СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНОЛОГИЧНОЙ ПРИ ВЫРУБКЕ ЭЛЕМЕНТОВ МАГНИТОПРОВОДОВ ХОЛОДНОКАТАНОЙ СВЕРХНИЗКОКРЕМНИСТОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ Российский патент 1998 года по МПК C21D9/16 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству электротехнической стали и может быть использовано при изготовлении изотропной стали.

Известен способ производства листов электротехнической стали, обладающих неориентированной структурой, низкими потерями, высокой плотностью потока [1] по которому поводят горячую прокатку с намоткой полосы в рулон при температуре 750^oC, отжиг горячекатаных полос при температуре 750^oC, травление, две холодные прокатки с промежуточным отжигом, конечный отжиг при температуре 750^oC и дрессировку с обжатием 2-10% Данный способ позволяет получать прокат с неориентированной структурой, низкими потерями, высокой плотностью магнитного потока, технологичного при вырубке деталей магнитопроводов. Однако, этот способ является трудоемким, так как предусматривает значительное количество переделов, в том числе две холодные прокатки и дрессировку, три отжига.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является способ производства высокопрочного холоднокатаного стального листа [2] По этому способу сталь содержит, мас. углерод не более 0,1, марганец 0,2-0,6, кремний не более 0,04, фосфор 0,04-0,15, алюминий 0,02-0,08, случайные примеси, состоящие из серы, хрома, никеля, азота, меди, титана, остальное железо. Металл подвергают горячей прокатке с температурой конца прокатки выше точки превращения Ar₃ и намотки полосы в рулон при температуре не более 620^oC, травлению, холодной прокатке с обжатием не более 40% и отжигу в защитной атмосфере с обычным нагревом со скоростью не менее 50^oC/ч до температуры 750^oC и регулируемой скоростью охлаждения, которое в зависимости от температуры охлаждения (Т_охл) выбирают по соотношению: V>0,15•Т_охл,^oC/ч. Изготавливаемый по этому способу прокат имеет высокое временное сопротивление σ_в равное 35-45 кгс/мм² и качество поверхности, но недостаточную твердость HV₅ и HV₁₀ по Виккерсу по ГОСТ 2999-75 [3] что приводит к образованию заусенцев при вырубке элементов магнитопроводов.

По предлагаемому способу производства технологичной при вырубке элементов магнитопроводов холоднокатаной сверхнизкокремнистой электротехнической стали с содержанием, мас. углерода не более 0,1, марганца 0,2-0,6, кремния не более 0,04, фосфора не более 0,15, неизбежные примеси, состоящие из серы, хрома, никеля, меди, титана, азота не регламентируются, остальное железо, включающий горячую прокатку с температурой конца прокатки выше точки превращения Ar₃ и смоткой при температуре не более 620^oC, травление, холодную прокатку и термическую обработку в защитной атмосфере.

Предлагаемый способ отличается от известного способа-прототипа [2] тем, что холодную прокатку проводят с обжатием 70-80% а термическую обработку обеспечивают нагревом со скоростью 8-16^oC/с, выдержкой при этой температуре в течение 180-600 с и охлаждением с неконтролируемой скоростью до температуры окружающей атмосферы. После термической обработки осуществляют дрессировку с обжатием 2,4-3,2%
Увеличение обжатия после холодной прокатки и снижение температуры отжига до 590-650^oC с нагревом до этой температуры со скоростью 8-16^oC/с обеспечивает получение металла с мелкозернистой, полностью рекристаллизованной структурой. Ферритное зерно размером 8-10 мкм обеспечивает получение проката с высокими значениями предела текучести σ_т, временного сопротивления σ_в, относительного удлинения δ₄, твердости по Виккерсу HV₅ и HV₁₀, средней магнитной индукции B₂₅₀₀ и удовлетворительные средние удельные магнитные потери на перемагничивание P_1,5/50.

