Способ производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали

Способ производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали

Реферат

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин (электродвигателей, генераторов, дросселей и т.п.).

Характерной особенностью качества такой стали является более высокий уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости. Во многом эти характеристики достигаются оптимизацией структурного и текстурного состояний стали, которые в значительной степени определяются химическим составом и технологией обработки металла.

Одним из способов увеличения значений магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости является повышение доли кубических ориентировок текстуры стали (200), (310), обеспечивающих существенное улучшение магнитных свойств металла вдоль и поперек направления прокатки.

При этом текстура (111), ухудшающая магнитные свойства и ребровая текстура (220), приводящая к анизотропии магнитных свойств вдоль и поперек направления прокатки, должны быть развиты слабо или подавлены.

В целях снижения развития текстур (111) и (220) используют добавки специальных элементов, например фосфора, что позволяет управлять текстурой.

Фосфор, сегрегируя по границам зерен, обеспечивает меньший наклеп зерен кубических ориентировок при холодной прокатке, что снижает их поверхностную энергию. В процессе термообработки холоднокатаной стали зерна кубических ориентировок, обладая минимальной энергией, растут за счет зерен с ориентировками (111) и (220).

При введении фосфора в сталь необходимо учитывать уровень легирования металла алюминием, так как их соотношение влияет на процесс текстурообразование стали и технологичность обработки проката.

Известен способ изготовления электротехнической изотропной стали, приведенный в патенте Германии, заявка №19918484, С21D 8/12 от 23.04.1999 г., в котором для улучшения магнитных свойств используют алюминий и фосфор.

Способ включает горячую прокатку стального сляба, содержащего, мас.%: углерода 0,06; кремния 0,02-2,5; алюминия не более 0,40; марганца 0,05-1,0; фосфора 0,08-0,25 до толщины не более 3,5 мм, отжиг горячекатаной полосы при температуре 650-850°C, травление и холодную прокатку на толщину 0,2-1,0 мм с общей деформацией не более 85%, рекристаллизационный отжиг холоднокатаной стали при температуре 580-780°C и дрессировку с обжатием 15%.

Однако в этом способе не учитывается влияние химического состава, соотношение алюминия и фосфора в металле выбирают произвольно, что ухудшает развитие кубических составляющих текстуры, повышение полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) достигается не во всем заявленном диапазоне степени деформации при холодной прокатке, а на заключительной стадии технологического процесса производят дрессировку. Это снижает уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение магнитных свойств холоднокатаной электротехнической изотропной стали, а именно повышение степени изотропности при снижении анизотропии удельных магнитных потерь, увеличение уровня магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняется соотношение 0,16%≤Al+P≤0,50%, при следующем содержании компонентов, мас.%:

углерода	не более 0,04
кремния	0,10-2,50
алюминия	0,10-0,23
фосфора	0,06-0,27
марганца	не более 0,40
серы	не более 0,010
азота	не более 0,008
железо и неизбежные примеси	остальное

где Al - содержание алюминия в стали, мас.%; P - содержание фосфора в стали, мас.%. Полученную после травления полосу из такой стали подвергают холодной прокатке при степени деформации, равной 70-80%.

Для получения высокопроницаемой электротехнической изотропной стали с высоким уровнем магнитных свойств является необходимым формирование в металле оптимального размера микрозерна и увеличение полюсной плотности кубических ориентировок текстуры (200) и (310).

Результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что для получения оптимального размера микрозерна и повышения полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) в текстуре холоднокатаных полос необходимо использовать сталь с определенным соотношением содержания алюминия и фосфора, а холодную прокатку такой стали необходимо производить при степени деформации 70-80%.

На основании проведенных лабораторных и промышленных опытов установлены граничные условия содержания основных элементов в стали. Предлагаемый способ распространяется на электротехнические изотропные стали с содержанием кремния Si=0,10-2,50%. При этом нижний предел обусловлен повышением удельных магнитных потерь готовой стали вследствие снижения удельного электросопротивления металла при содержании кремния менее 0,10%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при увеличении соотношения (Al+P) более 0,50%.

Диапазон значений легирования стали алюминием установлен равным 0,10-0,23%. Нижний предел обусловлен уменьшением воздействия на структурно-текстурное состояние готовой стали при содержании алюминия менее 0,10%, а верхний предел - повышением количества неметаллических включений на основе мелкодисперсного оксида Al₂O₃ при содержании алюминия более 0,23%, что приводит к снижению магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.

