Способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали


 


Владельцы патента RU 2459876:

Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" (ОАО "НЛМК") (RU)

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к производству холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин. Технический результат при использовании изобретения заключается в улучшении магнитных свойств холоднокатаной электротехнической изотропной стали. Указанный технический эффект достигают тем, что в способе производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняют соотношение 0,41%<Al+Sb<1,76% при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод не более 0,010, кремний 2,15-3,20, алюминий 0,40-1,60, сурьма 0,01-0,16, марганец не более 0,40, фосфор не более 0,10, сера не более 0,010, азот не более 0,006, железо и неизбежные примеси - остальное. Полученную после горячей прокатки полосу подвергают термообработке путем нормализации при температуре в соответствии с условием: ТП≥АС3 при (Si+Al)≤3,30, мac.% и ТпC3 при (Si+Al)>3,30 мac.%, где: ТП - температура термообработки горячекатаной полосы, °С; АС3 - температура фазового превращения феррита в аустенит, 911°С; Si - содержание кремния в стали, мас.%; Аl - содержание алюминия в стали, мас.%; Sb - содержание сурьмы в стали, мас.%. 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин (электродвигателей, генераторов, дросселей и т.п.).

Одним из основных требований качества такой стали является низкий уровень удельных магнитных потерь при их минимальной анизотропии и высокий уровень магнитной индукции. Во многом эти характеристики определяются химическим составом и технологией обработки стали.

Базовым элементом, определяющим магнитные свойства холоднокатаных полос электротехнической изотропной стали, является кремний. Он снижает удельные магнитные потери в стали за счет повышения удельного электросопротивления материала. Вредное влияние кремния проявляется в снижении величины магнитной индукции насыщения, что вызывает затруднения при производстве холоднокатаных полос электротехнической изотропной стали с низкими магнитными потерями и высокой магнитной индукцией.

Наряду с кремнием в электротехнической изотропной стали основным элементом является также алюминий. Он почти в той же степени увеличивает электросопротивление. Полезное действие алюминия обусловлено его влиянием на текстурообразование металла.

При легировании кремнистой стали алюминием в процессе термообработки горячекатаных и холоднокатаных полос облегчается формирование кубических ориентировок текстуры (200) и (310), обеспечивающих улучшение магнитных свойств металла.

Улучшение магнитных свойств достигается за счет хорошего развития благоприятных компонент текстуры (200), (310), при этом текстура (111), ухудшающая магнитные свойства, должна быть развита слабо или подавлена.

Одним из методов подавления текстуры (111), вредной с точки зрения магнитных свойств, является добавка специальных элементов, например сурьмы, что позволяет управлять текстурой. Сурьма, сегрегируя к поверхности полосы, снижает поверхностную энергию зерен кубических ориентировок текстуры (200), (310) и способствует их росту за счет зерен с ориентировкой (111).

При введении сурьмы в сталь необходимо учитывать уровень легирования металла алюминием, так как их соотношение влияет на процесс текстурообразования стали и технологичность обработки проката.

Известен способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, приведенный в патенте России №2219253, С21Д 8/12, 28.01.2002.

Способ предусматривает получение стали с химическим составом (в мас.%): кремния 0,9-2,8; углерода не более 0,04; серы не более 0,010; алюминия 0,1-1,5; фосфора не более 0,16; марганца 0,10-1,00; азота не более 0,009. В химический состав вводится также сурьма с содержанием, мас.% 0,003-0,20. Технологический процесс включает горячую прокатку, нормализацию полосы с нагревом не ниже АС3, травление, холодную прокатку, термообработку холоднокатаной полосы. При этом температуру выдержки в течение времени 90-270 секунд в процессе нормализации горячекатаной полосы выбирают в зависимости от содержания кремния и углерода в соответствии с соотношением: ,

Основным недостатком этого способа является то, что оптимальное соотношение алюминия и сурьмы достигается не во всех заявленных диапазонах их содержания, а при выборе температуры нормализации стали не учитывается сумма содержания кремния и алюминия в металле, что приводит к ухудшению магнитных свойств готовой стали.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение магнитных свойств холоднокатаной электротехнической изотропной стали, а именно снижение удельных магнитных потерь, повышение степени изотропности при снижении анизотропии удельных магнитных потерь и увеличение уровня магнитной индукции.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняется соотношение 0,41%≤Al+Sb≤1,76%, при следующем содержании компонентов, мас.%: углерода не более 0,010; кремния 2,15-3,20; алюминия 0,40-1,60; сурьмы 0,01-0,16; марганца не более 0,40; фосфора не более 0,10; серы не более 0,010; азота не более 0,006; железо и неизбежные примеси остальное. Термообработку горячекатаной полосы из такой стали задают в соответствии с условием:

Тп≥АС3 при (Si+Al)≤3,30 (%)

ТпС3 при (Si+Al)>3,30 (%)

где: Тп - температура термообработки горячекатаной полосы, °С;

АС3=911- температура фазового превращения феррита в аустенит, °С;

Si - содержание кремния в стали, маc.%;

Al - содержание алюминия в стали, маc.%;

Sb - содержание сурьмы в стали, маc.%.

