НЕОРИЕНТИРОВАННЫЙ ЛИСТ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК C22C38/12 C21D8/12 H01F1/16 H01F1/147 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к неориентированному листу электротехнической стали и к способу его получения.

Уровень техники

Неориентированные листы электротехнической стали представляют собой тип мягкого магнитного материала, который широко используется в качестве материала стального сердечника для моторов и тому подобного. При текущей тенденции энергосбережения и глобальной защиты окружающей среды, имеется сильная потребность в более эффективных электрических устройствах. Таким образом, существует возрастающая потребность в улучшении магнитных характеристик неориентированных листов электротехнической стали, которые широко применяются в качестве материала стального сердечника для роторов, малых или средних трансформаторов и тому подобного. Текущая тенденция особенно заметна для моторов автомобилей с электрическим приводом или для компрессоров, где развиваются усовершенствования эффективности роторов двигателей. Для удовлетворения этой потребности в снижении потерей в стали обычно принимаются такие меры, как добавление легирующих элементов, например, Si и Al, уменьшение толщины листа, контроль состояния поверхности, и контроль выделившихся фаз для улучшения роста зёрен.

Например, в документе JP 3490048 B2 (PTL 1) раскрыта технология добавления 1,0% или больше Si и 0.7% или больше Al и регулирование шероховатости поверхности стального листа после холодной прокатки и соотношения парциального давления водорода и водяного пара в атмосфере окончательного отжига, чтобы восстановить слой оксида Al в поверхностном слое стального листа и снизить потери в стали.

В настоящее время предложено расплавлять отработанные сердечники моторов и повторно использовать их в корпусе моторов, и тому подобное в качестве отливок, для повторного использования моторов. Поскольку лист электротехнической стали, раскрытый в документе PTL 1, содержит Al, существует проблема в том, что при повторном использовании листа электротехнической стали возрастает вязкость расплавленной стали в ходе литья и образуются усадочные раковины. Таким образом, в случае повторного использования сердечников моторов в качестве передельного чугуна для отливок, желательно, чтобы алюминий практически отсутствовал в стали.

В качестве способа получения неориентированного листа электротехнической стали, который практически не содержит Al и обладает отличной характеристикой потерь в стали, в документе JP 4218136 B2 (PTL 2) описана следующая технология: добавляют от 0,01% до 1% Si и 1,5% или меньше Mn, и надлежащим образом регулируют количество растворенного кислорода при предварительном раскислении, чтобы получить непластичные включения SiO₂-MnO-Al₂O₃ и улучшить рост зёрен при окончательном отжиге. Согласно этой технологии, добавляют относительно небольшие количества Si и Mn. Поэтому желательно дополнительное уменьшение потерь в стали путем увеличения добавок Si и/или Mn.

Список цитирования

Патентная литература

PTL 1: JP 3490048 B2

PTL 2: JP 4218136 B2

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

Следовательно, было бы полезно разработать неориентированный лист электротехнической стали, который практически не содержит Al, а содержит большие количества Si и Mn и имеет малые потери в стали, и простой способ получения неориентированного листа электротехнической стали.

Решение проблемы

В результате тщательного исследования авторы изобретения обнаружили, что для стали, которая не содержит Al, а содержит большие количества Si и Mn, можно усовершенствовать рост зёрен при окончательном отжиге и можно снизить потери в стали путем понижения температуры сматывания полосы в рулон после горячей прокатки, чтобы подавить осаждение нитридов Si-Mn.

Сначала будут описаны эксперименты, которые привели к разработке технологии настоящего изобретения.

Эксперимент 1

С целью разработки неориентированного листа электротехнической стали, который обладает отличной характеристикой потерь в стали, авторы вновь обратили внимание на эффект снижения потерь в стали при увеличении содержания Mn, и исследовали влияние Mn на потери в стали. В последующем описании, знак “%” в связи с химическим составом означает “масс.%”, если не указано другое.

В качестве материала для образцов, были приготовлены различные стальные слитки базового состава, содержащие C: 0,002%, Si: 2,0%, P: 0,01%, S: 0,002%, Al: 0,001%, N: 0,0015%, B: 0,0005%, и V: 0,0010%, в каждый из которых добавляли Mn в количестве, изменяющемся в диапазоне от 0,5% до 3,0%. Каждый из этих образцов материала был подвергнут горячей прокатке, чтобы получить горячекатаный лист, имеющий толщину 2,0 мм. После горячей прокатки, горячекатаный лист охлаждают от 800°С до 650°C со средней скоростью охлаждения 35°C/с. После этого горячекатаный лист подвергают сматыванию в рулон при температуре от 650°C, и затем горячекатаный лист подвергают отжигу при 1000°C в течение 10 секунд. Средняя скорость охлаждения от 800°С до 650°C после отжига горячекатаного листа составляет 35°C/с. Затем горячекатаный лист подвергают холодной прокатке, чтобы получить холоднокатаный лист, имеющий толщину 0,25 мм. В заключение холоднокатаный лист подвергают окончательному отжигу при 1000°C в течение 10 с, в атмосфере 20 об.% H₂-80 об.% N₂. Потери в стали W_15/50 для полученного стального листа измеряют с помощью устройства Epstein 25 см.

