способ производства электротехнической анизотропной стали с повышенной проницаемостью

Формула изобретения

Способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, содержащей углерод, кремний, марганец, алюминий, азот, медь, железо и неизбежные примеси, непрерывную разливку стали, горячую прокатку, двухкратную холодную прокатку с обезуглероживающим отжигом полосы, азотирование, нанесение термостойкого покрытия и высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что осуществляют выплавку стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод	не более 0,05
марганец	0,15-0,4
кремний	3,0-3,5
медь	0,4-0,6
алюминий	0,018-0,03
азот	0,005-0,012
железо и неизбежные примеси	остальное,

причем отношение алюминия к азоту устанавливают в пределах 2,3-3,5, а азотирование ведут в интервале температур 700-850°С в атмосфере, содержащей диссоциированный аммиак после обезуглероживающего отжига в промежуточной толщине полосы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к производству электротехнических сталей.

Известно, что магнитные свойства анизотропной электротехнической стали в значительной мере определяются степенью совершенства текстуры {110}<001> (ребровая текстура), формирующейся в ходе вторичной рекристаллизации. При переделе анизотропной стали необходимо выполнить ряд следующих условий, соблюдение которых позволит повысить совершенство текстуры:

1) стабилизация структуры матрицы включениями второй фазы (главным образом нитриды алюминия, сульфиды и селениды марганца или их комбинация);

2) преобладание в текстуре матрицы, легко поглощаемой октаэдрической ({111}<112>) компоненты текстуры;

3) наличие в текстуре матрицы достаточно острой ребровой компоненты, которая в ходе вторичной рекристаллизации интенсивно поглощает октаэдрическую.

При производстве высокопроницаемой стали для выполнения первого условия используют следующие два технологических направления:

1) создание оптимальной стабилизирующей фазы на первых этапах передела (выплавка, разливка, высокотемпературный нагрев слябов, горячая прокатка, отжиг горячекатаных рулонов) [1, 2];

2) азотирование металла в конечной толщине после (или в процессе) обезуглероживающего отжига [3, 4].

Второе условие в обоих случаях реализуется за счет холодной прокатки с высокой степенью деформации (85-90%) [5].

Для реализации третьего условия также в обоих случаях используется «теплая» (˜200°С) прокатка, обеспечивающая так называемое деформационное старение, а также модифицирование стали оловом.

Недостатком первого направления является необходимость высокотемпературного нагрева слябов. В процессе нагрева образуется «железная» окалина, которую необходимо непрерывно удалять, что обуславливает высокие трудовые, материальные и энергетические затраты.

Второе направление требует весьма точное сочетание параметров горячей прокатки, нормализации и термообработки в конечной толщине, что не всегда удается совместить. Небольшое отклонение параметров прокатки и термообработки от оптимума чревато ухудшением свойств стали вплоть до отбраковки части полос.

Предлагаемый в настоящей заявке вариант отличается от описанных тем, что он реализуется при двукратной холодной прокатке, не требует высокотемпературного нагрева слябов и деформационного старения, а также не требует «ювелирного» сочетания параметров прокатки и термообработки, т.е. характеризуется относительной простотой и стабильностью. Кроме того, в предлагаемом варианте отсутствует операция отжига горячекатаных полос, что значительно уменьшает затраты.

В качестве прототипа взят патент Японии [4], как наиболее близкое решение аналогичной технологической задачи. Стабилизация структуры частично осуществляется за счет нитридов алюминия, формирующихся при горячей прокатке, частично - образующихся при химико-термической обработке за счет азотирования в промежуточной или конечной толщине. Усиление октаэдрической компоненты в текстуре матрицы, равно как и обострение ребровой, осуществляется за счет введения в сталь меди (0,4-0,6 мас.%) и медленного нагрева металла в интервале температур возврата и первичной рекристаллизации (400-650°С).

Ниже в качестве примеров приведены результаты экспериментов, обосновывающих новизну и полезность настоящей заявки на патент.

Пример 1. Металл, содержащий 0,03 мас.% С, 0,17 мас.% Mn, 3,08 мас.% Si, 0,022 мас.% Al, 0,50 мас.% Cu и 0,008 мас.% N, выплавляли в кислородных конверторах и разливали на машинах непрерывного литья слябов. Слябы нагревали до температуры 1250°С и прокатывали на широкополосном стане горячей прокатки на толщину 2,5 мм. Температура завершения черновой прокатки составляла 1040-1050°С; чистовой прокатки 915-920°С; смотки полос 560-570°С. Далее металл подвергали травлению, первой холодной прокатке на толщину 0,7 мм, обезуглероживающему отжигу при температуре 850°С в увлажненной азотоводородной смеси, азотированию в атмосфере, содержащей диссоциированный аммиак, второй холодной прокатке на толщину 0,30 мм, нанесению термостойкого покрытия, высокотемпературному отжигу. Для сравнения часть металла не подвергали азотированию.

Из данных таблицы 1 следует, что введение в технологический цикл операции азотирования стали после завершения обезуглероживания способствует увеличению значений индукции с 1,86-1,87 Тл до 1,90-1,94 Тл, характерных для высокопроницаемой стали.

Таблица 1 Сопоставление магнитных свойств стали, полученной по стандартной технологии и технологии с азотированием в промежуточной толщине
Вариант технологии	Номер испытания	Содержание азота после термообработки, %	Магнитные свойства
			В800 , Тл	P1,7/50, Вт/кг
Стандартный (без азотирования)	1	0,008	1,86	1,23
	2	0,008	1,87	1,19
С азотированием в промежуточной толщине	1	0,011	1,90	1,10
	2	0,015	1,92	1,05
	3	0,015	1,92	1,04
	4	0,017	1,94	1,00
	5	0,020	1,91	1,08
	6	0,026	1,90	1,11

Важно учесть, что эффективность азотирования реализуется только при переделе стали с умеренной степенью стабилизации структуры нитридными включениями, формирующимися при горячей прокатке.

При пониженной степени стабилизации структуры в процессе нагрева металла при высокотемпературном отжиге в интервале температур 700-950°С развивается собирательная рекристаллизация (до аномального роста зерна). Вторичная рекристаллизация происходит в условиях повышенной стабилизации структуры (увеличенный размер зерен матрицы и появление дополнительной ингибиторной фазы за счет азотирования), что способствует росту зерен с наиболее совершенной ребровой ориентировкой.

Из результатов исследований следует, что наилучшие магнитные свойства имеет сталь, которая характеризовалась отношением алюминия к азоту в интервале 2.3-3.5.

Таким образом, введение операции азотирования стали в промежуточной толщине в технологический цикл передела стали нитридного варианта позволяет получать высокопроницаемую сталь.

Источники информации

1. Европейский патент ЕР №219611, 1986 г.

2. Европейский патент ЕР №420238, 1990 г.

3. Европейский патент ЕР №339474, 1989 г.

4. Европейский патент ЕР №392534, 1990 г.

5. Европейский патент ЕР №566986, 1993 г.