Способ термической обработки холоднокатаной изотропной электротехнической стали

 

Союз Советских

Соцмалистическнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п 742472 (61) Дополнительное к «вт. свил-ву (22)Заявлено 23.01.78 (21) 2572943/22-02 (5l)M. Кл. с присоединением заявки ¹

С 21 0 1/78

Гасударственный комитет (23) Лриоригет— ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621 .785..79 (088.8) Опубликовано 25 06 80. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 25.06 80 (72) Авторы изобретения

Н. П. Гребеннк, Ф. И. Зенченко, А. М. Цейтлин, Л. Б. Казаджан, В. И. Голяев и Г. В. Урванцев (71) Заявитель

Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ХОЛОДНОКАТАНОЙ

ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к термической обработке тонколистового материала, в частности к термической обработке холоднокатаной изотропной электротехнической стали, широко применяемой в магнитопроводах вращаюшихся машин (электродвигателей, генераторов и т. д.).

Такая сталь должна обеспечивать низкие потери мощности при перемагничивании и высокую магнитную индукцию в сильных полях при минимальном различии ее значений вдоль и поперек направления прокатки, а также достаточ I0 ный уровень механических свойств.

Известен .способ изготовления холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающий однократную холодную прокатку с обжатием

65-95% и последующий рекристаллизационныи отжиг прн температуре 800-1200 С. При этом подавление вторичной рекристаллизации осуществляется как эа счет высокого обжатия при деформации, так и вследствиес(,) -превращения (12.

Однако получаемая таким способом сталь отличается недостаточной пластичностью и повышенными удельными потерями, что, связано, 2 главным образом,. с сохранением высокого содержания углерода в готовом металле.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки электротехнической стали, включающий промежуточный отжиг при температурах до

600 С в окислительной атмосфере с последующей продувкой защитным газом, конечный отжиг при 720-820 С с охлаждением до 600 С, под колпаком, далее до 180 С под муфелем и затем на воздухе (2).

Однако включение дополнительной обработки в перечисленных способах усложняет технологию и существенно повышает себестоимость готовой продукции. Кроме того, используемый низкотемпературный окончательный отжиг стали с 0,43,8% Si не обеспечивает получения необходимых магнитных и механических свойств и их изотропности. . Цель изобретения — повышение магнитных и механических свойств и их изотропности.

Указанная цель достигается изменением режима конечного рекристаллизационного отжи7424

Таблица 1

Назначение технологической операции, контролируемый параметр

Технологическая операция, ее режим

2 предлагаемый способ известный способ

Получение окисной пленки на поверхности

Про межуточны и рекристаллизационный отжиг в окислительной атмосфере при температуре до

600 С

Низкотемпературная выдержка в процессе окончательного отжига ри 250-550 C в течение 2 мин4 ч в окислительной атмосфере

3 га, а именно введением ниэкотемпературной изотермической выдержки при нагреве в интервале 250-550 .С в течение 2 мин — 4 ч в окислительной атмосфере. В результате такой выдержки на поверхности стали образуется окисная пленка, которая при дальнейшем нагреве

5 и окончательной выдержке при 860-1200 С в восстановительной атмосфере способствует глубокому обезуглероживанию (до 0,002-0,012 С).

Низкое содержание углерода обеспечивает получение в готовой стали высокой магнитной индукции и низких удельных потерь при достаточном уровне механических свойств. Сочетание предварительного окисления с последующей высокотемпературной выдержкой обусловливает опережение рекристаллизацией процессов диффузии углерода, в результате чего надежно подавляется вторичная рекристаллизация за счет протеканияс(Г- превращений. Этим достигается стабильная изотропность магнитных свойств, удовлетворяющая требованиям ГОСТа 21427 и электротехнической промышленности, Предлагаемый способ опробован в лабораторных и полупромышленных условиях.

Выплавку стали с 0,2-34%Si производят в электродуговой, мартеновской печи или кислородном конверторе, После горячей прокатки и травления сталь подвергают .однократной холодной прокатке до толщины 0,1- 0,5 мм и конечному отжигу в протяжной или колпаковой печах.

