Способ производства изотропной электротехнической стали с повышенной магнитной индукцией
Владельцы патента RU 2266340:
Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" (ОАО "НЛМК") (RU)
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к способам получения изотропной электротехнической стали. Технический результат при использовании изобретения заключается в повышении уровня магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости холоднокатаной изотропной электротехнической стали. Указанный технический результат достигается тем, что способ производства изотропной электротехнической стали с повышенной магнитной индукцией включает выплавку, горячую прокатку, нормализацию горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при этом выплавляют сталь с соотношением содержания фосфора к алюминию в соответствии с условием [Р,(%)/Al,(%)]≥1,0 при следующем содержании компонентов, мас.%: фосфора 0,08-0,30; алюминия 0,03-0,30; углерода не более 0,04; кремния не более 2,65; марганца не более 1,5; серы не более 0,012; железо и неизбежные примеси остальное, а полученную после горячей прокатки полосу подвергают нормализации при температуре 850-1000°С, где Р - содержание фосфора в стали, мас.%; Al - содержание алюминия в стали, мас.%. 1 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству изотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электротехнической аппаратуры.
Одним из основных требований качества такой стали является высокий уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости. Во многом, эти характеристики определяются химическим составом, технологией обработки стали. Одним из способов улучшения магнитных свойств кремнистой изотропной электротехнической стали является легирование ее фосфором и алюминием и проведение нормализации горячекатаной полосы.
Известен способ получения холоднокатаной изотропной электротехнической стали (а.с. СССР 1786134, С 21 Д 8/12, 1993 г.), содержащей 0,02-0,05% С; 0,1-0,4% Mn; 1,5-3,3% Si; 0,3-0,6% Al; 0,02-0,1% Р, включающий выплавку, горячую прокатку, нормализацию, травление, однократную прокатку на конечную толщину и обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг. При введении в эту сталь фосфора и алюминия нормализацию проводят при температуре 810-830°С.
Недостатком этого способа является относительно невысокая степень легирования стали по фосфору при высоком содержании алюминия и низкий уровень температур нормализационной обработки горячекатаной полосы, что обуславливает, с одной стороны, повышение содержания в металле мелкодисперсных оксидов, основную долю которых составляет Al2O3, с другой стороны, снижение полюсной плотности кубических ориентировок {200} и {310}. Магнитные свойства готовой изотропной электротехнической стали при этом ухудшаются.
Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности является способ изготовления изотропной электротехнической стали, приведенный в патенте Германии, заявка №19918484 от 23.04.1999 г., в котором для улучшения магнитных свойств кремнистой изотропной электротехнической стали также используют фосфор и алюминий.
Способ включает горячую прокатку стального сляба, содержащего, мас.%: углерода 0,06; кремния 0,02-2,5; алюминия не более 0,40; марганца 0,05-1,0; фосфора 0,08-0,25 до толщины не более 3,5 мм, отжиг горячекатаной полосы при температуре 650-850°С, травление и холодную прокатку на толщину 0,2-1,0 мм с общей степенью деформации не более 85%, рекристаллизационный отжиг холоднокатаной стали при температуре 580-780°С и дрессировку металла с обжатием 15%.
Однако в этом способе не учитывается влияние химического состава, соотношение фосфора к алюминию в металле выбирают произвольно, что приводит к увеличению содержания в стали мелкодисперсного оксида Al2O3, горячекатаную полосу отжигают при невысоких температурах, а на заключительной стадии технологического процесса производят дрессировку. Это снижает уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.
Технической задачей предлагаемого изобретения являются улучшение магнитных свойств, а именно увеличение уровня магнитной индукции и величины относительной пиковой магнитной проницаемости.
Необходимым условием повышения магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости является высокая степень чистоты металла по содержанию оксида Al2O3, формирование оптимального размера микрозерна и увеличение в металле полюсной плотности кубических ориентировок {200} и {310}.
В предлагаемом изобретении снижение в стали доли мелкодисперсного оксида Al2O3 достигается при выплавке металла с соотношением содержания фосфора к алюминию в соответствии с условием
при следующем содержании компонентов, мас.%:
фосфор 0,08-0,30; алюминий 0,03-0,30; углерод не более 0,04; кремний не более 2,65; марганец не более 1,5; сера не более 0,012; железо и неизбежные примеси остальное,
где Р - содержание фосфора в стали, мас.%;
Al - содержание алюминия в стали, мас.%.
Введение в сталь фосфора обеспечивает рафинирование металла, так как он, обладая большим сродством с кислородом (О2), забирает его на себя и способствует очистке стали от этой вредной примеси, действие которой проявляется в образовании мелкодисперсного оксида Al2O3.
