет снижения удельных ваттных потерь. Однако данный способ применяется для производства изотропной электротехнической стали.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению представляется способ (патент N 2082771C1, кл. 6 C 21 D 8/12, 1994), который выбран в качестве прототипа.

В этом способе предлагается следующий состав стали, мас.%: Si 2,8-3,2, Mn 0,1-0,3, Cu 0,1-0,7, Al 0,01-0,30. Металл указанного состава включает горячую прокатку, двукратную холодную прокатку с обжатием при второй холодной прокатке 50-76%, промежуточный обезуглероживающий отжиг и окончательный высокотемпературный отжиг. Предложенный способ позволяет улучшить электромагнитные свойства анизотропной электротехнической стали толщиной 0,18-0,35 мм.

Недостатком данного способа является склонность металла к окислению из-за повышенного содержания алюминия на технологических циклах обработки, что затрудняет получение стабильного уровня магнитных свойств стали.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение магнитных свойств анизотропной стали путем совершенствования ее текстурного состояния.

Технический результат достигается тем, что сталь, содержащая компоненты, мас.%: Углерод - 0,020-0,060 Кремний - 2,6-3,5 Алюминий - 0,008-0,030 Медь - 0,1-0,7 Фосфор - 0,015-0,15 Марганец - 0,10-0,30 Сера - 0,003-0,006 Хром - 0,03-0,06 Никель - ≅ 0,10
Железо и другие неизбежные примеси - Остальное
обрабатывают по технологии последовательно, включающей выплавку стали указанного состава, горячую прокатку, травление, первую холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг, вторую холодную прокатку, нанесение термостойкого покрытия и высокотемпературный отжиг с последующим электроизоляционным покрытием.

Магнитные свойства анизотропной стали зависят от совершенства текстуры вторичной рекристаллизации (110) [001], получаемой в стали при высокотемпературном отжиге. Всей технологией к моменту начала вторичной рекристаллизации в стали формируются определенные параметры структуры и текстуры. Они определяют совершенство получаемой текстуры вторичной рекристаллизации (110) [001] . В прототипе с целью оптимизации параметров текстуры и структуры для определенного состава стали регламентированы содержание алюминия в зависимости от конечной толщины полосы, а обжатие во время второй холодной прокатки увеличивается с повышением массовой доли алюминия.

В предлагаемом способе подобран химический состав стали, обеспечивающий получение более оптимальных параметров текстуры и структуры, чем состав прототипа. Исследования показали, что повышение содержания фосфора до 0,015-0,100 мас. % позволяет более полно осуществить процесс полигонизации в процессе нагрева при высокотемпературном отжиге. Полигонизация предшествует первичной рекристаллизации. Чем полнее она развивается, тем более оптимальные параметры текстуры и структуры достигаются при первичной рекристаллизации.

Пределы предлагаемого состава стали объясняются следующим.

Углерод - присутствие в стали углерода необходимо для образования аустенита при горячей прокатке и продуктов его распада после нее. Аустенит и продукты его распада помогают при горячей и первой холодной прокатке формировать более оптимальные параметры текстуры и структуры. При содержании менее 0,020% количество аустенита и продуктов его распада недостаточно для воздействия на формирование структуры и текстуры. При содержании более 0,060% для удаления углерода из стали до 0,004% и менее при обезуглероживающем отжиге увеличивается время выдержки, что вызывает чрезмерный рост зерна. И в первом, и во втором случае магнитные свойства стали ухудшаются.

Кремний - при содержании менее 2,60% возрастают потери энергии на вихревые токи. При содержании 3,50% в сочетании с повышенным количеством фосфора сталь становится хрупкой и трудно обрабатывается.

Алюминий - является элементом, обеспечивающим прохождение вторичной рекристаллизации в стали. При содержании менее 0,008% процесс вторичной рекристаллизации становится нестабильным и магнитные свойства стали ухудшаются. При содержании более 0,030% возможные в настоящее время режимы высокотемпературного отжига не обеспечивают прохождение вторичной рекристаллизации.

Фосфор - при содержании менее 0,015% положительное действие на развитие полигонизации становится недостаточным и магнитные свойства стали ухудшаются.

При содержании более 0,15% сталь становится хрупкой и трудно обрабатывается.

Медь - влияние меди сложнее, чем других элементов. В процессе нагрева при высокотемпературном отжиге выделяется в интервале 500-600^oC в виде медьсодержащей фазы, оптимизируя при этом текстуру первичной рекристаллизации, увеличивая размер зерна на 0,5-3 мкм. При содержании меди менее 0,1% и более 0,7% магнитные свойства стали ухудшаются.

Исследование патентной и научно-технической литературы показало, что технические решения с совокупностью существенных признаков предлагаемого способа отсутствуют. Способ отвечает критерию изобретения "Новизна". Только совокупность существенных признаков предлагаемого способа позволяет достичь поставленную цель, поэтому признаки следует рассматривать в совокупности.

Пример опробования предлагаемого способа.

Результаты опробования приведены в таблице. Проводились последовательно выплавка стали различного состава, горячая прокатка до толщины 2,5 мм, травление, первая холодная прокатка до 0,75 мм, обезуглероживающий отжиг в интервале 830-870^oC, вторая холодная прокатка до толщины 0,35 мм, нанесение термостойкого покрытия и высокотемпературный отжиг при 1100-1200^oC с выдержкой 30 часов.

Формула изобретения

Способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, содержащей углерод, кремний, алюминий, медь, фосфор, горячую прокатку, травление, холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг в промежуточной толщине, вторую холодную прокатку, нанесение термостойкого покрытия, высокотемпературный отжиг и нанесение электроизоляционного покрытия, отличающийся тем, что выплавку стали осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,020 - 0,060
Кремний - 2,6 - 3,5
Алюминий - 0,008 - 0,030
Марганец - 0,10 - 0,30
Медь - 0,1 - 0,7
Фосфор - 0,015 - 0,15
Сера - 0,003 - 0,006
Хром - 0,03 - 0,06
Никель - ≅ 0,10
Железо и другие неизбежные примеси - Остальноеп

РИСУНКИ

Рисунок 1