ПОЛОСА ИЛИ ЛИСТ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ С НЕОРИЕНТИРОВАННОЙ ЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ИЗ НИХ КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛОСЫ ИЛИ ЛИСТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ С НЕОРИЕНТИРОВАННОЙ ЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ Российский патент 2016 года по МПК C22C38/14 C21D8/12 

Изобретение относится к полосе или листу электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой для электротехнических применений, к изготовленному из такой полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, электротехническому конструктивному элементу, а также к способу производства полосы или листа электротехнической стали.

Полоса или лист электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, обозначенные на профессиональном языке также как «NGO-электротехническая сталь» ("NGO" - неориентированная зернистая), используются для усиления магнитного потока в стальных сердечниках вращающихся электрических машин. Типичными вариантами использования таких листов являются электромоторы и генераторы.

Для увеличения кпд таких машин стремятся к как можно более высоким скоростям вращения или к большим диаметрам, соответственно, вращающихся в процессе работы конструктивных элементов. Вследствие такой тенденции важные электрические конструктивные элементы рассматриваемого здесь типа, изготовленные из полос или листов электротехнической стали, подвергаются высоким механическим нагрузкам, которым не могут удовлетворять имеющиеся на сегодняшний день сорта электротехнической полосовой стали с неориентированной зернистой структурой.

Из US 5,084,112 известна полоса или лист электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, которые имеют предел текучести, по меньшей мере, 60 кгс/мм² (примерно 589 МПа) и изготовлены из стали, которая, наряду с железом и неизбежными примесями (мас.%), содержит до 0,04% С, 2,0 - менее чем 4,0% Si, до 2,0% Al, до 0,2% Р и, по меньшей мере, один элемент из группы Mn, Ni, причем общее содержание Mn и Ni составляет, по меньшей мере, 0,3% и не более 10%.

Чтобы добиться повышения прочности за счет образования карбонитридов, известная из US 5,084,112 сталь содержит, по меньшей мере, один элемент из группы Ti, V, Nb, Zr, причем в случае наличия Ti или V процентное содержание Ti и процентное содержание V по отношению к процентному содержанию С и, соответственно, к неизбежному процентному содержанию N в стали должно удовлетворять условию:

[0,4×(%Ti+%V)]/[4×(%С+%N)]<4,0.

Наличию фосфора в стали также приписывается эффект увеличения прочности. Однако предостерегают от повышенного содержания фосфора, так как это может вызвать переход границ зерен в хрупкое состояние. Чтобы противостоять этой, рассматриваемой в качестве существенной проблеме, предлагается дополнительное введение В в количестве 0,001-0,007%.

Сталь такого состава в соответствии с US 5,084,112 разливают в слябы, которые затем подвергают горячей прокатке с получением горячекатаной полосы, которую необязательно подвергают обжигу, затем травлению, а после этого холодной прокатке с получением холоднокатаной полосы с определенной конечной толщиной. В заключение полученная холоднокатаная полоса подвергается рекристаллизационному обжигу, при котором она обжигается при температуре обжига, по меньшей мере, 650°, но менее 900°.

В случае одновременного наличия в стали эффективного содержания Ti и Р, а также В, N, С, Mn и Ni, значения предела текучести изготовленных в соответствии с US 5,084,112 полос или листов электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой достигают, по меньшей мере, 70,4 кгс/мм² (688 МПа). Одновременно при толщине листа 0,5 мм, при поляризации 1,5 Тл и при частоте 50 Гц, гистерезисные потери P_1,5 составляют, однако, по меньшей мере, 6,94 Вт/кг. Такие высокие гистерезисные потери для современных электротехнических применений считаются не приемлемыми. В большинстве случаев применения гистерезисные потери при более высоких частотах имеют большое значение.

С учетом вышеизложенного, задача изобретения состояла в создании полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой и изготовленного из такого листа или полосы конструктивного элемента для электротехнических применений, который имеет повышенную прочность, в частности, повышенный предел текучести и одновременно хорошие магнитные свойства, в частности, низкие гистерезисные потери при высоких частотах. Кроме того, был предложен способ производства такой полосы или такого листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой.

Касательно полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой данная задача решена в соответствии с изобретением посредством того, что полоса или лист электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой имеют состав, представленный в пункте 1 формулы изобретения.

Соответственно, решение вышеуказанной задачи в отношении конструктивного элемента для электротехнических применений состоит в том, что такой конструктивный элемент изготовлен из листа или полосы электротехнической стали в соответствии с изобретением.

