Способ термообработки холоднокатаных полос изотропной электротехнической стали

 

Сущность изобретения: получение холоднокатаной полосы толщиной 0,5 мм электротехнической холоднокатаной изотропной стали из металла с содержанием (в % по массе): кремния 0,8-3,3, алюминия 0,1-0,5, углерода 0,03-0,06, марганца 0,1-0,5, фосфора 0,005-0,15, серы - не более 0,006, хрома и никеля - не более 0,06 каждого, меди - не более 0,15, железо - остальное по технологии с использованием агрегатов непрерывного отжига (АНО). При этом горячекатаные полосы толщины до 2,5 мм после термической обработки или без нее и травления подвергают холодной прокатке на конечную толщину. После холодной прокатки полосы в линии АНО обезжиривают, промывают и подвергают в проходной печи обезуглероживающему отжигу при температуре 800-1050^oC в азотоводородной атмосфере с регламентированным уменьшением по мере снижения концентрации углерода в металле отношения содержания паров воды к содержанию водорода от 0,26 до 0,006, а нагрев до температуры начала обезуглероживания осуществляют в атмосфере с отношением , равным 0,4-0,6. 3 табл.

Данное изобретение относится к металлургии, к производству электротехнической изотропной стали, к технологии получения проката с использованием агрегата непрерывного отжига (АНО).

В настоящее время производство электротехнической холоднокатаной изотропной стали включает следующие технологические операции. Горячекатаные рулоны толщиной полосы до 2,0-2,5 мм и с содержанием кремния до 3,5% подвергают термической обработке путем нагрева до 800-1050^oC в защитной атмосфере азота, травлению окалины, однократной холодной прокатке на конечную толщину. После холодной прокатки полосы обезжиривают, промывают и подвергают термообработке в АНО. В АНО полосу нагревают до 800^oC и обезуглероживают в увлажненных азотоводородных атмосферах в течение 4,5-6 мин. Дальнейший нагрев полосы для рекристаллизации осуществляют до 900-1050^oC, выдерживают и охлаждают, после чего наносят покрытие /1/.

Известен /2/ способ термической обработки электротехнической изотропной стали, содержащей, масс. углерод 0,03-0,07, кремний 2,5-3,5, алюминий 0,3-0,7, включающий совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг в интервале температур 800-1050^oC во влажной азотоводородной атмосфере. По этому способу нагрев проводят со скоростью 1000-1500 град/мин до минимальных температур, определяемых в зависимости от содержания углерода соотношением t= 720+550·[C] ^oC и выдерживают при этих температурах в течение времени τ= 1000·[C] с дальнейшим обезуглероживанием при температуре выше 800^oC. Способ позволяет получать сталь с низкими удельными потерями. Однако начало процесса обезуглероживания при рекомендуемой температуре и времени выдержки и последующее глубокое обезуглероживание при температуре более 800^oC не обеспечивает получение стали с высокой магнитной индукцией, т.е. значительная доля ферритного зерна имеет октаздрическую ориентировку текстурыIII} Наиболее близким по совокупности признаков к предполагаемому изобретению является способ термической обработки электротехнической изотропной стали /3/. По этому способу после горячей прокатки и однократной холодной прокатки металл с содержанием 0,03-0,07% углерода, 1,5-3,3% кремния, 0,3-0,7% алюминия, железо остальное подвергают обезуглероживанию при температуре 800-1050^oC в агрегатах непрерывного отжига в увлажненной азотоводородной атмосфере, в которой отношение содержания водяных паров к содержанию водорода при температуре отжига 800-900^oC выбирают равным 0,26-0,1, причем в начале обезуглероживания выбирают отношение, близкое к максимальному, с уменьшением его по мере обезуглероживания полосы, а при более высоких температурах с уменьшением отношения от 0,1 до 0,006.

Как показывают опытные данные, этот способ обеспечивает высокий уровень средней магнитной индукции B₂₅₀₀ и средних удельных потерь P_1,5/50, но при высоких значениях, соответственно анизотропии магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ и коэффициента анизотропии удельных магнитных потерь Kp.

