Способ термической обработкихолоднокатаной электротехническойстали

 

Oll HCAHHK

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Республмм >8)708) (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.12.79 (21) 2845684/22-02 с присоединением заявки М (23) П риоритет— (5))lVL. Кл.

С 21 0 8/12 йаударвтевлнмй кемктет

СССР до делам лзвбретвник и открытий

Опубликовано 30.03.81. Бюллетень Рй 12 (53) УДК 621.785.

3 (088.8) Дата опубликования описания 05.04.81

И. В. Франценюк, А. Г. Духнов, Н. П. Гребеник, В. В. Поляков, А. П. Шаповалов, А. Т. Гриднев, А. И. Третьяков и В. А. Никитин (72) Авторы изобретения

Центральный научно-исследовательский институт черно им. И. П. Бардина и Ново-Липецкий метвллургически (71) Заявители 37Ь;у / (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ХОЛОДНОКАТАНОЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии, в част ности к производству специальных сталей и сплавов, а именнс -.à технологии производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитойроводов вращающихся машин: двигателей, генераторов и т.д. ,Пля обеспечения высоких технико-экономических показателей и стабильной работымашин. такая сталь,: наряду с низкими удельными потерями и высокой магнитной индукци; ей, должна обладать изотропностью магнитных свойств в плоскости листа, определяемой как анизотропия ЬВ spp — p33HHIle магнитной ин" дукции В2 00 вдоль и поперек направления прокатки.

Широко распространенный в настоящее время способ изготовления холоднокатаной изо тронной электротехнической стали 11) включает однократную или двукратную холодную прокатку и последующий окончательный отжиг . при 750-1200 С.

Известен способ производства электротехни ческой стали (2), по которому для изготовления холоднокатаных листов и полос элек- тротехнической стали с неориентированной (изотропной) структурой и высокой плотностью магнитного потока, сталь после горячей прокатки с обжатием более 98% подвергается кислотному травлению и однократной холодной прокатке с обжатием 64 — 84%. Затем листы нагревают со скоростью 1,6 — 100 С/с и отжигают 10 с и более при 600-1200 С.

Такая обработка способствует формированию мелкозернистой структуры и обеспечивает получение требуемой изотропности магнитных свойств, но значительно ухудшает ваттные потери.

При изготовлении стали с двукратной холодной прокаткой требуемая изотропность магнитных свойств обеспечивается за счет применения критических обжатий при второй г холодной прокатке.

Известен способ производства электротехнической стали (3), который включает прокатку слитков на полосу толщиной 2-4 мм, травление, первую холодную прокатку до толщины на 5 — 15% больше готового размера, 817081 промежуточный безокислительный или обезуглероживающий отжиг, вторую холодную прокатку на конечную толщину с обжатиями 5—

15% и окончательный отжиг в муфеле при

650-75О С или в проходной печи при 780880 С.

Такая обработка способствует формированию более крупнозернистой структуры и по,зволяет снизить удельные потери стали по . сравнению с аналогичными температурами окончательного отжига.

Наиболее близким к предлагаемому являет.ся способ термической обработки холодиокатаной электротехнической стали, по .которому с целью.получения стали с весьма низкими ваттными потерями металл, со,е1.жащий 2,5—

4,0% кремния, подвергают горячей прокатке, отжигу, холодной прокатке на конечную толщину,.обезуглероживающему отжигу и окончательному отжигу для завершения втор . ной рекристаллизации (4) .

Такая обработка способствует значитель- . ному улучшению удельных ваттных потерь и магнитной индукции за счет формирования преимущественной кристаллографической текстуры типа (110) (001) (ребровая текстура) .

Однако эта текстура обеспечивает получение высоких магнитных свойств только в одном направлении — вдоль прокатки. По другим направлениям свойства значительно хуже, т,е. сталь обладает высокой анизотропией, дости гающеи QB з ое = 0,35 — 055 Т.