Зо

Вначале полосу .или рулон нагревают до 250550 С без защитной атмосферы с произвольной скоростью и выдерживают при этой температуре

2-5 мин в протяжной печи ипи 1-4 ч в колпаковой печи, затем печь продувают инертным (на35 пример, азотным) газом и заполняют восстановительной атмосферой (например сухим вбдородом с точкой росы -40 С). Дальнейший нагрев до 960-1200 С проводят со скоростью 25072 4

380 С/мин в протяжной печи или 0,5-2 С/мин в колпаковой печи; выдержка при этих температурах составляет соответственно 2-5 мин и

5-20 ч.

В качестве защитной атмосферы используют также азотный газ с добавкой водорода или вакуум. Скорость транспортировки полосы в протяжной печи устанавливается таким образом, чтобы выдержать заданные параметры по температуре и скорости нагрева.

Заданный интервал низкотемпературной выдержки определяется необходимостью получения окисной пленки, высокотемпературная же выдержка должна быть достаточная для глубокого обезутлероживания. Меньшая продолжительность выдержки не обеспечивает протекания этих процессов, при большей ее длительности наблюда; ется ухудшение магнитных и механических свойств стали из-за повышенного окисления.

Соблюдение укаэанного интервала скоростей нагрева необходимо как для получения низкого содержания углерода, так и для развития определенных рекристаллизационных процессов (подавления вторичной рекристаллизации).

Максимальная скорость нагрева в указанном интервале при обработке в протяжной печи определяется возможностями прогрева полосы при ее транспортировке, а максимальная теМпература выдержки (1200 С) ограничена существующими нагревательными устройствами.

Температура выдержки в указанном интериале зависит or марки обрабатываемой стали (от содержания кремния), а продолжительность выдержки и скорость нагрева — от скорости транспортировки и толщины полосы или массы рулона. Отличительные особенности предпагаемого способа по сравнению с известным представлены в табл. 1.

742472

Продолжение табл.1

Назначе гнческрн контрол параметр

Обез углероживание и формирование требуемых магнитных свойств

Высокотемператур- Конечный отжиг ная выдержка в при 720-820 С процессе окончательного отжига при 860-1200 С в течение 2 мин20 ч

СкоРость нагрева Произвольный

0,5-380 С/мин

Режим нагрева до конечной выдержки

В табл. 2-7 приведены магнитные и механичес. кие свойства сталей различных марок, толщиной

0,50 мм, обработанных по предлагаемому и из- 2о вестному способам: в табл. 2 и 3 — Ст. 2013

Таблица 2

Характеристика стали

Способ обработки

Режим отжига,Г

В

2500> В2500, Т Т

Р» 5/50 вт/кг

200 С, 2 мин, нагрев с

v= 320 С/мин, 870 С, 2 мин

1,67 0,10

5,4

320 С, 2 мин; нагрев с ч = 320 С/мин, 870 С, 2 ми»»

0,08

1,70

5,2

540 С, 2 мин, нагрев с

v = 320 С/мин, 870 С, 2 мин

0,07

1,71

5,1

650 С 2 мин, нагрев с ч = 320 С/мин, 870 С, 2 мин

0,10

1,66

5,5

220 С, 2 ч нагрев с ч = 2 С/мин, 860 С; 10 ч

Предлагаемый: обработка в колпаковой

О,!0

1,66

5,4 печи

Предлагаемый: обработка в протяжной печи с содержанием S i 0,23%; в табл.4 и 5

Ст. 2212 с содержанием S i 1,62%, в табл 6 и 7 — Ст. 2412 с содержанием S i 3,15%.

