СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C21D8/12 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству холоднокатаной изотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов вращающихся машин: двигателей, генераторов и т.д. Такая сталь должна обладать повышенной магнитной индукцией в сильных полях при минимальной ее анизотропии и низкими удельными потерями.

Известен способ получения холоднокатаной изотропной стали, где за счет повышения температуры окончательного обезуглероживания совмещаются обе обработки: вначале нагрев полосы осуществляют до температур 760-897^oC, а затем до 940-1177^oC при общей продолжительности 3,5-8 мин. (Патент США 3021237, НКИ 148-111, 1962). Обработка стали по данному способу не обеспечивает требуемой степени обезуглероживания и магнитных свойств.

Известен способ (Б.В. Молотилов "Сера в электротехнических сталях", М. Металлургия, 1973, с. 139-147) изготовления холоднокатаной изотропной стали, включающий однократную холодную прокатку с обжатием 65-95% и последующий рекристаллизационный отжиг при температуре 800-1200^oC. В этом случае за счет применения больших обжатий и протекания α ⇄ γ превращения происходит подавление процесса вторичной рекристаллизации. Сталь, обработанная по этому способу, отличается недостаточной пластичностью и повышенными удельными потерями, что связано с наличием высокого содержания углерода в стали.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения холоднокатаной изотропной электротехнической стали (по авт. свид. СССР N 785367, C 21 D 1/78, 1980), включающий однократную холодную прокатку на конечную толщину и дополнительный отжиг перед обезуглероживающим отжигом при температуре Т [800+100 (Si, + Al% 10% C)] ± 20^oC с выдержкой 20-60 с и охлаждением со скоростью 600-1300^oC/мин.

Однако включение дополнительного отжига усложняет технологию производства и существенно повышает себестоимость готовой продукции. Кроме того, предлагаемый способ обработки стали с 2,72 до 3,27% Si не обеспечивает получения стабильных изотропных свойств по индукции.

Техническим результатом изобретения является улучшение магнитных свойств изотропной электротехнической стали. Указанный результат достигается проведением перед обезуглероживающим отжигом радиационно-термической обработки потоком релятивистских электронов, позволяющей нагревать полосу в интервале температур 600-1200^oC. Особенность такой обработки заключается в том, что облучаемый материал нагревается не с поверхности, как при других способах термообработки, а по всей глубине проникновения электронов.

Выплавку стали с содержанием 0,8 3,2% Si проводят в электродуговой печи или кислородным конверторе. После горячей прокатки на толщину 2,0 3,0 мм, нормализации или без нее проводят однократную холодную прокатку на конечную толщину. В дальнейшем холоднокатаный металл подвергается электронно-лучевой обработке, в результате чего полоса нагревается до определенной температуры. Мощность электронного пучка и доза облучения (флюенс) выбираются с учетом температуры нагрева полосы. Продолжительность облучения зависит от размера зерна в стали перед обезуглероживающим отжигом. После радиационно-термической обработки проводится обезуглероживающий отжиг полосы в интервале температур 800 850^oC с точкой росы +20 +30^oC в азото-водородной атмосфере и конечный рекристаллизационный отжиг при температуре 1000 1100^oC.

Терморадиационная обработка ускоряет диффузионные процессы, интенсифицирует структурно-фазовые превращения, приводит к модификации облучаемого материала. Нагрев металла пучком электронов уменьшает склонность металла к окислению поверхности и в зоне вторичного окисления, уменьшает разнозернистость, способствует развитию текстурных компонент, благоприятных с точки зрения магнитных свойств, ориентировок.

Выбор температурного интервала при РТО холоднокатаного металла в пределах 600 1200^oC обусловлен следующими причинами. Снижение температуры полосы при электронно-лучевой обработке (ЭЛО) менее 600^oC приводит к неполному развитию процессов первичной рекристиллизации, способствует формированию неоднородной структуры, усилению неблагоприятных ориентировок, способствующих ухудшению магнитных свойств стали. Повышение температуры полосы при ЭЛО более 1200^oC приводит к интенсивному росту ферритного зерна и разнозернистости, что оказывает отрицательное влияние на магнитные характеристики стали. При нагреве холоднокатаного металла пучком релятивистских электронов в интервале 600 1200^oC средний размер зерна, в зависимости от содержания кремния, находится в пределах 70-400 мкм. При этом чем выше содержание кремния в стали, тем больше размер зерна. Кроме этого, отжиг полосы в указанном температурном интервале устраняет неоднородность структуры по сечению полосы, уменьшает микротвердость, способствует формированию блогоприятных ориентировок с точки зрения магнитных свойств.