Эта сталь используется для изготовления трасформаторов, однако она непригодна для магнитопроводов вращающихся машин, где Ж3з ее (0,16 T (в соответствии с

ГОСТ 21427, 2 — 75).

Цель изобретения — улучшение изотропнос:.ти магнитных свойств электротехнической . стали.

4 толщине перед окончательным отжигом, При двукратной холодной прокатке .обезуглероживающий отжиг проводят в промежуточной толщине перед второй холодной прокаткой. Обжатия при второй холодной прокатке составляют 16 — 19%. Перед окончательным отжигом определяют температуру вторичной рекристаллизации путем градиентного отжига образцов готовой стали. В соответствии с полученными

10 результатами окончательный отжиг проводят в две ступени: первую — при на 50 — 80 С ниже температуры вторичной рекристаллизации, с выдержкой 2 — 18 ч, вторую — при

1000 — 1300 С с выдержкой 0,5 — 2,5 ч. Скорость нагрева регулируют таким образом, чтобы на первой ступени она составляла 10—

50 С/ч, а на второй ступени — 4-16 С/мин.

На первой ступени отжига формируется исходная структура металла. Для обеснечения высоких и изотропных; магнитных свойств

20 металл должен обладать однородной среднезернистой исходной структурой с размером зерна 0,2 — 0,5 мм. Количество зерен с ориентировкой (100) (ООЦ в этой структуре не .должно превышать 25%. Такие условия обеспечиваются предлагаемым режимом отжига на первой ступени. Снижение температуры отжига на первой ступени более чем на 80 С от температуры вторичной рекристаллизации способствует формированию мелкозерЗо нистой структуры, с размером зерна 0,05—

01 мм, ухудшающей удельные ваттные потери. Подобное влияние оказывает уменьшение выдержки менее 2 ч при температуре отжига и увеличении скорости нагрева, более 50 С/ч. Повышение температуры отжига на первой ступени за счет уменьшения разницы между температурой вторичной рекристаллизации и температурой отжига на первой ступени менее чем. на 50 С ведет к развиппо

Поставленная цель достигается тем, что проводят окончательный отжиг в зависимости or температуры вторичной рекристаллизации в две ступени: первую — при температуре на

50 — 80 С ниже температуры вторичной рекристаллизации с выдержкой 2-18 ч, вторую— при температуре 1000 — 1200 С с выдержкой

0,5 — 2,5 ч, причем скорость нагрева регулируется в пределах 10 — 50 С/ч на первой ступени нагрева и 4 — 16 С/мин — на второй ступени.

Выплавку стали с содержанием 2,5 — 3,5% кремния проводят в эяектродуговой печи или кислородном конверторе. После горячей прокатки на толщину 1,5 — 4,0 мм и кислотного травления проводят однократную или двукратную холодную прокатку на конечную толщину. При однократной холодной прокатке металл обезуглероживают в конечной ориентировки (110) (001), в результате чего ее количество увеличивается до 50%, что уаеличивает анизотропию магнитвъи . свойств. Такое же влияние оказывает повышение выдержки при температурах отжига более 18 ч, и снижение скорости Aarpesa менее 10 С/ч.

Вторая ступень отжига служит для обеспечения глубокой рафинировки металла от вред- ных примесей и формирования окончательной структуры. Для обеспечения высоких магнитных свойств количество неметаллических включений в стали не должно превышать 0,010% объема, а структура должна быть однородной с размерами зерна 0,4 — 0,8 мм; количество зерен с ориентировкой (110) (ООЦ не должно превышает 40%. Эти условия обеспечиваются режимом отжига на второй ступени: температурой 1000-1200 С с выдержкой 0 5 — 2,5 ч и скоростью нагрева до этой температуры 4—

