Способ производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали

Авторы патента:

C21D8/12 - при изготовлении изделий с особыми электромагнитными свойствами

Владельцы патента RU 2540243:

Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" (RU)

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин. Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении магнитных свойств высокопроницаемой электротехнической изотропной стали. Указанный технический эффект достигают тем, что в способе производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняют соотношение 0,16%≤Al+P≤0,50%, при следующем содержании компонентов, мас.%: углерода не более 0,04, кремния 0,10-2,50, алюминия 0,10-0,23, фосфора 0,06-0,27, марганца не более 0,40, серы не более 0,010, азота не более 0,008, железо и неизбежные примеси - остальное. Полученную после травления полосу подвергают холодной прокатке при степени деформации, равной 70-80%. 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.).

Характерной особенностью качества такой стали является более высокий уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости. Во многом эти характеристики достигаются оптимизацией структурного и текстурного состояний стали, которые в значительной степени определяются химическим составом и технологией обработки металла.

Одним из способов увеличения значений магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости является повышение доли кубических ориентировок текстуры стали (200), (310), обеспечивающих существенное улучшение магнитных свойств металла вдоль и поперек направления прокатки.

При этом текстура (111), ухудшающая магнитные свойства и ребровая текстура (220), приводящая к анизотропии магнитных свойств вдоль и поперек направления прокатки, должны быть развиты слабо или подавлены.

В целях снижения развития текстур (111) и (220) используют добавки специальных элементов, например фосфора, что позволяет управлять текстурой.

Фосфор, сегрегируя по границам зерен, обеспечивает меньший наклеп зерен кубических ориентировок при холодной прокатке, что снижает их поверхностную энергию. В процессе термообработки холоднокатаной стали зерна кубических ориентировок, обладая минимальной энергией, растут за счет зерен с ориентировками (111) и (220).

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

Известен способ изготовления электротехнической изотропной стали, приведенный в патенте Германии, заявка №19918484, С21D 8/12 от 23.04.1999 г., в котором для улучшения магнитных свойств используют алюминий и фосфор.

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°C, травление и холодную прокатку на толщину 0,2-1,0 мм с общей деформацией не более 85%, рекристаллизационный отжиг холоднокатаной стали при температуре 580-780°C и дрессировку с обжатием 15%.

Однако в этом способе не учитывается влияние химического состава, соотношение алюминия и фосфора в металле выбирают произвольно, что ухудшает развитие кубических составляющих текстуры, повышение полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) достигается не во всем заявленном диапазоне степени деформации при холодной прокатке, а на заключительной стадии технологического процесса производят дрессировку. Это снижает уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.

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

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняется соотношение 0,16%≤Al+P≤0,50%, при следующем содержании компонентов, мас.%:

углерода	не более 0,04
кремния	0,10-2,50
алюминия	0,10-0,23
фосфора	0,06-0,27
марганца	не более 0,40
серы	не более 0,010
азота	не более 0,008
железо и неизбежные примеси	остальное

где Al - содержание алюминия в стали, мас.%; P - содержание фосфора в стали, мас.%. Полученную после травления полосу из такой стали подвергают холодной прокатке при степени деформации, равной 70-80%.

Для получения высокопроницаемой электротехнической изотропной стали с высоким уровнем магнитных свойств является необходимым формирование в металле оптимального размера микрозерна и увеличение полюсной плотности кубических ориентировок текстуры (200) и (310).

Результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что для получения оптимального размера микрозерна и повышения полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) в текстуре холоднокатаных полос необходимо использовать сталь с определенным соотношением содержания алюминия и фосфора, а холодную прокатку такой стали необходимо производить при степени деформации 70-80%.

На основании проведенных лабораторных и промышленных опытов установлены граничные условия содержания основных элементов в стали. Предлагаемый способ распространяется на электротехнические изотропные стали с содержанием кремния Si=0,10-2,50%. При этом нижний предел обусловлен повышением удельных магнитных потерь готовой стали вследствие снижения удельного электросопротивления металла при содержании кремния менее 0,10%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при увеличении соотношения (Al+P) более 0,50%.