Пример 1.

После горячей прокатки стали с содержанием 1,45 Si, 0,40% Al, 0,038% C, остальное Fe и примеси по действующей заводской технологической инструкции на толщину 2,20 мм, металл подвергался травлению и холодной прокатке на толщину 0,50 мм. Холоднокатаный металл с размерами образцов 0,5х30х305 мм подвергался электронно-лучевой обработке на ускорителе ЭЛВ-4 с мощностью 2,0 • 10¹⁶ см^-2 до температуры 800^oC. После этого образцы обезуглероживали при 820^oC с точкой росы +25^o в атмосфере, содержащей 95% N₂ + 5% H₂ до содержания углерода 0,05% Конечный рекристаллизационный отжиг проводился при температуре 1050^oC в сухом защитном газе 7 мин. В результате такой обработки величина зерна получена 150-200 мкм. Уровень магнитных свойств: P_1,5/50 4,2 Вт/кг; B₂₅₀₀ 1,68 Тл; DB 0,13 Тл.

Пример 2.

Сталь, содержащая 2,61% Si; 0,37% Al и 0,04% C, подвергалась горячей прокатке на толщину 2,25 мм, нормализации при температуре 850 ^oC с последующим травлением поверхности полосы в соляно-кислотном растворе. Затем осуществлялась холодная прокатка на толщину 0,50 мм и радиационно-термическая обработка пучком электронов с мощностью 2,8 • 10¹⁶ см_-2 до температуры 900 ^oC. Обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг выполнен по режимам, указанным в примере 1. В результате такой обработки получен размер зерна в пределах 180-220 мкм, а уровень магнитных свойств составил: P_1,5/50 3,85 Вт/кг; B₂₅₀₀ 1,63 Тл; ΔB 0,12 Тл.

Пример 3.

Сталь химического состава, содержащая 3,15% Si, 0,46% Al, 0,042% C, после горячей прокатки на толщину 2,2 мм подвергалась нормализационному отжигу при температуре 800^oC и травлению. Холодная прокатка осуществлялась на толщину 0,50 мм. Образцы холоднокатаного металла размером 0,5х30х305 мм подвергались электронно-лучевой обработке с мощностью дозы 3,0 • 10¹⁶ см^-2 до температуры 1100^oC. После такой обработки размер зерна в стали составил 250-300 мкм, а уровень магнитных свойств P_1,5/50 3,04 Вт/кг, B₂₅₀₀ 1,61 Тл; ΔB 0,12 Тл.

В табл. 1 приведены магнитные свойства сталей различных марок толщиной 0,50 мм, обработанных по известному и предлагаемому способу (табл. 2).

Сопоставление результатов, приведенных в табл. 1 и 2, показывает повышение стабильности изотропных свойств стали по индукции.

Изобретение относится к получению изотропной электротехнической стали в листах или рулонах толщиной 0,5 мм с повышенной магнитной индукцией в сильных полях при минимальной ее анизотропии и низкими удельными потерями. Технический результат достигается за счет интенсификации термической обработки. Для этого перед обезуглероживающим отжигом сталь подвергают радиационно-термической обработке потоком релятивистских электронов, позволяющей нагревать полосу с высокой скоростью в интервале температур 600-1200^oC. Эту обработку проводят после холодной прокатки с последующим обезуглероживающе-рекристаллизационным отжигом. Уровень магнитной индукции для изотропной стали после электронно-лучевой обработки увеличивается на 0,04 - 0,06 Тл и повышается стабильность магнитных свойств. 2 табл.

Способ получения изотопной электротехнической стали, включающий ее выплавку, горячую и однократную холодную прокатку полосы на конечную толщину, обезуглероживающий отжиг при 800 850^oС и рекристаллизационный отжиг при 800 1050^oС, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую, мас. 0,3 3,2 кремния, 0,2 0,7 алюминия и 0,02 0,05 углерода, обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг проводят в защитной атмосфере, а после холодной прокатки проводят дополнительно электронно-лучевой отжиг полосы в интервале температур 600 1200^oС.