СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ Российский патент 2012 года по МПК C21D8/12 C22C38/02 C22C38/60 

Описание патента на изобретение RU2459876C1

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин (электродвигателей, генераторов, дросселей и т.п.).

Одним из основных требований качества такой стали является низкий уровень удельных магнитных потерь при их минимальной анизотропии и высокий уровень магнитной индукции. Во многом эти характеристики определяются химическим составом и технологией обработки стали.

Базовым элементом, определяющим магнитные свойства холоднокатаных полос электротехнической изотропной стали, является кремний. Он снижает удельные магнитные потери в стали за счет повышения удельного электросопротивления материала. Вредное влияние кремния проявляется в снижении величины магнитной индукции насыщения, что вызывает затруднения при производстве холоднокатаных полос электротехнической изотропной стали с низкими магнитными потерями и высокой магнитной индукцией.

Наряду с кремнием в электротехнической изотропной стали основным элементом является также алюминий. Он почти в той же степени увеличивает электросопротивление. Полезное действие алюминия обусловлено его влиянием на текстурообразование металла.

При легировании кремнистой стали алюминием в процессе термообработки горячекатаных и холоднокатаных полос облегчается формирование кубических ориентировок текстуры (200) и (310), обеспечивающих улучшение магнитных свойств металла.

Улучшение магнитных свойств достигается за счет хорошего развития благоприятных компонент текстуры (200), (310), при этом текстура (111), ухудшающая магнитные свойства, должна быть развита слабо или подавлена.

Одним из методов подавления текстуры (111), вредной с точки зрения магнитных свойств, является добавка специальных элементов, например сурьмы, что позволяет управлять текстурой. Сурьма, сегрегируя к поверхности полосы, снижает поверхностную энергию зерен кубических ориентировок текстуры (200), (310) и способствует их росту за счет зерен с ориентировкой (111).

При введении сурьмы в сталь необходимо учитывать уровень легирования металла алюминием, так как их соотношение влияет на процесс текстурообразования стали и технологичность обработки проката.

Известен способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, приведенный в патенте России №2219253, С21Д 8/12, 28.01.2002.

Способ предусматривает получение стали с химическим составом (в мас.%): кремния 0,9-2,8; углерода не более 0,04; серы не более 0,010; алюминия 0,1-1,5; фосфора не более 0,16; марганца 0,10-1,00; азота не более 0,009. В химический состав вводится также сурьма с содержанием, мас.% 0,003-0,20. Технологический процесс включает горячую прокатку, нормализацию полосы с нагревом не ниже АС3, травление, холодную прокатку, термообработку холоднокатаной полосы. При этом температуру выдержки в течение времени 90-270 секунд в процессе нормализации горячекатаной полосы выбирают в зависимости от содержания кремния и углерода в соответствии с соотношением: ,

Основным недостатком этого способа является то, что оптимальное соотношение алюминия и сурьмы достигается не во всех заявленных диапазонах их содержания, а при выборе температуры нормализации стали не учитывается сумма содержания кремния и алюминия в металле, что приводит к ухудшению магнитных свойств готовой стали.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение магнитных свойств холоднокатаной электротехнической изотропной стали, а именно снижение удельных магнитных потерь, повышение степени изотропности при снижении анизотропии удельных магнитных потерь и увеличение уровня магнитной индукции.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняется соотношение 0,41%≤Al+Sb≤1,76%, при следующем содержании компонентов, мас.%: углерода не более 0,010; кремния 2,15-3,20; алюминия 0,40-1,60; сурьмы 0,01-0,16; марганца не более 0,40; фосфора не более 0,10; серы не более 0,010; азота не более 0,006; железо и неизбежные примеси остальное. Термообработку горячекатаной полосы из такой стали задают в соответствии с условием:

Тп≥АС3 при (Si+Al)≤3,30 (%)

ТпС3 при (Si+Al)>3,30 (%)

где: Тп - температура термообработки горячекатаной полосы, °С;

АС3=911- температура фазового превращения феррита в аустенит, °С;

Si - содержание кремния в стали, маc.%;

Al - содержание алюминия в стали, маc.%;

Sb - содержание сурьмы в стали, маc.%.

