Анизотропная электротехническая сталь и способ ее получения

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составу и способу получения анизотропной электротехнической стали. Предложена анизотропная электротехническая сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 2,6-3,6, медь 0,4-0,6, марганец от более 0,3 до 0,5, железо и неизбежные примеси - остальное. Способ производства анизотропной электротехнической стали включает выплавку стали, непрерывную разливку, горячую прокатку, двухстадийную или одностадийную холодную прокатку, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги. Причем при выплавке стали содержание углерода корректируют в зависимости от содержания марганца в пределах 0,30-0,50 мас. % согласно выражению: [С]=(0,095-0,15[Мn])±0,005, где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно, мас.%. Техническим результатом изобретения является улучшение качества грунтового слоя, стабилизация и улучшение абсолютного уровня магнитных свойств анизотропной стали, производимой по нитридному варианту технологии. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству анизотропной электротехнической стали, используемой для изготовления силовых, распределительных и др. трансформаторов.

Известна анизотропная электротехническая сталь, содержащая, мас.%: Кремний - 2,6-3,6 Алюминий - 0,006-0,20 Марганец - 0,04-0,30 Сера - 0,001-0,012 Железо и неизбежные примеси - Остальное (авт. св. СССР 1482962 А1 от 30.05.1987).

Из указанного источника известен способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, непрерывную разливку, горячую прокатку, холодную прокатку, обезуглероживающий и высокотемпературный отжиги.

В отличие от известного предлагаемый нитридный вариант имеет ряд преимуществ перед традиционным сульфидным вариантом технологии. Он позволяет: - получить более высокий уровень магнитных свойств, обусловленный преимуществом в степени совершенства ребровой текстуры; - уменьшить энергозатраты при производстве горячекатаного подката и при дальнейшем переделе, так как при нитридном варианте не требуется высокотемпературный нагрев слябов для растворения фазообразующих элементов и обезуглероживающий отжиг в конечной толщине продукта.

Однако при нитридном варианте серьезную трудность представляет получение качественного грунтового слоя электроизоляционного покрытия в связи с тем, что из технологического цикла исключен обезуглероживающий отжиг в конечной толщине продукта, при котором на поверхности формируется пленка фаялита. Проблема осложняется наличием меди в стали, производимой по нитридному варианту. Поэтому технология высокотемпературного отжига строится таким образом, чтобы пленка фаялита сформировалась на его начальных этапах. То есть в начале высокотемпературного отжига предпринимаются меры для сохранения окислительного потенциала атмосферы, а смену атмосферы на восстановительную по отношению к фаялиту производят после начала активного грунтообразования. Тем не менее достичь сплошности и равномерности грунтового слоя, характерных для сульфидного варианта, удается не всегда. Особенно это относится к прикромочному слою наружных витков рулонов, где вследствие ускоренного нагрева уже на ранних стадиях отжига увеличивается межвитковый зазор и соответственно увеличивается восстановительный потенциал при деградации грунтового слоя.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является анизотропная электротехническая сталь и способ ее получения, описанные в патенте RU 2142020 С1 от 27.11.1999. Указанная сталь содержит, мас.%: Углерод - 0,025-0,060
Кремний - 3,0-3,4
Марганец - 0,1-0,3
Медь - 0,4-0,6
Алюминий - 0,011-0,017
Азот - 0,007-0,012
Железо и неизбежные примеси - Остальное
Способ производства анизотропной электротехнической стали включает выплавку стали, содержащей углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, непрерывную разливку, горячую прокатку, две холодные прокатки, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги.

Концентрация марганца в известной стали составляет 0,1-0,30 мас.%, однако экспериментами, проведенными в промышленных условиях, установлено, что для получения качественного грунтового слоя этого содержания марганца недостаточно.

Основной задачей изобретения является получение качественного грунтового слоя электроизоляционного покрытия при обеспечении высокого уровня магнитных свойств.

Поставленная задача решается путем введения в сталь марганца в количестве, которое, как показали исследования, не только компенсирует негативное влияние меди, но и прививает стали "иммунитет" к изменению межвитковых зазоров по ширине и диаметру рулонов.

Для получения качественного грунтового слоя содержание марганца должно превышать 0,30 мас. %. Однако при увеличении содержания марганца выше 0,50 мас.% деградируют магнитные свойства стали.

Техническим результатом изобретения является улучшение качества грунтового слоя при стабилизации и улучшение абсолютного уровня магнитных свойств анизотропной стали, производимой по нитридному варианту технологии.

Сущность изобретения заключается в том, что предложенная анизотропная электротехническая сталь, содержащая кремний, медь, марганец и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Кремний - 2,6-3,6
Медь - 0,4-0,6
Марганец - От более 0,3 до 0,5
Железо и неизбежные примеси - Остальное
Приведенное соотношение компонентов соответствует составу готовой стали.