Фиг. 1 иллюстрирует связь между содержанием Mn в стальном листе и потерями в стали W_15/50. Как показано на фиг. 1, когда содержание Mn составляет менее 1,0%, потери в стали снижаются при увеличении содержания Mn, что общеизвестно. Однако, когда содержание Mn составляет 1,0% или больше, степень снижения потерь в стали с увеличением содержания Mn не равна, а меньше степени снижения потерь в стали (на чертеже показано штрих-пунктирной линией), когда содержание Mn было меньше, чем, 1,0%, и потери в стали почти не снижаются. Для выяснения причины этого эффекта, была исследована микроструктура поперечного сечения стального листа после окончательного отжига с использованием оптического микроскопа. В результате установлено, что каждый стальной лист, с содержанием Mn 1,0% или больше, имеет малый размер зерен. Кроме того, исследовали осадки в стальном листе с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (TEM), используя метода экстракционной реплики. Эти результаты показывают, что каждый стальной лист с содержанием Mn 1,0% или больше, имеет много мелкозернистых нитридов Si-Mn.

В настоящем изобретении термин “нитриды Si-Mn” относится к осадкам, в которых суммарное относительное количество Si и Mn составляет 10% или больше и относительное количество N равно 5% или больше, в атомном соотношении, определяемом методом энергорассеивающей рентгеновской спектрометрии (EDS). В каждом стальном листе, имеющем содержание Mn 1,0% или больше, определяют число мелкозернистых нитридов Si-Mn (которые определены выше), имеющих средний диаметр от 50 нм до 500 нм, которые в значительной степени влияют на перемещение границ доменов.

Фиг. 2 иллюстрирует связь между содержанием Mn и плотностью частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр от 50 нм до 500 нм, с учетом результатов исследования осадка. Как показано на фиг. 2, когда содержание Mn составляет 1,0% или больше, численная плотность частиц нитридов Si-Mn составляет больше 1/мкм³. Поэтому причиной увеличения потерь в стали, предположительно, является рост плотности частиц нитридов Si-Mn, вызванный уменьшением роста зёрен, в результате чего увеличиваются гистерезисные потери.

Эксперимент 2

Для стали, имеющей высокое содержание Mn - 1,0% или больше, авторы исследовали влияние температуры сматывания горячекатаного листа в рулон на потери в стали. Подробно, в качестве материала для образцов, были приготовлены стальные слитки, содержащие C: 0,002%, Si: 2,0%, Mn: 2,0%, P: 0,02%, S: 0,002%, Al: 0,001%, N: 0,0015%, и Nb: 0,0005%. Этот материала для образцов был подвергнут горячей прокатке, чтобы получить горячекатаный лист, имеющий толщину 2,0 мм. После горячей прокатки, горячекатаный лист охлаждают от 800°С до 650°C со средней скоростью охлаждения 35°C/с. После этого горячекатаный лист подвергают сматыванию в рулон при температуре от 500°С до 700°C, и затем горячекатаный лист подвергают отжигу при 1000°C в течение 10 секунд. Средняя скорость охлаждения от 800°С до 650°C после отжига горячекатаного листа составляет 35°C/с. Затем горячекатаный лист подвергают холодной прокатке, чтобы получить холоднокатаный лист, имеющий толщину 0,25 мм. В заключение холоднокатаный лист подвергают окончательному отжигу при 1000°C, в течение 10 с, в атмосфере 20 об.% H2-80 об.% N2. Потери в стали W15/50 для полученного стального листа измеряют с помощью устройства Epstein 25 см.

Фиг. 3 иллюстрирует влияние температуры сматывания горячекатаного листа в рулон на потери в стали W_15/50. Как показано на фиг. 3, потери в стали снижаются, когда температура сматывания листа в рулон составляет 650°C или меньше. Для выяснения причины этого эффекта, была исследована микроструктура поперечного сечения стального листа после окончательного отжига с использованием оптического микроскопа. В результате установлено, что, когда температура сматывания листа в рулон составляет 650°C или меньше, размер зерен стального листа после окончательного отжига увеличивается, и в итоге потери в стали снижаются.

Кроме того, исследовали осадки в листе после окончательного отжига с помощью TEM, используя метод экстракционной реплики. Фиг. 4 иллюстрирует связь между температурой сматывания горячекатаного листа в рулон и плотностью частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр от 50 нм до 500 нм. Как показано на фиг. 4, когда температура сматывания листа в рулон составляет 650°C или меньше, плотность частиц нитридов Si-Mn снижается до 1/(мкм³) или меньше.

Как описано выше, когда температура сматывания листа в рулон составляет 650°C или меньше, осаждение нитридов Si-Mn во время обработки сматывания подавляется, даже в случае, когда содержание Mn равно 1,0% или больше, так что улучшается рост зёрен в ходе окончательного отжига. Неясно, по какой причине осаждение нитридов Si-Mn подавляется, когда температура сматывания листа в рулон составляет 650°C или меньше, но предположительно, это происходит в результате того, что при снижении температуры сматывания листа в рулон диффузия Si и Mn становится недостаточной и, следовательно, осаждение нитридов Si-Mn подавляется.

Эти результаты демонстрируют, что при соответствующем подборе температуры сматывания листа в рулон после горячей прокатки, для стали, в которой практически отсутствует Al и содержится значительное количество Si и Mn, подавляется осаждение нитридов Si-Mn и снижаются потери в стали.

Настоящее изобретение основано на этих новых открытиях. Таким образом, авторы предоставляют:

1. Неориентированный лист электротехнической стали, включающий химическую композицию, содержащую (состоящую из), в масс.%, C: 0,0050% или меньше, Si: 2,0% или больше и 6,0% или меньше, Mn: 1,0% или больше и 3,0% или меньше, P: 0,20% или меньше, S: 0,0050% или меньше, N: 0,0050% или меньше, Al: 0,0050% или меньше, и один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из B: 0,0001% или больше и 0,0050% или меньше, Nb: 0,0001% или больше и 0,0050% или меньше, и V: 0,0005% или больше и 0,0500% или меньше, причем остальная часть композиции приходится на Fe и случайные примеси, где плотность частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр 50 нм или больше и 500 нм или меньше, составляет 1/мкм³ или меньше.