Для получения в холоднокатаной электротехнической изотропной стали высокого уровня магнитных свойств является необходимым формирование в металле оптимального размера микрозерна и увеличение полюсной плотности кубических ориентировок текстуры (200) и (310).

Проведенные исследования позволяют утверждать, что для получения оптимального размера микрозерна и повышения полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) в текстуре горячекатаных полос необходимо использовать сталь с определенным соотношением содержания алюминия и сурьмы, а температуру термообработки горячекатаного подката из такой стали необходимо задавать исходя из суммы содержания в стали кремния и алюминия.

На основании проведенных лабораторных и промышленных опытов установлены граничные условия по сумме содержания алюминия и сурьмы и сумме содержания кремния и алюминия.

Термообработка горячекатаных полос при температуре Тп≥АC3 и повышении суммы содержания (Si+Аl)>3,30% в условиях фазового превращения феррита в аустенит приводит к неконтролируемому росту микрозерна, перераспределению алюминия по границам зерен и увеличению доли ребровой ориентировки (220) в текстуре, что, во-первых, снижает пластичность металла, во-вторых, увеличивает анизотропию удельных магнитных потерь и снижает магнитную индукцию в готовой стали. Термообработка горячекатаных полос при температуре ТпС3 и снижении суммы содержания (Si+Аl)≤3,30% не обеспечивает получения полос с оптимальной микроструктурой, уменьшает долю кубических составляющих текстуры (200) и (310) готовой стали, что приводит к повышению удельных магнитных потерь.

Диапазон значений степени легирования стали кремнием на основании проведения лабораторных и промышленных опытов выбран равным 2,15-3,2%. При этом нижний предел обусловлен повышением удельных магнитных потерь готовой стали вследствие снижения удельного электросопротивления металла при содержании кремния менее 2,15%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при содержании кремния более 3,2%.

Диапазон значений легирования стали алюминием установлен равным 0,4-1,6%. Нижний предел обусловлен уменьшением воздействия на структурно-текстурное состояние готовой стали при содержании алюминия менее 0,4%, верхний предел - повышением количества неметаллических включений при содержании алюминия более 1,6%, что приводит к ухудшению магнитных свойств готовой стали.

Диапазон содержания сурьмы в металле, равный 0,01-0,16%, установлен исходя из пределов соотношения содержания алюминия и сурьмы 0,41%≤Al+Sb≤1,76%. Нижний предел содержания сурьмы обусловлен снижением эффекта подавления текстуры (111) в поверхности полосы при уменьшении соотношения алюминия и сурьмы (Al+Sb) менее 0,42, а верхний предел - снижением пластичности металла при холодной прокатке горячекатаного подката с соотношением алюминия и сурьмы (Al+Sb) более 1,76%.

Анализ патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявленного способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Применение изобретения позволяет улучшить магнитные свойства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, в том числе снизить удельные магнитные потери P1,5/50 на 0,10-0,20 Вт/кг и анизотропию удельных магнитных потерь Δ Р1,5/50 на 4-7%, повысить магнитную индукцию на 0,01-0,03 Тл.

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример.

Выплавляли электротехническую изотропную сталь при соотношении содержания алюминия и сурьмы (Al+Sb)=1,11% с содержанием углерода 0,005%; кремния 3,0%; алюминия 1,05%; сурьмы 0,06%; марганца 0,2%; фосфора 0,008%; серы 0,005%; азота 0,004%; железо и неизбежные примеси остальное. Сталь разливали в слябы и производили горячую прокатку на толщину 2,0 мм. Горячекатаную полосу подвергали термообработке в агрегате нормализации при температуре Тп=863°С в соответствии с условием Тп<911°С при сумме легирующих элементов (Si+Al)=(3,0+1,05)=4,05>3,30%. Далее отожженную горячекатаную полосу подвергали травлению, холодной прокатке на толщину 0,50 мм. Холоднокатаную полосу подвергали окончательной термообработке в агрегате непрерывного отжига.

