способ производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали
Классы МПК: | C21D8/12 при изготовлении изделий с особыми электромагнитными свойствами |
Автор(ы): | Степанов Александр Александрович (RU), Артюшечкин Александр Викторович (RU), Артемьев Сергей Викторович (RU), Драницын Андрей Александрович (RU), Долгов Андрей Васильевич (RU), Кузнецов Виктор Валентинович (RU), Салтыков Герман Павлович (RU), Чекалов Виталий Петрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-09-20 публикация патента:
10.04.2009 |
Изобретение относится к области черной металлургии. Для повышения уровня магнитных свойств стали получают полосу из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, подвергают ее двухкратной холодной прокатке с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, обезуглероживающему отжигу и завершающей термообработке. Вторую холодную деформацию полосы осуществляют растяжением с усилием прокатки 20-60 тонн, обезуглероживающий отжиг ведут при 790-850°С, завершающую термообработку проводят с двухступенчатым нагревом, при этом на первой ступени нагревают до 810-870°С, на второй ступени - до 940-980°С, а нагрев с первой на вторую ступень осуществляют со скоростью 120-180°С/мин. Нагрев с первой на вторую ступень завершающей термообработки осуществляют со скоростью, определяемой в зависимости от содержания алюминия в стали: V1-2 =-150×[Al]+210, °С/мин. Завершающую термообработку на второй ступени проводят при температуре Т2 ступени=60×[Si]+860, °С. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Способ производства холоднокатаной полосы из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2,0 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, включающий двухкратную холодную прокатку полосы с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением, обезуглероживающий отжиг и завершающую термообработку, отличающийся тем, что вторую холодную прокатку осуществляют растяжением с усилием прокатки 20-60 т, обезуглероживающий отжиг проводят при температуре 790-850°С, а завершающую термообработку ведут с двухступенчатым нагревом, сначала на первой ступени до 810-870°С, а на второй - до 940-980°С, при этом нагрев с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени ведут со скоростью нагрева 120-180°С/мин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость нагрева с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости:
V1-2 = -150·[Al]+210, °С/мин,
где V1-2 - скорость нагрева с 1 на 2 ступень, °С/мин;
-150 - эмпирический коэффициент, °С/мин мас.%;
[Al] - содержание алюминия в стали, мас.%;
210 - эмпирический коэффициент, °С/мин.
3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что нагрев до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости:
T2 ступени= 60·[Si]+860, °С,
где Т2 ступени - температура на 2 ступени, °С;
60 - эмпирический коэффициент, °С/мас.%;
[Si] - содержание кремния в стали, мас.%;
860 - эмпирический коэффициент, °С.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам производства изотропной электротехнической стали, в частности, содержащей кремния до 2%, алюминия 0,1-0,5%, углерода 0,015-0,065%.
Известен способ производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали с содержанием 0,2-1,5% кремния, 0,1-0,5 алюминия, 0,02-0,05 углерода, 0,01-0,16 фосфора, 0,15-1,0 марганца, горячую прокатку и однократную холодную прокатку, двухступенчатый обезуглероживающий отжиг и завершающую термическую обработку (Патент РФ 2126843, МПК C21D 8/12, C21D 1/74, 27.02.1999).
Недостатком указанного способа является относительно низкий уровень магнитных свойств, обусловленный мелкозернистой структурой готовой стали.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной полосы из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2,0 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, включающий двухкратную холодную прокатку полосы с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением, обезуглероживающий отжиг и завершающую термообработку (RU 2203331 С2, C21D 8/12, 27.04.2003 г.).
Недостатком известного способа является то, что вторая холодная деформация в указанном диапазоне удлинений приводит к уменьшению благоприятных ориентировок в готовой стали и, соответственно, к снижению уровня магнитных свойств.
Техническим результатом изобретения является повышение уровня магнитных свойств стали.
Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаной полосы из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2,0 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, включающем двухкратную холодную прокатку полосы с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением, обезуглероживающий отжиг и завершающую термообработку, вторую холодную прокатку осуществляют растяжением с усилием прокатки 20-60 тонн, обезуглероживающий отжиг проводят при температуре 790-850°С, а завершающую термообработку ведут с двухступенчатым нагревом, сначала на первой ступени до 810-870°С, а затем на второй - до 940-980°С, при этом нагрев с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени ведут со скоростью нагрева 120-180°С/мин.
