Способ производства высококремнистой изотропной электротехнической стали
Владельцы патента RU 2442832:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)
Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству холоднокатаной изотропной электротехнической стали четвертой группы легирования. Для повышения магнитных свойств слябы из стали с содержанием кремния 2,8-3,8% нагревают, подвергают горячей прокатке, холодной прокатке, проводят совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг или рекристаллизационный отжиг при температуре не ниже 900°С, при этом температуру конца горячей прокатки поддерживают в интервале 780-860°С, после чего полосу охлаждают водой до температуры 580-630°С, причем нагрев холоднокатаной полосы при отжиге сначала ведут до температуры 480-520°С со скоростью не менее 500°С/мин, затем до температуры не выше 800°С со скоростью не более 400°С/мин, а завершающий нагрев осуществляют с произвольной скоростью. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству холоднокатаной изотропной электротехнической стали четвертой группы легирования.
Известны способы производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали (ЭИС), включающие выплавку кремнистой стали, разливку, горячую прокатку полос с регламентированными температурами конца прокатки, ускоренное охлаждение водой, холодную прокатку полос и их скоростной рекристаллизационный или совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг в проходной печи [1, 2].
Недостатки известных способов состоят в том, что холоднокатаная ИЭС имеет низкие магнитные свойства.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства изотропной электротехнической стали, включающий изготовление слябов, их нагрев, горячую прокатку, холодную прокатку, совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг или рекристаллизационный отжиг при температуре не ниже 900°С [3].
Недостаток данного способа заключается в том, что при производстве высококремнистой ИЭС с содержанием кремния, равным 2,8-3,8%, в холоднокатаных полосах после обезуглероживающе-рекристаллизационного или рекристаллизационного отжига формируются неблагоприятные анизотропные микроструктура и кристаллографическая текстура. Это приводит к ухудшению их магнитных свойств.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении магнитных свойств высококремнистой изотропной электротехнической стали.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства высококремнистой изотропной электротехнической стали с содержанием кремния 2,8-3,8%, включающем изготовление слябов, их нагрев, горячую прокатку, холодную прокатку, совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг или рекристаллизационный отжиг при температуре не ниже 900°С, согласно изобретению температуру конца горячей прокатки поддерживают в интервале 780-860°С, после чего полосу охлаждают водой до температуры 580-630°С, нагрев холоднокатаной полосы при отжиге осуществляют вначале со скоростью не менее 500°С/мин до температуры 480-520°С, затем со скоростью не более 400°С/мин до температуры не выше 800°С и завершают с произвольной скоростью.
Сущность предложенного изобретения состоит в следующем. При горячей прокатке высококремнистой ИЭС закладываются наследуемые структурные и текстурные параметры, которые существенно влияют на магнитные свойства готовой металлопродукции. При температуре конца горячей прокатки полос Ткп=780-860°С и последующем их ускоренном охлаждении водой до температуры Тсм=580-630°С формируется углеродсодержащая фаза пластинчатого перлита с равноосными рекристаллизованными зернами 6 номера у поверхности полосы и зернами 5 номера в середине ее сечения.
Сформированная при горячей прокатке микроструктура и текстура высококремнистой стали оказывает наследственное влияние на процесс структуро- и текстурообразования в процессе скоростного совмещенного обезуглероживающе-рекристаллизационного отжига или рекристаллизационного отжига холоднокатаных полос.
Исследования показали, что механизм зародышеобразования при первичной рекристаллизации в процессе отжига высококремнистой ИЭС в большой степени зависит от скоростей нагрева в различных температурных интервалах при отжиге.
При скоростях нагрева не менее 500°С/мин до температуры 480-520°С достигается подавление процесса полигонизации зародышей новых зерен микроструктуры. Повышенное содержание кремния затрудняет протекание диффузионных процессов. Это стимулирует интенсивное образования и роста зародышей новых зерен из деформированной при холодной прокатке металлической матрицы.
