Способ производства полос из электротехнической изотропной стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству изотропной электротехнической стали, используемой в магнитопроводах вращающихся аппаратов (двигатели, генераторы). Техническим результатом изобретения является получение стабильно высоких магнитных свойств при одновременном удешевлении процесса изготовления. Металл выплавляют в конверторе следующего состава: С - 0,03%; S - 0,006%; Mn - 0,17%; Si - 1,54%; Al - 0,38%; N₂ - 0,006%. Разливают в слябы. Сляб нагревают до 1120^oС. Подвергают горячей прокатке с температурой ее окончания 830^oС, сматывают в рулон при 670^oС, подвергают травлению, холодной прокатке и обезуглероживающему отжигу при 950^oС. 3 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству изотропной электротехнической стали, используемой в магнитопроводах вращающихся аппаратов (двигатели, генераторы).

К изотропной электротехнической стали предъявляются требования: ограничение анизотропии магнитных свойств, обеспечение заданного уровня магнитной индукции и магнитных потерь. Удовлетворение этих требований достигается за счет оптимизации размеров зерен (0,07-0,2 мм) [1].

Известен способ получения электротехнической листовой стали, включающий непрерывную разливку стали, содержащей ≅0,04% углерода, 1,5-4,0% кремния, остальное железо и неизбежные примеси, получение сляба, предварительное черновое обжатие сляба на 10-70% при температуре 1000-1300^oC, горячую прокатку сляба, холодную прокатку, отжиг [2].

Известен способ изготовления электротехнической листовой стали, включающий получение стали, содержащей: 0,02% C, 0,5-3,5% Si, 0,1-1,0% A1, 0,1-1,0% Mn, не более 0,007% S, 0,005-0,3 Sb, остальное железо, горячую прокатку сляба, отжиг при 700-950^oC, холодную прокатку и отжиг [3].

Удовлетворение вышеуказанных требований в способе решается за счет ограничения активности компонентов (главным образом серы, азота, углерода), образующих неметаллические включения, препятствующие росту зерен. Как правило стремятся связать азот в нерастворимые нитриды, что реализуется введением в сталь 0,2-0,6% A1.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный способ получения изотропной электротехнической стали, включающий выплавку металла, внепечную обработку стали, разливку стали в слябы, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку горячекатанных рулонов, двукратную холодную прокатку и термообработку полосы [4].

Техническим результатом изобретения является получение стабильно высоких магнитных свойств при одновременном удешевлении процесса изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства полос из электротехнической изотропной стали, включающем выплавку металла, внепечную обработку, разливку, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку горячекатанных рулонов, холодную прокатку и термообработку полосы, при этом нагрев слябов осуществляют до температуры 1100-1150^oC, температуру завершения горячей прокатки устанавливают в переделах 800-850^oC, а температуру смотки рулонов поддерживают в пределах 650-700^oC. В процессе внепечной обработки стали осуществляют вакуумирование нераскисленного металла с одновременной продувкой его через днище ковша до концентрации углерода менее 0,007%, с последующим легированием кремнием и алюминием и удалением серы путем наведения рафинирующего шлака. Термообработку полос осуществляют при температурах 880-950^oC с выдержкой в течение 1-5 минут в азотоводородной неувлажненной смеси. Холодную деформацию проводят в одну стадию.

В приведенных ниже примерах обосновывается эффективность описанных приемов улучшения и стабилизации магнитных свойств.

Пример 1. Металл (C 0,03-0,045%; Mn 0,15-0,22%; Si 1,35-1,60%; Al 0,3-0,5%; N 0,005-0,007%) выплавляли в кислородных конверторах емкостью 150 т; подвергали внепечной обработке с легированием в ковше, порционным вакуумированием, продувкой аргоном через фурму, далее разливали на машинах непрерывного литья на слябы толщиной 220 мм. Слябы нагревали в печах с шагающими балками до разных температур в пределах 1100-1150^oC, прокатывали на промежуточную толщину 30 мм. Температуру завершения чистовой деформации варьировали в пределах 800-850^oC, а температуру смотки полосы - 650-700^oC. Затем следовали травление полос, холодная прокатка с 2,2 до 0,5 мм и обезуглероживающий отжиг в атмосфере увлажненной азотоводородной смеси (H - 25%, N - 75%, температура точки росы - плюс 45^oC) при температуре 890-910^oC.

Основные результаты исследований представлены на фиг. 1-3. Из данных этих фигур следуют очевидные тенденции к улучшению магнитных свойств по мере уменьшения температуры нагрева слябов и завершения горячей прокатки, а также увеличения температуры смотки полос.

Для получения требуемых магнитных свойств температура нагрева слябов не должна превышать 1150^oC. Нижний предел температуры нагрева (1100^oC) ограничен возможностями последующей деформации. Верхний предел температуры конца горячей прокатки составляет 850^oC (дальнейшее увеличение температуры приводит к ухудшению свойств), нижний - 800^oC - перегрузкой клетей чистовой группы. При температуре смотки полос более 650^oC горячекатанный прокат характеризуется достаточно крупнозернистой структурой (d_ср - 0,03-0,05 мм). Вместе с тем, при температуре смотки более 700^oC резко ухудшается травимость окалины, что вызывает известные трудности при травлении и холодной прокатке.