2. Неориентированный лист электротехнической стали по пункту 1, в котором химическая композиция дополнительно содержит, в масс.%, один или два элемента, выбранных из группы, состоящей из Sn: 0,01% или больше и 0,50% или меньше, и Sb: 0,01% или больше и 0,50% или меньше.

3. Неориентированный лист электротехнической стали по пунктам 1 или 2, в котором химическая композиция дополнительно содержит, в масс.%, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Ca: 0,0001% или больше и 0,0300% или меньше, Mg: 0,0001% или больше и 0,0300% или меньше, и редкоземельный элемент (РЗЭ): 0,0001% или больше и 0,0300% или меньше.

4. Неориентированный лист электротехнической стали по любому из пунктов 1 -3, в котором химическая композиция дополнительно содержит, в масс.%, один или два элемента, выбранных из группы, состоящей из Ni: 0,01% или больше и 5,00% или меньше, и Co: 0,01% или больше и 5,00% или меньше.

5. Способ получения неориентированного листа электротехнической стали, причем способ включает в себя: горячую прокатку сляба, имеющего химическую композицию по любому из пунктов 1 – 4, чтобы получить горячекатаный лист; сматывание горячекатаного листа в рулон; холодную прокатку горячекатаного листа один или два раза с промежуточным отжигом, осуществляемым между ними, чтобы получить холоднокатаный лист; и холоднокатаный лист подвергают окончательному отжигу, причем горячекатаный лист после горячей прокатки охлаждают от 800°С до 650°C при средней скорости охлаждения 30°C/с или больше, и после этого проводят сматывание листа в рулон при 650°C или меньше.

6. Способ получения неориентированного листа электротехнической стали, причем способ включает в себя: горячую прокатку сляба, имеющего химическую композицию по любому из пунктов 1 – 4, чтобы получить горячекатаный лист; сматывание горячекатаного листа в рулон; подвергают горячекатаный лист отжигу; после этого проводят холодную прокатку горячекатаного листа один или два раза с промежуточным отжигом, осуществляемым между ними, чтобы получить холоднокатаный лист; и подвергают холоднокатаный лист окончательному отжигу, причем горячекатаный лист после горячей прокатки охлаждают от 800°С до 650°C при средней скорости охлаждения 30°C/с или больше, и после этого проводят сматывание листа в рулон при 650°C или меньше, и горячекатаный лист после отжига охлаждают от 800°С до 650°C при средней скорости охлаждения 30°C/с или больше.

Преимущества изобретения

Таким образом, можно разработать неориентированный лист электротехнической стали, в котором достигнуты малые потери в стали за счет введения большого количества Si и Mn, причем Al практически отсутствует.

Краткое описание чертежей

В прилагаемых чертежах:

фиг. 1 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость потери в стали W_15/50;

фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость плотности частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр 50 нм или больше и 500 нм или меньше, от содержания Mn;

фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость потери в стали W_15/50 от температуры сматывания горячекатаной полосы в рулон; и

фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость плотности частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр 50 нм или больше и 500 нм или меньше, от температуры сматывания горячекатаной полосы в рулон.

Осуществление изобретения

Химическая композиция неориентированного листа электротехнической стали, согласно настоящему изобретению, будет описана ниже.

C: 0,0050% или меньше

Углерод вызывает магнитное старение произведенного листа, поэтому его содержание ограничивается до 0,0050% или меньше. Предпочтительно содержание углерода составляет 0,0040% или меньше. Для ограничения содержания C до 0,0050% или меньше требуются значительные производственные затраты. Поэтому с учетом затрат предпочтительно содержание углерода равно 0,0005% или больше.

Si: 2,0% или больше и 6,0% или меньше

Кремний является элементом, который эффективно повышает удельное сопротивление стали и снижает магнитные потери в стали. Поэтому намеренно Si добавляют в количестве 2,0% или больше. Однако, избыточное добавление кремния вызывает значительное охрупчивание и затрудняет проведение холодной прокатки. Поэтому верхний предел 6,0%. Предпочтительно содержание Si кремния составляет 2,5% или больше и 4,0% или меньше.

Mn: 1,0% или больше и 3,0% или меньше

Mn является элементом, который эффективно повышает удельное сопротивление стали и снижает потери в стали. Поэтому намеренно Mn добавляют в количестве 1,0% или больше. Однако, если содержание Mn превышает 3,0 масс.%, ухудшаются характеристики холодной прокатки или снижается плотность магнитного потока. Поэтому верхний предел равен 3,0%. Предпочтительным является содержание Mn от 1,0% или больше и 2,0% или меньше. Более предпочтительным является содержание Mn 1,2% или больше, и еще более предпочтительно – 1,4% или больше.

P: 0,20% или меньше

P является элементом, который превосходно упрочняет твёрдый раствор и таким образом, эффективно регулирует твердость и улучшает обрабатываемость при вырубке заготовки. Если содержание фосфора превышает 0,20 масс.%, становится заметным охрупчивание. Поэтому верхний предел равен 0,20%. Предпочтительно содержание P составляет 0,050% или меньше. Для ограничения содержания до 0,0005% или меньше требуются значительные производственные затраты. Поэтому с учетом затрат предпочтительно содержание фосфора равно 0,0005% или больше.