5 о

16 С/мин. Уменьшение температуры отжига. о ниже 1000 С также как и снижение выдержки менее 0 5 ч или повышение скорости нагрева более. 16 С/мин способствует измельчен зерна до размеров 0 1 — 0,3 мм, Кроме того, та кие условия отжига не обеспечивают глубокой рафинировки стали от вредных примесей; количество неметаллических включений составляет 0018 — 0,025% объемных. Все это существенно увеличивает удельные потери и уменьшает магнитную индукцию. Увеличение температуры отжига выше 1200 С, увеличение времени выдержки более 2,5 ч или снижение скорости нагрева менее 4 С/мин способствует развитию ориентировки (110) (001), которая увеличивается до 50 — 80%, в результате чего значительно ухудшается изотропность магнитных свойств.

Окончательный отжиг проводят в колпачковых печах. В качестве защитной среды используют любую ненауглероживающую и безокислительную атмосферу: водород (предпочтительнее), азотный газ, вакуум и т.д. При регулировании температуры и выдержке реко.мендуется учитывать термичность отжига (повышенным температурам соответствуют пониженные выдержки и наоборот), Например, температуре отжига на второй ступени 1000 С соответствует выдержка 2,5 ч, температуре

1200 С вЂ” выдержка 0;5 ч.

Пример 1. После горячей прокатки на толщину 2,5 MM сталь, содержащую 0,038% С;

3,0 o Si; 0,07% Мп; 0,07% и ; 0,14% Со;

0,004% $; 0010 А1; 0007% Р; 0,04% Сг; остальное Fe подвергают травлению и однократ.ной холодной прокатке на толщину 0,50 мм.

Обезуглероживание стали проводят в горизонтальной проходной печи в среде влажного азотного газа с 5% Нг при влажности газа по точке росы +18 С. При обезуглероживании отбирают образцы этой стали для осуществления градиентного отжига, который проводят в лабораторной печи при 850-1100 С по длине образца. Макроструктурный анализ образцов зафиксировал избирательный рост зерен при

940 С, т.е. температура. вторичной рекристаллизации для этой стали составляет 940 С.

Первую ступень окончательного отжига проводят при 890 С (на 50% ниже вторичной .рекристаллизации) с выдержкой 2 ч нри этой температуре. Нагрев до температуры заданияпроводят со скоростью 10 С/ч. Затем осуществляют дальнейший нагрев этой стали до 1000 С со скоростью 4 С/мин и выдержкой 2,5 ч;

Охлаждение стали проводят с произвольной скоростью. В качестве защитной среды при нагреве и охлаждении используют сухой водород при влажности по точке росы -50 С.

В результате такой обработки получают сле. дующий уровень магнитных свойств: Pqp/so =

817081 6 — 1,17 Вт/кг; Р, sðso = 2,93 Вт/кг; Вгsoo

1 56 Т; Mysop = 0,12 Т. Эти свойства на 6% лучше гарантированных ГОСТ 21427, ию 2 — 75 для высшей марки этого класса 2412 5 (Р /so (1,3 Вт/кг; Р s/sо (3,1 Вт/кг; гаоо ) 1>50; Ть %gspp (016 Т), fl р и м е р 2. Химический состав и предварительная обработка стали аналогичны примеру 1. Температура вторичной рекристаллиза10 ции, как и в примере 1, составляет 940 С. о

После обезуглероживания окончательный отжиг проводят в две ступени. Вначале металл нагревают до 875 С (на 65 С ниже. вторичной рекристаллизации) со скоростью 30 С/ч. Вы15 держка при этой температуре составляет 10 ч.

Затем проводят дальнейший нагрев этой стали до 1100 С со скоростью 10 С/мин и выдержкой 1„5 ч. Магнитные свойства такой стали находятся на уровне: Р / о = 1,14 Вт/кг;

20 Р s sp = 2,86 Вт/кг; Выоо = 1,55 Т; ЬВгьоо=

= 0,13 Т; что на 8% лучше гарантированных

ГОСТ 21427, 2 — 75 для высшей марки 2412.