Пример 2. Как и в примере 1, металл выплавляли в кислородных конверторах (C - 0,03%; S - 0,006%; Mn - 0,17%; Si - 1,54%; Al - 0,38%; N - 0,006%) и разливали на машинах непрерывного литья. Нагрев слябов осуществляли до температуры 1120^oС, горячую прокатку завершали при температуре 830^oC, смотку полос производили при температуре 670^oC. Таким образом, в рамках одного эксперимента использовали все три приема улучшения магнитных свойств.

Высокий уровень свойств стали (B₂₅₀₀ - 1,63-1,64 Тл, ΔB₂₅₀₀ - 0,07-0,08 Тл, P_1,5/50 - 3,6-3,9 Вт/кг) иллюстрирует возможности процесса, реализация которого не требует использования специальных мер и может быть реализована практически на любом листопроизводящем заводе.

Еще большими возможностями обладает технология, при которой операция удаления углерода при термообработке может быть исключена из технологического цикла, а рекристализационный отжиг осуществлен при низком окислительном потенциале атмосферы, что следует из примера 3.

Пример 3. Выплавленный в конверторе металл (сталь, содержащую 0,035% C) в нераскисленном состоянии подвергали вакуумной обработке на установке порционного типа с одновременной продувкой аргоном через пористые пробки в днище ковша, что значительно интенсифицировало процесс удаления углерода. Остаточная концентрация углерода составила 0,004% (без продувки - 0,01%). Затем производили легирование металла кремнием и алюминием, наводили рафинирующий шлак присадками извести и плавикового шпата (1,0-1,5% от веса металла), и осуществляли нагрев металла в печи-ковше до 1600^oC и его перемешивание со шлаком за счет дополнительной продувки аргоном. Перед разливкой металл содержал 0,004-0,006% C; 0,004-0,008% S; 1,45-1,52% Si; 0,38-0,49% Al; 0,005-0,007% N. Нагрев слябов, горячую прокатку и смотку полосы производили, соответственно, при температурах 1120, 820, 680^oC. Концентрация углерода в горячекатанных полосах составляла 0,002-0,004%, что позволило при завершающем обезуглероживающем отжиге уменьшить окислительный потенциал атмосферы (H - 25%, N - 75%, температура точки росы - минус 5-10^oC). Эти приемы способствовали дальнейшему уменьшению магнитных потерь P_1,5/50 до 3,3-3,6 Вт/кг и увеличению индукции B₂₅₀₀ до 1,63-1,65 Тл.

Описанные выше закономерности подтверждаются также и при производстве высоколегированной стали.

Пример 4. Выплавленный металл с концентрацией углерода 0,038%, полученный в конверторе, подвергали порционному вакуумированию с продувкой металла аргоном через шибер в днище ковша. Концентрация углерода в результате вакуумирования уменьшилась до 0,008%. После вакуумирования металл через шиберный затвор переливали во второй ковш, на дно которого предварительно были загружены ферросилиций, алюминий и твердый синтетический шлак (CaO 20%, CaF 20%). После перелива металл содержал: C 0,008%; Mn 0,16%; Si 3,12%; Al 0,93%; S 0,002%; N 0,007%. Слитки весом в 12 т прокатывали на обжимном стане на слябы весом 4,8 т, которые нагревали перед прокаткой до 1100^oC. После черновой прокатки (толщина раската 24 мм) полосы догревали в специальных проходных печах и прокатывали в широкополосовом стане на толщину 2,2 мм. Температура конца горячей прокатки составляла 830^oC, температура смотки полосы-650^oC. В дальнейшем, после травления металл прокатывали на толщину 0,5 и 0, 35 мм и подвергали обезуглероживающему отжигу при температуре 940-950^oC в увлажненной азото-водородной смеси (H-25%, N- 75%, температура точки росы-плюс 45^oC).

Готовый металл характеризовался следующим уровнем магнитных свойств (cм. таблицу).

Отметим, что благодаря уменьшению содержания углерода и ограничению температуры прокатки, пластичность полос была вполне достаточной для того, чтобы деформировать металл, содержащий суммарную концентрацию кремния и алюминия более 4%, до толщины 0,35 мм.

Таким образом, использование приемов, описанных в настоящем изобретении, позволяет получить высокий уровень качественных показателей при разной степени легирования электротехнической изотропной холоднокатанной стали.

Использованная литература 1. Цырлин М.Б. Автореферат докторской диссертации "Принципы и методы модифицирования и управления структурой электротехнических сталей", Москва, 1997.

2. Патент US 4066479, НКИ 148-11. H 01 F 1/04.

3. Патент US 4204890, НКИ 148-11. H 01 F 1/04.

4. A.C. SU 1507822 Al, C 21 D 8/12, 15.09.1989.

Формула изобретения

1. Способ производства полос из электротехнической изотропной стали, включающий выплавку металла, внепечную обработку, разливку, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку горячекатаных рулонов, холодную прокатку и термообработку полосы, отличающийся тем, что нагрев слябов осуществляют до 1100-1150^oC, температуру завершения горячей прокатки устанавливают в пределах 800-850^oC, а температуру смотки рулонов поддерживают в пределах 650-700^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе внепечной обработки стали осуществляют вакуумирование нераскисленного металла с одновременной продувкой его через днище ковша до концентрации углерода менее 0,007%, с последующим легированием кремнием и алюминием и удалением серы путем наведения рафинирующего шлака.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что термообработку полос осуществляют при температурах 880-950^oC с выдержкой в течении 1 - 5 мин в азото-водородной неувлажненной смеси.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что холодную прокатку проводят в одну стадию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4