Высокая твердость по Виккерсу HV₅ и HV₁₀ обеспечивает способность стали к вырубке элементов магнитопроводов без заусенцев у потребителей. ГОСТ 21427.2-83 предусматривает поставку нелегированной электротехнической стали в отожженном и нагартованном состоянии с твердостью по Виккерсу не менее 120 ед. [4] Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что в предлагаемом изобретении "Способ производства технологичной при вырубке элементов магнитопроводов холоднокатаной сверхнизкокремнистой электротехнической стали" техническое решение, заключающееся в том, что холодную прокатку проводят с обжатием 70-80% а термическую обработку обеспечивают нагревом со скоростью 8-16^oC/с до температуры 590-650^oC, выдержкой при той температуре в течение 180-600 с и охлаждением с неконтролируемой скоростью до температуры окружающей атмосферы, является новым и соответствует критерию "изобретательский уровень".

Для осуществления изобретения слябы подвергают горячей прокатке на полосу толщиной 1,8-7,0 мм с температурой конца прокатки выше Ar₃ и смоткой не более 620^oC, травлению, холодной прокатке на конечную толщину 0,5-1,1 мм с обжатием 70-80% и термической обработке в защитной азотоводородной атмосфере, которую обеспечивают нагревом со скоростью 8-16^oC/с до температуры 590-650^oC, выдержкой при этом температуре в течение 180-600 с и охлаждением с неконтролируемой скоростью до температуры окружающей атмосферы. При необходимости, для повышения твердости HV₅ и HV₁₀, осуществляют дрессировку с обжатием 2,4-3,2%
Ниже даны примеры выполнения производства проката по предлагаемому изобретению в объеме предмета изобретения и с отклонениями от него, а также
по известному способу-прототипу.

Экспериментальная проверка была проведена на стали с содержанием углерода 0,08 и 0,04% (табл.1).

Горячую прокатку непрерывных слябов осуществили на стане 2000 на полосы толщиной 1,6-7,0 мм с температурой конца прокатки выше точки превращения Ar₃ и смоткой в рулон при температуре 570-590^oC. После травления окалины горячекатаные полосы были прокатаны на стане холодной прокатки 1400 на конечную толщину 0,5; 0,8 и 1,05 мм с обжатием 65, 70, 75, 80 и 85% Термическую обработку проводили на агрегате непрерывного отжига в сухой защитной атмосфере (15% водорода и 85% азота) при температуре 560, 590, 620, 650 и 680^oC с нагревом до этой температуры со скоростью 4, 8, 12, 16 и 20^oC/с, выдержкой в течение 60, 180, 390, 680 и 810 с и охлаждением с произвольной скоростью до температуры окружающей атмосферы.

Физические свойства проката после термической обработки, изготовленного по предлагаемому изобретению, а также с отклонениями от него, приведены в табл. 2.

Физические свойства проката после отжига при температуре 650^oC и последующей дрессировки с обжатиями в пределах формулы изобретения, а также с отклонениями от него приведены в табл.3.

Установлено, что при увеличении обжатия при холодной прокатке от 70 до 80% и при прочих в пределах формулы изобретения одинаковых параметрах обработки (скорости нагрева, температуры и времени выдержки) при отжиге свойства проката изменяются неодинаково (примеры 1-9, табл.2.):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 возрастают;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ вначале, при увеличении обжатия от 70 до 75% возрастают на 0,01-0,02 Тл, а затем при увеличении обжатия от 75 до 80% не изменяются;
относительное удлинение δ₄ уменьшается на 2%
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в во всех случаях составляет не менее 0,85;
твердость HV₅ и HV₁₀ повышается на 2-3 ед. и при всех обжатиях составляет не менее 120 ед.

С увеличением скорости нагрева от 8 до 16^oC/с и при прочих одинаковых условиях (степени деформации при холодной прокатке, температурно-временных параметрах при отжиге) обработки установлено (примеры 1-9, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 возрастают;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ с увеличением скорости нагрева от 8 до 12^oC/с с возрастают на 0,01-0,02 Тл, а затем при увеличении скорости нагрева от 12 до 16^oC/с, уменьшаются на 0,01-0,02 Тл;
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в составляет 0,85 и более;
относительное удлинение δ₄ возрастает на 1-2%
твердость по Виккерсу HV₅ и HV₁₀ возрастает на 3-9 ед. и равна не менее 120 ед.

При одинаковой температуре отжига и прочих равных условиях степени деформации, скорости нагрева с увеличением выдержки от 180 до 600 с отмечено (примеры 1-9, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 уменьшаются;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ возрастают на 0,01-0,02 Тл;
относительное удлинение δ₄ возрастает до 6%
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в во всех случаях составляет не менее 0,85;
твердость по Виккерсу HV₅ и HV₁₀ уменьшается на 10-12 ед. но во всех случаях не менее 120 ед.

