Способ производства холоднокатаной полуобработанной электротехнической стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к процессам получения холоднокатаной полуготовой электротехнической стали (semi - processed). Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении электромагнитных свойств холоднокатаной полуготовой электротехнической стали. Указанный технический эффект достигают тем, что способ производства холоднокатаной полуготовой электротехнической стали включает горячую прокатку стального сляба, отжиг горячекатаной полосы, холодную прокатку и отжиг холоднокатаной полосы. Стальной сляб содержит, мас.%: кремний 0,2-2,6; алюминий 0,01-0,5; углерод не более 0,05; марганец 0,1-1,5; фосфор 0,01-0,16; серу не более 0,01. Температуру выдержки при отжиге горячекатаной полосы устанавливают по зависимости Тв=911+К•(Si-Mn), ^oС, где Тв - температура выдержки при отжиге горячекатаной полосы, ^oС; 911 - температура фазового превращения перлита в аустенит в чистом железе, ^oС; Si - содержание кремния в стали, мас. %; Mn - содержание марганца в стали, мас.%; К - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние содержания в стали кремния и марганца на температуру фазового превращения перлита в аустенит, равный 10-20^oС/%. Время выдержки при отжиге горячекатаной полосы устанавливают в пределах 80-200 с. Отжиг холоднокатаной полосы производят при температуре 780-850^oС с обезуглероживанием металла до содержания углерода ≤0,010%. После обезуглероживающего отжига холоднокатаной полосы при необходимости осуществляют дрессировку с обжатием 1,0-7,0%. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к процессам получения полуготовой электротехнической стали (semi-processed).

Наиболее близким по технической сущности является способ производства холоднокатаной полуготовой электротехнической стали (semi-processed), приведенный в патенте Японии 60-17014, С 21 D 8/12, от 11.07.1983 г. Способ предусматривает горячую прокатку заготовки раскисленной стали, содержащей (в %): углерода 0,02-0,1; кремния менее 1,0; марганца 0,1-1,0; алюминия менее 0,01; фосфора менее 0,15 и серы менее 0,025; обезуглероживающий отжиг горячекатаной полосы в течение 20 часов при 700-800^oС до содержания углерода менее 0,005%, холодную прокатку, отжиг холоднокатаной полосы в течение 5 минут при температуре не менее 750^oС и дрессировку отожженной стали за один проход с обжатием 3-15%.

Недостатком этого способа является невозможность получения оптимальной структуры и текстуры при обезуглероживающем отжиге горячекатаной полосы. Это объясняется тем, что, с одной стороны, имеет место неоднородность по содержанию углерода и структуре готовой стали. С другой стороны, не происходит необходимых текстурных изменений в стали вследствие отжига горячекатаной полосы при температуре ниже критической точки АС₃ (911^oС), что приводит к ухудшению магнитных свойств полуготовой электротехнической стали.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение электромагнитных свойств холоднокатаной полуготовой электротехнической стали.

Поставленная задача достигается выбором температуры выдержки в течение 80-200 с при отжиге горячекатаной полосы, содержащей, мас.%: 0,2-2,6 кремния; 0,01-0,5 алюминия; не более 0,05 углерода; 0,1-1,5 марганца; 0,01-0,16 фосфора; не более 0,01 серы по зависимости Тв=911+К•(Si-Mn), ^oС где Тв - температура выдержки при отжиге горячекатаной полосы, ^oС; 911 - температура фазового превращения перлита в аустенит в чистом железе, ^oС; Si - содержание кремния в стали, мас.%; Mn - содержание марганца в стали, мас.%; К - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние содержания в стали кремния и марганца на температуру фазового превращения перлита в аустенит, равный 10-20, ^oС/%, и последующим отжигом холоднокатаной стали-полосы при температуре 780-850^oС с обезуглероживанием металла до содержания углерода ≤0,010%.

При необходимости, после обезуглероживающего отжига производят дрессировку холоднокатаной полосы с обжатием 1-7%.

Необходимым условием получения высокого уровня электромагнитных свойств полуготовой электротехнической стали после отжига пластин элементов магнитопроводов у потребителя является получение в металле оптимального размера зерен и увеличение полюсной плотности кубической (200) и ребровой (220) ориентировок в текстуре. Из-за наличия структурной и текстурной наследственности указанные параметры холоднокатаной полуготовой электротехнической стали определяются структурой и текстурой горячекатаных полос, которые зависят от уровня температуры выдержки и ее длительности при отжиге горячекатаного металла.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что для получения оптимального количества кубической и ребровой ориентировок в текстуре горячекатаной полосы ее отжиг при расчетной температуре выдержки в зависимости от содержания кремния и марганца необходимо проводить в течение 80-200 c. Проведение отжига в течение времени менее 80 с приводит к уменьшению полюсной плотности кубической и ребровой ориентировок в текстуре, электромагнитные свойства полуготовой электротехнической стали при этом ухудшаются, а проведение отжига горячекатаной полосы в течение времени более 200 с увеличивает затраты на производство металла.