Наконец, вышеуказанная задача в отношении способа решена посредством того, что при изготовлении полосы или листа электротехнической стали в соответствии с изобретением осуществляют стадии, по меньшей мере, указанные в пункте 9 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и далее детально поясняются в виде общей идеи изобретения.

В соответствии с изобретением полоса или лист электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой для электротехнических применений изготовлены из стали, которая состоит (в мас.%) из 1,0-4,5% Si, в частности, 2,4-3,4% Si, до 2,0% Al, в частности, до 1,5% Al, до 1,0% Mn, до 0,01% С, в частности, до 0,006% С, особо предпочтительно до 0,005% С, до 0,01% N, в частности, до 0,006% N, до 0,012% S, в частности, до 0,006% S, 0,1-0,5% Ti и 0,1-0,3% Р, остальное железо и неизбежные примеси, причем:

1,0≤%Ti/%Р≤2,0,

где: % Ti содержание Ti и % Р содержание Р.

Изобретение использует для повышения прочности фосфиды железа и титана (FeTiP). To есть, в соответствии с изобретением для эффективного варианта осуществления кремнистую сталь с процентным содержанием Si 1,0-4,5 мас.%, в частности, 2,4-3,4 мас.% легируют титаном и фосфором, для образования мелких выделений FeTiP и повышения прочности полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой посредством твердения частиц.

Особенно эффективный на практике вариант осуществления сплава в соответствии с изобретением для полосы или листа электротехнической стали проявляется, когда содержание в стали Si, С, N, S, Ti и Р, соответственно, дополнительно ограничивается (мас.%) 2,4-3,4% Si, до 0,005% С, до 0,006% N, до 0,006% S, до 0,5% Ti или до 0,3% Р. В составе стали в соответствии с изобретением дополнительно могут присутствовать до 2,0% Al и до 1,0% Mn.

Для повышения прочности изобретение использует фосфиды FeTi вместо обычно применяемых для этого карбонитридов. Таким образом, с одной стороны, может предотвращаться магнитное старение, к которому, в конечном итоге, может приводить высокое содержание С и/или N. Наряду с одновременным наличием достаточного абсолютного количества Ti и Р решающим является то, что отношение процентного содержания Ti и процентного содержания Р соответствует указанному в пункте 1 формулы изобретения условию, в соответствии с которым отношение содержания титана и содержания фосфора в полосе или листе электротехнической стали больше или равно 1,0 и одновременно меньше или равно 2,0. Лишь за счет соблюдения заданных узких пределов процентного содержания Ti и Р, а также их отношения гарантируется, что имеющие состав в соответствии с изобретением лист или полоса электротехнической стали имеют достаточное количество и достаточное распределение частиц FeTiP, чтобы, наряду с достаточно высокой прочностью, обеспечить также хорошие электромагнитные свойства. Посредством регулировки в соответствии с изобретением отношения % Ti и % Р, с одной стороны, предотвращается вредный избыток фосфора, наличие которого в полосе или листе электротехнической стали в соответствии с изобретением могло бы способствовать переходу в хрупкое состояние. С другой стороны, посредством заданного отношения в соответствии с изобретением предотвращается чрезмерный избыток титана. Такой избыток Ti мог бы привести к образованию нитридов титана, которые оказывали бы негативное воздействие на магнитные свойства полосы или листа электротехнической стали.

Изобретение исходит из найденного открытия, что максимальный эффект от одновременного наличия Ti и Р в листе или полосе электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с изобретением достигается тогда, когда содержание Ti и Р с минимальными отклонениями соответствует стехиометрическому соотношению 1,55. Учитывающее данное открытие и одновременно особенно важный для практического использования вариант осуществления изобретения предусматривает, что для соотношения процентного содержания Ti и процентного содержания Р (%Ti/%Р) действительно следующее неравенство:

1,43≤%Ti/%P≤1,67.

Образующиеся за счет состава стали в соответствии с изобретением, частицы FeTiP имеют, как правило, диаметр, который много меньше 0,1 мкм. Это обстоятельство учитывает тот факт, что хотя прочность материала увеличивается с количеством дефектов кристаллической решетки, таких как примесные атомы, сдвиги, границы зерен или частицы другой фазы, однако эти дефекты кристаллической решетки оказывают негативное воздействие на магнитные характеристики материала. Негативное воздействие при этом, как известно, максимально, если размеры частиц лежат в пределах границы стенки Блоха (зона перехода между магнитными доменами с различной степенью намагничивания), то есть, составляют примерно 0,1 мкм. Вследствие того, что в соответствии с изобретением для повышения прочности используются явно меньшие частицы, это негативное воздействие в листе электротехнической стали в соответствии с изобретением осуществляется в минимальной степени. При этом в материале в соответствии с изобретением могут иметь место также и отдельные частицы FeTiP, которые явно больше 0,1 мкм. Они оказывают воздействие на свойства продукта в соответствии с изобретением, однако в таком объеме, которым можно пренебречь.