Варианты реализации способа производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали в толщине 0,50 мм при различном содержании кремния, алюминия, сурьмы и их магнитные свойства приведены в таблице 1.

Таблица 1 Технологические параметры обработки и магнитные свойства холоднокатаной электротехнической изотропной стали № п/п Содержание элементов, % Температура термообработки горячекатаной полосы, °С Магнитные свойства Al Sb Aд+Sb Si (Si+Al) P1,5/50, Вт/кг Δ P1,5/50, % B2500, Тл 1 0,40 0,01 0,41 2,15 2,55 954 2,93 6,0 1,60 2 0,80 0,04 0,84 2,35 3,15 935 2,81 7,0 1,58 3 0,75 0,03 0,78 2,53 3,28 928 2,72 8,0 1,57 4 0,60 0,10 0,70 2,70 3,30 911 2,68 7,0 1,56 5 0,45 0,13 0,58 2,87 3,32 890 2,64 7,0 1,55 6 1,05 0,06 1,11 3,00 4,05 863 2,42 8,0 1,54 7 1,60 0,16 1,76 3,20 4,80 815 2,36 9,0 1,53 8* 0,39 0,005 0,395 2,20 2,59 905 3,08 10,0 1,58 9* 0,76 0,05 0,81 2,40 3,16 902 2,98 11,0 1,55 10* 0,67 0,12 0,79 2,68 3,35 917 2,87 11,0 1,54 11* 1,03 0,07 1,10 3,05 4,08 921 2,53 15,0 1,51 12** 1,61 0,17 1,78 3,22 4,83 810 - - - Примечание: * - обработка без учета режимных параметров производства стали;
** - хрупкий металл, обработке не подвергался.