Следовательно, при изготовлении проката с параметрами обработки при холодной прокатке и термической обработке в пределах формулы изобретения, наилучшее сочетание магнитных, механических свойств и твердости получено на металле после холодной прокатки с обжатием 75% и отжиге при температуре 620^oC с нагревом до этой температуры со скоростью 12^oC/с и временем выдержки 390 с.

Изменение параметров обработки при холодной прокатке и отжиге до значений, находящихся вне пределов формулы изобретения, значительно влияет на физические, в основном на механические, свойства и твердость, характеристики готовой стали (пример 10-13, табл.2).

Установлено, что при снижении обжатия при холодной прокатке до значений менее 70% (пример 10, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 уменьшаются на 0,03-0,06 Вт/кг;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ не изменяются;
относительное удлинение δ₄ возрастает на 7-10%
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в снижается до значений менее 0,85 и составляет 0,81-0,83;
твердость по Виккерсу уменьшается до значений менее 120 ед. и равна 104-112 ед.

При повышении обжатия при холодной прокатке до значений более 80% отмечено (пример 10, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1.5/50 возрастают на 0,3-0,65 Вт/кг;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,01 Тл;
анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ не изменяется;
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в более 0,85 и равно 0,86-0,92;
твердость по Виккерсу HV₅ и HV₁₀ возрастает на 2-13 ед;
относительное удлинение δ₄ уменьшается на 1-4%
При снижении при отжиге скорости до значений менее 8^oC/с установлено (пример 11, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1/5/50 уменьшаются на 0,3-0,5 Вт/кг;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ не изменяется;
анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ уменьшается на 0,01 Тл;
относительное удлинение δ₄ возрастает на 4-6%
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в значительно меньше 0,85 и составляет 0,72-0,76;
твердость HV₅ и HV₁₀ менее 120 ед. и равна 83-103 ед.

При повышении при отжиге скорости нагрева до значений более 16^oC/с отмечено (пример 11, табл.2), что по сравнению со свойствами проката, изготовленном в пределах формулы изобретения с отжигом со скоростью нагрева 16^oC/с (примеры 2,5 и 8, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 увеличиваются на 0,3-0,4 Вт/кг;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,02-0,03 Тл;
анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ снижается на 0,01-0,02 Тл;
относительное удлинение δ_у уменьшается на 1-2%
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в более 0,85;
твердость HV₅ и HV₁₀ повышается на 1-4 ед.

При уменьшении времени выдержки до значений менее 180 с отмечено (пример 12, табл. 2), что по сравнению со свойствами проката, изготовленного в пределах формулы изобретения с отжигом и выдержкой 180 с (примеры 2,5 и 8, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 увеличиваются на 4-6 Вт/кг;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,15-0,18 Тл и равна 1,39-1,41 Тл;
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в значительно выше 0,85 и составляет 0,92-0,98;
относительное удлинение δ₄ уменьшается на 15-17% и равно 4-15%
твердость HV₅ и HV₁₀ увеличивается на 15-20 ед. и составляет 163-185 ед.

При увеличении времени выдержки до значений более 600 с установлено (пример 12, табл.2), что по сравнению со свойствами проката, изготовленного в пределах формулы изобретения с отжигом и выдержкой 600 с (примеры 2,5 и 8, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 снижаются на 0,22-0,86 Вт/кг;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ практически не изменяются;
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в значительно меньше 0,85 и составляет 0,74-0,78;
относительное удлинение δ₄ увеличивается на 2-5%
твердость HV₅ и HV₁₀ уменьшается до значений значительно меньше 120 и составляет 101-105 ед.

При снижении температуры термической обработки до значений менее 590^oC отмечено (пример 13, табл.2), что по сравнению со свойствами проката, изготовленного в пределах формулы изобретения с отжигом при температуре 590^oC (примеры 2,5 и 8, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 увеличиваются на 3-5 Вт/кг и равны 15-18 Вт/кг;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,12-0,02 Тл и равна 1,29-1,52 Тл;
относительное удлинение δ₄ уменьшается на 10-15% и составляет 4-15%
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в значительно выше 0,85 и равно 0,93-0,98;
твердость HV₅ и HV₁₀ увеличивается 15-20 ед. и составляет 160-164, 158-178 и 151-171 ед. соответственно для толщин 0,5, и 0,8 и 1,05 мм.