Для композиции сплава согласно изобретению не требуется наличия микролегирующих элементов, таких как Nb, Zr или V, которые в сочетании с высоким содержанием углерода или азота обычно используют для повышения прочности за счет образования карбинитридов. Повышенное содержание С и N оказывает негативное воздействие на магнитные свойства полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, так как влечет за собой нежелательное магнитное старение материалов во время практического использования. Поэтому, в соответствии с изобретением повышение прочности достигается посредством твердения частиц, а именно за счет наличия выделений FeTiP, а не за счет углерода и/или азота, присутствие которых могло бы привести к эффекту старения.

В соответствии с этим, полосы или листы электротехнической стали согласно изобретению обычно имеют гистерезисные потери P_1,0/400 при поляризации 1,0 Тл и частоте 400 Гц, а также толщине полосы или листа электротехнической стали 0,5 мм не более 65 Вт/кг, а при толщине 0,35 мм не более 45 Вт/кг. Одновременно, по сравнению со сплавом обычного состава, который не имеет эффективного содержания Ti и Р, однако, обычно имеет аналогичное содержание других легирующих элементов, сплав по изобретению стабильно достигает повышения предела текучести, по меньшей мере, на 60 МПа.

Способ в соответствии с изобретением позволяет осуществлять надежное изготовление полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с изобретением.

Для этого вначале создают горячекатаную полосу из электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, состав которой раскрыт ранее, горячекатаную полосу затем подвергают холодной прокатке и заключительному обжигу. Полученная после заключительного обжига холоднокатаная полоса представляет собой полосу или лист электротехнической стали, имеющую состав и свойства в соответствии с изобретением.

Изготовление подготовленной в соответствии с изобретением горячекатаной полосы может осуществляться далее обычным образом. Для этого готовят стальной расплав с составом, соответствующим изобретению (Si: 1,0-4,5%, Al: до 2,0%, Mn: до 1,0%, С: до 0,01%, N: до 0,01%, S: до 0,012%, Ti: 0,1-0,5%, P: 0,1-0,3%, остальное железо и неизбежные примеси, где данные представлены в мас.%, причем для содержания Ti и Р (%Ti/%P) действительно неравенство: 1,0≤%Ti/%Р≥2,0), который может быть отлит в полупродукт, под которым при обычной технологии производства может пониматься сляб или тонкий сляб. Так как процессы образования выделений в соответствии с изобретением происходят лишь после затвердевания, то в принципе, однако, возможно также разливать стальной расплав в полосу, которая затем подвергается горячей прокатке в горячекатаную полосу.

Полученный таким образом полупродукт может быть затем доведен до температуры 1020-1300°. Для этого полупродукт, в случае необходимости, снова нагревается или за счет использования тепла, полученного в процессе литья, удерживается при соответствующей заданной температуре.

Нагретый таким образом полупродукт может быть затем подвергнут горячей прокатке с получением горячекатаной полосы с толщиной, которая обычно составляет 1,5-4 мм, в частности, 2-3 мм. Процесс горячей прокатки начинается при этом известным образом при начальной температуре горячей прокатки 1000-1150°C и заканчивается на конечной температуре горячей прокатки 700-920°C, в частности, 780-850°C.

Полученная горячекатаная полоса может быть затем охлаждена до температуры наматывания и смотана в рулон. Температуру наматывания, в идеальном варианте, выбирают при этом таким образом, что предотвращается выделение фосфидов Fe и Ti, для предотвращения проблем при последующей холодной прокатке. На практике температура наматывания составляет, к примеру, не более 700°C.

Горячекатаная полоса может быть подвергнута дополнительному обжигу.

Готовая горячекатаная полоса подвергается холодной прокатке с получением холоднокатаной полосы с толщиной в пределах от 0,15 мм до 1,1 мм, в частности, от 0,2 мм до 0,65 мм.

Последующий заключительный обжиг окончательно приводит к образованию используемых для повышения прочности в соответствии с изобретением частиц FeTiP. При этом за счет изменения условий заключительного обжига, возможно оптимизировать свойства материала по желанию, в пользу повышения прочности или снижения потерь на перемагничивание.