Проведенные исследования позволяют утверждать, что степень легирования стали по фосфору должна быть не менее степени легирования по алюминию. В этом случае достигается существенное снижение в стали доли оксида Al2O3. При уменьшении содержания в стали фосфора относительно содержания алюминия соотношение 
количество растворенного кислорода в металле возрастает, что приводит к повышению доли оксида Al2O3 и ухудшению магнитных свойств.
Нормализационную обработку горячекатаной полосы из такой стали необходимо проводить при температуре 850-1000°С. При этом обеспечивается получение однородной структуры по сечению полосы и увеличение в металле полюсной плотности кубических ориентировок, которые наследуются при последующих технологических операциях.
Проведение нормализации горячекатаной полосы при температуре менее 850°С обуславливает неполную рекристаллизацию горячекатаного металла. В структуре горячекатаной полосы имеет место наличие полигонизованных зон, что предопределяет разнозеренность микроструктуры готовой стали. Относительная пиковая магнитная проницаемость готовой стали при этом понижается.
А проведение нормализации горячекатаной полосы при температуре более 1000°С в азотосодержащих атмосферах приводит к диффузии азота (N2) в металл с образованием нитридов алюминия, что снижает полюсную плотность кубических ориентировок и уровень магнитной индукции готовой изотропной электротехнической стали.
Предлагаемый способ распространяется на изотропные электротехнические стали с содержанием кремния до 2,65%. Результаты исследований показали, что при выполнении условия обработка стали со степенью легирования металла по кремнию более 2,65% затруднена из-за повышения ее жесткости.
Анализ 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".
Применение изобретения позволяет улучшить магнитные свойства изотропной электротехнической стали, в том числе повысить магнитную индукцию В2500 на 0,02-0,03 тл и относительную пиковую магнитную проницаемость μ1,5/50 на 300-500 единиц.
Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.
Способ производства изотропной электротехнической стали с повышенной магнитной индукцией осуществляют следующим образом.
Пример.
Выплавляли изотропную электротехническую сталь с соотношением содержания фосфора к алюминию, равным
при содержании фосфора 0,15%; алюминия 0,12%; углерода 0,03%; кремния 1,24%; марганца 0,35%; серы 0,005%; железо остальное.
Сталь разливали в слябы и производили горячую прокатку на толщину 2,2 мм.
Горячекатаную полосу подвергали нормализации при температуре 930°С, затем производили травление, холодную прокатку на толщину 0,5 мм и термообработку холоднокатаной полосы.
В таблице 1 приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.
| Таблица 1. Магнитные свойства изотропной электротехнической стали. | |||||||
| № п/п | Содержание элементов, % | Соотношение | Температура нормализации горячекатаной полосы, °С | Магнитные свойства | |||
| Р | А1 | Si | В2500, тл | μl,5/50 | |||
| 1 | 0,30 | 0,05 | 0,09 | 6,00 | 850 | 1,70 | 2850 |
| 2 | 0,28 | 0,06 | 0,12 | 4,66 | 1000 | 1,69 | 2760 |
| 3 | 0,24 | 0,08 | 0,20 | 3,00 | 950 | 1,68 | 2705 |
| 4 | 0,20 | 0,20 | 0,50 | 1,00 | 880 | 1,67 | 2640 |
| 5 | 0,15 | 0,12 | 1,24 | 1,25 | 930 | 1,66 | 2300 |
| 6 | 0,14 | 0,10 | 2,07 | 1,40 | 990 | 1,64 | 2120 |
| 7 | 0,08 | 0,08 | 2,65 | 1,00 | 850 | 1,63 | 1950 |
| 8* | 0,28 | 0,30 | 0,12 | 0,93 | 1010 | 1,66 | 2270 |
| 9* | 0,20 | 0,27 | 0,50 | 0,74 | 880 | 1,65 | 2220 |
| 10* | 0,08 | 0,09 | 2,64 | 0,89 | 840 | 1,61 | 1640 |
| 11** | 0,08 | 0,08 | 2,80 | 1,00 | - | - |
* - обработка без учета режимных параметров производства стали;
** - хрупкий металл обработке не подвергался.
Способ производства изотропной электротехнической стали с повышенной магнитной индукцией, включающий выплавку, горячую прокатку, нормализацию горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, отличающийся тем, что выплавляют сталь с соотношением содержания фосфора к алюминию в соответствии с условием
при следующем содержании компонентов, мас.%:
фосфора 0,08-0,30; алюминия 0,03-0,30; углерода не более 0,04; кремния не более 2,65; марганца не более 1,5; серы не более 0,012; железо и неизбежные примеси остальное, а полученную после горячей прокатки полосу подвергают нормализации при температуре 850-1000°С,
где Р - содержание фосфора в стали, мас.%;
Al - содержание алюминия в стали, мас.%.