По предлагаемому способу получения электротехнической стали с высокими электромагнитными свойствами и повышенной изотропией, с содержанием 0,8-3,3% кремния, 0,03-0,05% углерода, 0,1-0,5% алюминия, 0,1-0,5% марганца, 0,005-0,15% фосфора, не более 0,006% серы, не более 0,06% хрома, не более 0,06% никеля, не более 0,15% меди, остальное железо после горячей прокатки и однократной холодной прокатки металл подвергают обезуглероживающему отжигу при температуре 800-1050^oC в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода , равным 0,26-0,006, причем в начале обезуглероживания выбирают отношение, близкое к максимальному с последующим уменьшением по мере обезуглероживания.

Предлагаемый способ отличается от известного (прототипа) тем, что нагрев до температуры обезуглероживания осуществляют в атмосфере с отношением , равным 0,4-0,6.

Высокое содержание паров воды в азотоводородной атмосфере при нагреве до температуры обезуглероживания вызывает окисление, в основном, железа, что препятствует образованию сплошной окисной пленки, состоящей из окислов кремния и алюминия, которые затрудняют процесс обезуглероживания. При нагреве до температуры обезуглероживания окислы железа восстанавливаются за счет водорода в атмосфере печи при , равном 0,26-0,1 и протекания реакции обезуглероживания за счет кислорода из окислов железа.

Восстановление окислов железа способствует росту крупного ферритного зерна с благоприятной для изотропной стали ориентировкой с поверхности полосы в процессе обезуглероживания и, следовательно, получению проката с более высокими магнитными свойствами при обеспечении высокой изотропии свойств вдоль и поперек направления прокатки.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что в предполагаемом изобретении "Способ получения стали с высокими электромагнитными свойствами и повышенной изотропией" техническое решение, заключающееся в том, что нагрев до температуры обезуглероживания осуществляют в атмосфере с отношением , равным 0,4-0,6, ранее не известно и, следовательно, соответствует критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

Для осуществления изобретения горячекатаный подкат толщиной 2-2,5 мм подвергают термической обработке или без нее, травлению, холодной прокатке на конечную толщину и обезуглероживающему отжигу при температуре 800-1050^oC в азотоводородной атмосфере с отношением: , равным 0,26-0,006, причем в начале обезуглероживания выбирают отношение, близкое к максимальному, с последующим уменьшением по мере обезуглероживания металла.

Нагрев до температуры обезуглероживания осуществляют в атмосфере с отношением , равным 0,4-0,6.

Далее даны примеры выполнения изобретения в объеме предмета изобретения.

Для экспериментальной проверки была выбрана сталь II, III, IV групп легирования кремнием (табл. 1).

Горячекатаные полосы толщиной 2,2 мм подвергали термической обработке, травлению, холодной прокатке на конечную толщину 0,5 мм и обезуглероживающему отжигу в агрегате непрерывного действия в атмосфере увлажненного защитного газа, состоящего из 15-20% водорода и 85-80% азота. Нагрев до температуры начала обезуглероживания при обработке по предлагаемому изобретению осуществляли в атмосфере увлажненного защитного газа с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода , равным 0,4-0,6, а также с отношением, меньшим 0,4 и большем 0,6.

При производстве по известному /3/ способу-прототипу отношение при нагреве до температуры обезуглероживания не регламентировалось.

Электромагнитные свойства образцов стали определяли в аппарате Эпштейна. Коэффициент анизотропии удельных магнитных потерь (Kp), вычисляли по формуле: где P₁ и P₂ удельные магнитные потери вдоль и поперек направления прокатки при магнитной индукции В=1,5 Тл.

Магнитные свойства проката, изготовленного по предполагаемому изобретению, а также с отклонениями от него, приведены в табл. 2, по известному способу-прототипу /3/ в табл. 3.