S: 0,0050% или меньше

Сера является вредным элементом, который образует сульфиды и увеличивает потери в стали. Поэтому верхний предел составляет 0,0050%. Предпочтительно содержание S составляет 0,0040% или меньше. Для ограничения содержания S до 0,0001% или меньше требуются значительные производственные затраты. Поэтому с учетом затрат предпочтительно содержание S составляет 0,0001% или больше.

N: 0,0050% или меньше

Азот является вредным элементом, который образует нитриды Si-Mn и увеличивает потери в стали, как указано выше. Поэтому верхний предел составляет 0,0050%. Предпочтительно содержание N составляет 0,0030% или меньше, и более предпочтительно 0,0015% или меньше. Для ограничения содержания N до 0,0001% или меньше требуются значительные производственные затраты. Поэтому с учетом затрат предпочтительно содержание N составляет 0,0001% или больше.

Al: 0,0050% или меньше

Желательно практически не добавлять Al, в терминах утилизации. Если алюминий присутствует в незначительном количестве, Al образует мелкозернистый нитрид AlN и затрудняет рост зёрен, таким образом, ухудшая магнитные характеристики. Поэтому верхний предел Al составляет 0,0050%. Предпочтительно содержание Al составляет 0,0030% или меньше. Выражение “Al практически не содержится (или не добавляется)” означает, что Al присутствует в количестве, допускающем неизбежное смешивание, включая случай, когда содержание Al составляет 0%.

Sn, Sb: 0,01% или больше и 0,50% или меньше

Sn и Sb являются элементами, которые улучшают текстуру и, таким образом, являются эффективными элементами для увеличения плотности магнитного потока. Каждый из этих элементов не является эффективным, если его содержание не превышает 0,01% или больше. Если их содержание превышает 0,50%, то эффект насыщается. Поэтому содержание каждого элемента Sn и Sb составляет 0,01% или больше и 0,50% или меньше. Предпочтительно содержание каждого Sn и Sb составляет 0,03% или больше и 0,50% или меньше.

Ca, Mg, РЗЭ: 0,0001% или больше и 0,0300% или меньше

Ca, Mg, и РЗЭ являются элементами, которые связывают S и подавляют осаждение мелкозернистых сульфидов, и, таким образом, являются эффективными для снижения магнитных потерь в стали. Каждый из этих элементов не является эффективным, если его содержание не превышает 0,0001% или больше. Если их содержание превышает 0,0300%, то эффект насыщается. Следовательно, содержание каждого элемента Ca, Mg и РЗЭ составляет от 0,0001% или больше до 0,0300% или меньше. Предпочтительно содержание каждого элемента Ca, Mg и РЗЭ составляет 0,0020% или больше и 0,0300% или меньше.

Ni, Co: 0,01% или больше и 5,00% или меньше

Ni и Co являются эффективными элементами, повышающими удельное сопротивление стали и снижающими магнитные потери в стали. Каждый из этих элементов не является эффективным, если его содержание не превышает 0,01% или больше. Если их содержание превышает 5,00%, то возрастает стоимость сплава. Следовательно, содержание каждого элемента Ni и Co составляет 0,01% или больше и 5,00% или меньше. Предпочтительно содержание каждого Ni и Co составляет 0,05% или больше и 5,00% или меньше.

Один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из B, Nb: 0,0001% или больше и 0,0050% или меньше; и V: 0,0005% или больше и 0,0500% или меньше

B, Nb и V являются элементами, которые связывают N и подавляют осаждение мелкозернистых нитридов Si-Mn и, таким образом, являются эффективными для снижения магнитных потерь в стали. Для достижения указанного эффекта, содержание каждого из B и Nb составляет 0,0001% или больше, и содержание V составляет 0,0005% или больше. Если или Nb превышает 0,0050%, или если содержание V превышает 0,0500%, то элемент не расплавляется во время нагревания при окончательном отжиге, и рост зёрен затрудняется. Следовательно, содержание каждого B и Nb составляет 0,0001% или больше и 0,0050% или меньше, и содержание V составляет 0,0005% или больше и 0,0500% или меньше. Предпочтительно содержание каждого B и Nb составляет 0,0010% или больше и 0,0040% или меньше, и содержание V составляет 0,0010% или больше и 0,0200% или меньше.

Остаток, отличающийся от указанных выше компонентов в неориентированном листе электротехнической стали согласно настоящему изобретению состоит из Fe и неизбежных примесей. Неориентированный лист электротехнической стали согласно настоящему изобретению может содержать другие компоненты в диапазоне, в котором не ухудшаются эффекты настоящего изобретения.

В настоящем изобретении важно ограничить в стальном листе числовую плотность частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр 50 нм или больше и 500 нм или меньше, до 1/мкм³ или меньше, поскольку частицы такого размера существенно влияют на перемещение границ доменов, как указано выше. Если плотность частиц превышает 1/мкм³, потери в стали окончательно отожжённого листа снижаются незначительно. Предпочтительно числовая плотность частиц составляет 0,8/мкм³ или меньше, и более предпочтительно 0,7/мкм³ или меньше. Плотность частиц может составлять 0/мкм³.