Скорость нагрева с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости: V1-2=-150×[Al]+210, °С/мин, где:
V1-2 - скорость нагрева с 1 на 2 ступень, °С/мин;
-150 - эмпирический коэффициент, °С/мин/% мас.;
[Al] - содержание алюминия в стали; % мас.;
210 - эмпирический коэффициент, °С/мин.
Нагрев до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости: T2 ступени=60×[Si]+860, °С, где:
Т2 ступени - температура на 2 ступени, °С;
60 - эмпирический коэффициент, °С/% мас.;
[Si] - содержание кремния в стали, % мас.;
860 - эмпирический коэффициент, °С.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, чтобы за счет второй деформации растяжением с усилием прокатки 20-60 т, регулированием скорости нагрева с 1 на 2 ступень при завершающей термообработке с учетом содержания в стали алюминия, выбора температуры 2 ступени при завершающей термообработке с учетом содержания в стали кремния формировать структуру готовой стали с большим количеством благоприятных ориентировок.
Сквозная технологическая схема производства включает выплавку стали в конвертере или электропечи, горячую прокатку, травление, холодную прокатку. Далее холоднокатаные полосы обрабатываются на непрерывных агрегатах.
Вторая холодная деформация растяжением с усилием прокатки 20-60 т позволяет создать поля напряжений в структуре стали. Скорость нагрева с 1 на 2 ступень при завершающей термообработке, определяемая в зависимости от содержания алюминия в стали по эмпирической формуле V1-2 =-150×[Al]+210, °С/мин; выбор температуры 2 ступени завершающей термообработки в зависимости от содержания в стали алюминия по эмпирической формуле Т2 ступени=60×[Si]+860, °С обеспечат формирование оптимальной структуры и текстуры готовой стали и высокий уровень магнитных свойств.
Способ опробован в промышленных условиях на ОАО «Северсталь». Сталь выплавляли в 350-тонном конвертере. Слябы прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000. Далее осуществляли травление, холодную прокатку и термообработку, включающую обезуглероживание и рекристаллизацию в проходной печи.
Режимы реализации способа и свойства стали приведены в таблице.
Примеры реализации способа
Вариант 1. Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,015%, кремния 1,0%, алюминия 0,50% обезуглероживали, деформировали растяжением при усилии прокатки 20 т с удлинением 1,0%, завершающую термообработку проводили с температурой на 1 ступени 810°С, полосы нагревали с 1 на 2 ступень со скоростью 120°С/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет V 1-2=-150×0,5+210=135°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: Т2 ступени=60×1,0+860=920°С. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р1,5/50=4,2 Вт/кг, В2500=1,64 Тл).
Вариант 2. Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,040%, кремния 1,5%, алюминия 0,40% обезуглероживали, деформировали растяжением при усилии прокатки 30 т с удлинением 1,5%, завершающую термообработку проводили с температурой на 1 ступени 840°С, полосы нагревали с 1 на 2 ступень со скоростью 150°С/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет V1-2=-150×0,4+210=150°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: T2 ступени =60×1,5+860=950°С. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р 1,5/50=4,1 Вт/кг, В2500=1,63 Тл).
Вариант 3. Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,065%, кремния 2,0%, алюминия 0,20% обезуглероживали, деформировали растяжением при усилии прокатки 60 т с удлинением 2%, завершающую термообработку проводили с температурой на 1 ступени 870°С, полосы нагревали с 1 на 2 ступень со скоростью 180°С/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет V 1-2=-150×0,2+210=180°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: Т2 ступени=60×2,0+860=980°С. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р 1,5/50=3,8 Вт/кг, В2500=1,63 Тл).
В случае отклонения от рекомендуемых режимов (варианты № 4-11) достигнуть указанной в формуле изобретения цели не удалось.
При снижении скорости подъема температуры с 1 на 2 ступень при завершающей термообработке до 115°С/мин, т.е. ниже нижнего предела (вариант № 4), приводит к тому, что растворяется большее количество нитридов алюминия, поэтому уменьшается количество зерен благоприятных ориентировок и снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,4 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).
Повышение скорости подъема температуры с 1 на 2 ступень до 185°С/мин, т.е. выше верхнего предела (вариант № 5) приводит к появлению большого количества зародышей роста зерен, в результате уменьшается количество зерен благоприятных ориентировок и снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,3 Вт/кг; В2500=1,60 Тл).
Повышение усилия прокатки при 2 холодной деформации до 65 тонн, т.е. выше верхнего предела (вариант № 6), приводит к активизации роста зерен октаэдрической и близкой к ней ориентировок при последующей рекристаллизации, в результате снижается уровень магнитных свойств (Р1,5/50=4,3 Вт/кг; В2500=1,61 Тл).