Установлено, что для каждой группы легирования (табл. 1) с увеличением при нагреве до температуры начала обезуглероживания в атмосфере защитного газа отношения содержания водяных паров к содержанию водорода от 0,4 до 0,5 достигается уменьшение средних удельных магнитных потерь P_1,5/50 на 0,07-0,14 Вт/кг и повышение средней магнитной индукции B₂₅₀₀ на 0,01-0,015 Тл (табл. 2, примеры N1 и N2); при дальнейшем увеличении отношения от 0,5 до 0,6 средние удельные магнитные потери P_1,5/50 и средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ практически не изменяются (табл. 2, примеры N2 и N3).

При изменении отношения до значений, находящихся вне пределов предполагаемого изобретения электромагнитные свойства стали ухудшаются. При увеличении отношения от 0,6 до 0,7 средние удельные магнитные потери P_1,5/50 возрастают на 0,12-0,21 Вт/кг, а средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,01-0,03 Тл (табл. 2, примеры N3 и N5). При снижении отношения от 0,4 до 0,3 средние удельные магнитные потери P_1,5/50 возрастают на 0,22-0,34 Вт/кг, а средняя магнитная индукция B₂₅₀₀ уменьшается на 0,01-0,05 Тл (табл. 2, примеры N4 и N1).

Следует отметить, что при изготовлении стали по технологии с использованием обезуглероживающего отжига с нагревом до температуры обезуглероживания в азотоводородной атмосфере с отношением в соответствии с пределами предполагаемого изобретения 0,4-0,6 получаем прокат с повышенной изотропией: коэффициент анизотропии удельных потерь Kp для металла II группы легирования не превышает 9,5% III группы 13,6% IV группы 14,3% а анизотропия магнитной индукции ΔR₂₅₀₀ не превышает 0,08 Тл (табл. 2, примеры N1-N3), т.е. в 1,5-2 раза лучше ограничительных пределов по ГОСТ 21427.2-83 (табл. 3).

При изменении отношения до значений, находящихся вне пределов предполагаемого изобретения и равного 0,3 и 0,7, изотропия стали ухудшается: коэффициент анизотропии удельных магнитных потерь Kp и анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ увеличиваются на 0,1-2,7% и 0,01-0,04 Тл соответственно (табл. 2, примеры N4 и N5).

При изготовлении стали по известному способу-прототипу /3/ обезуглероживающий отжиг при 800-1050^oC проводили в увлажненной азотоводородной атмосфере с отношением содержания водяных паров к содержанию водорода , равным 0,26-0,006% причем в начале обезуглероживания выбирали отношение, близкое к максимальному с уменьшением его по мере обезуглероживания полосы.

Сравнение электромагнитных свойств стали показывает, что прокат, изготовленный по известному способу, имеет средние удельные магнитные потери P_1,5/50 на 0,3-0,4 Вт/кг больше, а среднюю магнитную индукцию B₂₅₀₀ на 0,01-0,04 Тл меньше по сравнению с металлом, изготовленном по известному способу (табл. 3 и 2, примеры N1-N3). Следует также отметить, что сталь, изготовленная по известному способу, менее изотропна: коэффициент анизотропии удельных магнитных потерь Kp на 2,4-3% выше, а анизотропия магнитной индукции ΔB₂₅₀₀ на 0,02-0,05 Тл больше по сравнению с металлом, изготовленным по предлагаемому изобретению.

Формула изобретения

Способ термообработки холоднокатаных полос изотропной электротехнической стали, включающий обезуглероживающий отжиг при 800 1050^oС в увлажненной азотоводородной атмосфере, в которой отношение содержания выбирают в интервале 0,006 0,26, причем вначале обезуглероживающего отжига выбирают отношение, близкое к максимальному, и уменьшают его по мере обезуглероживания стали, отличающийся тем, что используют электротехническую сталь, содержащую, мас.

Кремний 0,8 3,3 Алюминий 0,1 0,5 Углерод 0,03 0,06 Марганец 0,1 0,5 Фосфор 0,05 0,15 Сера Не более 0,006
Хром Не более 0,06
Никель Не более 0,06
Медь Не более 0,15
Железо Остальное
а нагрев до температуры начала обезуглероживающего отжига проводят в атмосфере с отношением в интервале 0,4 0,6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4