Листы электротехнической стали или полосы электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с изобретением с пределами текучести, значения которых лежат в пределах от 390 МПа до 550 Мпа, и гистерезисными потерями P_1,0/400, которые при толщине полосы 0,35 мм меньше 27 Вт/кг, а при толщине полосы 0,5 мм меньше 47 Вт/кг, могут быть получены в соответствии с первым вариантом способа особенно надежным образом путем пропускания холоднокатаной полосы в ходе заключительного обжига через двухступенчатый процесс кратковременного обжига в печи непрерывного отжига, при котором холоднокатаную полосу обжигают на первой ступени обжига d.1) сначала в процессе выдержки при обжиге от 1 до 100 с при температуре обжига, по меньшей мере, 900°C, и не более 1150°C, и затем на второй ступени обжига d.2) в процессе выдержки при обжиге от 30 с до 120 с при температуре обжига от 500°C до 850°C. При таком варианте осуществления на первой ступени обжига d.1) уже образовавшиеся выделения FeTiP растворяются и достигается полная рекристаллизация микроструктуры. На второй ступени d.2) обжига происходит целенаправленное осаждение частиц FeTiP.

Для достижения дальнейшего улучшения прочности листа или полосы электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, полученного в результате вышеописанного двухступенчатого кратковременного обжига, за двухступенчатым кратковременным обжигом дополнительно может следовать осуществляемый в колпаковой печи долговременный обжиг, при котором холоднокатаная полоса подвергается обжигу при температурах 550-660°C в течение 0,5-20 ч. Достигаемое за счет такого дополнительного долговременного обжига повышение предела текучести составляет обычно, по меньшей мере, 50 МПа.

Листы или полосы электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой с пределами текучести 500-800 МПа и гистерезисными потерями P_1,0/400 меньше 45 Вт/кг для листов или полос электротехнической стали толщиной 0,35 мм, в соответствии со вторым вариантом осуществления способа согласно изобретению, могут быть получены путем осуществления заключительного обжига в виде кратковременного обжига, при котором холоднокатаная полоса в непрерывной печи обжига в процессе выдержки при обжиге в течение 20-250 с подвергается обжигу при температуре 750-900°C. Ввиду более низкой температуры обжига при этом не достигается полная рекристаллизация микроструктуры. Однако, образуются требуемые повышающие прочность выделения FeTiP.

Альтернативная возможность изготовления листов электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с изобретением с пределами текучести, значения которых лежат в пределах 500-800 МПа, и гистерезисными потерями P_1,0/400 меньше 45 Вт/кг для листов и полос электротехнической стали толщиной 0,35 мм, может быть получена в соответствии с третьим вариантом способа согласно изобретению также путем осуществления заключительного обжига как долговременного обжига в колпаковой печи, при котором холоднокатаная полоса в процессе выдержки при обжиге в течение 0,5-20 ч подвергается обжигу при температуре 600-850°C. В таком варианте не происходит полной рекристаллизации микроструктуры. Однако, образуются выделения FeTiP более мелкие, чем выделения FeTiP, которые имеются у листов и полос электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с первым вариантом изобретения. При этом с помощью третьего варианта способа в соответствии с изобретением, можно добиться улучшения гистерезисных потерь по сравнению со вторым вариантом способа.

В дополнение при третьем варианте способа в соответствии с изобретением после долговременного обжига может быть осуществлен еще и кратковременный обжиг в непрерывной печи обжига, при котором соответствующая холоднокатаная полоса подвергается обжигу при температуре 750-900°C в течение 20-250 с. Посредством такого дополнительного кратковременного обжига может быть улучшена степень рекристаллизации. Вследствие этого, можно ожидать уменьшения гистерезисных потерь.

Чтобы посредством повышения плотности дислокации ввести критическую энергию, так чтобы при последующем кратковременном обжиге инициировалась рекристаллизация, холоднокатаная полоса в ходе осуществления третьего варианта способа в соответствии с изобретением между долговременным обжигом и кратковременным обжигом дополнительно подвергается деформации со степенью деформации, по меньшей мере, 0,5% и не более 12%. Такая стадия деформации, обычно осуществляемая как дополнительная стадия холодной прокатки, приводит, кроме того, к улучшению плоскостности полученных в результате данного варианта способа листа или полосы электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой. Особенно надежно полученные за счет дополнительно произведенной холодной деформации эффекты достигаются тогда, когда степень деформации в холодном состоянии равна 1-8%.

За заключительным обжигом может следовать осуществляемый традиционным образом полировочный проход.

Далее полученная полоса или лист электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой могут подвергаться заключительному отжигу для снятия внутренних напряжений. В зависимости от последовательности обработки в момент последней обработки этот отжиг может быть произведен со смоткой в рулон полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с изобретением, или же вначале получают заготовки из полосы или листа электротехнической стали, а затем подвергать их отжигу для снятия внутренних напряжений.