Снижение усилия прокатки при 2 холодной деформации до 15 тонн, т.е. ниже нижнего предела (табл.поз.7), приводит к формированию пониженного поля напряжений в поверхностном слое полосы, которые при последующей рекристаллизации не позволяют сформировать оптимальную структуру готовой сгали, в результате снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,4 Вт/кг; В2500=1,62 Тл).
Понижение температуры завершающей термообработки на 1 ступени до 790°С, т.е. ниже нижнего предела (вариант № 8), приводит к замедлению роста зерен, что снижает уровень магнитных свойств (Р1,5=4,5 Вт/кг; В2500=1,61 Тл).
При повышении температуры завершающей термообработки на 1 ступени до 890°С, т.е. выше верхнего предела (вариант № 9), формируется крупнозернистая структура, что приводит к понижению уровня магнитных свойств (Р 1,5/50=4,4 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).
Определение скорости подъема температуры с 1 на 2 ступень не по приведенной эмпирической зависимости без учета содержания алюминия в стали приводит к тому, что при скорости подъема температуры с первой на вторую ступень V1-2 =160°C/мин (вариант № 10) развивается меньшее количество зерен благоприятных ориентировок при отжиге. Из-за этого снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,3 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).
Применение температуры на 2 ступени завершающей термообработки, отличной от определенной по эмпирической зависимости, без учета содержания кремния в стали приводит к тому, что при повышении температуры завершающей обработки до 960°С на стали, содержащей 1,5% кремния (вариант № 11), формируется крупнозернистая структура стали, что приводит к снижению уровня магнитных свойств (Р 1,5/50=4,3 В т/кг, В2500=1,62 Тл).
Таким образом, отклонения от предлагаемых режимов приводят к формированию неоптимальной структуры стали и вследствие этого к пониженному уровню магнитных свойств в готовой стали (варианты № 4-11).
Сравнение магнитных свойств по предлагаемому (варианты № 1-3) и известному (вариант № 12) способам, показывает, что в предлагаемом способе удельные потери ниже на 0,1-0,7 Вт/кг, а магнитная индукция выше на 0,01-0,04 Тл.
Как видно из таблицы, только в случае соблюдения предлагаемых режимов (вариант № 1-3) достигается технический результат изобретения, вследствие чего параметры предлагаемого способа следует считать существенными.
№ п/п | Содержание элементов, % мас. | Усилие прокатки, т | Удлинение при 2 холодной деформации, % | Температура 1 ступени, °С | V1-2, °C | Температура 2 ступени, °С | Расчет V1-2 по формуле, °С | Расчет Т2 ступени по формуле, °С | Р 1,5/50,Вт/кг | В2500, Тл | ||
С | Si | Al | ||||||||||
1 | 0,015 | 1,0 | 0,50 | 20 | 1,0 | 810 | 135 | 920 | + | + | 4,2 | 1,64 |
2 | 0,040 | 1.5 | 0,40 | 30 | 1,5 | 840 | 150 | 950 | + | + | 4.1 | 1,63 |
3 | 0,065 | 2,0 | 0,20 | 60 | 2,0 | 870 | 180 | 980 | + | + | 3,8 | 1,63 |
4 | 0,015 | 1,0 | 0,50 | 20 | 1,0 | 810 | 115 | 940 | - | + | 4,4 | 1,62 |
5 | 0,065 | 2.0 | 0,20 | 60 | 2,0 | 870 | 185 | 980 | - | + | 4,3 | 1,60 |
6 | 0,065 | 2,0 | 0,20 | 65 | 2,0 | 870 | 180 | 980 | + | + | 4,3 | 1,61 |
7 | 0,015 | 1,0 | 0,50 | 15 | 1,0 | 810 | 120 | 920 | + | + | 4,4 | 1,62 |
8 | 0,065 | 2,0 | 0,20 | 60 | 2,0 | 790 | 180 | 980 | + | + | 4,5 | 1,61 |
9 | 0,015 | 1,0 | 0,50 | 20 | 1,0 | 890 | 120 | 920 | + | + | 4,4 | 1,62 |
10 | 0.040 | 1,5 | 0,40 | 30 | 1,5 | 840 | 160 | 950 | - | + | 4,3 | 1,62 |
11 | 0,040 | 1,5 | 0,40 | 30 | 1,5 | 840 | 158 | 950 | + | - | 4,3 | 1,62 |
Класс C21D8/12 при изготовлении изделий с особыми электромагнитными свойствами