Анизотропная электротехническая сталь и способ ее получения

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению анизотропной электротехнической стали. В литом состоянии после выплавки сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,025 - 0,06; марганец 0,30 - 0,50; кремний 3,00 - 3,60; алюминий 0,011 - 0,017; азот 0,004 - 0,012; медь 0,40 - 0,60; железо и неизбежные примеси - остальное. В качестве неизбежных примесей сталь может содержать серу и фосфор не более 0,02 мас.%. Сталь подвергают непрерывной разливке, горячей прокатке, одно- или двустадийной холодной прокатке, обезуглероживающему, высокотемпературному и выпрямляющему отжигу. При внепечной обработке соотношение между содержанием углерода, марганца и кремния корректируют согласно выражению [Si] = {3,2 + 20 ([С] -0,035) + 0,5 ([Mn] - 0,4) ± 0,07, где [Si], [С], [Mn] - содержание кремния, углерода и марганца в литом металле (в мас.%). Техническим результатом изобретения является улучшение качества электроизоляционного покрытия, повышение магнитных свойств стали, снижение потерь на вихревые токи при одновременном повышении степени совершенства текстуры в результате стабилизации фазового состава при горячей прокатке. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству анизотропной электротехнической стали, используемой для изготовления трансформаторов, а также турбо- и гидрогенераторов.

Известна анизотропная электротехническая сталь, в литом состоянии содержащая, мас.%: углерод 0,025-0,060; кремний 3,0-3,4; медь 0,4-0,6; марганец 0,1-0,3; алюминий 0,011-0,017; азот 0,007-0,012; железо и примеси - остальное (патент Российской Федерации №2142020 С1, 27.11.1999). Эта сталь является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по пункту 1 формулы.

Известна анизотропная электротехническая сталь, в готовом виде содержащая, мас.%: кремний 2,6-3,6; медь 0,4-0,6; марганец 0,3-0,5; железо и примеси - остальное (патент Российской Федерации №2181786 С1, 27.04.2002). Способ получения этой стали является наиболее близким аналогом изобретения по пункту 2 заявленной формулы. Известный способ включает выплавку металла, непрерывную разливку, горячую прокатку, одно- или двустадийную холодную прокатку, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги. При выплавке производят корректировку содержания углерода в зависимости от содержания марганца в пределах 0,3-0,5 маc.% согласно выражению [С]=(0,095-0,15[Мn])±0,005, где [С] и [Mn] - содержание углерода и марганца в стали в литом состоянии (в мас.%). Использование известного технического решения позволяет существенно улучшить качество электроизоляционного покрытия, в частности повысить выход стали высокой категории качества поверхности, увеличить сплошность и жаростойкость покрытия. Кроме того, за счет выбора правильного соотношения между основными аустенитообразующими компонентами: углеродом и марганцем, стабилизированы и повышены магнитные свойства стали, в результате чего достигнуто уменьшение потерь на гистерезис.

В процессе дальнейших исследований было установлено, что сталь, модифицированная марганцем в пределах 0,3-0,5 мас.%, имеет дополнительный потенциал улучшения магнитных свойств. Также было установлено, что регулирования соотношения только между углеродом и марганцем недостаточно для получения наиболее высоких значений магнитных свойств.

Основной задачей настоящего изобретения является получение максимально высоких магнитных свойств при сохранении высокого уровня качества покрытия, характерного для технологии, описанной в патенте РФ № 2181786 С1.

Для решения поставленной задачи получения анизотропной электротехнической стали корректировку состава при внепечной обработке проводят регулированием не только аустенитообразующих элементов: углерода и марганца, но и ферритообразующего элемента - кремния.

Техническим результатом изобретения является снижение удельных потерь электроэнергии (Вт/кг) за счет, во-первых, возможности повышения концентрации кремния и уменьшения потерь на вихревые токи и, во-вторых, стабилизации фазового состава, т.е. соотношения между аустенитом и ферритом при горячей прокатке.

Основной эффект в предлагаемом решении связан с выбором максимального для базового состава стали содержания кремния как основного легирующего элемента, увеличивающего электросопротивление стали и, следовательно, снижающего потери на вихревые токи. Следует отметить, что этот эффект возможен при нитридном варианте производства стали в связи с повышенной пластичностью металла.

Дополнительный эффект, выражающийся в повышении совершенства текстуры, достигается за счет более точного учета и регулирования фазового состава при горячей прокатке.