Далее изобретение поясняется на основании примеров осуществления.

Приведенные ниже испытания производились в лабораторных условиях. Сначала стальной расплав TiP, имеющий состав в соответствии с изобретением и сравнительный расплав Ref, расплавляли и отливали слябы. Составы расплавов TiP и Ref представлены в таблице 1. За исключением эффективного содержания Ti и Р, и у сравнительного расплава, и у расплава TiP в соответствии с изобретением одинаковые не только легирующие элементы, но и их процентное содержание в пределах стандартной ошибки.

Слябы доводили до температуры 1250°C и подвергали горячей прокатке с начальной температурой 1020°C до конечной температуры 840°C в полученной горячекатаной полосы толщиной 2 мм. Соответствующую горячекатаную полосу охлаждали до температуры наматывания Т_нам. Затем осуществляли обычное охлаждение в рулоне.

Три образца горячекатаных полос, состоящие из стального сплава TiP в соответствии с изобретением, и один образец горячекатаной полосы, состоящий из сравнительной стали Ref, подвергали затем обжигу в течение 2 часов при температуре 740°C, а после этого подвергали холодному обжигу с получением холоднокатаной полосы с конечной толщиной 0,5 или 0,35 мм.

Два других образца горячекатаных полос, состоящих из стального сплава TiP в соответствии с изобретением, и один другой образец горячекатаной полосы, состоящий из сравнительной стали Ref, не подвергнутые обжигу, подвергали холодной прокатке с получением холоднокатаной полосы толщиной 0,5 мм.

В заключение для каждого случая осуществляли двухступенчатый окончательный обжиг. На первой ступени обжига образцы нагревались до температуры 1100°C и выдерживались на этой температуре в течение 15 с, так что содержащиеся в них Ti и Р, по большей части, находились в состоянии раствора. Затем следовала вторая стадия обжига, которая производилась при температуре Т_н, которая была существенно ниже температуры выделения Т_выд FeTiP. В результате образовывались требуемые мелкие выделения фосфидов FeTi, в среднем имеющие размер 0,01-0,1 мкм.

В таблице 2 представлены, соответственно, температура намотки Т_нам и температура Т_н для образцов, подвергнутых холодной прокатке с толщиной 0,5 мм, а в таблице 3 для образцов, подвергнутых холодной прокатке с толщиной 0,35 мм. Дополнительно в таблицах 2 и 3 представлены, соответственно, измеренные в поперечном и в продольном направлении для каждого образца верхний предел текучести R_eH, нижний предел текучести R_eL, предел прочности на растяжении R_m, измеренные при частоте 50 Гц гистерезисные потери P_1,0 (гистерезисные потери при поляризации 1,0 Тл), P_1,5 (гистерезисные потери при поляризации 1,5 Тл), поляризация J₂₅₀₀ (поляризация при магнитной напряженности поля 2500 А/м) и J₅₀₀₀ (поляризация при магнитной напряженности поля 5000 А/м), а также измеренные при частоте 400 Гц или 1 кГц гистерезисные потери P_1,0 (гистерезисные потери при поляризации 1,0 Тл).

Было обнаружено, что нижний предел текучести R_eL выше на 60-100 МПа у образцов, выполненных из стали и подвергнутых обработке согласно изобретению, по сравнению с образцами, выполненными из сравнительной стали Ref. Между образцами, изготовленными с обжигом горячекатаной полосы и без него, напротив, не имеется никакой существенной разницы. Изменение температуры наматывания или температуры Т_н также не оказывает существенного влияния на механические свойства.

При частоте 50 Гц образцы, изготовленные из стали в соответствии с изобретением с 3,9-4,8 Вт/кг для листов толщиной 0,5 мм и менее 3,7 Вт/кг для листов толщиной 0,35 мм, имеют несколько более высокие гистерезисные потери P_1,5, чем образцы, изготовленные из сравнительной стали. И в этом случае температура наматывания не оказывает существенного воздействия.

Напротив, при более высоких частотах в 400 Гц и 1 кГц гистерезисные потери P_1,0 для образцов в соответствии с изобретением и для сравнительных образцов очень близки друг другу. Образцы с более высокой температурой Т_н 700°C демонстрируют при толщине листов 0,5 мм, с менее чем 39 Вт/кг при 400 Гц и менее чем 180 Вт/кг при 1 кГц, меньшие гистерезисные потери P_1,0, чем сравнительный материал. При толщине листов 0,35 мм имеют место те же гистерезисные потери, что и в сравнительном материале.