Нитриды Si-Mn исследовали с помощью TEM, используя метод экстракционной реплики, как указано выше. Измерения были проведены в поле наблюдения, в котором сбалансированы размеры и число частиц нитридов Si-Mn. Конкретно, измерения были проведены предпочтительно в поле наблюдения в диапазоне 1000 мкм² с увеличением 10000 или больше. Наблюдали нитриды Si-Mn размером 50 нм или больше и 500 нм или меньше, которые значительно влияют на перемещение границ доменов. Для каждой частицы Si-Mn нитрида неоднородной формы величина, полученная путем деления на 2 (два) суммы длины по главной оси и длины по второстепенной оси, принимается равной диаметру частицы Si-Mn нитрида. Числовую плотность частиц нитридов Si-Mn рассчитывают, принимая, что общий электрический заряд, подведенный к поверхности образца на стадии электролиза в процессе получения реплики, потребляется для электролиза двухвалентных ионов Fe, и все осадки, оставшиеся при электролизе, захватываются репликой. В типичном получении реплики согласно изобретению, электролиз проводится при электрическом заряде 3 Кулона на 1 см² площади поверхности образца, и, следовательно, на реплике наблюдаются осадки внутри толщины приблизительно 1,1 мкм от поверхности образца.

Ниже будет описан способ получения неориентированного листа электротехнической стали согласно настоящему изобретению.

Неориентированный лист электротехнической стали согласно настоящему изобретению может быть получен с помощью известного способа производства неориентированного листа электротехнической стали, поскольку материал стали, использованный в производстве, имеет описанный выше химический состав и условия охлаждения после горячей прокатки, и температура сматывания полосы в рулон находится в заданном диапазоне. Пример способа, который может быть использован, включает получение, путем сталеварения, стали, доведенной до заданного химического состава, описанного выше, с помощью процесса очистки расплавов с использованием конвертера, электрической печи, и тому подобного, обработки стали путем вторичной очистки в линии дегазации и тому подобного, непрерывной отливки стали с образованием стального сляба, после этого стальной сляб подвергают горячей прокатке и необязательному отжигу горячекатаного листа, затем горячекатаный лист подвергают травлению, холодной прокатке и окончательному отжигу, и дополнительно подвергают холоднокатаный лист отжигу для снятия напряжений.

Толщина горячекатаного листа, полученного в результате горячей прокатки, предпочтительно составляет от 1,0 мм до 5,0 мм. Если толщина горячекатаного листа меньше, чем 1,0 мм, то возрастают проблемы сматывания при горячей прокатке. Если толщина горячекатаного листа превышает 5,0 мм, то коэффициент вытяжки на последующей стадии холодной прокатки становится слишком высоким, что вызывает разрушение структуры.

Важно, чтобы средняя скорость охлаждения от 800°С до 650°C при охлаждении после горячей прокатки составляла 30°C/с или больше. Если средняя скорость охлаждения меньше, чем 30°C/с, то при охлаждении после горячей прокатки осаждается много нитридов Si-Mn, вызывающих увеличение потерь в стали. Предпочтительно средняя скорость охлаждения от 800°С до 650°C составляет 300°C/с или меньше, с точки зрения подавления деформации из-за напряжения при охлаждении.

Средняя скорость охлаждения после горячей прокатки может быть увеличена, например, используя метод распыления охлаждающей воды с температурой 30°C или меньше на стальной лист на отводящем рольганге холодильника, после горячей прокатки. Для дополнительного увеличения скорости охлаждения, предпочтительно, чтобы форсунки, которые изменяют направление струи хладагента, были размещены альтернативно, в противоположном направлении движения горячекатаного листа, для того чтобы на стальном листе не образовалась водяная пленка.

Затем горячекатаный лист, после проведения охлаждения, сматывается в рулон. Температура сматывания листа в рулон должна быть 650°C или меньше. Более предпочтительно температура сматывания листа в рулон составляет 600°C или меньше, и еще более предпочтительно 550°C или меньше. Причина заключается в том, что осаждение нитридов Si-Mn уменьшается при снижении температуры сматывания листа, и осаждение едва заметно, когда температура сматывания листа в рулон составляет 550°C или меньше. Если температура сматывания листа в рулон составляет меньше, чем 300°C, количество осажденных нитридов не изменяется, и производительность установки становится избыточной. Следовательно, температура сматывания листа в рулон предпочтительно составляет 300°C или больше.

Горячекатаный лист необязательно можно подвергать отжигу. Однако согласно настоящему изобретению эффект является более заметным в случае, когда горячекатаный лист не подвергают отжигу, поскольку отжиг горячекатаного листа облегчает осаждение нитридов Si-Mn в процессе охлаждения после отжига горячекатаного листа. В случае проведения отжига горячекатаного листа, температура томления предпочтительно находится в диапазоне от 900°С до 1200°C. Если температура томления составляет меньше, чем 900°C, эффект отжига горячекатаного листа является недостаточным, и магнитные характеристики не могут быть улучшены. Если температура томления превышает 1200°C, то не только увеличиваются затраты, но также появляются дефекты поверхности под действием окалины. После отжига горячекатаного листа, охлаждение от 800°С до 650°C осуществляют при скорости охлаждения 30°C/с или больше, как указано выше, для того чтобы подавить осаждение нитридов Si-Mn.

Предпочтительно холодную прокатку горячекатаного листа или горячекатаного и отожженного листа проводят один раз, или дважды, или больше, с промежуточным отжигом, осуществляемым между прокатками. В частности, предпочтительно проводят, в качестве окончательной холодной прокатки, теплую прокатку при температуре листа около 200°C, при условии отсутствия проблем в единицах оборудования, производственных ограничений, или стоимости, поскольку указанная теплая прокатка эффективно улучшает плотность магнитного потока.

Толщина (конечная толщина листа) холоднокатаного листа предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 мм до 0,5 мм. Если толщина листа меньше, чем 0,1 мм, производительность снижается. Если толщина листа превышает 0,5 мм, эффект снижения потерь в стали является незначительным.