Пример 3. Сталь по составу и обработке, аналогичную примеру 1, подвергают оконча25 тельному отжигу в две ступени: при 860 С о (на 80 .ниже вторичной рекристаллизации) с выдержкой 18 ч при 1200 С с выдержкой

0,5 ч. На первой ступени скорость нагрева составляет 50 С/ч, на второй — 16 С/мнн. .Ç0 Магнитные свойства, полученные после такой обработки, на 5% лучше гарантированных

ГОСТ. 21427, 2 — 75 для высшей марки 2412:.

Р 1,20 Вт/кг;; Р sos o = 2,95 Вт/кг1 Вгоо = 1,54 Т; ЬВгвоо = 0,13 Т.

35 Пример 4 (контрольный). Предварительная обработка и химический состав стали аналогичны примеру 1. Окончательный отжиг металла осуществляют в условиях, отличных от формулы предлагаемого способа. Первую сту4g пень отжита проводят при 900 С (на 40 С ниже вторичной рекристаллизации) с выдержкой 20 ч. Скорость нагрева составляет 5 .С/ч.

Дальнейший нагрев до 1250 С осуществляют .со скоростью 3 С/мин и выдержкой 3 ч.

После такой обработки получают следующий уровень магнитных свойств: .Р / о

1,05 Вт/кг, Р р = 2,61 Вт/кг; Bzsoo

= 1,61 Т; ЬВг оо = 0,31 Т (по ГОСТ 21427, 2 — 75 Мггоо = 016Т) °

Пример 5.(контрольный). Для исследования была использована сталь, изготовленная по примеру 1. Окончательный отжиг проводят в условиях, отличных от формулв предлагаемого способа, Вначале сталь нагревают со коростью

60 С/ч до 850 С (на 90 С ниже вторичной ре.кристаллизации) с выдержкой 1 ч при этой температуре. Дальнейший нагрев до 950 С осуществляют со скоростью 18 С/мин. Выдержка при этой температуре составляла 0,3 ч. 817081

Магнитные свойства стали после такой обработки находятся на уровне: 1 iso =1,68Вт/кг;

Р) 5/5o = 3,74 Вт/кг; В2goo 1,59 Т; bBgqoo=

= 0,09 Т. По ГОСТ 21427,.2 — 75 для низшей марки стали этого KBsccB 2411 Р / е

=.3,6 Вт/кг.

Результаты обработки стали по предлагаемому способу представлены в таблице.

Для проведения испытания предлагаемого способа выплавку стали с минимальным (2,5%), средним (3,0%) и максимальным (3,5%) содержанием кремния осуществляют в злектродуговой печи. После горячей прокатки на толщину

2,5 мм и травления в сернокислотных минах сталь подвергают однократной холодной прокатке на толщину 0,50 мм и обезуглероживающему отжигу в горизонтальных проходных печах.

Для определения температуры вторичной рекристаллизации проводят градиентный отжиг образ- . цов в лабораторной печи. В зависимости от температуры вторичной рекристаллизации окончательный отжиг проводят в две ступени: первую — при температуре на 50 — 80 С ниже темнературы вторичной рекристаллизации с выдержкой 2-18 ч вжру — ри 1000-1300 С с 2 выдержкой 0,5 — 2,5 ч. Скорость нагрева на первой ступени составляет 10 — 50 С/ч, на второй—

4 — 16 С/мин. Отжиг проводят в колпачковой печи в сухом водороде с температурой рекристаллизации (-40 С). При охлаждении до 150—

200 С скорость не регулируют.

Снижение скорости нагрева, повышение температуры отжига, увеличение времени выдержки на первой или второй ступени окончательного отжига способствуют развитию ориентировки (110) (001) и ухудшению изотропности магнитных свойств hB oo. Увеличение скорости нагрева, снижение температуры отжига, уменьшение времени выдержки на первой или второй ступени окончательного отжига ведут к формированию мелкозернистой структуры и увеличению удельных ваттных потерь.