Для получения в холоднокатаной электротехнической изотропной стали высокого уровня магнитных свойств является необходимым формирование в металле оптимального размера микрозерна и увеличение полюсной плотности кубических ориентировок текстуры (200) и (310).

Проведенные исследования позволяют утверждать, что для получения оптимального размера микрозерна и повышения полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) в текстуре горячекатаных полос необходимо использовать сталь с определенным соотношением содержания алюминия и сурьмы, а температуру термообработки горячекатаного подката из такой стали необходимо задавать исходя из суммы содержания в стали кремния и алюминия.

На основании проведенных лабораторных и промышленных опытов установлены граничные условия по сумме содержания алюминия и сурьмы и сумме содержания кремния и алюминия.

Термообработка горячекатаных полос при температуре Тп≥АC3 и повышении суммы содержания (Si+Аl)>3,30% в условиях фазового превращения феррита в аустенит приводит к неконтролируемому росту микрозерна, перераспределению алюминия по границам зерен и увеличению доли ребровой ориентировки (220) в текстуре, что, во-первых, снижает пластичность металла, во-вторых, увеличивает анизотропию удельных магнитных потерь и снижает магнитную индукцию в готовой стали. Термообработка горячекатаных полос при температуре ТпС3 и снижении суммы содержания (Si+Аl)≤3,30% не обеспечивает получения полос с оптимальной микроструктурой, уменьшает долю кубических составляющих текстуры (200) и (310) готовой стали, что приводит к повышению удельных магнитных потерь.

Диапазон значений степени легирования стали кремнием на основании проведения лабораторных и промышленных опытов выбран равным 2,15-3,2%. При этом нижний предел обусловлен повышением удельных магнитных потерь готовой стали вследствие снижения удельного электросопротивления металла при содержании кремния менее 2,15%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при содержании кремния более 3,2%.

Диапазон значений легирования стали алюминием установлен равным 0,4-1,6%. Нижний предел обусловлен уменьшением воздействия на структурно-текстурное состояние готовой стали при содержании алюминия менее 0,4%, верхний предел - повышением количества неметаллических включений при содержании алюминия более 1,6%, что приводит к ухудшению магнитных свойств готовой стали.

Диапазон содержания сурьмы в металле, равный 0,01-0,16%, установлен исходя из пределов соотношения содержания алюминия и сурьмы 0,41%≤Al+Sb≤1,76%. Нижний предел содержания сурьмы обусловлен снижением эффекта подавления текстуры (111) в поверхности полосы при уменьшении соотношения алюминия и сурьмы (Al+Sb) менее 0,42, а верхний предел - снижением пластичности металла при холодной прокатке горячекатаного подката с соотношением алюминия и сурьмы (Al+Sb) более 1,76%.

Анализ патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявленного способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Применение изобретения позволяет улучшить магнитные свойства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, в том числе снизить удельные магнитные потери P1,5/50 на 0,10-0,20 Вт/кг и анизотропию удельных магнитных потерь Δ Р1,5/50 на 4-7%, повысить магнитную индукцию на 0,01-0,03 Тл.

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример.

Выплавляли электротехническую изотропную сталь при соотношении содержания алюминия и сурьмы (Al+Sb)=1,11% с содержанием углерода 0,005%; кремния 3,0%; алюминия 1,05%; сурьмы 0,06%; марганца 0,2%; фосфора 0,008%; серы 0,005%; азота 0,004%; железо и неизбежные примеси остальное. Сталь разливали в слябы и производили горячую прокатку на толщину 2,0 мм. Горячекатаную полосу подвергали термообработке в агрегате нормализации при температуре Тп=863°С в соответствии с условием Тп<911°С при сумме легирующих элементов (Si+Al)=(3,0+1,05)=4,05>3,30%. Далее отожженную горячекатаную полосу подвергали травлению, холодной прокатке на толщину 0,50 мм. Холоднокатаную полосу подвергали окончательной термообработке в агрегате непрерывного отжига.

Варианты реализации способа производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали в толщине 0,50 мм при различном содержании кремния, алюминия, сурьмы и их магнитные свойства приведены в таблице 1.