Сущность изобретения заключается в том, что анизотропная электротехническая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, медь, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, в литом состоянии содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,025-0,060

Марганец 0,30-0,50

Кремний 3,00-3,60

Медь 0,40-0,60

Алюминий 0,011-0,017

Азот 0,004-0,012

Железо и неизбежные примеси Остальное

при этом

[Si]={3,2+20([С]-0,035)+0,5([Mn]-0,4)}±0,07,

где [Si], [С], [Mn] - содержание кремния, углерода и марганца соответственно (в мас.%).

Способ получения заявленной анизотропной электротехнической стали включает выплавку стали, содержащей углерод, марганец, кремний, медь, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, корректировку состава при внепечной обработке, непрерывную разливку, горячую прокатку литой стали, двустадийную или одностадийную холодную прокатку, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги. При этом при внепечной обработке проводят корректировку содержания кремния, углерода и марганца в соответствии с соотношением

[Si]={3,2+20 ([С]-0,035)+0,5([Mn]-0,4)}±0,07,

где [Si], [С], [Mn] - содержание кремния, углерода и марганца соответственно (в мас.%).

В качестве неизбежных примесей сталь может содержать серу и фосфор в количестве не более 0,02 мас.% каждого.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие эффективность корректировки состава стали для решения задачи достижения минимальных магнитных потерь при высоком качестве грунтового слоя, характерного для стали с повышенным содержанием марганца.

Пример

Металл выплавляют в кислородных конвертерах. Состав стали корректируют на агрегате доводки стали или в печи-ковше, разливку производят на МНЛЗ.

Состав стали представлен в таблице 1. Слябы нагревают в печах с шагающими балками до температуры 1250-1270°С. Горячую прокатку производят на широкополосном стане. Температура завершения черновой прокатки составляет 1060-1080°С, чистовой 930-960°С, смотки полос 560-580°С. Передел горячекатаного подката осуществляют по схеме: травление, первая холодная прокатка на толщину 0,65 мм, обезуглероживающий отжиг, вторая холодная прокатка на толщину 0,30 мм, химическое обезжиривание, нанесение термостатического покрытия из суспензии окиси магния, высокотемпературный отжиг, выпрямляющий отжиг с нанесением электроизоляционного покрытия.

Из результатов исследований, представленных в таблице 2, следует, что:

1. Подтверждена позитивная роль легирования стали марганцем в отношении улучшения качества поверхности стали.

2. Подтверждено, что регулирования соотношения только между углеродом и марганцем недостаточно для получения наиболее высоких значений магнитных свойств. Так, при использовании расчетного соотношения для корректировки состава стали с соблюдением требований по патенту РФ №2181786 в плавке 2 значения индукции несколько занижено вследствие повышенной концентрации кремния и, следовательно, недостатка аустенита при горячей прокатке.

3. В плавке 1 магнитные потери занижены из-за относительно низкой концентрации кремния и, следовательно, повышены потери на вихревые токи.

4. В плавках 3-6 (особенно в плавке 6) получены минимальные потери Р_1,5/50, поскольку при корректировке состава стали, с одной стороны, учтены изменения концентрации кремния, который как углерод и марганец влияет на образование и распад аустенита при горячей прокатке и, с другой стороны, концентрация кремния в этих плавках близка к максимальной для конкретных концентраций аустенитообразующих элементов, что обеспечивает уменьшение общих удельных потерь.

Таким образом, улучшение магнитных свойств достигнуто при соблюдении следующего соотношения между основными компонентами стали:

[Si]={3,2+20([С]-0,035)+0,5([Mn]-0,4)}±0,07.

Формула изобретения

1. Анизотропная электротехническая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, медь, алюминий, азот, неизбежные примеси и железо, отличающаяся тем, что в литом состоянии она содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %:

Углерод 0,025-0,060

Марганец 0,30 - 0,50

Кремний 3,00 - 3,60

Медь 0,40 - 0,60

Алюминий 0,011-0,017

Азот 0,004-0,012

Железо и неизбежные примеси Остальное

при этом [Si] = {3,2 + 20 ([С] - 0,035) + 0,5 ([Mn] - 0,4)} ± 0,07, где [Si], [С], [Mn] - содержание кремния, углерода и марганца соответственно, маc. %.

2. Способ получения анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, содержащей углерод, марганец, кремний, медь, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, корректировку состава при внепечной обработке, непрерывную разливку, горячую прокатку литой стали, двустадийную или одностадийную холодную прокатку, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги, отличающийся тем, что при внепечной обработке осуществляют корректировку содержания кремния, углерода и марганца в следующем соотношении:

[Si] = {3,2 + 20 ([C] - 0,035) + 0,5 ([Mn] - 0,4)} ± 0,07,

где [Si], [С], [Mn] - содержание кремния, углерода и марганца соответственно, мас.%.