Диапазон значений легирования стали алюминием установлен равным 0,10-0,23%. Нижний предел обусловлен уменьшением воздействия на структурно-текстурное состояние готовой стали при содержании алюминия менее 0,10%, а верхний предел - повышением количества неметаллических включений на основе мелкодисперсного оксида Al₂O₃ при содержании алюминия более 0,23%, что приводит к снижению магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.

Диапазон содержания фосфора в металле, равный 0,06-0,27%, установлен исходя из пределов соотношения алюминия и фосфора 0,16%≤Al+P≤0,50%. Нижний предел содержания фосфора обусловлен снижением эффекта подавления текстур (111) и (220) в поверхности полосы при уменьшении соотношения алюминия и фосфора (Al+P) менее 0,16%, а верхний предел - снижением пластичности метала при холодной прокатке горячекатаного проката с соотношением алюминия и фосфора (Al+P) более 0,50%.

Диапазон степени деформации при холодной прокатке установлен равным 70-80%.

При этом нижний предел обусловлен повышением анизотропии удельных магнитных потерь готовой стали вследствие повышения доли ребровой текстуры (220) в готовом металле при степени деформации менее 70%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при степени деформации более 80%.

Анализ патентной литературы показывает отсутствие 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 высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, в том числе снизить анизотропию удельных магнитных потерь ΔP_1,5/50 на 5-8%, повысить магнитную индукцию на 0,02-0,04 Тл и относительную пиковую магнитную проницаемость µ_1,5/50 на 400-600 единиц.

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

Пример

Выплавляли электротехническую изотропную сталь при соотношении алюминия и фосфора (Al+P)=0,265% с содержанием углерода 0,034%; кремния 1,60%; алюминия 0,17%; фосфора 0,095%; марганца 0,17%; серы 0,003%; азота 0,005%; железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь разливали в слябы и производили горячую прокатку на толщину 2,2 мм. Горячекатаную полосу подвергали термообработке в агрегате нормализации, травлению и холодной прокатке на толщину 0,50 мм при степени деформации 77%.

Далее холоднокатаную полосу подвергали окончательной термообработке в агрегате непрерывного отжига.

Варианты реализации способа производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали в толщине 0,50 мм при различном содержании кремния, алюминия и фосфора приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Технологические параметры обработки и магнитные свойства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали
№ п/п	Содержание элементов, %	Степень деформации при холодной прокатке, %	Магнитные свойства
Si	Al	P	Al+P	ΔP_1,5/50, %	B₂₅₀₀, Тл	µ_1,5/50
1	0,10	0,10	0,26	0,36	70,0	3,0	1,70	3120
2	0,16	0,15	0,24	0,39	75,0	3,0	1,69	2930
3	0,21	0,23	0,27	0,50	80,0	4,0	1,68	2845
4	0,94	0,18	0,18	0,36	78,0	5,0	1,67	2615
5	1,28	0,20	0,14	0,34	80,0	5,0	1,66	2525
6	1,60	0,17	0,095	0,265	77,0	6,0	1,65	2310
7	2,15	0,10	0,06	0,16	74,0	7,0	1,64	2265
8	2,50	0,23	0,27	0,50	71,0	7,0	1,63	2150
9*	0,09	0,08	0,27	0,35	69,0	9,0	1,68	2510
10*	0,20	0,23	0,28	0,51	80,0	11,0	1,65	2350
11*	0,91	0,25	0,17	0,42	75,0	12,0	1,63	2130
12*	1,62	0,19	0,08	0,27	60,0	11,0	1,62	1860
13*	2,17	0,11	0,06	0,17	65,0	12,0	1,60	1745
14**	2,50	0,24	0,28	0,52	81,0	-	-	-
Примечание: * - обработка без учета режимных параметров производства стали;
** - хрупкий металл, обработке не подвергался

Способ производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, включающий выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, отличающийся тем, что выплавляют сталь при следующем содержании компонентов, мас.%:

углерода	не более 0,04
кремния	0,10-2,50
алюминия	0,10-0,23
фосфора	0,06-0,27
марганца	не более 0,40
серы	не более 0,010
азота	не более 0,008
железо и неизбежные примеси	остальное

и при соотношении 0,16 ≤ Аl+P ≤ 0,50, где Аl - содержание алюминия в стали, мас.%, Р - содержание фосфора в стали, мас.%, а полученную после травления полосу подвергают холодной прокатке при степени деформации, равной 70-80%.

