Способ производства тонколистовой электротехнической стали

 

Сущность изобретения: нормализацию горячекатаного подката стали сульфонитридного варианта выплавки проводят с регулируемым охлаждением, скорость которого до 750 - 900^oС (V_o) устанавливается в зависимости от содержания Аl в стали. Обезуглероживающий отжиг осуществляют с регламентированной скоростью нагрева V_н, зависящей от V_o. Обработанная в соответствии с предлагаемым способом сталь отличалась исключительно высокими значениями магнитной индукции В₁₀₀ и низким уровнем удельных потерь Р_1,7 при отсутствии межплавочной неоднородности. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к производству тонколистовой электротехнической стали с ребровой текстурой. По условиям эксплуатации этой стали в трансформаторах от нее требуются высокая магнитная индукция и низкие потери мощности при перемагничивании (удельные потери).

Распространенные способы производства такой стали включают горячую прокатку, нормализацию, одно- или двухкратную холодную прокатку, обезуглероживающий и высокотемпературный отжиги. При этом нормализация, как правило, проводится с регулируемым охлаждением от 900 1150^oС сначала до 800 1000^oС с не очень быстрым, а далее, до температуры ниже 400^oС с более ускоренным. Охлаждение с изменяющейся скоростью необходимо для формирования дисперсной ингибиторной фазы и мартенситоподобных продуктов распада аустенита, определяющих в значительной степени процессы текстурообразования при первичной и вторичной рекристаллизации.

Охлаждение на 1-й ступени, до температуры в интервале 650 870^oС, рекомендуется проводить со скоростью, меньшей скорости охлаждения на спокойном воздухе, а ниже этого интервала со скоростью выше скорости охлаждения на спокойном воздухе. Обработка по указанным режимам анизотропной стали с сульфонитридными ингибиторами (с повышенным содержанием С и Аl) обнаружила сильную неоднородность магнитных свойств. Для ее устранения было предложено охлаждать полосу в нижнем температурном интервале со скоростью, зависящей в конечном счете от содержания в стали С и Аl. Для сталей типичного химсостава с 0,035 0,055% С и 0,020 0,040% Аl эта скорость колеблется от 40 до 120^oС/с. Использование указанных режимов позволило получить сталь с высоким уровнем магнитных свойств и минимальной межплавочной неоднородностью. Однако, при обработке в промышленных условиях возникали трудности с получением такого широкого диапазона скоростей и, в частности, выше 60^oС/с.

В то же время дополнительными экспериментами была установлена возможность сужения допустимого интервала скоростей охлаждения, если при обезуглероживающем отжиге вести нагрев со скоростью, устанавливаемой в зависимости от скорости охлаждения при нормализации. Ранее для сталей с сульфонитридным ингибированием и повышенным содержанием С было показано улучшение магнитных свойств за счет ускоренного нагрева при (или перед) обезуглероживающем отжиге: рекомендуемая скорость нагрева в зависимости от содержания С в стали составляла 10 30^oС. Однако обработка по режимам указанного способа промышленных партий металла обнаружила ограниченность его использования из-за колебаний содержания алюминия в стали при выплавке в пределах 0,02 0,04% Наиболее близким по технической сущности и достигаемой цели к предлагаемому изобретению является способ производства электротехнической стали, предусматривающий нормализацию горячекатаного подката при 900 - 1100^oС с охлаждением до 750 900^oС со скоростью 5 16^oС/с и далее более резко. Опробование данного способа на стали с сульфонитридным ингибированием показало возможность получения на отдельных партиях металла после однократной холодной прокатки достаточно высоких магнитных свойств (удельные потери Р_1,7/50 ниже 1,20 Вт/кг в толщине 0,30 мм), тогда как другие партии характеризовались неудовлетворительными свойствами. Оказалось, что причиной отмеченной нестабильности свойств является слишком широкий интервал скорости охлаждения на I ступени 5 16^oС, не обеспечивающий формирование частиц АlN требуемой плотности и размеров в плавках с различным содержанием Аl. Как показали эксперименты, для выделения ингибиторной фазы заданных параметров необходимо связать скорость охлаждения с содержанием Аl и произвести соответствующую корректировку скорости нагрева при обезуглероживающем отжиге.

Указанные приемы составляют существо предлагаемого изобретения, целью которого является получение высоких и стабильных магнитных свойств в стали с повышенным содержанием С и Al при использовании холодной прокатки с высоким суммарным обжатием.

