способ производства высококремнистой изотропной электротехнической стали

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 Т_кп=780-860°С и последующем их ускоренном охлаждении водой до температуры Т _см=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 В₂₅₀₀, 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 Т_кп=820°С. После выхода из последней клети полосы ускоренно охлаждают водой на отводящем рольганге до температуры Т_см=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 V ₂=380°С/мин до температуры Т₂=790°С. Завершающий нагрев проводят со скоростью 900°С/мин до температуры отжига Т_отж=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 В₂₅₀₀=0,03-0,04 Тл;

- минимальны удельные магнитные потери P_1,5/50=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; В₂₅₀₀=0,07 Тл; Р_1,5/50=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	В2500, 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.