При увеличении температуры термической обработки до значений более 650^oC отмечено (пример 13, табл.2), что по сравнению со свойствами проката, изготовленного в пределах формулы изобретения с отжигом при температуре 650^oC (примеры 2,5 и 8, табл.2):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 уменьшаются на 0,3-0,4 Вт/кг и составляют 9,03-9,18, 10,12-10,50 для толщин 0,5 и 0,8 мм соответственно;
средняя магнитная индукция В₂₅₀₀ и ΔB₂₅₀₀ не изменяются;
относительное удлинение δ₄ возрастает на 4-7%
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в значительно меньше 0,85 и равно 0,71-0,75;
твердость по Виккерсу HV₅ и HV₁₀ значительно меньше 120 и составляет 74-98 ед.

Исследованием влияния на свойства отожженного при температуре 650^oC последующей дрессировки с обжатиями в пределах формулы изобретения установлено, что с увеличением обжатия от 2,4 до 3,2% (пример 14, табл.3):
средние удельные потери P_1.5/50 возрастает от 12,87-13,28 до 14,78-14,89 и от 14,37-14,73 до 15,58-15,73 Вт/кг для толщин 0,5 и 0,8 мм соответственно;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается от 1,52-1,54 до 1,49-1,51, от 1,54-1,56 до 1,49-1,51 и от 1,55-1,57 до 1,51-1,53 Тл соответственно для толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм;
относительное удлинение δ₄ снижается от 25-28 до 22-27, от 24-30 до 22-26 и от 29-32 до 27-28% для толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм соответственно;
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в больше 0,85 и составляет 0,91-0,93 для всех толщин;
твердость по Виккерсу HV₅ проката толщиной 0,5 и 0,8 мм и HV₁₀ проката толщиной 1,05 мм значительно выше 120 и составляет 140-153, 140-150 и 135-150 ед. соответственно для толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм.

При снижении обжатия при дрессировке до значений менее 2,4% (пример 14, табл. 3) отмечено, что по сравнению со свойствами проката, изготовленного в пределах формулы изобретения с обжатием 2,4% (пример 13, табл.3):
средние удельные магнитные потери P_1.5/50 уменьшаются на 0,27-0,3 и 0,17-0,24 Вт/кг и равны соответственно 12,57-13,01 и 14,18-14,49 Вт/кг для толщин 0,5 и 0,8 мм;
средняя магнитная индукция В₂₅₀₀ повышается на 0,01 Тл и составляет 1,53-1,55, 1,55-1,57 и 1,57-1,59 Тл для толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм соответственно;
относительное удлинение δ₄ увеличивается на 6-8% и составляет 33-36, 32-36 и 31-35% для толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм соответственно;
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в менее 0,85 и составляет 0,83-0,84, 0,82-0,83 и 0,77-0,80 для толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм соответственно;
твердость по Виккерсу HV₅ и HV₁₀ уменьшается на 3-5 ед. и для толщин 0,5 и 0,8 мм HV₅ составляет 132-140 и 131-139 ед. соответственно, для толщин 1,05 мм HV₁₀ 131-139 ед.

При повышении обжатия до значений более 3,2% (пример 14, табл.3) отмечено, что по сравнению со свойствами проката, изготовленного в пределах формулы изобретения с обжатием 3,2% (пример 13, табл.3):
средние удельные магнитные потери P_1,5/50 повышаются на 1,02-1,05 и 1,18-1,19 Вт/кг и равны 15,84-15,93 и 16,69-16,91 Вт/кг для толщин 0,5 и 0,8 мм соответственно;
средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,02 Тл и составляет 1,47-1,49, 1,47-1,50 и 1,49-1,51 Тл толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм соответственно;
относительное удлинение δ₄ снижается на 2-7% и равно 17-20, 18-22 и 25-26% для толщин 0,5, 0,8 и 1,05 мм соответственно;
отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в значительно больше 0,85 и равно 0,91-0,92, 0,91 и 0,95 для проката толщиной 0,05, 0,8 и 1,05 мм соответственно;
твердость по Виккерсу HV₅ и HV₁₀ увеличивается на 2-9 ед. и для толщин 0,5 и 0,8 мм HV₅ составляет 151-153 и 152-158 ед. соответственно и 149-155 ед. для толщины 1,05 мм.