Поставленная цель достигается тем, что скорость охлаждения при нормализации от 900 1100^oС до 750 900^oС (V_o) устанавливается в зависимости от содержания в стали Al таким образом, что при 0,02% Аl V_o 8^oС/с, увеличиваясь на 4^oC/c c повышением Аl на 0,005% а скорость нагрева при обезуглероживающем отжиге V_н определяют из соотношения Указанная эмпирическая зависимость основывается на известных из литературы и установленных авторами закономерностях влияния условий нормализации на формирование частиц AlN и текстурообразование при первичной и вторичной рекристаллизации. В процессе охлаждения при нормализации в верхнем температурном интервале (1100 750^oС) происходит частичное выделение AlN из феррита. Регламентация скорости охлаждения при этих температурах связана с получением оптимального количества и размера частиц AlN, участвующих в дальнейшем в процессах текстурообразования при вторичной рекристаллизации. Как показали эксперименты, чем выше содержание Al в стали (в пределах 0,02 - 0,04%), тем с большей скоростью необходимо охлаждать сталь для получения частиц АlN требуемых параметров.

Известно также, что совершенная ребровая текстура получается при определенном соотношении октаэдрической и ребровой ориентировок в матрице вторичной рекристаллизации, которое, в свою очередь зависит от режимов предыдущих термообработок. Так, замедление нагрева при первичной рекристаллизации (в процессе обезуглероживающего отжига) усиливает ориентировку (III), что оказалось благоприятным для стали сульфидного варианта выплавки, получаемой двухкратной прокаткой. В случае однократной прокатки с высоким суммарным обжатием при первичной рекристаллизации возникает мало ребровых зерен, поэтому скорость нагрева должна быть достаточно высокой. Усилению ребровой компоненты в такой стали (с повышенным содержанием С) способствуют также образующиеся при нормализации мартенситоподобные продукты распада аустенита, количество и твердость которых возрастают с увеличением скорости охлаждения стали. Оптимальному текстурному состоянию отвечает найденное эмпирическое соотношение между скоростями нагрева при обезуглероживающем отжиге и охлаждение при нормализации.

Общими признаками известного и заявляемого решений являются температурные интервалы нормализации и первой ступени охлаждения. Совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого технического решения обеспечивает получение положительного эффекта, указанного в цели изобретения, что позволяет делать вывод о соответствии заявляемого решения критериям изобретения "новизна", "положительный эффект", и "существенные отличия".

Настоящее изобретение распространяется на анизотропные электротехнические стали с 2,8 3,2% кремния, 0,06 0,10% Мn, 0,018 0,030% серы, 0,03 0,06% С, 0,02 0,04% Аl, 0,005 0,010% азота. Предлагаемый способ и способ-прототип были опробованы на 3-х плавках подобной стали следующего химического состава (%) (см. в табл.1).

Образцы от горячекатаных рулонов толщиной 2,5 мм подвергали нормализации с нагревом до температуры 1050^oС 4 мин и охлаждением до 800 - 850^oС со скоростью V_o, зависящей от содержания Аl, а далее более резко, душированием. Затем стали проходили холодную прокатку до 0,30 мм и обезуглероживающий отжиг со скоростью нагрева V_н, определяемой в зависимости от V_o. Наряду с режимами, соответствующими предлагаемому изобретению, опробовались отклоняющиеся от него, а также соответствующие способу-прототипу. После окончательного высокотемпературного отжига проводили магнитные испытания (см. табл. 2).

Представленные результаты позволяют сделать заключение о явных преимуществах предлагаемого способа, обеспечивающего достижение поставленной цели. Все 3 плавки характеризуются стабильно высокими магнитными свойствами, тогда как отклонение от установленных режимов, а также обработка по способу-прототипу приводят к их ухудшению. В последнем случае виден также значительный разброс магнитных свойств, достигающий по Р_1,7 0,08-0,12 Вт/кг для 1-3-й плавок и 0,19 для 2-ой плавки. При обработке по предлагаемому способу максимальное различие не превышает 0,03 Вт/кг.

Предлагаемое изобретение реализуется на существующем оборудовании в цехах по производству электротехнической стали, имеющих в составе оборудования протяжные печи нормализации и обезуглероживающего отжига.

Формула изобретения

Способ производства тонколистовой электротехнической стали, содержащей алюминий, включающий нормализацию горячекатаного подката при 900 - 1100^oС с регулируемым охлаждением до 750 900^oС, холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг и заключительный высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения уровня и однородности магнитных свойств, скорость охлаждения при нормализации V₀ устанавливают в зависимости от содержания в стали алюминия, причем при 0,02% А1 V₀ 8^oС/с, увеличиваясь на 4^oС/с с повышением алюминия на каждые 0,005% а скорость нагрева при обезуглероживающем отжиге V_н определяют из соотношения V_н (210²)/V₀,^oC/c.

РИСУНКИ

Рисунок 1