СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ХОЛОДНОКАТАНОЙ ПОЛОСЫ ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C21D8/12 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству электротехнической изотропной стали по технологии с отжигом в агрегатах непрерывного действия.

В настоящее время производство электротехнической холоднокатаной изотропной стали включает следующие технологические операции: горячую прокатку непрерывнолитых слябов из стали с содержанием кремния до 3,5% на полосу толщиной 2,0 -2,5 мм, отжиг в защитной атмосфере горячекатаного металла путем нагрева до 800 1000^oC или без него, травление, однократную холодную прокатку на конечную толщину и окончательную термическую обработку в агрегате непрерывного отжига (АНО). В линии АНО полосы обезжиривают, промывают, нагревают до 800^oC и обезуглероживают в увлажненной азотоводородной атмосфере в течение 4, 5 6 мин, затем нагревают до 900 1050^oC, выдерживают и охлаждают, после чего наносят покрытие.

Известен способ отжига изотропной электротехнической стали, который предусматривает горячую прокатку металла с содержанием кремния 0,8 -3,5% углерода 0,015 0,06% и алюминия 0,01 0,6% травление, холодную прокатку на конечную толщину и обезуглероживающий отжиг. Обезуглероживание металла начинают с нагрева до диапазона температур 1000 1100^oC, затем продолжают при промежуточной температуре 760 840^oC и заканчивают при 920 - 990^oC, при этом, охлаждение до промежуточной температуры осуществляют со скоростью 300 580^o/мин, а нагрев -со скоростью 30 60^o/мин. Данный способ позволяет получать прокат с высокими магнитными свойствами, но не предотвращает образование на его поверхности хрупкой оксидной пленки толщиной до 5 мкм, которая затрудняет вырубку при изготовлении деталей магнитопроводов.

Известен способ производства листовой электротехнической кремнистой стали с пониженной хрупкостью после отжига. Способ предусматривает горячую прокатку полосы толщиной 2,2 мм из стали с химическим составом, мас. углерода не более 0,04; кремния до 3,2 и алюминия не менее 0,4. Затем следует травление, холодная прокатка до толщины 0,55 мм, промежуточный рекристаллизационный отжиг в течение 4 мин при 810^oC во влажной атмосфере, содержащей пары воды и водород и окончательная холодная прокатка до толщины 0,5 мм. Обезуглероженный прокат отжигают повторно в той же атмосфере в течение 4 мин при 840^oC. Затем следует еще один отжиг при 750^oC в течение 2 ч. в атмосфере сухого азота.

На поверхности проката образуется оксидная пленка толщиной от 0,5 до 2,5 мкм, состоящая, в основном, из окислов алюминия. Уменьшение содержания алюминия в стали менее 0,4% приводит к утолщению пленки и появлению хрупкости. Данный способ позволяет получать прокат как с высокими электромагнитными свойствами, так и технологичным при вырубке деталей магнитоводов, т.е. способностью штамповаться без заусенцев. Однако, этот способ является трудоемким, т. к. предусматривает две холодные прокатки и три термические обработки.

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является способ термической обработки электротехнической изотропной стали. По этому способу после горячей прокатки и однократной холодной прокатки металл с содержанием 0,03 0,07% углерода, 0,3 0,7% алюминия, до 3,3% кремния, железо - остальное подвергают обезуглероживанию в агрегатах непрерывного отжига в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода равным 0,26 0,006, причем в начале обезуглероживания выбирают отношение, близкое к максимальному с уменьшением его по мере обезуглероживания полосы при ее нагреве в температурном интервале 800 - 1050^oC и охлаждения. Как показывают опытные данные, этот способ обеспечивает получение проката с высокой средней магнитной индукцией B₂₅₀₀. Однако, при глубоком обезуглероживании (до содержания углерода не более 0,003%) на поверхности полосы при высоких температурах, образуется прерывистая, толщиной до 3 мкм, оксидная пленка, которая ухудшает средние удельные магнитные потери P_1,5/50.

По предлагаемому способу производства технологичной при холодной штамповке электротехнической изотропной стали с содержанием, мас. углерод 0,02 0,06; кремний 0,2 3,2; марганец 0,11 0,5; фосфор не более 0,18; сера не более 0,008; хром и никель не более 0,06 каждого; медь не более 0,15; алюминий 0,2 0,6; титан не более 0,03 и железо остальное после горячей прокатки, отжига горячекатаной полосы или без него, травления, холодной прокатки на конечную толщину металл подвергают обезуглероживающему отжигу в агрегатах непрерывного действия в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода равным 0,26 0,006, причем в начале обезуглероживания выбирают отношение близкое к максимальному, с уменьшением его по мере обезуглероживания полосы при ее нагреве в температурном интервале 800 1050^oC и охлаждения.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что при обезуглероживающем отжиге обеспечивают охлаждение до промежуточной температуры 750 780^oC со скоростью 60 90^o/мин в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода, возрастающем от минимального до близкого к максимальному, далее с произвольной скоростью до температуры окружающей атмосферы.