Таким образом, лучшее сочетание магнитных, механических свойств, твердости получено после дрессировки проката с обжатием 2,4-3,2% При уменьшении обжатия при дрессировке до значений менее 2,4% магнитные свойства улучшаются, но значительно увеличивается относительное удлинение δ₄, а отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в уменьшается до значений меньше 0,85. При повышении обжатия при дрессировке до значений более 3,2% существенно ухудшаются магнитные свойства: средние удельные магнитные потери P_1.5/50 возрастают более чем на 1 Вт/кг, а средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,02 Тл.

Магнитные свойства стали толщиной 1,05 мм, изготовленной по известному способу-прототипу [2] приведены в табл.4.

Сравнение электромагнитных свойств стали показывает, что прокат изготовленный по известному способу (примеры 1-9, табл. 2), имеет практически одинаковую индукцию B₂₅₀₀ по сравнению с металлом, изготовленным по предлагаемому способу (табл.4).

Сравнение механических свойств и твердости показывает, что прокат изготовленный по предлагаемому способу (примеры 1-9, табл.2), имеет лучшее сочетание пластических, прочностных характеристик и твердости, обеспечивает меньший износ режущих инструментов и склонность к образованию заусенцев, искажению формы и размеров вырубленных деталей [5] по сравнению с металлом, изготовленным по известному способу-прототипу (табл.4). Отношение предела текучести σ_т к временному сопротивлению σ_в, твердость по Виккерсу проката, изготовленного по предлагаемому изобретению, значительно выше и соответственно составляет не менее 0,85 и твердость 120 ед. (примеры 1-9, табл.2), по сравнению со сталью, изготовленной по известному способу-прототипу (табл.4).

Использование: получение холоднокатаного проката с высокими электромагнитными свойствами, толщиной 0,5-1,1 мм, предназначенного для вырубки магнитопроводов без заусенцев, сколов и других дефектов из стали с содержанием, мас. %: углерода - не более 0,1, марганца 0,2-0,6, кремния - не более 0,04, фосфора - не более 0,15, неизбежные примеси, состоящие из серы, хрома, никеля, меди, титана, азота - не регламентируются, остальное - железо, по технологии с отжигом в агрегатах непрерывного действия. Сущность изобретения: горячекатаные полосы толщиной 1,8-7 мм, прокатанные с температурой конца прокатки выше точки превращения Ar₃ и смотанные при температуре не более 620^oC, подвергают травлению и холодной прокатке с обжатием 70-80% на конечную толщину. После холодной прокатки полосы в линии АНО обезжиривают, промывают и отжигают в защитной атмосфере при температуре 590-650^oC в течение 180-600 с, причем нагрев до температуры отжига обеспечивают со скоростью 8-16^oC/с, а охлаждение проводят с неконтролируемой скоростью до температура окружающей атмосферы. При необходимости после термической обработки проводят дрессировку с обжатием 2,4-3,2%. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ производства технологичной при вырубке элементов магнитопроводов холоднокатаной сверхнизкокремнистой электротехнической стали с содержанием, мас. углерода не более 0,1, марганца 0,2 0,6, кремния не более 0,04, фосфора не более 0,15, неизбежные примеси, состоящие из серы, хрома, никеля, меди, титана, азота не регламентируются, остальное железо, включающий горячую прокатку с температурой конца прокатки выше точки превращения Ar₃ и смотку при температуре не более 620^oС, травление, холодную прокатку и термическую обработку в защитной атмосфере, отличающийся тем, что холодную прокатку проводят с обжатием 70 80% термическую обработку обеспечивают нагревом со скоростью 8 16 град./с до 590 650^oС, выдержкой при этой температуре в течение 180 600 с и охлаждением с неконтролируемой скоростью до температуры окружающей атмосферы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после термической обработки осуществляют дрессировку с обжатием 2,4 3,2%