Способ производства электротехнической анизотропной стали с повышенной проницаемостью
Изобретение относится к черной металлургии и может использоваться при производстве электротехнической анизотропной (трансформаторной) стали. Для упрощения технологии производства изготовления стали способ включает выплавку стали, содержащей в мас.%: 0,018-0,030 С; 2,9-3,3 Si; 0,15-0,30 Mn; 0,009-0,030 Al; 0,008-0,012 N2; 0,40-0,55 Cu, остальное железо и неизбежные примеси, непрерывную разливку стали, черновую и чистовую горячую прокатки, холодную прокатку в две стадии с промежуточным обезуглероживающим отжигом, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги, при этом в процессе горячей прокатки перед чистовой прокаткой сталь нагревают до температуры 1200-1260°С любым из известных способов, предпочтительно высокочастотным, и завершают прокатку при температуре 920-970°С. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии и может использоваться при производстве электротехнической анизотропной стали (ЭАС) с совершенной ребровой текстурой (текстура Госса-(110)[001]), из которой получают магнитопроводы преимущественно силовых трансформаторов.
Ребровая текстура формируется в ходе вторичной рекристаллизации на завершающих стадиях термообработки в условиях, когда нормальный рост зерен ограничен дисперсными включениями второй фазы. В зависимости от типа включений различают сульфидный, селеновый, сульфонитридный и нитридный варианты производства трансформаторной стали.
Помимо стабилизации структуры дисперсными включениями, важное значение имеет текстура матрицы перед вторичной рекристаллизацией. Лучшие результаты получаются при условии, если матрица представлена преимущественно октаэдрической составляющей {111}<112>(поглощаемая компонента) и ограниченной долей острой ребровой {110}<001> (поглощающая компонента). Оптимизация текстуры матрицы особенно важна при производстве стали с повышенной проницаемостью (индукция B800≥1,9Тл).
«Классическая» технология получения высокопроницаемой стали, внедренная в свое время японской фирмой «Nippon Steel», основана на холодной прокатке с высокой (>85%) степенью деформации [1]. Эта технология имеет две разновидности, одна из которых основана на создании эффективной ингибиторной фазы (AlN и MnS) на начальных этапах передела (выплавка и горячая прокатка), а вторая - на создании дисперсных нитридов алюминия на завершающих этапах термической обработки за счет процесса азотирования [3].
К недостаткам первого направления относится необходимость высокотемпературного нагрева слябов перед горячей прокаткой (Т≥1400°С) и связанных с этим серьезных технологических, энергетических и материальных затрат. Второе направление не обеспечивает должной стабильности процесса вследствие необходимости выдерживать весьма узкие «технологические коридоры» на стадии горячей прокатки, а также рафинирующей и химико-термической обработки (азотирование и обезуглероживание). Кроме того, оба направления ограничивают производительность многозвенной технологической цепи, что увеличивает затраты на передел.
Задачей изобретения является создание технологии производства высокопроницаемой анизотропной электротехнической стали.
Предлагаемая технология развивает действующую технологию, используемую российскими предприятиями, основанную на использовании нитридов алюминия для управления процессом структуротекстурообразования [4]. Одним из достоинств этой технологии является наличие благоприятной для получения высокопроницаемой стали поглощаемой (октаэдрической, {111}<112>) ориентировки.
Наиболее близким аналогом является известный способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, содержащей углерод, кремний, марганец, алюминий, азот, медь, непрерывную разливку стали, горячую прокатку, двухстадийную холодную прокатку и термообработку (RU 2137849C1, C21D 8/12, 20.09.1999).
Техническим результатом изобретения является совершенствование поглощающей (ребровой {110}<001>) ориентировки.
Для достижения технического результата в известном способе производства анизотропной электротехнической стали, включающем выплавку стали, содержащей углерод, кремний, марганец, алюминий, азот, медь, непрерывную разливку стали, горячую прокатку, двухстадийную холодную прокатку и термообработку, выплавляют сталь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,018-0,03 |
| кремний | 2,9-3,3 |
| марганец | 0,15-0,3 |
| алюминий | 0,0009-0,03 |
| азот | 0,008-0,012 |
| медь | 0,4-0,55, |
а в процессе горячей прокатки перед чистовой прокаткой ведут нагрев стали до 1200-1260°С и завершают прокатку при температуре 920-970°С.
Ниже в качестве примеров приведены результаты исследований, подтверждающих эффективность предлагаемого изобретения.