Продолжение при обезуглероживающем отжиге охлаждения во влажной азотоводородной атмосфере до промежуточной температуры 750 780^oC со скоростью 60 90^o/мин способствует более глубокому обезуглероживанию (не более 0,003%) металла и формированию на поверхности полосы оксидной пленки толщиной не более 0,8 мкм, состоящей из окислов алюминия.

Оксидная пленка толщиной до 0,08 мкм практически не ухудшает электромагнитные свойства стали и не затрудняет вырубку деталей магнитопроводов без заусенцев.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что в предлагаемом способе производства технологичной при холодной штамповке электротехнической изотропной стали техническое решение заключается в том, что при обезуглероживающем отжиге обеспечивают охлаждение до промежуточной температуры 750 780^oC со скоростью 60 90^o/мин в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода возрастающем от минимального до близкого к максимальному, далее -с произвольной скоростью до температуры окружающей атмосферы является новым и соответствует критерию "изобретательский уровень".

Для осуществления изобретения горячекатаный продукт толщиной 2 2,5 мм подвергают отжигу или без него, травлению, холодной прокатке на конечную толщину и обезуглероживающему отжигу в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода равным 0,26 0,006, причем в начале обезуглероживания выбирают отношение близкое к максимальному, с уменьшением его по мере обезуглероживания полосы при ее нагреве в температурном интервале 800 1050^oC и охлаждения.

При обезуглероживающем отжиге обеспечивают охлаждение до промежуточной температуры 750 780^oC со скоростью 60 90^o/мин в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода, возрастающем от минимального до близкого к максимальному, далее с произвольной скоростью до температуры окружающей атмосферы.

Экспериментальная проверка была проведена на стали с содержанием кремния 0,96; 1,72 и 2,77% (см. табл. 1).

Горячекатаные полосы толщиной 2,2 мм подвергали в атмосфере сухого азота термической обработке при температуре 850 900^oC в течение 1 мин, травлению, холодной прокатке на конечную толщину 0,5 мм и обезуглероживающему отжигу в агрегате непрерывного действия в атмосфере увлажненного защитного газа, состоящего из 15 20% водорода и 85 80% азота.

При производстве проката по предлагаемому изобретению и с отклонениями от него в температурном интервале обезуглероживания 800 1050^oC нагрев осуществляли при уменьшении отношения от 0,26 до 0,006, а охлаждение до температуры 750 780, 795 и 735^oC обеспечивали со скоростью 60 90, 45 и 105^o/мин при увеличении отношения от 0,006 до 0,26.

Содержание углерода в металле после отжигов не превышало 0,003%
Магнитные свойства проката, изготовленного по предлагаемому изобретению, а также с отклонениями от него приведены в табл. 2.

Установлено, что при одинаковой скорости охлаждения, при уменьшении температуры промежуточной ступени от 780 до 750^oC магнитные свойства стали каждой плавки изменяются незначительно: средние удельные магнитные потери P_1,5/50 возрастают на 0,02 0,03 Вт/кг, а средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ и анизотропия магнитной индукции ΔB₁₅₀₀ не изменяются.

При изменении температуры промежуточной ступени до значений, находящихся вне пределов изобретения электромагнитные свойства стали ухудшаются. При увеличении температуры промежуточной ступени до значений более 780^oC средние удельные магнитные потери P_15/50 и анизотропия магнитной индукции B практически не изменяются, а средняя магнитная индукция B уменьшается на 0,01 0,02 Тл (табл. 2, примеры 4 и 1). При снижении температуры промежуточной ступени до значений менее 750^oC средние удельные магнитные потери P_1,5/50 возрастают на 0,08 0,14 Вт/кг, а средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ не изменяются (табл. 2, примеры 5 и 3).

Определено, что при одинаковой температуре промежуточной ступени, с возрастанием скорости охлаждения от 60 до 90^o/мин увеличиваются средние удельные магнитные потери P_1,5/50 на 0,02 0,06 Вт/кг, анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ на 0,01 Тл, а средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ не изменяется (табл. 2, примеры 1 3).

При изменении скорости охлаждения до значений, находящихся вне пределов предлагаемого изобретения, электромагнитные свойства проката ухудшаются. При уменьшении скорости охлаждения до значений менее 60^o/мин средние удельные магнитные потери P_1,5/50 и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ не изменяются, а средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,01 - 0,02 Тл; при увеличении скорости охлаждения до значений более 90^o/мин средние удельные магнитные потери P_1,5/50 возрастают на 0,12 0,23 Вт/кг, при этом, средняя магнитная индукция B²⁵⁰⁰ не изменяется, а анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ увеличивается на 0,01 Тл (табл. 2, примеры 6 и 2).