Нагрев со скоростью не более 400°С/мин до температуры не выше 800°С препятствует развитию разнозернистости и увеличению в текстуре центральных слоев полосы доли неблагоприятного текстурного компонента {222}. В дальнейшем скорость нагрева до температуры рекристаллизационного отжига (не ниже 900°С) на конечные магнитные и механические свойства холоднокатаных полос влияния не оказывает. Поэтому нагрев можно проводить с максимально возможной (исходя из конструктивных параметров проходной печи) скоростью.
Экспериментально установлено, что при снижении содержания кремния в ИЭС менее 2,8% по массе имеет место увеличение показателя удельных магнитных потерь. Увеличение содержания кремния более 3,8% по массе приводит к формированию анизотропных магнитных свойств, что недопустимо.
При температуре конца горячей прокатки ниже 780°С зерна микроструктуры металлической матрицы неравноосны, что ухудшает изотропность магнитных свойств (способствует росту разности магнитной индукции ΔВ2500, измеренной в продольном и поперечном направлениях). Увеличение температуры конца прокатки выше 860°С приводит к формированию неоднородной микроструктуры по толщине полос, ухудшению магнитных свойств холоднокатаной ИЭС.
Уменьшение температуры окончания охлаждения горячекатаных полос водой ниже 580°С приводит к формированию неравномерности зеренной структуры по сечению, ухудшению магнитных свойств. Увеличение этой температуры более 630°С увеличивает обезуглероживание поверхности полос, ведет к образованию крупных ферритных зерен. Это также ухудшает магнитные свойства ИЭС.
Рекристаллизационный отжиг холоднокатаных полос из стали с содержанием кремния 2,8-3,8% в проходной печи при температуре ниже 900°С не обеспечивает протекания полного процесса рекристаллизации, снятия анизотропии свойств и подавления текстуры деформации, сформированной при холодной прокатке. Это отрицательно сказывается на магнитных свойствах ИЭС.
При скорости нагрева менее 500°С/мин, проводимой до температуры ниже 480°С, в стали с содержанием кремния 2,8-3,8% интенсифицируется нежелательный процесс полигонизации зерен микроструктуры, зерна приобретают неравноосную форму. В случае завершения этого нагрева при температуре выше 520°С/мин в текстуре возрастает количество неблагоприятной компоненты {222}. Все это ухудшает магнитные свойства ИЭС.
При скорости повторного нагрева более 400°С/мин или температуре окончания этого нагрева выше 800°С зерна рекристаллизованной микроструктуры стали с содержанием кремния 2,8-3,8% имеют большой разброс по размерам: от 5 до 9 номеров, уменьшается содержание благоприятной кристаллографической ориентировки {200}, ухудшается изотропность и снижается уровень магнитных свойств ИЭС.
Примеры реализации способа
В кислородном конвертере производят выплавку ИЭС 4-й группы легирования следующего химического состава, мас.%:
| С | Si | Mn | Al | P | S | Cr | Ni | Cu | N |
| 0,04 | 3,3 | 0,3 | 0,40 | 0,012 | 0,003 | 0,08 | 0,10 | 0,15 | 0,006 |
Выплавленную сталь подвергают непрерывной разливке в слябы сечением 250×1200 мм, длиной 8 м, которые отжигают при температуре 900°С.
Отожженные слябы нагревают в методической печи непрерывного широкополосного стана 2000 до температуры аустенитизации 1190°С и подвергают горячей прокатке в полосы толщиной 2,5 мм. Температуру конца горячей прокатки поддерживают равной Ткп=820°С. После выхода из последней клети полосы ускоренно охлаждают водой на отводящем рольганге до температуры Тсм=600°С и сматывают в рулоны.
Горячекатаные полосы подвергают солянокислотному травлению, после чего прокатывают на непрерывном четырехклетевом стане кварто холодной прокатки в полосы толщиной 0,50 мм.
Холоднокатаные полосы подвергают скоростному обезуглероживающе-рекристаллизационному (или рекристаллизационному) отжигу в агрегате непрерывного отжига (АНО).
