СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ Российский патент 2004 года по МПК C21D8/12 

Изобретение относится к металлургии, в частности к листу изотропной электротехнической стали, используемой для сердечников электрических машин, электродвигателей, генераторов, дросселей и т.п. Основным требованием качества изотропной электротехнической стали является высокий уровень и изотропность магнитных свойств, которые характеризуются низкими удельными ваттными потерями, высокой магнитной индукцией и малой анизотропией этих величин.

Высокий уровень магнитных свойств достигается за счет подбора химического состава, получения оптимальной текстуры и структуры в готовой стали. Сталь должна иметь размер зерна в пределах 100-200 мкм и максимальное количество зерен с кристаллографическими ориентировками параллельно поверхности листа (200), (310) и (110) <UVW>. Текстура и структура в изотропной стали формируются по технологическим пределам, включая выплавку, горячую прокатку, нормализацию, холодную прокатку и обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг.

Известен способ производства изотропной электротехнической стали, где достаточно высокий уровень магнитных свойств достигается за счет легирования ее фосфором. Химический состав этой стали включает 0,02-0,05% С, 1,5-3,3% Si, 0,02-0,10% Р, 0,1-0,4% Мn, 0,3-0,6% Аl. Однако в этом способе содержание фосфора задается без учета концентрации кремния, что не способствует получению наилучших магнитных свойств и не всегда обеспечивает удовлетворительную технологичность стали при холодной прокатке и термической обработке (А. с. 1786134, СССР, С 21 D 8/12, 1993 г.). Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения холоднокатаной электротехнической стали, включающий горячую прокатку, нормализацию, однократную холодную прокатку на толщину 0,5 мм и совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг, в котором температура нормализации определяется с учетом содержания кремния и фосфора. Однако предлагаемый способ распространяется на изотропную электротехническую сталь с содержанием кремния 2,7-3,3% и фосфора 0,03-0,08% и не учитывает взаимосвязь между этими элементами (патент 2147616, 7 С 21 8/12, 2000 г., Россия). Задачей предлагаемого способа является улучшение магнитных свойств - снижение удельных ваттных потерь Р_1,5/50, что достигается путем подбора химического состава по кремнию и фосфору. Кремний является основным легирующим элементом в стали. Его увеличение приводит к снижению удельных потерь за счет увеличения удельного электросопротивления, снижению коэрцитивной силы, констант магнитной анизотропии и магнитострикции. Легирование фосфором обеспечивает повышение кубической составляющей в текстуре готового метала, увеличивает удельное электросопротивление, способствует повышению чистоты металла по примесям. Однако при больших концентрациях фосфора и кремния увеличивается склонность стали к хрупкому разрушению, что ухудшает технологичность на переделах. Поэтому при увеличении содержания кремния в стали необходимо снижение концентрации фосфора. Оптимальное содержание кремния и фосфора, при котором достигается высокий уровень магнитных свойств при сохранении удовлетворительной технологичности, может быть рассчитано по уравнению
Р=-0,004[Si,%]²-0,02[Si,%]+0,168±0,02%.

В формуле указано содержание кремния и фосфора в весовых процентах. Данное уравнение справедливо для изотропной электротехнической стали, содержащей кремний в пределах 1,4-3,4% и фосфор - 0,04-0,12%. Уравнение справедливо для углерода не более 0,015%. Пониженное содержание углерода при постоянном кремнии приводит к уменьшению количества углеродсодержащей фазы, что позволяет увеличить концентрацию фосфора в стали на 0,01-0,02%, не снижая технологичности обработки. Это способствует повышению кубической составляющей в готовом металле и, следовательно, повышению уровня магнитных свойств.

Процессы обезуглероживания, проводящиеся в холоднокатаном металле во влажной среде, вызывают образование значительной зоны внутреннего окисления, оказывающей отрицательное влияние на магнитные свойства. Выплавка стали с содержанием углерода <0,015% позволяет уменьшить время нахождения полосы в увлажненной среде, что уменьшает зону внутреннего окисления металла и способствует улучшению магнитных свойств.

Пример. Предлагаемый способ производства изотропной стали осуществляли в промышленных условиях. Выплавку стали, содержащей 1,4-3,4% Si, 0,040-0,12% Р, 0,3-0,5% Аl, 0,008-0,015% С проводили в 160-тонных конвертерах. Внепечную обработку жидкого металла в ковше проводили продувкой аргоном и вакуумированием. Сталь разливали в слябы на УНРС криволинейного типа. Горячую прокатку проводили на непрерывном широкополосном стане "2000" на толщину 2,0-2,2 мм. Металл подвергали нормализации в интервале 800-950^oС с учетом содержания кремния и фосфора. После холодной прокатки на толщину 0,5 мм металл отжигали в агрегате непрерывного отжига с одновременным обезуглероживанием. Массовая доля основных элементов кремния и фосфора приведена в таблице. При выплавке стали соотношение между кремнием и фосфором выбирали исходя из предлагаемого уравнения.

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к процессам получения холоднокатаной изотропной электротехнической стали. Технический результат при использовании изобретения заключается в улучшении электромагнитных свойств холоднокатаной изотропной электротехнической стали. Указанный технический результат достигается тем, что способ производства изотропной электротехнической стали включает выплавку, горячую прокатку, нормализацию, травление, обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг, при этом концентрацию фосфора в металле выбирают в зависимости от содержания кремния по уравнению Р = -0,004[Si, %]²-0,02[Si, %]+0,168±0,02% при изменении содержания кремния в пределах 1,4-3,4%. Уравнение справедливо при содержании углерода в стали после выплавки не более 0,015%. 1 табл.

Способ производства изотропной электротехнической стали, включающий выплавку, горячую прокатку, нормализацию, травление, обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг, отличающийся тем, что концентрация фосфора зависит от содержания кремния и определяется уравнением

Р=-0,004[Si,%]²-0,02[Si,%]+0,168±0,02%

при содержании углерода в стали после выплавки менее 0,015% и кремния в пределах 1,4-3,4%.