Следует особо отметить, что во всех случаях (табл. 2, примеры 1 3) толщина оксидного на поверхности проката слоя, состоящего из окислов алюминия, не превышает 0,8 мкм, а граница "оксидный слой-металл" имеет четкий, но плавный переход.

При изготовлении проката по известному способу-прототипу обезуглероживающий отжиг в температурном интервале 800 1050^oC проводили с увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержание водяных паров к содержанию водорода равным 0,26 0,006, причем в начале обезуглероживания выбирают отношение, близкое к минимальному, с уменьшением его по мере обезуглероживания полосы.

Содержание углерода в металле после обезуглероживающего отжига не превышало 0,003%
Магнитные свойства проката, изготовленного по способу-прототипу приведены в табл. 3.

Сравнение электромагнитный свойств стали показывает, что прокат, изготовленный по известному способу, имеет средние удельные магнитные потери P_1,5/50 на 0,09 0,25 Вт/кг больше, а среднюю магнитную индукцию B₂₅₀₀ на 0,01 0,3 Тл меньше, по сравнению с металлом, изготовленным по предлагаемому способу (табл. 3 и 2, примеры 1 3).

Следует также отметить, что на поверхности проката, изготовленного по известному способу, образуется прерывистая оксидная пленка, состоящая в основном из окислов алюминия, толщиной от 0,7 до 3,2 мм.

Сравнение механических свойств показало, то прокат, изготовленный по пpедложенному способу имеет лучшее сочетание пластических, пpочностных хаpактеpистик и твеpдости HV5, обеспечивающих меньший износ pежущих инстpументов и склонность к обpазованию заусенцев, искажению фоpмы и pазмеpов выpубленных деталей, по сpавнению с металлом, изготовленным по известному способу-пpототипу (табл. 4). Пpи пpактически одинаковом относи- тельном удлинением δ₄, отношение пpедела текучести к вpеменному сопpотив- лению σ_т:σ_в металла, изготовленного по пpедлагаемому изобpетению, на 0,05-0,08 больше и составляет 0,69-0,71, а твеpдость HV5 на 6,15 и 25 ед. меньше и составляет 124-129, 130-135 и 145-150 ед. для стали плавок 1, 2 и 3 соответственно, по сpавнению со сталью, изготовленной по известному способу- пpототипу (табл.4)о

Использование: получение холоднокатаного проката с высокими электромагнитными свойствами, толщиной 0,35 - 0,7 мм, с электроизоляционным покрытием или без него, предназначенного для выработки деталей магнитопроводов без заусенцев, сколов и других дефектов из стали с содержанием, мас.%: углерода 0,02 - 0,06; кремния 0,2 - 3,2; марганца 0,1 - 0,5; фосфора - не более 0,18; серы -не более 0,008; хрома и никеля - не более 0,06 каждого; меди - не более 0,15; алюминия 0,2 - 0,6; титана - не более 0,02 и железо - остальное по технологии с отжигом в агрегатах непрерывного действия. Сущность изобретения: горячекатаные полосы толщиной до 2,5 мм после термической обработки или без нее и травления подвергают холодной прокатке на конечную толщину. После холодной прокатки полосы обезжиривают, промывают и подвергают в проходной печи обезуглероживающему отжигу при 800 - 1050^oC в азотоводородной атмосфере с уменьшением отношения содержания водяных паров к содержанию водорода от максимального 0,26 до минимального 0,006 в температурном интервале 800 - 1050^oC, а охлаждение до промежуточной температуры 750 - 780^oC обеспечивают со скоростью 60 - 90^oC/мин в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода возрастающем от минимального до близкого к максимальному, далее - с произвольной скоростью до температуры окружающей атмосферы. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ термообработки холоднокатаных полос изотропной электротехнической стали, включающий обезуглероживающий отжиг в температурном интервале 800 1050^oС в увлажненной азотоводородной атмосфере, с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода PH₂O PH₂ в интервале 0,26 0,006, причем в начале обезуглероживающего отжига выбирают отношение, близкое к максимальному, и уменьшают его по мере обезуглероживания стали, с последующим охлаждением, отличающийся тем, что используют сталь, содержащую, мас.

Углерод 0,2 0,06
Кремний 0,2 3,2
Марганец 0,1 0,5
Фосфор Не более 0,18
Сера Не более 0,008
Хром Не более 0,06
Никель Не более 0,06
Медь Не более 0,15
Алюминий 0,2 0,6
Титан Не более 0,02
Железо Остальное
а охлаждение проводят со скоростью 60 90^o/мин до промежуточной температуры 750 780^oС в увлажненной азотоводородной атмосфере при изменении отношения содержания водяных паров к содержанию, водорода PH₂O PH₂ от минимального до близкого к максимальному, далее охлаждают с произвольной скоростью до температуры окружающей атмосферы.