Диапазон значений эмпирического коэффициента "К" в пределах 10-20^oС/% объясняется влиянием содержания кремния и марганца на температуру фазовых превращений в металле. При меньших и больших значениях коэффициента "К" не будет обеспечиваться необходимая температура выдержки при отжиге горячекатаной полосы.

Последующий отжиг холоднокатаной стали-полосы необходимо проводить при температуре 780-850^oС с обезуглероживанием металла до содержания углерода ≤0,010%. С одной стороны, это позволяет получать отожженный прокат с высокими значениями предела текучести Gт, временного сопротивления Gт, твердости по Виккерсу НV₅, что обеспечивает способность стали к вырубке элементов магнитопроводов без заусенцев у потребителей. С другой стороны, в этом диапазоне температур обезуглероживающего отжига в процессе первичной и собирательной рекристаллизации обеспечивается формирование однородной структуры металла по толщине полосы. Напряжения, возникающие в стали в локальных объемах при диффузии углерода от середины толщины полосы к поверхности в условиях обезуглероживающего отжига, приводят к увеличению поверхностной энергии зерен ориентировок (200), (220), что стимулирует их рост при последующем отжиге пластин элементов магнитопровода у потребителя.

Проведение обезуглероживающего отжига холоднокатаной стали-полосы при температуре ниже 780^oС не обеспечивает оптимального обезуглероживания металла. Содержание углерода в стали в этом случае превышает 0,010%, что вызывает трудности при проведении заключительного отжига пластин элементов магнитопроводов у потребителя.

В случае обезуглероживающего отжига холоднокатаной стали-полосы при температуре более 850^oС увеличивается разнозеренность металла, что приводит к снижению поверхностной энергии зерен ориентировок (200), (220).

Электромагнитные свойства полуготовой электротехнической стали при этом снижаются.

Диапазон значений величин обжатия холоднокатаной стали-полосы в процессе дрессировки в пределах 1-7% объясняется необходимостью получения оптимального размера микрозерна полуготовой электротехнической стали после последующего отжига элементов магнитопроводов у потребителя. При больших и меньших значениях не будет обеспечиваться оптимальная величина зерна, что приведет к повышению ваттных потерь в магнитопроводах.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ производства холоднокатаной полуготовой электротехнической стали осуществляют следующим образом.

Пример. В процессе производства холоднокатаной полуготовой электротехнической стали стальной сляб массой 20 т, содержащий, мас.%: Si=1,40%; А1=0,30%; С=0,04%; Мn=0,80%; Р=0,10%; S=0,008%;
остальное железо и неизбежные примеси, подвергали горячей прокатке на толщину 2,2 мм. Затем производили отжиг горячекатаной полосы в течение 140 с при температуре выдержки Тв=920^oС (эмпирический коэффициент К=15^oС/%).

Далее полосу подвергали травлению и холодной прокатке на толщину 0,56 мм. Холоднокатаную полосу отжигали при температуре 815^oС с обезуглероживанием металла до содержания углерода в стали 0,006%.

При необходимости после обезуглероживающего отжига производили дрессировку металла с обжатием 4,0%.

Отжиг тестируемых эйнштейновских образцов для определения магнитных свойств элементов магнитопроводов производили по режимам в соответствии с требованиями стандартов EN 10165, ASTM A-683M-91.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом и пятом примерах вследствие несоответствия режимных параметров производства стали необходимым значениям не обеспечиваются оптимальные величины магнитных свойств пластин элементов магнитопроводов.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие соответствия режимных параметров производства стали необходимым значением обеспечиваются повышенные магнитные свойства пластин элементов магнитопроводов.

Применение изобретения позволяет улучшить электромагнитные свойства пластин магнитопроводов, в том числе снизить удельные магнитные потери Р 1,5/50 на 0,20-0,45 Вт/кг и увеличить относительную пиковую магнитную проницаемость металла M 1,5/50 на 165-500 единиц после отжига пластин элементов магнитопроводов у потребителя.

Формула изобретения

1. Способ производства холоднокатаной полуготовой электротехнической стали, включающий горячую прокатку стального сляба, отжиг горячекатаной полосы, холодную прокатку и отжиг холоднокатаной полосы, отличающийся тем, что температуру выдержки при отжиге горячекатаной полосы, содержащей, мас. %: 0,2-2,6 кремния; 0,01-0,5 алюминия; не более 0,05 углерода; 0,1-1,5 марганца; 0,01-0,16 фосфора; не более 0,01 серы устанавливают по зависимости
Tв= 911+К•(Si-Mn), ^oС
где Тв - температура выдержки при отжиге горячекатаной полосы, ^oС;
911 - температура фазового превращения перлита в аустенит в чистом железе, ^oС;
Si - содержание кремния в стали, мас. %;
Mn - содержание марганца в стали, мас. %;
К - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние содержания в стали кремния и марганца на температуру фазового превращения перлита в аустенит, равный (10-20)^oС/%,
выдержку при этой температуре осуществляют в течение 80-200 с, а отжиг холоднокатаной стали-полосы производят при температуре 780-850^oС с обезуглероживанием металла до содержания углерода ≤0,010%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после обезуглероживающего отжига холоднокатаной полосы осуществляют дрессировку с обжатием 1,0-7,0%.

РИСУНКИ

Рисунок 1