Металл для исследований выплавляли в кислородных конверторах и разливали на машинах непрерывного литья в слябы толщиной 250 мм из стали, содержащей в мас.%: 0,022 С; 0,25 Mn; 3,10 Si; 0,008 N; 0,018 Al; 0,48 Cu; остальное - неизбежные примеси и железо. Нагрев сляба производят в печи с шагающими балками до температуры 1250-1270°С, температура завершения горячей прокатки составляет 1040-1070°С, затем стальную полосу нагревают до температуры 1200-1260°С, проводят чистовую прокатку и заканчивают прокатку при 920-970°С на толщину полосы 2,5 мм. После чистовой прокатки полосу подвергают травлению, первой холодной прокатке на толщину 0,6 мм, обезуглероживающему отжигу, второй холодной прокатке на толщину 0,30 мм. Затем на полосы наносили суспендированный оксид магния и подвергали сталь высокотемпературному и выпрямляющему отжигам. Таблица иллюстрирует полученные результаты. Горячую прокатку осуществляли с нагревом и без нагрева перед чистовой горячей прокаткой.
| Таблица | |||||
| Влияние технологии горячей прокатки на магнитные свойства трансформаторной стали | |||||
| Вариант обработки | Наличие или отсутствие нагрева перед чистовой прокаткой | Температура нагрева полос перед чистовой прокаткой, °С | Температура конца горячей прокатки, °С | Магнитные свойства | |
| P1,7/50, Вт/кг | В800, Тл | ||||
| 1 | без подогрева | 1080 | 960 | 1,12 | 1,89 |
| 2 | -«- | 1160 | 980 | 1,16 | 1,87 |
| 3 | с подогревом | 1200 | 978 | 1,08 | 1,90 |
| 4 | - «- | 1220 | 980 | 1,04 | 1,91 |
| 5 | -«- | 1253 | 988 | 1,03 | 1,91 |
| 6 | -«- | 1260 | 1003 | 1,05 | 1,91 |
| 7 | -«- | 1270 | 1011 | 1,06 | 1,91 |
| 8 | -«- | 1279 | 1008 | 1,05 | 1,91 |
Из данных таблицы следует:
- нагрев полос перед чистовой прокаткой переводит металл нитридного варианта в группу сталей с высокой проницаемостью (В800≥1,90 Тл);
- за нижнюю границу нагрева можно принять 1200°С, а за верхнюю 1260°С, так как дальнейший нагрев не приводит к адекватному улучшению свойств.
Позитивное воздействие нагрева полос перед чистовой горячей прокаткой объясняется обострением ребровой текстуры в подповерхностных слоях горячекатаных полос, что в сочетании с благоприятной поглощаемой компонентой {111}<112>, характерной для нитридного варианта технологии, обеспечивает преимущественный рост совершенных ребровых зерен при вторичной рекристаллизации.
Преимущество предлагаемой технологии, основанной на нагреве полос перед чистовой горячей прокаткой, по сравнению с классической технологией с сульфонитридным ингибированием состоит в значительном упрощении всего технологического цикла (необязательность высокотемпературного нагрева слябов, отсутствие операции нормализации горячекатаных полос, высокая технологическая пластичность металла при переделе горячекатаных полос, уменьшение энергопотребления).
По сравнению с технологией, использующей азотирование холоднокатаных полос, предлагаемая технология выгодно отличается также меньшими затратами на передел и исключением необходимости масштабных реконструктивных работ.
Источники информации
1. N.Takahashi, Y.Ushigami, M.Yabumto. Production of very Low Core Loss Grain Oriented Silicon Steel. IEEE Trans MAG, 1986. P.4 90.
2. Патент США US 4473416, 1996 г.
3. Европейский патент ЕР 400549, 1990 г.
4. Российский патент №2137849, 2002 г.
Способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, содержащей углерод, кремний, марганец, алюминий, азот, медь, непрерывную разливку стали, горячую прокатку, двухстадийную холодную прокатку и термообработку, отличающийся тем, что выплавляют сталь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,018-0,03 |
| кремний | 2,9-3,3 |
| марганец | 0,15-0,3 |
| алюминий | 0,0009-0,03 |
| азот | 0,008-0,012 |
| медь | 0,4-0,55 |
| железо и | |
| неизбежные примеси | остальное |
при этом в процессе горячей прокатки перед чистовой прокаткой ведут нагрев стали до 1200-1260°С и завершают прокатку при температуре 920-970°С.
