СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АНИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C21D8/12 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к производству холоднокатаной анизотропной электротехнической стали в рулонах.

Известен способ производства электротехнической листовой анизотропной стали с низкими потерями, включающий горячую прокатку сляба, содержащего, углерод 0,020-0,12; кремний 2,5-4,5; марганец 0,04-0,15; сера и(или) селен 0,015-0,050; кислоторастворимого алюминия 0,0001-0,0040; остальное железо и неизбежные примеси, отжиг горячекатаной полосы, двукратную холодную прокатку с промежуточным отжигом и с относительным обжатием при второй холодной прокатке 40-80 обезуглероживающий отжиг, нанесение термостойкого покрытия и окончательный высокотемпературный отжиг. Способ отличается тем, что в процессе отжига горячекатаного листа его нагревают в течение 3 мин до температуры Т, определяемой по уравнению:
2,5Al+950<T<2,5Al+1000^o,
где
Al содержание кислоторастворимого алюминия, 10^-4 выдерживают при этой температуре в течение 0,5-4 мин, а затем охлаждают обычным способом (заявка Японии C 21 D 8/12, C 22 С 38/00, 38,60 N 2-13009 (B), заявлено 23.10.85 N 60-235386).

Наиболее близким аналогом по технической сущности является способ производства холоднокатаной анизотропной электротехнической стали (авт.св. СССР N 1 275 053, C 21 D 8/12, 1986), включающий выплавку, разливку, горячую прокатку, холодную однократную или многократную прокатку с промежуточными и окончательными отжигами. В результате получают стальную полосу толщиной 0,3 ± 0,02 мм при следующем соотношении компонентов в стали, мас. кремний 2,6-3,5; углерод 0,025-0,065; алюминий 0,07-0,03 и железо остальное.

Основным недостатком как аналога, так и прототипа является отсутствие регламентации содержания кислоторастворимого алюминия в зависимости от толщины готовой стали.

Изобретение направлено на улучшение электромагнитных свойств анизотропной электротехнической стали и определяет технологию получения анизотропной электротехнической стали толщиной 0,18-0,35 мм с низкими удельными потерями на перемагничивание и высокой магнитной индукцией.

Предлагаемый способ получения анизотропной электротехнической стали толщиной 0,18-0,35 мм с мас. кремния 2,8-3,2% марганец 0,1-0,3% медь 0,1-0,7% алюминия 0,01-0,03% включает горячую прокатку, двухкратную холодную прокатку с обжатием при второй прокатке 50-70% промежуточный обезуглероживающий отжиг и окончательный высокотемпературный отжиг. Высокий уровень магнитных свойств анизотропной стали достигается за счет того, что массовую долю кислоторастворимого алюминия в стали выбирают в соответствии с конечной толщиной стали по соотношению
Al_кр [0,042 0,082 (h мм)] + 0,003%
а обжатие во время второй холодной прокатки увеличивают с увеличением массовой доли алюминия в стали.

При этом, если мас. алюминия в стали находится в пределах, 0,010-0,014% то обжатие при второй холодной прокатке составляет 50-63% а с увеличением мас. алюминия до мас. 0,015-0,030 64-76.

Необходимым условием получения в анизотропной электротехнической стали совершенной кристаллографической текстуры (110)[001] является наличие в металле определенного количества дисперсных неметаллических включений типа ALN, MnS и т.д. Их роль заключается в контролировании процессов структуро и текстурообразования на всех этапах технологического передела, вплоть до завершения вторичной рекристаллизации при окончательном высокотемпературном отжиге.

Основное влияние на процессы формирования второй фазы оказывает содержание фазообразующих элементов в стали.

В нашем случае, когда дисперсная фаза состоит главным образом из нитридов алюминия, именно концентрация алюминия в стали и будет определять в конечном итоге совершенство текстуры и уровень магнитных свойств готового металла.

Выполненные нами исследования позволяют утверждать, что оптимальная концентрация алюминия, обеспечивающая получение стали с низкими удельными потерями и высокой магнитной индукцией зависит от толщины готовой стали.

С уменьшением толщины от 0,35 мм до 0,18 мм количество кислоторастворимого алюминия в стали должно увеличиваться от 0,010% до 0,030% Одновременно с увеличением содержания алюминия необходимо увеличивать обжатия при второй холодной прокатке.

Указанные закономерности основываются на следующем.

Процесс формирования нитридной дисперсной фазы начинается при горячей прокатке и завершается при окончательном высокотемпературном отжиге, где она играет решающую роль в образовании в процессе вторичной рекристаллизации совершенной текстуры (110)[001]
К началу вторичной рекристаллизации необходимо получить определенные структурные и текстурные характеристики матрицы первичной рекристаллизации и высокую плотность и дисперсность сдерживающей нитридной фазы.

Известно, что минимально необходимую плотность и дисперсность включений возможно получить при содержании алюминия порядка 0,01 Однако, с уменьшением толщины готовой стали устойчивость нитридов уменьшается и возникает задача не только получить высокую плотность и дисперсность фазы в процессе первичной рекристаллизации, но и сохранить эти параметры до начала вторичной рекристаллизации при 950-1050^oC.

Как показали проведенные исследования с повышением содержания алюминия, устойчивость дисперсных нитридов к коагуляции и диссоциации возрастает. Поэтому, увеличивая содержание алюминия при уменьшении толщины готовой стали, возможно сохранить достаточное количество фазы до температур вторичной рекристаллизации, что в конечном итоге обеспечивает получение стали с высоким уровнем магнитных свойств.