При окончательном отжиге, осуществляемом с холоднокатаным листом, имеющим окончательную толщину листа, холоднокатаный лист подвергают томлению при температуре от 700°С до 1200°C в течение от 1 с до 300 с в печи непрерывного отжига. Если температура томления составляет меньше, чем 700°C, рекристаллизации является недостаточной, и выгодные магнитные свойства не могут быть достигнуты. Кроме того, эффект регулирования формы листа при непрерывном отжиге является неудовлетворительным. Если температура томления превышает 1200°C, кристаллические зерна укрупняются, и снижается прочность. Если время томления составляет меньше, чем 1 с, то трудно контролировать размер зерен. Если время томления превышает 300 с, то снижается производительность.

Предпочтительно на поверхность стального листа наносят изолирующее покрытие, после окончательного отжига стального листа, с целью увеличения межслойного сопротивления и снижения потерь в стали. В частности, для обеспечения подходящей технологичности при вырубке заготовок, желательно использовать частично органическое покрытие содержащее смолу.

До использования, потребитель может подвергнуть (или нет) неориентированный лист электротехнической стали, на который наносят изолирующее покрытие, отжигу для снятия напряжений. Неориентированный лист электротехнической стали может быть подвергнут отжигу для снятия напряжений после вырубки заготовок потребителем. Отжиг для снятия напряжений обычно проводится в условиях: температура около 750 °C и время 2 ч.

Примеры

Пример 1

В процессе очистки в конвертере и дегазационной обработки в вакууме, образцы стали от № 1 до № 73, имеющие химический состав, указанный в таблице 1, были получены путем производства стали и непрерывного литья в сляб. Затем сляб нагревали при 1140°C в течение 1 часа и проводили горячую прокатку до толщины листа 2,0 мм, и подвергали охлаждению и обработке сматывания в рулон после горячей прокатки в условиях, указанных в таблице 2. После этого горячекатаный лист подвергали отжигу горячекатаного листа при 1000°С в течение 30 с, и затем подвергали травлению и холодной прокатке до толщины листа 0,25 мм. Средняя скорость охлаждения от 800°С до 650°C, после отжига горячекатаного листа, составляла 32°C/с. Затем холоднокатаный лист подвергали окончательному отжигу при 1000°C в течение 10 секунд в атмосфере 20 об.% H₂-80 об.% N₂, и наносили изолирующее покрытие на образовавшийся стальной лист, чтобы получить неориентированный лист электротехнической стали. В заключение, с использованием испытательных образцов Epstein 30 мм × 280 мм, измеряли потери в стали W_15/50 с помощью устройства Epstein 25 см, и дополнительно определяли плотность частиц нитридов Si-Mn в окончательно отожженном листе с помощью TEM, используя метод экстракционной реплики. Эти результаты приведены в таблице 2. Здесь плотность частиц нитридов Si-Mn рассчитывали из числа нитридов Si-Mn, присутствующих в поле наблюдения внутри диапазона 1000 мкм² при увеличении 10000.

Как можно понять из таблицы 2, путем регулирования химического состава материала стали и условий обработки сматывания в рулон в диапазоне согласно настоящему изобретению, можно легко получить неориентированный лист электротехнической стали, обладающий отличной характеристикой потерь в стали.