742472

1,69

5,0

0,07

5,4

5,5

5,3

5,1

5,1

5,2

5,0

Предлагаемый: обработка в колпаковой печи

Известный

Способ обработки

Предлагаемый: обработка в протяжной печи

Предлагаемый: обработка в колпаковой печи

500 С, 2 ч нагрев с

v = 2 С/мин, 860 С, 10 ч

620 С, —"—

Предварительный отжиг при 580 С

2 ч, конечный отжиг при 730 С

10 ч

Режим отжига

250 С, 2 мин, нагрев с ч = 250 С/мин, 860 С, 2 мин

550 С, 5 мин, нагрев с н = 380 С/мин, 900 С, 5 мин

250 С, 5 мин, нагрев с

V = 380 С/мин, 860 С, 5 мин

550 С, 2 мин, нагрев с

V = 250 С/мин, 900 С, 2 мин

250 С, 1 ч, нагрев с

V =.0,5 С/мин, 860С,5ч

550 С, 4 ч, нагрев с

Ч = 0,5 С/мин, 900 С

11родолжение табл.2,1,65 0,11

1,66 0,10

Та.блица 3

1,70 0,08

1,70 0,07

1,71 0,08

1,69 0,07

1,69 0,08

1.68 0,07

742472

5,1

1,68 0,07

5,1

1,69

0,08

Режим отжига

Гибы

008 25

4,2 1,67

0,09 30

4,1 1,68

0,011 20

4,6 1,64

0,12 15

4,5 1,63 печи

Способ обработки

Предлагаемый: обработка в протяжно и печи

Предлагаемы й: обработка в колпаковой

250 С,4ч, нагрев с

V = 2 С/мин, 900 С, 5 ч

550 С, 1 ч, нагрев с, V = 2 С/мин, 860 С, 20 ч

450 С, 3 мин, нагрев с

V = 180 С/мин, 900 С, 3 мин

450 С, 3 мин, нагрев с

V = 280 С/мин, 900 С, 3 мин

450 С, 3 мин, нагрев с

V = 350 С/мин, 900 С, 3 мин

450 С, 3 мин, нагрев с

V = 280 С/мии, 820 С, 3 мин

420 .С, 4 час, нагрев с

V = 0,3 С/мин, 920 С, 15 ч

Продолжение табл.З

Таблица 4

Характеристика стали

P<, sjso 11asoo 11zsoo, вт/кг Т Т

4,5 1,65 0,011 25

742472

Продолжение т

0,09 18

4,0 1,67

Известный

Режим отжига

008 30

4,1 1,68

0,09 15

4,1 1,66

0,08 18

4,2 1,67

Предлагаемый: обработка в колпаковой печи

Способ обработки

Предлагаемый: обработка в протяжной

Предлагаемый: обработка в колпаковой

420С,4ч, нагрев с

Ч = 1,0 С/мин, 920 С, 15 ч

420 С, 4 ч, нагрев с

V = 3 С/мин, 920 С, 15 ч

Предварительный отжиг при 520 С, 4 ч, конечный отжиг при 760 С, 15 ч

250 С, 5 мин, нагрев с

Ч = 250 C/Mèí, 900 С

550 С, 2 мин, нагрев с

V = 380 С/мин, 900 С

250 С, 2 мин, нагрев с

V = 380 С/мин, 940 С

550 С, 5 мин, нагрев с

V = 250 С/мин, 940 С

250 С, 4 ч, нагрев с

Ч = 0,5 С/мин, 940 С

250 С, 1 ч, нагрев с

Ч = 0,5 С/мин, 900 С

4 3 1 64, О 11 12

4,8 1,63 0,12 10

Таблица 5

Характеристика стали

4,3 1,67 0,09

4,2 1,67 0,08 27

4,2 1 68 0,09 28

742472

0,08 16

4,1 1,66

Таблица 6

Режим обработки Характеристика стали

Способ обработки

Предлагаемый: в колпаковой печи

1,53 0,11 10

3,0

1,57 0,10 6

2,5

Известный

Предлагаемый: обработка в колпаковой печи

550 С, 1 ч, нагрев с

Ч = 2 С/мин, 900 С

550С,4ч, нагрев с

Ч = 2 С/мин, 940 С

400 С, 3 ч, нагрев с

V =- 0,7 С/мин, 840 С, 8 ч

400 С, 3 ч, нагрев с

V = 0,7 С/мин, 950 С, 18 ч

400С.,З ч, нагрев с

Ч = 0,7 С/мин, 1100 С, 18 ч

400С,Зч, нагрев с

V = 0,3 С/мин, 1100 С, 18 ч

400С,З ч, нагрев с

Ч = 2,5 С/мин, 1100 С, 18 ч .