Похожие патенты RU2459876C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ 2002
  • Настич В.П.
  • Чеглов А.Е.
  • Миндлин Б.И.
  • Барыбин В.А.
  • Парахин В.И.
RU2219253C2
Способ производства полупроцессной электротехнической изотропной стали с низкими удельными магнитными потерями 2018
  • Черников Олег Владимирович
  • Барыбин Владимир Алексеевич
  • Барыбин Дмитрий Владимирович
  • Дегтев Сергей Сергеевич
RU2693277C1
Способ производства высокопрочной электротехнической изотропной стали в виде холоднокатаной полосы 2021
  • Губанов Олег Михайлович
  • Черников Олег Владимирович
  • Барыбин Владимир Алексеевич
  • Барыбин Дмитрий Владимирович
  • Шевелев Валерий Валентинович
  • Сухов Александр Иванович
RU2764738C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОНИЦАЕМОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ 2013
  • Барыбин Владимир Алексеевич
  • Бахтин Сергей Васильевич
  • Дегтев Сергей Сергеевич
  • Чеглов Александр Егорович
RU2540243C2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ С УЛУЧШЕННОЙ ПЛОСКОСТНОСТЬЮ 2012
  • Барыбин Владимир Алексеевич
  • Дегтев Сергей Сергеевич
  • Бахтин Сергей Васильевич
  • Уваркин Алексей Анатольевич
RU2489500C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ПОЛУОБРАБОТАННОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ 1999
  • Лисин В.С.
  • Скороходов В.Н.
  • Настич В.П.
  • Кукарцев В.М.
  • Чеглов А.Е.
  • Миндлин Б.И.
  • Парахин В.И.
  • Барыбин В.А.
RU2180925C2
Способ производства электротехнической изотропной стали 2021
  • Бахтин Сергей Васильевич
  • Удовенко Николай Петрович
  • Бабушко Юрий Юрьевич
  • Барыбин Владимир Алексеевич
RU2775241C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ ПОЛУГОТОВЫХ И ГОТОВЫХ ПОЛОС ИЗ ИЗОТРОПНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СТАЛЕЙ 2005
  • Миндлин Борис Игоревич
  • Чеглов Александр Егорович
  • Барыбин Владимир Алексеевич
RU2288282C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ 2002
  • Настич В.П.
  • Миндлин Б.И.
  • Кукарцев В.М.
  • Чеглов А.Е.
  • Барыбин В.А.
RU2228374C2
Способ производства высоколегированной холоднокатаной электротехнической изотропной стали 2021
  • Бахтин Сергей Васильевич
  • Удовенко Николай Петрович
  • Уваркин Алексей Анатольевич
  • Барыбин Владимир Александрович
RU2779122C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к производству холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин. Технический результат при использовании изобретения заключается в улучшении магнитных свойств холоднокатаной электротехнической изотропной стали. Указанный технический эффект достигают тем, что в способе производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняют соотношение 0,41%<Al+Sb<1,76% при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод не более 0,010, кремний 2,15-3,20, алюминий 0,40-1,60, сурьма 0,01-0,16, марганец не более 0,40, фосфор не более 0,10, сера не более 0,010, азот не более 0,006, железо и неизбежные примеси - остальное. Полученную после горячей прокатки полосу подвергают термообработке путем нормализации при температуре в соответствии с условием: ТП≥АС3 при (Si+Al)≤3,30, мac.% и ТпC3 при (Si+Al)>3,30 мac.%, где: ТП - температура термообработки горячекатаной полосы, °С; АС3 - температура фазового превращения феррита в аустенит, 911°С; Si - содержание кремния в стали, мас.%; Аl - содержание алюминия в стали, мас.%; Sb - содержание сурьмы в стали, мас.%. 1 пр., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 459 876 C1

Способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающий выплавку, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, отличающийся тем, что выплавляют сталь с выполнением соотношения 0,41%≤Al+Sb≤1,76% при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод не более 0,010, кремний 2,15-3,20, алюминий 0,40-1,60, сурьма 0,01-0,16, марганец не более 0,40, фосфор не более 0,10, сера не более 0,010, азот не более 0,006; железо и неизбежные примеси - остальное, а полученную после горячей прокатки полосу подвергают термообработке путем нормализации при температуре в соответствии с условием:
Тп≥АC3 при (Si+Al)≤3,30, мас.% и ТпC3 при (Si+Al)>3,30 мас.%,
где Тп - температура термообработки горячекатаной полосы, °С;
АС3 - температура фазового превращения феррита в аустенит, 911°С;
Si - содержание кремния в стали, мас.%;
Al - содержание алюминия в стали, мас.%;
Sb - содержание сурьмы в стали, мас.%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2459876C1

Способ производства динамной стали 1989
  • Настич Владимир Петрович
  • Миндлин Борис Игоревич
  • Заверюха Анатолий Александрович
  • Логунов Виктор Васильевич
  • Шаршаков Иван Михайлович
  • Соболев Александр Викторович
  • Парахин Владимир Иванович
SU1735918A1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ 2002
  • Настич В.П.
  • Чеглов А.Е.
  • Миндлин Б.И.
  • Барыбин В.А.
  • Парахин В.И.
RU2219253C2
KR 100721822 B1, 28.05.2007
Четырехзажимное клеммное устройство 1977
  • Гессен Георгий Владимирович
  • Куприянов Юрий Евгеньевич
  • Павлова Лариса Николаевна
  • Эпштейн Соломон Лазаревич
SU741191A1

RU 2 459 876 C1

Авторы

Барыбин Владимир Алексеевич

Уваркин Алексей Анатольевич

Бахтин Сергей Васильевич

Поляков Михаил Юрьевич

Даты

2012-08-27Публикация

2011-01-20Подача