Таблица 2

№ условия Скорость охлаждения при горячей прокатке
(°C/с) Температура сматывания листа
(°C) Числовая плотность частиц нитридов
Si-Mn (на мкм³) W_15/50
(Вт/кг) B₅₀
(Тл) Примечания 1 50 550 0,63 2,15 1,701 Пример 2 50 550 0,10 3,05 1,730 Сравнительный Пример 3 50 550 0,30 2,25 1,710 Пример 4 50 550 0,61 2,09 1,682 Пример 5 50 550 0,61 1,99 1,662 Пример 6 50 550 0,63 1,88 1,663 Пример 7 50 550 - - - Сравнительный Пример
(растрескивание при холодной прокатке) 8 50 550 0,63 2,41 1,715 Сравнительный Пример 9 50 550 0,60 2,18 1,712 Пример 10 50 550 0,60 2,12 1,690 Пример 11 50 550 0,62 2,07 1,671 Пример 12 50 550 0,62 2,35 1,652 Сравнительный Пример 13 20 600 1,21 2,32 1,690 Сравнительный Пример 14 35 600 0,66 2,20 1,700 Пример 15 50 600 0,62 2,18 1,705 Пример 16 50 600 0,68 2,19 1,703 Пример 17 50 650 0,84 2,26 1,701 Пример 18 50 700 1,25 2,30 1,697 Сравнительный Пример 19 50 550 0,62 2,14 1,700 Пример 20 50 550 0,63 2,19 1,701 Пример 21 50 550 0,64 2,30 1,696 Сравнительный Пример 22 50 550 0,63 2,15 1,702 Пример 23 50 550 0,64 2,16 1,701 Пример 24 50 550 - - - Сравнительный Пример (растрескивание при холодной прокатке) 25 50 550 0,61 2,13 1,702 Пример 26 50 550 0,63 2,21 1,702 Пример 27 50 550 0,62 2,45 1,680 Сравнительный Пример 28 50 550 0,50 2,08 1,701 Пример 29 50 550 0,95 2,22 1,702 Пример 30 50 550 1,12 2,41 1,685 Сравнительный Пример 31 50 550 0,64 2,16 1,701 Пример 32 50 550 0,59 2,72 1,672 Сравнительный Пример 33 50 550 0,62 2,16 1,705 Пример 34 50 550 0,62 2,15 1,715 Пример 35 50 550 0,61 2,16 1,723 Пример 36 50 550 0,61 2,58 1,718 Сравнительный Пример 37 50 550 0,63 2,15 1,706 Пример 38 50 550 0,64 2,14 1,723 Пример 39 50 550 0,62 2,41 1,710 Сравнительный Пример 40 50 550 0,61 2,16 1,723 Пример 41 50 550 0,60 2,10 1,700 Пример 42 50 550 0,60 2,09 1,703 Пример 43 50 550 0,63 1,99 1,702 Пример 44 50 550 0,61 2,55 1,697 Сравнительный Пример 45 50 550 0,62 2,08 1,701 Пример 46 50 550 0,61 2,51 1,701 Сравнительный Пример 47 50 550 0,62 2,08 1,701 Пример 48 50 550 0,60 2,77 1,691 Сравнительный Пример 49 50 550 0,61 2,04 1,702 Пример 50 50 550 0,62 2,12 1,701 Пример 51 50 550 0,62 2,12 1,705 Пример 52 50 550 0,64 2,01 1,715 Пример 53 50 550 0,63 3,10 1,681 Сравнительный Пример 54 50 550 0,63 2,12 1,701 Пример 55 50 550 0,64 2,10 1,710 Пример 56 50 550 0,62 3,22 1,655 Сравнительный Пример 57 50 550 0,61 2,05 1,722 Пример 58 50 550 0,58 2,12 1,701 Пример 59 50 550 0,52 2,09 1,700 Пример 60 50 550 0,45 2,04 1,701 Пример 61 50 550 0,38 2,03 1,702 Пример 62 50 550 0,21 2,44 1,681 Сравнительный Пример 63 50 550 0,59 2,11 1,702 Пример 64 50 550 0,53 2,10 1,702 Пример 65 50 550 0,39 2,06 1,701 Пример 66 50 550 0,22 2,51 1,682 Сравнительный Пример 67 50 550 0,57 2,12 1,703 Пример 68 50 550 0,42 2,09 1,704 Пример 69 50 550 0,34 2,04 1,703 Пример 70 50 550 0,29 2,03 1,701 Пример 71 50 550 0,25 2,65 1,682 Сравнительный Пример 72 50 550 0,19 1,96 1,710 Пример 73 50 550 0,21 1,98 1,708 Пример

Пример 2

Слябы от № 1 до № 73 в таблице 1, полученные в процессе очистки в конвертерно-дегазационной обработки в вакууме, каждый обрабатывали таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что был исключен отжиг горячекатаного листа, чтобы получить неориентированный лист электротехнической стали. В заключение, с использованием испытательных образцов Epstein 30 мм × 280 мм, измеряли потери в стали W_15/50 с помощью устройства Epstein 25 см, и дополнительно определяли плотность частиц нитридов Si-Mn в окончательно отожженном листе с помощью TEM, используя такой же метод экстракционной реплики, как в Примере 1. Эти результаты приведены в таблице 3.

Как можно понять из таблицы 3, путем регулирования химического состава материала стали и условий обработки сматывания в рулон в диапазоне, согласно настоящему изобретению, можно легко получить неориентированный лист электротехнической стали, обладающий отличной характеристикой потерь в стали.

Таблица 3

№
условия Плотность частиц нитридов Si-Mn (на мкм³) W_l5/50
(Вт/кг) B₅₀
(Тл) Примечания 1 0,60 2,16 1,682 Пример 2 0,12 3,15 1,701 Сравнительный Пример 3 0,29 2,29 1,681 Пример 4 0,64 2,18 1,661 Пример 5 0,63 2,07 1,631 Пример 6 0,63 1,95 1,633 Пример 7 - - - Сравнительный Пример
(растрескивание при холодной прокатке) 8 0,62 2,41 1,685 Сравнительный Пример 9 0,62 2,29 1,693 Пример 10 0,63 2,21 1,660 Пример 11 0,64 2,17 1,652 Пример 12 0,65 2,44 1,632 Сравнительный Пример 13 1,25 2,41 1,671 Сравнительный Пример 14 0,68 2,28 1,675 Пример 15 0,65 2,25 1,674 Пример 16 0,68 2,22 1,678 Пример 17 0,93 2,29 1,675 Пример 18 1,42 2,41 1,672 Сравнительный Пример 19 0,64 2,21 1,681 Пример 20 0,63 2,26 1,680 Пример 21 0,65 2,40 1,672 Сравнительный Пример 22 0,61 2,25 1,682 Пример 23 0,63 2,26 1,681 Пример 24 - - - Сравнительный Пример
(растрескивание при холодной прокатке) 25 0,62 2,21 1,683 Пример 26 0,60 2,28 1,681 Пример 27 0,63 2,55 1,662 Сравнительный Пример 28 0,51 2,12 1,682 Пример 29 0,96 2,29 1,681 Пример 30 1,16 2,51 1,662 Сравнительный Пример 31 0,62 2,26 1,682 Пример 32 0,60 2,81 1,652 Сравнительный Пример 33 0,60 2,21 1,687 Пример 34 0,60 2,22 1,687 Пример 35 0,61 2,21 1,702 Пример 36 0,63 2,69 1,705 Сравнительный Пример 37 0,62 2,25 1,701 Пример 38 0,62 2,24 1,701 Пример 39 0,64 2,51 1,692 Сравнительный Пример 40 0,60 2,26 1,703 Пример 41 0,63 2,20 1,680 Пример 42 0,63 2,20 1,682 Пример 43 0,64 2,08 1,681 Пример 44 0,64 2,66 1,679 Сравнительный Пример 45 0,64 2,15 1,682 Пример 46 0,64 2,61 1,683 Сравнительный Пример 47 0,63 2,15 1,682 Пример 48 0,62 2,81 1,671 Сравнительный Пример 49 0,60 2,11 1,680 Пример 50 0,64 2,19 1,681 Пример 51 0,64 2,18 1,683 Пример 52 0,62 2,11 1,695 Пример 53 0,63 3,10 1,661 Сравнительный Пример 54 0,63 2,19 1,681 Пример 55 0,63 2,18 1,700 Пример 56 0,63 3,33 1,645 Сравнительный Пример 57 0,61 2,09 1,697 Пример 58 0,62 2,21 1,686 Пример 59 0,58 2,17 1,688 Пример 60 0,52 2,11 1,684 Пример 61 0,47 2,12 1,685 Пример 62 0,35 2,49 1,661 Сравнительный Пример 63 0,57 2,20 1,680 Пример 64 0,52 2,19 1,686 Пример 65 0,43 2,11 1,679 Пример 66 0,33 2,61 1,663 Сравнительный Пример 67 0,58 2,21 1,649 Пример 68 0,58 2,17 1,685 Пример 69 0,44 2,12 1,688 Пример 70 0,31 2,11 1,682 Пример 71 0,29 2,71 1,663 Сравнительный Пример 72 0,21 2,05 1,687 Пример 73 0,23 2,07 1,694 Пример