Предварительный отжиг нри 480 С, 3 ч, конечный отжиг при 760 С, 15 ч

Продолжение табл. 5

Ха акте истика стали

s /so Вз so o 4 coo Гибы с вт/кг Т Т

4,2 1,67 0,09 20 а/ е Второ ЛВз ое, Гибы в т/кг Т Т

2,7 1,55 0,09 8

3,1 1,52 0,12 2

30 154 012 4

3,1 1,53. 0,12 3

742472

Таблица 7

Способ обработки

Режим отжига

Характеристика стали

РЕ 5/50, вт/кг

В2500 Ж2500

Т Т

Гибы

250 С, 2 мин, нагрев с

Ч = 380 С/мин, 950 С

Предлагаемый: обработка в колпаковой печи

550 С,5 мин, нагрев с

V = 250 C/Mèa, 950 С

250 С, 5 мин, нагрев с

Ч = 250 С/мин, 1200 С

550 С, 2 мин, нагрев с

Ч = 380 С/мин, 1200 С

Как следует из представленных результатов, предлагаемый способ обеспечивает для всех сталей лучшие магнитные свойства и их изотропность, а также более: высокую пластичность по сравнению с известным способом. Так, в

Ст. 2013, обработанной по предлагаемому способу, удельные потери Р1 s/ o получаются в

У среднем на 7,3-9,1% ниже, чем по известному.

В Ст. 2212 и 2412 толщиной 0,50 мм эта разница составляет соответственно 14,5-16,6% и 45

19,3%. Выигрыш в магнитной индукции 82soo составляет в среднем 2,6-3,2%, а в количестве перегибов — в 2,7-3 раза.

Отклонение температуры и продолжительности изотермической выдержки (как низкотемпературной, так и высокотемпературной) и скорости нагрева от указанных в описании интервалов приводит к ухудшению магнитных свойств и пластичности. Достоинством предлагаемого спо55 соба является также возможность использовапия протяжных -печей для сталей с содержанием кремния менее 2,8%. Оба варианта отжига — в колпаковой и протяжной печи — в предлагаемом

27 156 010 10

2,8 1,57 0,10 8

2,5 1,56 0,09 6

2,6 1,56 0,09 7 способе не требуют дополнительного оборудования и могут быть реализованы в существующих специализированных цехах холодной прокатки

Верх-Исетского, Ново-Липецкого и Череповецкого металлургических заводов.

Более высокие магнитные и механические свойства сталей, обработанных по предлагаемому способу, обеспечивают эффективность их применения в магнитопроводах электрических печей.

Экономический эффект от внедрения предложения на металлургическом заводе определяется воэможностью перевода изготовляемой стали кэ одной марки в другую. Например, изготовление стали с 162% Si (марка 2212 при известном способе) по предлагаемому способу переводит ее в марку 2312, которая стоит на 25 руб. дороже (334 и 360 руб. на 1 т соответственно).

Экономический эффект в электротехнической промышленности получают как за счет использования в машинах более дешевой стали с теми же магнитными свойствами, так и в результате уменьшения износа инструмента при штамповке (ввиду лучших механических свойств). В целом в народном хозяйстве экономический эффект

17 742472 обеспечивается уменьшением потерь мощности при перемагничивании.

18 турной и высокотемпературной выдержек при обработке в протяжной печи составляет 2-5 мин, а в колпаковой — 1-4 ч и 5-20 ч соответственно.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что скорость нагрева после низкотемпературной выдержки при обработке в протяжной печи составляет 250-380 С/мин, а в колпаковой печи — 0,5-2 С/мин.

4.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем,.что температура окончательной выдержки зависит от содержания кремния в стали и составляет: 0,2-0,8% Si — 860-900 С; 0,81—

2,8% Si 900-940 С; 2,81-3,8% Si — 950-1200 С.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающий окисление и обезуглероживание, отличающийся тем, что, с целью улучшения магнитных и механических свойств, повышения их изотропности, окисление и обезуглероживание осуществляют в процессе окончательного высокотемпературного отжига при нагреве в окислительиой атмосфере с произволь- д ной скоростью до 250-550 С и выдержкой в течение 2 Мин — 4 ч, далее до 860-1200 С в восстановительной атмосфере со скоростью

0,5-380 С/мин с выдержкой в течение 2 мин—

20 ч.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что продолжительность низкотемнераИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Молотилов Б. В. и др. Сера в электротехнических .сталях. М., металлургия", 1973, с. 139-147.

Z. Авторское свидетельство СССР N 389156, кл. С 21 О 1/78,.1973.

Составитель Г. Дудик

Техред О. Андрейко Корректор Ю. Макаренко

Редактор И. Михеева

Филиал ППП "Патент", r; Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3588/7 Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5