Способ может быть реализован на металлургических заводах, оборудованных высокотемпературными колпаковыми печами с защитной атмосферой.

Ожидаемый экономический эффект,в народном хозяйстве от внедрения предлагаемого изобретения за счЕт улучшения магнитных свойств составит 958 т. р. в год.

817081

С 3

Ф Ч о

Ж З

00 л

Ч . C» . 00 О С4

С C»„00„W C„(„ „О

Ф ) С 3 С > С В С С Ъ < 3 Й

e . В е 00" а ° ф (Ю Ч:) . Г), . 1(1, / Ю„00

° Ф Ф Ч ° ° Ю ° Ф Ф ° Ф « ° ° 4 Ф»

« O: 00 00 00 (м, е . (Ч СЧ \ ° «Ф

I !

С 4 Р <Ч » С4

<Ч о

С ь о о

g < 3

ГЧ а W а О C .00

Ь

I оо гч е <г

6 ° «4 ° «1 ° Ф %

О . CD О О" . О" О о . о о о . р в е lA. ° K ° °

Ь

CD CD

23!

00 f4 с 1 1„ о о

1г

817081 Ф

D (4

Г ) С 3 м м

О О и

D« м

I! У) m

° °

I ч Ch О а г- е- ю о

О О0 О0 О Оо Ch„O О Оо Оо

СЧ CV С 4 CV С 4 < 4 с 1 СЧ t4 ГЧ

I оо О м hl

° Ч

° ° м

« м4 м

° Ф м м. м м

lA

° Ч

О . О О

° 4 Щ

13 я Фж И 95 13 43<

С1, О О О O„О . О О„

< 1 3 С ) (> Сб С > С ) . С ) Ю сО м . м

° °

° ° ч м а а . ч л а

СЧ «1 О °м О О ф 8 8 8 8 8 8

° ю м ° Ф ° «4 м

О О Я Я О О О оо 00 оо

° ° м CV СЧ м м а 3 Ф Ф Ф

I м

О О

I а О Э оо

О ЬО

C> Ch Ч> оо

Ch oo Ch OQ

817081

D о сч

CV

% Ч ь о а

1

К) м 3, % са

Ь

Эф о

1 н р ф! еч (71 о о

СЧ С ) -Я

СП Оо

° «4

° 4

° «\ л

Ф Ф о о

Р о

О

МЪ о

CI ь

М

«Ч ю

О 0 р, Ю

О 0

1

О д

1 (И

В I (ф Э

° ° й3(.

1" ь 3 о g

5 4) ф

„о р„-. !

< 3 Ф 3 Ц «Ф

° «ю ч ч М о",о оо е о

0% 0% 0Ъ (3 Ю Ч о о о о в е В Ф о о о о

1 I 1

Ф .. Ф 00 . 0 ак Фк :N ж6 а о.а о о о о

817081

Составитель Г. Дуднк

Техред М.Федорнак Корректор М. Внгула

Редактор Е. Личинская

Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1235/34

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ термической обработки холоднокатаной; электротехнической стали, содержащей

2,5-3,5% кремния, включающий окончательный отжиг, отличающийся тем, что, с целью улучшения изотропности магнитных свойств, отжиг проводят двухступенчато: первая ступень — на 50 — 80 С ниже температуры вторичной рекристаллизации с выдержкой

2 — 18 ч при скорости нагрева 10-50 С/ч, вторая ступень — при 1000 — 1200 С с выдержкой

0,5 — 2,5 ч при скорости нагрева 4 — 16 С/мин.

Идточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дубров Н. Ф. и Лапкин Н. И. Электротехнические стали. М., Металлургиздат, 1963, с. 217-223.

2. Патент США № 3948691, кл. 148-112, 1976.

3. Заявка Франции № 1472238, кл. В 21 В,,о 1967.

4. Заявка Франции № 2214754, кл. С 21 0 7/00, 1974.