Изобретение относится к области металлургии, а именно к неориентированному листу электротехнической стали, используемому в качестве материала стального сердечника моторов автомобилей с электрическим приводом, роторов, малых и средних трансформаторов. Лист электротехнической стали имеет химический состав, содержащий в мас.%: С: 0,0050 или меньше, Si: 2,0 или больше и 6,0 или меньше, Mn: 1,0 или больше и 3,0 или меньше, Р: 0,20 или меньше, S: 0,0050 или меньше, N: 0,0050 или меньше, Al: 0,0050 или меньше, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из В: 0,0001 или больше и 0,0050 или меньше, Nb: 0,0001 или больше и 0,0050 или меньше и V: 0,0005 или больше и 0,0500 или меньше, и, при необходимости, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы: Sn: 0,01 или больше и 0,50 или меньше, Sb: 0,01 или больше и 0,50 или меньше, Са: 0,0001 или больше и 0,0300 или меньше, Mg: 0,0001 или больше и 0,0300 или меньше, редкоземельный элемент: 0,0001 или больше и 0,0300 или меньше, Ni: 0,01 или больше и 5,00 или меньше и Со: 0,01 или больше и 5,00 или меньше, остальное - Fe и случайные примеси. Плотность частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр 50 нм или больше и 500 нм или меньше, составляет 1/мкм³ или меньше. Изготавливаемые листы обладают малыми потерями в железе. 3 н.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 2 пр.

1. Неориентированный лист электротехнической стали, имеющий химический состав, содержащий в мас.%:

С: 0,0050 или меньше,

Si: 2,0 или больше и 6,0 или меньше,

Mn: 1,0 или больше и 3,0 или меньше,

Р: 0,20 или меньше,

S: 0,0050 или меньше,

N: 0,0050 или меньше,

Al: 0,0050 или меньше

и один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из В: 0,0001 или больше и 0,0050 или меньше, Nb: 0,0001 или больше и 0,0050 или меньше и V: 0,0005 или больше и 0,0500 или меньше,

и, при необходимости, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы:

Sn: 0,01 или больше и 0,50 или меньше,

Sb: 0,01 или больше и 0,50 или меньше,

Са: 0,0001 или больше и 0,0300 или меньше,

Mg: 0,0001 или больше и 0,0300 или меньше,

редкоземельный элемент: 0,0001 или больше и 0,0300 или меньше,

Ni: 0,01 или больше и 5,00 или меньше и

Со: 0,01 или больше и 5,00 или меньше,

остальное - Fe и случайные примеси,

при этом плотность частиц нитридов Si-Mn, имеющих средний диаметр 50 нм или больше и 500 нм или меньше, составляет 1/мкм³ или меньше.

2. Способ получения неориентированного листа электротехнической стали, включающий в себя:

горячую прокатку сляба, имеющего химический состав по п. 1, для получения горячекатаного листа;

сматывание горячекатаного листа в рулон;

холодную прокатку горячекатаного листа один или два раза с промежуточным отжигом, осуществляемым между ними, для получения холоднокатаного листа; и

проведение окончательного отжига холоднокатаного листа,

при этом горячекатаный лист после горячей прокатки охлаждают от 800°С до 650°С при средней скорости охлаждения 30°С/с или больше, и после этого проводят сматывание листа в рулон при 650°С или меньше.

3. Способ получения неориентированного листа электротехнической стали, включающий в себя:

горячую прокатку сляба, имеющего химический состав по п. 1, для получения горячекатаного листа;

сматывание в рулон горячекатаного листа;

проведение отжига горячекатаного листа;

затем проведение холодной прокатки горячекатаного листа один или два раза с промежуточным отжигом, осуществляемым между ними, для получения холоднокатаного листа; и

проведение окончательного отжига холоднокатаного листа,

при этом горячекатаный лист после горячей прокатки охлаждают от 800°С до 650°С при средней скорости охлаждения 30°С/с или больше, и после этого осуществляют сматывание в рулон при 650°С или ниже, и

горячекатаный лист после отжига горячекатаного листа охлаждают от 800°С до 650°С при средней скорости охлаждения 30°С/с или больше.