Диапазон содержания фосфора в металле, равный 0,06-0,27%, установлен исходя из пределов соотношения алюминия и фосфора 0,16%≤Al+P≤0,50%. Нижний предел содержания фосфора обусловлен снижением эффекта подавления текстур (111) и (220) в поверхности полосы при уменьшении соотношения алюминия и фосфора (Al+P) менее 0,16%, а верхний предел - снижением пластичности метала при холодной прокатке горячекатаного проката с соотношением алюминия и фосфора (Al+P) более 0,50%.

Диапазон степени деформации при холодной прокатке установлен равным 70-80%.

При этом нижний предел обусловлен повышением анизотропии удельных магнитных потерь готовой стали вследствие повышения доли ребровой текстуры (220) в готовом металле при степени деформации менее 70%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при степени деформации более 80%.

Анализ патентной литературы показывает отсутствие отличительных признаков заявленного способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Применение изобретения позволяет улучшить магнитные свойства холоднокатаной высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, в том числе снизить анизотропию удельных магнитных потерь ΔP_1,5/50 на 5-8%, повысить магнитную индукцию на 0,02-0,04 Тл и относительную пиковую магнитную проницаемость µ_1,5/50 на 400-600 единиц.

Ниже приведен вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример

Выплавляли электротехническую изотропную сталь при соотношении алюминия и фосфора (Al+P)=0,265% с содержанием углерода 0,034%; кремния 1,60%; алюминия 0,17%; фосфора 0,095%; марганца 0,17%; серы 0,003%; азота 0,005%; железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь разливали в слябы и производили горячую прокатку на толщину 2,2 мм. Горячекатаную полосу подвергали термообработке в агрегате нормализации, травлению и холодной прокатке на толщину 0,50 мм при степени деформации 77%.

Далее холоднокатаную полосу подвергали окончательной термообработке в агрегате непрерывного отжига.

Варианты реализации способа производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали в толщине 0,50 мм при различном содержании кремния, алюминия и фосфора приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Технологические параметры обработки и магнитные свойства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали
№ п/п	Содержание элементов, %	Степень деформации при холодной прокатке, %	Магнитные свойства
Si	Al	P	Al+P	ΔP1,5/50, %	B2500, Тл	µ1,5/50
1	0,10	0,10	0,26	0,36	70,0	3,0	1,70	3120
2	0,16	0,15	0,24	0,39	75,0	3,0	1,69	2930
3	0,21	0,23	0,27	0,50	80,0	4,0	1,68	2845
4	0,94	0,18	0,18	0,36	78,0	5,0	1,67	2615
5	1,28	0,20	0,14	0,34	80,0	5,0	1,66	2525
6	1,60	0,17	0,095	0,265	77,0	6,0	1,65	2310
7	2,15	0,10	0,06	0,16	74,0	7,0	1,64	2265
8	2,50	0,23	0,27	0,50	71,0	7,0	1,63	2150
9*	0,09	0,08	0,27	0,35	69,0	9,0	1,68	2510
10*	0,20	0,23	0,28	0,51	80,0	11,0	1,65	2350
11*	0,91	0,25	0,17	0,42	75,0	12,0	1,63	2130
12*	1,62	0,19	0,08	0,27	60,0	11,0	1,62	1860
13*	2,17	0,11	0,06	0,17	65,0	12,0	1,60	1745
14**	2,50	0,24	0,28	0,52	81,0	-	-	-
Примечание: * - обработка без учета режимных параметров производства стали;
** - хрупкий металл, обработке не подвергался

Способ производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, включающий выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, отличающийся тем, что выплавляют сталь при следующем содержании компонентов, мас.%:

углерода	не более 0,04
кремния	0,10-2,50
алюминия	0,10-0,23
фосфора	0,06-0,27
марганца	не более 0,40
серы	не более 0,010
азота	не более 0,008
железо и неизбежные примеси	остальное

и при соотношении 0,16 ≤ Аl+P ≤ 0,50, где Аl - содержание алюминия в стали, мас.%, Р - содержание фосфора в стали, мас.%, а полученную после травления полосу подвергают холодной прокатке при степени деформации, равной 70-80%.