Таблица 1
Технологические параметры обработки и магнитные свойства холоднокатаной электротехнической изотропной стали
№ п/п Содержание элементов, % Температура термообработки горячекатаной полосы, °С Магнитные свойства
Al Sb Aд+Sb Si (Si+Al) P1,5/50, Вт/кг Δ P1,5/50, % B2500, Тл
1 0,40 0,01 0,41 2,15 2,55 954 2,93 6,0 1,60
2 0,80 0,04 0,84 2,35 3,15 935 2,81 7,0 1,58
3 0,75 0,03 0,78 2,53 3,28 928 2,72 8,0 1,57
4 0,60 0,10 0,70 2,70 3,30 911 2,68 7,0 1,56
5 0,45 0,13 0,58 2,87 3,32 890 2,64 7,0 1,55
6 1,05 0,06 1,11 3,00 4,05 863 2,42 8,0 1,54
7 1,60 0,16 1,76 3,20 4,80 815 2,36 9,0 1,53
8* 0,39 0,005 0,395 2,20 2,59 905 3,08 10,0 1,58
9* 0,76 0,05 0,81 2,40 3,16 902 2,98 11,0 1,55
10* 0,67 0,12 0,79 2,68 3,35 917 2,87 11,0 1,54
11* 1,03 0,07 1,10 3,05 4,08 921 2,53 15,0 1,51
12** 1,61 0,17 1,78 3,22 4,83 810 - - -
Примечание: * - обработка без учета режимных параметров производства стали;
** - хрупкий металл, обработке не подвергался.

Способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающий выплавку, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, отличающийся тем, что выплавляют сталь с выполнением соотношения 0,41%≤Al+Sb≤1,76% при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод не более 0,010, кремний 2,15-3,20, алюминий 0,40-1,60, сурьма 0,01-0,16, марганец не более 0,40, фосфор не более 0,10, сера не более 0,010, азот не более 0,006; железо и неизбежные примеси - остальное, а полученную после горячей прокатки полосу подвергают термообработке путем нормализации при температуре в соответствии с условием:
Тп≥АC3 при (Si+Al)≤3,30, мас.% и ТпC3 при (Si+Al)>3,30 мас.%,
где Тп - температура термообработки горячекатаной полосы, °С;
АС3 - температура фазового превращения феррита в аустенит, 911°С;
Si - содержание кремния в стали, мас.%;
Al - содержание алюминия в стали, мас.%;
Sb - содержание сурьмы в стали, мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам жаропрочных сталей для тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°С. .

Изобретение относится к изготовлению текстурованных магнитных полос, которые используются в производстве магнитных сердечников электрических трансформаторов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали для индукционной закалки, используемой для изготовления зубчатых колес и деталей транспортных средств.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым для корпусных конструкций атомных энергоустановок. .
Сталь // 2448195
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых в машиностроении. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированной стали повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, применяемой для различного оборудования, в том числе для нефтяных резервуаров, электросварных труб повышенной коррозионной стойкости, используемых для строительства трубопроводов, транспортирующих агрессивные в коррозионном отношении жидкости, в частности водные среды, содержащие ионы хлора, сероводород, углекислый газ, механические примеси и другие компоненты.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокоуглеродистым хромоникелевым сплавам аустенитного класса и может быть использовано для изготовления нефтегазоперерабатывающего и химического оборудования.
Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно, при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения.
Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения.
Сталь // 2441940
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления основного оборудования атомных энергетических установок. .

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформируемой стали для облегченных конструкций, обладающей TRIP и TWIP свойствами. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа текстурированной электротехнической стали, имеющей не содержащую хрома изоляционную пленку.

Изобретение относится к области изготовления листа с повышенной адгезией покрытия, используемого в трансформаторе с ленточным сердечником. .

Изобретение относится к осколочно-фугасным боеприпасам. .

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано при изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих машин, таких как лемехи, отвалы, полевые диски плугов, лезвия, диски сошников посевных и посадочных машин, долота, лапы, а также диски и зубья бороны и другие.

Сталь // 2230818
Изобретение относится к металлургии, в частности к пружинно-рессорным сталям, и может быть использовано при изготовлении пружины подвижного состава железнодорожного транспорта.

Изобретение относится к порошку на основе железа, предназначенному для изготовления деталей порошковой металлургией. .
Сталь // 2203341
Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинно-рессорным сталям, и может быть использовано при изготовлении клемм для скрепления рельсов со шпалами. .
Изобретение относится к производству тектурированной Si стали, содержащей Сu. .
Наверх