Способ производства заявленной анизотропной электротехнической стали включает выплавку стали, содержащей, углерод, кремний, медь, марганец и железо, непрерывную разливку, горячую прокатку, двухстадийную или одностадийную холодную прокатку, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги. Заявленный способ отличается тем, что при выплавке стали корректируют содержание углерода в зависимости от содержания марганца в пределах 0,30-0,50 мас.% согласно выражению:
[С]=(0,095-0,15[Mn])±0,005,
где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно мас.%.

В частности, в предложенном способе после разливки получают сталь, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 0,025-0,05
Кремний - 2,6-3,6
Медь - 0,4-0,6
Марганец - Более 0,3 - до 0,5
Алюминий - 0,006-0,04
Азот - 0,008-0,015
Сера - 0,001-0,015
Фосфор - 0,011-0,015
Желез и неизбежные примеси - Остальное
Сопутствующим эффектом от введения в сталь марганца является возможность достаточно надежно контролировать фазовое состояние стали в процессе горячей прокатки, что во многом определяет уровень магнитных свойств, обеспечивает стабилизацию и возможность улучшения абсолютного уровня магнитных свойств стали. Более того, во многих случаях для получения оптимальной концентрации аустенита (3-8%γ-фазы) в области температур 1000-1150^oС целесообразно заменить часть углерода на марганец с тем, чтобы облегчить процесс удаления углерода при обезуглероживающем отжиге. Установлено, что в рамках оговоренной концентрации марганца 0,30-0,50 мас.% соотношение между содержанием марганца и углерода должно соответствовать уравнению:
[С]=(0,095-0,15[Mn])±0,005,
где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно мас.%.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие эффективность введения марганца как для улучшения качества грунтового слоя, так и для стабилизации и улучшения абсолютного уровня магнитных свойств анизотропной стали, производимой по нитридному варианту технологии.

Примеры 1-11.

Металл выплавляли в кислородных конверторах с вариациями по концентрации марганца и углерода, представленными в табл. 1, при минимальных изменениях содержания других компонентов, в частности фазообразующих алюминия и азота.

После выплавки металл разливали на машинах непрерывного литья, слябы нагревали в печах с шагающими балками до температуры 1250-1270^oС и прокатывали на полосы толщиной 2,5 мм. Температура завершения черновой прокатки составляла 1070-1080^oС, конца чистовой прокатки 960-980^oС, смотки полос 560-580^oС. Далее металл обрабатывали по схеме: травление, первая холодная прокатка на толщину 0,65 мм, обезуглероживающий отжиг, вторая прокатка на толщину 0,30 мм, обезжиривание полос с последующим нанесением на них суспензии оксида магния, высокотемпературный отжиг, выпрямляющий отжиг с нанесением электроизоляционного покрытия. После проведения указанной термообработки содержание в готовой стали углерода, алюминия и азота снижается на порядок по сравнению с их содержанием в слябе после разливки.

Результаты исследования свойств стали представлены в табл. 2.

Из данных, представленных в табл. 2, следует.

1. При дополнительном легировании стали марганцем в количестве более 0,30 мас. % значительно улучшается качество поверхности полос. Особенно это относится к наружным виткам рулонов, что объясняется высокой плотностью грунтового слоя. Последнее подтверждается различиями в интенсивности стравливания грунтового слоя.

2. Для одновременного получения высокого качества поверхности и высокого уровня магнитных свойств необходимо компенсировать аустенитообразующее воздействие марганца некоторым уменьшением содержания углерода с тем, чтобы при горячей прокатке количество аустенита не превышало 8%. В противном случае происходит деградация магнитных свойств при высоком качестве поверхности. Чтобы избежать ухудшения свойств, соотношение между марганцем и углеродом должно соответствовать уравнению:
[С]=(0,095-0,15[Mn])±0,005,
где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно мас.%.

Формула изобретения

1. Анизотропная электротехническая сталь, содержащая кремний, медь, марганец и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %:
Кремний - 2,6-3,6
Медь - 0,4-0,6
Марганец - От более 0,3 до 0,5
Железо и неизбежные примеси - Остальное
2. Способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, содержащей углерод, кремний, медь, марганец и железо, непрерывную разливку, горячую прокатку, двухстадийную или одностадийную холодную прокатку, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги, отличающийся тем, что при выплавке стали корректируют содержание углерода в зависимости от содержания марганца в пределах 0,30-0,50 мас. % согласно выражению:
[С] = (0,095-0,15[Mn] )±0,005,
где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно, мас. %.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после разливки получают сталь, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас. %:
Углерод - 0,025-0,05
Кремний - 2,6-3,6
Медь - 0,4-0,6
Марганец - От более 0,3 до 0,5
Алюминий - 0,006-0,04
Азот - 0,008-0,015
Сера - 0,001-0,015
Фосфор - 0,011-0,015
Железо и неизбежные примеси - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2