Изобретение относится к получению стальной проволоки, имеющей повышенные магнитные характеристики, для применения в трансформаторах, транспортных средствах, электрических или электронных изделиях.

Способ получения листа из нетекстурированной электротехнической стали // 2534638

Изобретение относится к области металлургии. Для получения листа из нетекстурированной электротехнической стали с высокой плотностью магнитного потока в направлении прокатки осуществляют горячую прокатку исходного материала из стали, содержащей в мас.%: С не более 0,03, Si не более 4, Мn 0,03-3, Аl не более 3, S не более 0,005, N не более 0,005 и остальное Fe и неизбежные примеси, отжиг в горячей зоне, холодную прокатку и окончательный отжиг, при этом размер кристаллического зерна перед холодной прокаткой доводят до не более 100 мкм, а окончательный отжиг осуществляют быстрым нагревом до температуры, превышающей температуру рекристаллизации, со средней скоростью повышения температуры не менее 100°С/с.

Способ получения листа из неориентированной электротехнической стали // 2529258

Изобретение относится к области металлургии. Для увеличения плотности магнитного потока в направлении прокатки стального листа стальной сляб, содержащий, мас.%: 0,01-0,1 C, не более 4 Si, 0,05-3 Mn, не более 3 Аl, не более 0,005 S, не более 0,005 N, остальное Fe и неизбежные примеси, подвергают горячей прокатке, холодной прокатке и окончательному отжигу, при этом окончательный отжиг проводят в таких условиях, что средняя скорость возрастания температуры в ходе нагрева листа составляет не менее 100°C/с, а температура выдержки находится в температурном диапазоне 750-1100°C.

Науглероженный стальной элемент и способ его получения // 2518840

Изобретение относится к науглероженному стальному элементу, способу его получения и цементируемой стали для него. Науглероженный стальной элемент получают с помощью специальных стадий науглероживания, охлаждения и закаливания.

Способ производства высокопроницаемой анизотропной электротехнической стали // 2516323

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству электротехнической анизотропной стали, применяемой при изготовлении магнитопроводов силовых трансформаторов.

Способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали с улучшенной плоскостностью // 2489500

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин.

Способ производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали // 2483121

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения холоднокатаных полос и лент, поставляемых потребителям в нагартованном состоянии, например, для упаковки грузов.

Способ производства текстурированной кремнистой стали с использованием единственной холодной прокатки // 2469104

Изобретение относится к способам производства листа из текстурированной кремнистой стали. .

Способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали // 2459876

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к производству холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин.

Оцинкованная или оцинкованная и отожжённая кремниевая сталь // 2451094

Изобретение относится к области металлургии. .

Способ изготовления листа из текстурированной электротехнической стали // 2539274

Изобретение относится к области металлургии. Сляб получают из стали, содержащей, мас.%: С 0,020-0,15, Si 2,5-7,0, Mn 0,005-0,3, кислотно-растворимый алюминий 0,01-0,05, N 0,002-0,012, по меньшей мере один из S и Se с их общим содержанием 0,05 или менее, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Способ производства листа из текстурированной электротехнической стали // 2537628

Изобретение относится к способу изготовления текстурированного листа из электротехнической стали. Способ включает получение сляба, прокатку сляба для получения листа и непрерывный обезуглероживающий отжиг, включающий нагрев стального листа со скоростью нагрева 50°C/с от 700°C до 750°C или выше, при этом по меньшей мере в интервале от 500°C до 700°C нагрев осуществляют в атмосфере с окислительным потенциалом P(H2O)/P(H2)=0,05 или ниже, и охлаждение до температуры ниже 700°C в атмосфере с окислительным потенциалом P(H2O)/P(H2)=0,05 или ниже, повторный нагрев листа от 800°C до 900°C и выдержку при этой температуре в атмосфере с окислительным потенциалом P(H2O)/P(H2)=0,3 или выше.

Лист из текстурированной электротехнической стали и способ его изготовления // 2537059

Изобретение относится к материалам для сердечников трансформаторов. Лист из текстурированной электротехнической стали, полученный прокаткой сляба, включает пленку форстерита и покрытие, создающее напряжение на поверхности стального листа, и канавки для модификации магнитного домена на поверхности стального листа.