В следующей серии опытов была расплавлена и отлита в слябы сталь TiP2, состав которой представлен в таблице 4. Соотношение процентного содержания Ti и процентного содержания Р (%Ti/%P) при использовании стали TiP2 составляет: %Ti/%P=1,51.

Слябы снова нагревали до 1250°C и затем подвергали горячей прокатке с получением горячекатаных полос с толщиной 2,1 мм или 2,4 мм. Начальная температура горячей прокатки составляла при этом 1020°C, в то время как конечная температура горячей прокатки составляла 840°C. Полученные горячекатаные полосы сматывали в рулон при температуре наматывания 620°C.

Затем полученные таким образом горячекатаные полосы без предварительного обжига подвергали холодной прокатке с получением холоднокатаной полосы толщиной 0,35 мм.

Образцы полученных таким образом холоднокатаных полос подвергались различным вариантам заключительного обжига.

В первом варианте в печи непрерывного обжига был осуществлен двухступенчатый кратковременный обжиг. На первой ступени кратковременного обжига выдерживали в каждом случае время t_G1 обжига, представленное в таблице 5, и были достигнуты также соответствующие максимальные температуры T_max1 обжига, в то время как вторую ступень осуществляли в течение указанного в таблице 5 времени t_G2 обжига, при также указанных максимальных температурах T_max2 обжига. Механические и магнитные свойства, определенные на полученных таким образом, прошедших заключительный обжиг, образцах полос электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в поперечном направлении Q и продольном направлении L, также зафиксированы в таблице 5.

Один из прошедших заключительный обжиг в соответствии с первым вариантом образцов был подвергнут затем дополнительному долговременному отжигу в колпаковой печи. Достигаемые при этом время t_GH отжига и максимальные температуры T_maxH обжига представлены в таблице 6. Механические и магнитные свойства, определенные на прошедших дополнительный долговременный обжиг полосах электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в поперечном направлении Q и продольном направлении L, также зафиксированы в таблице 6. Оказалось, что за счет дополнительного долговременного обжига может быть достигнуто существенное повышение предела текучести R_e и прочности R_m, в то время как магнитные свойства ухудшились незначительно.

Во втором варианте заключительного обжига образцы холоднокатаных полос при различных температурах T_maxH в колпаковой печи в течение времени t_GH обжига подвергали долговременному обжигу. Соответствующие температуры T_maxH и соответствующее время t_GH обжига представлены в таблице 7. Также в таблице 7 зафиксированы механические и магнитные свойства, определенные на полученных таким образом, прошедших долговременный обжиг, образцах полос электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в поперечном направлении Q и продольном направлении L.

В третьем варианте заключительного обжига образцы холоднокатаных полос при различных температурах T_maxD в колпаковой печи в течение времени t_GD обжига подвергались одноступенчатому кратковременному обжигу. Соответствующие температуры T_maxD и соответствующее время t_GD обжига представлены в таблице 8. В таблице 8 зафиксированы, кроме того, механические и магнитные свойства, определенные на полученных таким образом, прошедших долговременный отжиг, образцах полос электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в поперечном направлении Q и продольном направлении L.

Таким образом, изобретение относится к полосе или листу электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, изготовленным из стали, которая наряду с железом и неизбежными примесями содержит (мас.%) Si: 1,0-4,5%; Al: до 2,0%; Mn: до 1,0%; С: до 0,01%; N: до 0,01%; S: до 0,012%; Ti: 0,1-0,5%; P: 0,1-0,3%, причем для отношения %Ti/%P, где для %Ti (содержание Ti) и %Р (содержание Р) выполняется условие:

1,0≤%Ti/%P≤2,0.

Полоса электротехнической стали или лист электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с изобретением и изготовленные из такого листа или такой полосы конструктивные элементы для электротехнических применений отличаются повышенной прочностью и одновременно хорошими магнитными свойствами. Лист или полоса электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой в соответствии с изобретением может быть изготовлена посредством того, что выполненную из стали с вышеуказанным составом горячекатаную полосу подвергают холодной прокатке с получением холоднокатаной полосы, и эту холоднокатаную полосу подвергают заключительному обжигу. С целью особого проявления определенных свойств полосы электротехнической стали или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой изобретение предлагает различные варианты такого заключительного обжига.