В то же время повышать концентрацию алюминия при достаточно высокой толщине готовой стали не эффективно по следующей причине.

Для получения низких удельных потерь на перемагничивание после завершения вторичной рекристаллизации необходим этап рафинировки металла, в процессе которого удаляется большая часть, выполнившей свою роль, нитридной фазы. Это происходит за счет окисления находящегося в растворе алюминия на поверхности металла.

В случае сочетания высокой конечной толщины и высокого содержания алюминия возможно получение дисперсной фазы с требуемыми параметрами, однако процессы рафинировки на завершающем этапе высокотемпературного отжига затрудняются. Готовый металл имеет повышенное количество нитридных включений, что значительно ухудшает его магнитные свойства. С уменьшением толщины готовой стали рафинировка активизируется и это позволяет увеличить исходную концентрацию алюминия.

В общем случае содержание алюминия должно быть таким, чтобы с одной стороны обеспечить необходимое количество и стабильность второй фазы при прохождении первичной и вторичной рекристаллизации, а с другой стороны допускать возможность глубокой рафинировки металла.

Количественная зависимость оптимальной концентрации кислоторастворимого алюминия от конечной толщины определена нами на основе статистической обработки результатов многочисленных экспериментов.

Кроме стабильности нитридных включений чрезвычайно важным параметром, определяющим кинетику вторичной рекристаллизации, является структурное состояние матрицы первичной рекристаллизации. Оптимальная величина зерна (10-20 мкм) обеспечивается сбалансированным сочетанием сдерживающей силы фазы и потенциальной энергией роста зерен матрицы первичной рекристаллизации.

Повышение обжатия при второй холодной прокатке при высоком содержании алюминия увеличивает способность зерен к росту, но одновременно обеспечивает оптимальную кинетику распада твердого раствора и получение мелкодисперсных нитридов алюминия, сдерживающая сила которых очень велика.

При высоком содержании алюминия (более 0,014) и недостаточном обжатии (менее 64% ) необходимую дисперсность фазы получить затруднительно. В этом случае из-за недостаточной тормозящей силы фазы происходит нормальный рост зерен первичной рекристаллизации и срыв вторичной рекристаллизации.

При низком содержании алюминия и высоких обжатиях также начинается нормальный рост зерен по тем же причинам.

Таким образом, совокупность указанных приемов обеспечивает в процессе окончательного высокотемпературного отжига прохождение вторичной рекристаллизации с образованием совершенной кристаллографической ориентировки (110) [001] и последующую эффективную рафинировку металла, что позволяет получать анизотропную электротехническую сталь 0,18-0,35 мм с низкими удельными потерями на перемагничивание и высокой магнитной индукцией.

Металл с содержанием, мас. кремний 2,9-3,1; углерод 0,030-0,045; марганец 0,15-0,25; медь 0,45-0,6; алюминий 0,010-0,030 выплавляли в кислородном конвертере, разливали на УНРС, литые слябы прокатывали на непрерывном стане 2000 на толщину 2,5 мм. Горячекатаный подкат травили и прокатывали на непрерывном стане холодной прокатки на толщину 0,45 0,9 мм. Затем обезуглероживали в проходной печи до содержания углерода 0,003-0,005% и прокатывали на 20-ти валковом стане на толщины 0,18 0,35 мм. Окончательный высокотемпературный отжиг проводили в промышленных условиях при 1150^oC и в лабораторных условиях при 1100-1150^oC.

Параметры обработки и магнитные свойства анизотропной электротехнической стали приведены в таблице.

Предложен способ производства анизотропной электротехнической стали. Способ включает горячую прокатку стали с мас.%: кремний 2,8-3,2; марганец 0,1-0,3; медь 0,1-0,7; алюминий 0,010-0,30, двукратную холодную прокатку с обжатием при второй прокатке 50-76%, промежуточный обезуглероживающий отжиг и окончательный высокотемпературный отжиг. Изобретение позволяет улучшить электромагнитные свойства анизотропной электротехнической стали толщиной 0,18-0,35 мм. Это достигается тем, что массовую долю алюминия в стали выбирают в соответствии с конечной толщиной по соотношению: Al = [(0,042 - 0,082•h)±0,003] мас.%, а обжатие во время второй холодной прокатки увеличивают с увеличением массовой доли алюминия. При этом для стали с мас.% алюминия 0,010-0,14 обжатие в процессе второй холодной прокатки составляет 50-63%, а с мас.% 0,015-0,030% - 64-76%. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий горячую прокатку, двухкратную холодную прокатку, промежуточный обезуглероживающий отжиг и окончательный высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что производят сталь, содержащую, мас.

Кремний 2,8-3,2
Марганец 0,1-0,3
Медь 0,1-0,7
Алюминий 0,01-0,03
Железо Остальное
вторую холодную прокатку проводят с обжатием 50 76% при этом содержание алюминия в стали выбирают в соответствии с конечной толщиной стальной полосы по формуле
Al (0,042 0,082•h) ±0,003 мас.

где Al содержание алюминия в стали, мас.

h конечная толщина стальной полосы в интервале 0,18 0,35 мм,
при этом обжатие во время второй холодной прокатки увеличивают в заданном интервале с увеличением содержания алюминия.