Лист из нетекстурированной электротехнической стали и способ его изготовления // 2536711

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению нетекстурированной электротехнической листовой стали, используемой при изготовлении деталей, подвергающихся высоким напряжениям.

Способ получения полосы из электротехнической стали с ориентированным зерном и полученная таким образом электротехническая сталь с ориентированным зерном // 2536150

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению полосы из электротехнической стали с ориентированным зерном (GOES). Для повышения магнитных характеристик расплавленную сталь, легированную кремнием, непрерывно разливают в заготовку, имеющую толщину в диапазоне от 50 до 100 мм, и подвергают горячей прокатке в многочисленных однонаправленных прокатных клетях для получения рулонов готовой горячекатаной полосы, имеющей толщину в диапазоне от 0,7 до 4,0 мм, с последующими непрерывным отжигом горячекатаной полосы, холодной прокаткой, непрерывным отжигом холоднокатаной полосы для инициирования первичной рекристаллизации и необязательно обезуглероживанием и/или азотированием, нанесением покрытия на отожженную полосу, отжигом намотанной в рулон полосы для инициирования вторичной рекристаллизации, непрерывным термическим выравнивающим отжигом отожженной полосы и нанесением на отожженную полосу покрытия для электрической изоляции, и продукт, полученный таким образом.

Способ получения листа из нетекстурированной электротехнической стали // 2534638

Способ производства нетекстурированной электротехнической стали с высокими магнитными свойствами // 2532786

Изобретение относится к способу производства нетекстурированной электротехнической стали с высокими магнитными свойствами. Способ включает выплавку стали, содержащей, мас.%: C≤0,0040, Si 0,1-0,8, Al 0,002-1,0, Mn 0,10-1,50, P≤0,2, Sb 0,04-0,08, S≤0,0030, N≤0,0020, Ti≤0,0020, Fe и неизбежные примеси - остальное, отливку стальных прутков, нагрев прутков до температуры 1100-1150°C, горячую прокатку прутков, включающую отделочную прокатку при температуре 860-920°C с получением горячекатаной полосы, охлаждение горячекатаной полосы воздухом в течение времени t (сек), при выполнении соотношения: (2+30×Sb%)≤t≤7, смотку полосы в рулон при температуре ≥720°C, холодную прокатку полосы со степенью обжатия 70-78% с получением холоднокатаной полосы требуемой толщины, отжиг холоднокатаной полосы путем нагрева до температуры 800-1000°C со скоростью нагрева ≥15°C/сек и времени выдержки 10-25 сек.

Способ изготовления листа текстурированной электротехнической стали // 2532539

Изобретение относится к области металлургии. Для достижения значительного эффекта снижения потерь в железе стали способ изготовления текстурированной электротехнической листовой стали включает получение стального сляба, в котором снижено содержание компонентов ингибитора, т.е.

Лист электротехнической текстурированной стали // 2531213

Изобретение относится к области металлургии. В настоящем изобретении разработан лист электротехнической текстурированной стали, который может поддерживать низкое значение потерь в сердечнике, собранном в виде фактического трансформатора, и имеет отличные характеристики потерь в сердечнике действующего трансформатора, в котором толщину (мкм) пленки a1 изолирующего покрытия на дне линейных канавок, толщину (мкм) пленки a2 изолирующего покрытия на поверхности стального листа в частях, отличающихся от линейных канавок, и глубину (мкм) a3 линейных канавок регулируют таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям: 0,3 м к м ≤ a 2 ≤ 3,5 м к м и a 2 + a 3 − a 1 ≤ 15 м к м . 2 з.п.

Лист из текстурированной электротехнической стали // 2540244

Изобретение относится к листу из текстурированной электротехнической стали. Для подавления шума у реального трансформатора, который сконфигурирован из стального листа, имеющего канавки, полученные в нем для измельчения магнитных доменов, на лист из текстурированной электротехнической стали, имеющий на одной поверхности канавки для измельчения магнитных доменов, нанесены форстеритная пленка и создающее натяжение покрытие на имеющей и не имеющей канавки поверхности стального листа, причем создающее натяжение покрытие нанесено на поверхность, имеющую канавки, в количестве А(г/м2) и на поверхность, не имеющую канавок, - в количестве В (г/м2), и количества покрытий А и В ограничены попаданием в пределы предварительно определенного диапазона. 3 табл., 1 ил., 3 пр.