Таблица 1 Варианты Si Al Mn С N S Ti P TiP 2,99 0,004 0,58 0,006 0,0021 <0,001 0,148 0,100 Ref 2,96 0,006 0,64 0,006 0,0021 0,001 0,001 0,004 остальное - железо и неизбежные примеси данные, в мас.%

Таблица 2 (толщина листа 0,5 мм) Сталь В соответствии с изобретением Обжиг с выходом горячекатаной полосы Направление образца T_Haspel[°C] T_low [°C] R_eH [МПа] R_eL [МПа] R_m, [МПа] 50 Гц 400 Гц 1 кГц P_1,0 [Вт/кг] Р_1,5 [Вт/кг] J₂₅₀₀ [Тл] J₅₀₀₀ [Тл] Р_1,0 [Вт/кг] P_1,0 [Вт/кг]     да L 310 550 409 403 573 2,01 4,47 1,59 1,68 44,4 197 Q 430 426 593 2,20 4,76 1,57 1,66 46,8 213 TiP да да L 620 550 403 396 560 2,08 4,43 1,57 1,67 43,3 199 Q 421 418 582 1,97 4,44 1,55 1,65 40,3 181     да L 620 700 400 395 554 1,76 3,93 1,58 1,67 36,4 164 Q 431 424 589 1,86 4,17 1,55 1,64 38,9 178 Ref нет да L 620 - 329 321 472 1,72 3,78 1,61 1,70 43,9 205 Q 351 340 492 1,63 3,88 1,53 1,63 43,4 207 TiP да нет L 310 550 407 402 572 2,16 4,50 1,57 1,66 45,1 209 Q 433 429 591 1,98 4,59 1,54 1,64 40,2 181     нет L 620 550 402 396 564 2,23 4,65 1,57 1,66 46,4 214 Q 426 423 586 2,19 4,77 1,53 1,63 46,2 214 Ref нет нет L 620 - 365 339 480 1,47 3,34 1,63 1,71 38,0 173 Q 382 362 500 1,55 3,68 1,53 1,63 40,4 191

Таблица 3 (толщина листа 0,35 мм) Сталь В соответствии с изобретениием Обжиг с выходом горячекатаной полосы Направлние образца T_Haspel [°C] T_low [°C] R_eH [МПа] R_eL [МПа] R_m, [МПа] 50 Гц 400 Гц 1 кГц P_1,0 [Вт/кг] P_1,5 [Вт/кг] J₂₅₀₀ [Тл] J₅₀₀₀ [Тл] Р_1,0 [Вт/кг] Р_1,0 [Вт/кг] TiP да нет L 620 700 430 415 579 1,77 3,74 1,55 1,65 26,4 112 Q 456 442 603 1,62 3,71 1,52 1,62 23,0 94 Ref нет нет L 620 - 350 331 466 1,26 3,06 1,57 1,66 23,6 100 Q 359 344 453 1,28 3,22 1,54 1,63 23,2 99

Таблица 4   Si Al Mn С N S Ti P TiP2 3,05 0,689 0,155 0,0036 0,0021 0,0008 0,173 0,115 остальное железо и неизбежные примеси данные, в мас.%

Таблица 5 толщина листа 0,35 мм - кратковременный обжиг - вариант 1) T_max1 [°C] t_G1 [s] T_max2 [°C] t_G2 [s] Направление образца R_eH [МПа] R_eL или R_p0,2 [МПа] R_m [МПа] 50 Гц 400 Гц 1 кГц Р_1,0 [Вт/кг] Р_1,5 [Вт/кг] J₂₅₀₀ [Тл] J₅₀₀₀ [Тл] Р_1,0 [Вт/кг] Р_1,0 [Вт/кг] 1070 55 700 50 L 448 442 608 1,60 3,9 1,54 1,63 20,5 79 Q 474 471 636 2,24 4,81 1,49 1,58 25,3 92 1100 40 700 50 L   439 582 1,25 3,13 1.54 1,63 18,5 76 Q   468 600 1,77 3,87 1,48 1,58 22,9 88

Таблица 6 (толщина листа 0,35 мм - кратковременный обжиг с последующим долговременным обжигом) T_maxH [°C] t_GH [ч] Направление образца R_eH [МПа] R_eL или R_p0,2 [МПа] R_m [МПа] 50 Гц 400 Гц 1 кГц Р_1,0 [Вт/кг] Р_1,5 [Вт/кг] J₂₅₀₀ [Тл] J₅₀₀₀ [Тл] Р_1,0 [Вт/кг] Р_1,0 [Вт/кг] 620 5 L 484 478 640 1,68 4,03 1,55 1,65 22,2 86 Q 513 511 654 2,24 4,91 1,5 1,6 26,6 99