При отжиге транспортируемую через АНО полосу нагревают вначале со скоростью V1=550°С/мин до температуры T1=500°С. Затем полосу подвергают нагреву со скоростью V2=380°С/мин до температуры Т2=790°С. Завершающий нагрев проводят со скоростью 900°С/мин до температуры отжига Тотж=1050°С.
Отожженную полосу охлаждают в АНО струями азота, после чего на нее наносят электроизоляционное покрытие и производят измерение механических и магнитных свойств.
Варианты реализации предложенного способа производства ИЭС и показатели их эффективности представлены в таблице.
Из данных в таблице следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) обеспечивается повышение магнитных свойств высококремнистой изотропной электротехнической стали:
- минимальна магнитная индукция B2500=1,51-1,54 Тл;
- минимальна анизотропия магнитных свойств ΔВ2500=0,03-0,04 Тл;
- минимальны удельные магнитные потери P1,5/50=2,50-2,73 Вт/кг.
При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5) магнитные свойства ИЭС снижаются. Также более низкие магнитные свойства достигаются в случае реализации известного способа получения ИЭС [3]: В2500=1,57 Тл; ΔВ2500=0,07 Тл; Р1,5/50=2,96 Вт/кг.
| Таблица | |||||||||||
| Режимы производства холоднокатаной ИЭС и показатели магнитных свойств | |||||||||||
| № п/п | Si, % | Ткп, °С | Тсм, °С | V1, °С/мин | Т1, °С | V2, °С/мин | Т2, °С | Тотж, °С | В2500, Тл | ΔВ2500, Тл | Р1,5/50, Вт/кг |
| 1 | 2,7 | 770 | 570 | 490 | 470 | 410 | 770 | 890 | 1,58 | 0,06 | 3,76 |
| 2 | 2,8 | 780 | 580 | 500 | 480 | 390 | 780 | 900 | 1,54 | 0,04 | 2,65 |
| 3 | 3,3 | 820 | 600 | 550 | 500 | 380 | 790 | 1050 | 1,51 | 0,03 | 2,50 |
| 4 | 3,8 | 860 | 630 | 700 | 520 | 370 | 800 | 1030 | 1,53 | 0,04 | 2,73 |
| 5 | 3,9 | 870 | 640 | 720 | 530 | 360 | 820 | 1020 | 1,56 | 0,05 | 2,90 |
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что он обеспечивает формирование в высококремнистой ИЭС преобладание текстурной составляющей кубической и ребровой ориентации, полоса имеет минимальную полюсную плотность октаэдрического компонента. Концентрация благоприятного текстурного компонента {200} максимальна. Зерна микроструктуры равноосны и соответствуют 6-7 номеру по всему объему полосы. В результате этого достигается одновременно как высокая изотропность магнитных свойств, так и минимальные удельные магнитные потери.
В качестве базового объекта при определении технико-экономической эффективности предложенного способа принят ближайший аналог [3]. Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства высококремнистой изотропной электротехнической стали на 10-15%.
Источники информации
1. Патент РФ №2147616, МПК C21D 8/12, 2000 г.;
2. Патент РФ №2149194, МПК C21D 8/12, 2000 г.;
3. Патент РФ №2186861, МПК C21D 8/12, 2002 г.
Способ производства высококремнистой изотропной электротехнической стали с содержанием кремния 2,8-3,8%, включающий изготовление слябов, их нагрев, горячую прокатку, холодную прокатку, совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг или рекристаллизационный отжиг при температуре не ниже 900°С, отличающийся тем, что температуру конца горячей прокатки поддерживают в интервале 780-860°С, после чего полосу охлаждают водой до температуры 580-630°С, при этом нагрев холоднокатаной полосы при отжиге сначала ведут до температуры 480-520°С со скоростью не менее 500°С/мин, затем до температуры не выше 800°С со скоростью не более 400°С/мин, а завершающий нагрев осуществляют с произвольной скоростью.