Таблица 7 (толщина листа 0,35 мм - долговременный обжиг - вариант 2) T_maxH [°C] t_GH [ч] Направление образца R_eH [МПа] R_eL или R_p0,2 [МПа] R_m, [МПа] 50 Гц 400 Гц 1 кГц Р_1,0 [Вт/кг] Р_1,5 [Вт/кг] J₂₅₀₀ [Тл] J₅₀₀₀ [Тл] P_1,0 [Вт/кг] Р_1,0 [Вт/кг] 620 5 L 753 724 866 3,83 8,4 1,52 1,62 39,1 128 Q 814 801 919 4,35 9,45 1,44 1,55 43,6 - 700 5 L 666 615 781 3,43 7,62 1,54 1,63 36,3 121 Q 705 668 823 3,87 8,51 1,45 1,55 39,3 131 740 5 L 614 567 739 3,39 7,63 1,54 1,64 36,2 123 Q 657 609 777 3,86 8,65 1,47 1,58 40 136 840 5 L 560 524 686 3,62 7,96 1,55 1,65 38,5 128 Q 602 560 712 3,97 8,61 1,5 1,6 42,0 -

Таблица 8 (толщина листа 0,35 мм - кратковременный обжиг - вариант 3) T_maxH [°C] t_GH [c] Направление образца R_eH [МПа] R_eL или R_p0,2 [МПа] R_m [МПа] 50 Гц 400 Гц 1 кГц Р_1,0 [Вт/кг] P_1,5 [Вт/кг] J₂₅₀₀ [Тл] J₅₀₀₀ [Тл] Р_1,0 [Вт/кг] Р_1,0 [Вт/кг] 900 60 L 585 541 713 4,06 8,62 1,54 1,63 42,1 143 Q 627 589 770 4,38 9,36 1,47 1,57 43,8 145 800 80 L 630 606 790 4,06 8,69 1,52 1,61 41,7 140 Q 672 667 843 4,39 9,5 1,45 1,55 43,8 142 700 150 L - 735 878 4,5 9,68 1,51 1,61 44,9 145 Q - 832 926 5,09 10,98 1,43 1,54 48,7 154

Изобретение относится к способам изготовления полосы или листам из электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой.

Способ включает этапы: a) создание горячекатаной полосы или листа из стали, которая содержит, в мас.%: 1,0-4,5 Si, до 2,0 Al, до 1,0 Mn, до 0,01 C, до 0,01 N, до 0,012 S, 0,1-0,5 Ti, 0,1-0,3 Р, железо и неизбежные примеси - остальное, причем для отношения %Ti/%Р выполняется неравенство 1,0≤%Ti/%Р≤2,0, где %Ti - процентное содержание Ti, в мас.% и %Р - процентное содержание Р, в мас.%, b) холодную прокатку горячекатаной полосы или листа с получением холоднокатаной полосы или листа, c) заключительный обжиг холоднокатаной полосы или листа, во время которого холоднокатаную полосу или лист пропускают через печь непрерывного отжига для двухступенчатого кратковременного обжига, при котором холоднокатаную полосу или лист: d.1) сначала обжигают на первой ступени обжига в течение 1-100 с при температуре обжига, по меньшей мере, 900°C и не более 1150°C. Затем d.2) обжигают на второй ступени обжига в течение 30-120 с при температуре обжига 500-850°C. Технический результат заключается в повышении прочности листа или полосы с одновременными низкими гистерезисными потерями при высоких частотах. 1 з.п. ф-лы, 8 табл.

1. Способ изготовления полосы или листа электротехнической стали с неориентированной зернистой структурой, включающий следующие стадии:
a) создание горячекатаной полосы или листа из стали, которая содержит, в мас.%:
Si 1,0-4,5 Al до 2,0 Mn до 1,0 C до 0,01 N до 0,01 S до 0,012 Ti 0,1-0,5 Р 0,1-0,3

железо и неизбежные примеси - остальное,
причем для отношения %Ti/%Р выполняется неравенство 1,0≤%Ti/%Р≤2,0, где %Ti - процентное содержание Ti, в мас.% и %Р - процентное содержание Р, в мас.%,
b) холодную прокатку горячекатаной полосы или листа с получением холоднокатаной полосы или листа,
c) заключительный обжиг холоднокатаной полосы или листа, во время которого холоднокатаную полосу или лист пропускают через печь непрерывного отжига для двухступенчатого кратковременного обжига, при котором холоднокатаную полосу или лист,
d.1) сначала обжигают на первой ступени обжига в течение 1-100 с при температуре обжига, по меньшей мере, 900°C и не более 1150°C, и непосредственно затем
d.2) обжигают на второй ступени обжига в течение 30-120 с при температуре обжига 500-850°C.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что холоднокатаную полосу или лист после второй ступени кратковременного обжига подвергают долговременному обжигу в колпаковой печи при выдержке в течение 0,5-20 ч при температуре обжига 550-660°C.