Способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали

 

Использование: получение холоднокатаной электротехнической изотропной стали с улучшенными электромагнитными свойствами. Техническим результатом является улучшение электромагнитных свойств стали. Сущность изобретения: выплавленную сталь с содержанием кремния 0,2 - 1,5%, алюминия 0,1 - 0,5%, углерода 0,02 - 0,05%, марганца 0,1 - 1,0%, фосфора 0,01 - 0,16% подвергают горячей и однократной холодной прокатке на конечную толщину, обезуглероживающему отжигу холоднокатаного металла в интервале температур 980 - 800°С, при этом отжиг холоднокатаной стали на начальной стадии начинают с нагрева и выдержки металла с атмосфере защитного газа при температуре, которую определяют в зависимости от содержания кремния и алюминия в соответствии с соотношением t_в= k₁+ k₂(Si+Al)±5^oC где t_в - температура выдержки стали, °С; k₁, k₂ - экспериментально определенные коэффициенты, k₁=915, k₂=30. Si - содержание кремния в стали, %; Al - содержание алюминия в стали, %, а длительность выдержки выбирают в зависимости от суммы легирующих элементов кремния и алюминия: (Si+А1) = (0,30 - 1,0)% = 50 - 85 с; (Si+Аl) = (1,1 - 1,5)% = 90 - 125 с; (Si+ Аl) = (1,6 -2,0)% = 130 - 200 с. В процессе отжига происходит непрерывный переход от температуры выдержки стали 919 - 980°С на обезуглероживание металла до содержания углерода менее 0,005% во влажной азотоводородной атмосфере с понижением температуры отжига стали до 800-870°С на конечной стадии термообработки. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к способам получения холоднокатаной электротехнической изотропной стали.

Известен способ обработки электротехнической изотропной стали, приведенный в авторском свидетельстве СССР N 840143, C 21 D, 1/26, от 31.05.79 г. Способ предусматривает травление горячекатаной полосы с содержанием кремния 0,8 - 3,5%, углерода 0,015 - 0,06% и алюминия 0,01 - 0,06%, однократную холодную прокатку на конечную толщину и обезуглероживающий отжиг стали. При этом способ предусматривает обезуглероживание во влажной атмосфере, которое начинают при высокотемпературной ступени 1000 - 1100^oC в течениe 30 - 120 с, с последующим охлаждением со скоростью 300 - 580^oC/мин до промежуточной температуры 800 ± 40^oC и непрерывном переходе со скоростью 30 - 60^oC/мин от промежуточной температуры на заключительный интервал температур обезуглероживания 920 - 990^oC.

Но обработка стали по данному способу с использованием на начальной стадии термообработки холоднокатаного проката обезуглероживающего отжига при температуре 1000 - 1100^oC приводит к окислению металла по границам зерен во влажной атмосфере, глубина зоны внутреннего окисления при этом возрастает, а электромагнитные свойства ухудшаются.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения изотропной электротехнической стали, приведенный в патенте России N 2085598, C 21 D 8/12, от 31.04.94 г., который и принят в качестве прототипа. Способ предусматривает выплавку, горячую и однократную холодную прокатку полосы на конечную толщину стали с содержанием кремния 0,3 - 3,2%, алюминия 0,2 - 0,7% и углерода 0,02 - 0,05%, электронно-лучевой отжиг холоднокатаной полосы при температуре 600 - 1200^oC и обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг металла в защитной атмосфере в диапазоне температур 800 - 1050^oC. Однако обработка стали по этому способу с дополнительным радиационно-термическим отжигом металла усложняет технологию производства и существенно повышает себестоимость готовой продукции.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение электромагнитных свойств электротехнической изотропной стали. Поставленная задача достигается тем, что термообработку холоднокатаной стали с содержанием кремния 0,2 - 1,5%; алюминия 0,1 - 0,5%; углерода 0,02 - 0,05%; марганца 0,15 - 1,0%; фосфора 0,01 - 0,16%, и прошедшей горячую и однократную холодную прокатку на конечную толщину, начинают на начальной стадии с нагрева и выдержки металла в атмосфере защитного газа. Температуру выдержки определяют в зависимости от содержания кремния и алюминия в соответствии с соотношением: t_в = K₁+K₂(Si+Al) ± 5^oC, где t_в - температура выдержки стали, ^oC; K₁, K₂ - экспериментально определенные коэффициенты K₁ = 915, K₂ = 30; Si - содержание кремния в стали,%; Al - содержание алюминия в стали,%.

Длительность выдержки выбирают в зависимости от суммы легирующих элементов кремния и алюминия: (Si+Al) = (0,30 - 1,0)% = 50 - 85 с (Si+Al) = (1,1 - 1,5)% = 90 - 125 с (Si+Al) = (1,6 - 2,0)% = 130 - 200 с Необходимым условием получения в электротехнической изотропной стали высокого уровня электромагнитных свойств является формирование в металле оптимального размера микрозерна и увеличение полюсной плотности кубической { 200} и ребровой {220}ориентировок. Это достигается в процессе обезуглероживания стали до содержания углерода менее 0,005% во влажной азотоводородной атмосфере при непрерывном переходе от температуры выдержки 919 - 980^oC с понижением температуры отжига до 800 - 870^oC на конечной стадии термообработки. При температуре начала обезуглероживания 919 - 980^oC в результате γ → α фазового превращения в металле при понижении температуры отжига от поверхности к середине толщины полосы происходит "столбчатый" рост ферритных зерен. Напряжения, возникающие в стали в локальных объемах при фазовом переходе γ → α стимулируют в поверхностных и средних слоях полосы рост зерен ориентировок {200}, {220}.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что увеличение количества ориентировок { 200}, {220} в готовой стали связано с увеличением количества γ- фазы в металле перед началом обезуглероживания.

Количество γ- фазы в стали зависит в первую очередь от массовой доли кремния и алюминия, а также температуры выдержки стали перед началом обезуглероживания. Причем с ростом массовой доли легирующих элементов кремния и алюминия объем γ- фазы - уменьшается, а с ростом температуры - увеличивается.

Поэтому для получения в стали оптимального количества γ- фазы и соответственно максимального уровня электромагнитных свойств стали необходимо с повышением массовой доли легирующих элементов (кремния и алюминия) увеличивать температуру и длительность выдержки холоднокатаной полосы перед началом обезуглероживания.

Пример реализации.

Предлагаемый способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали осуществляется следующим образом:
Выплавляют сталь с содержанием кремния 0,2 - 1,5%; алюминия 0,1 - 0,5%; углерода 0,02 - 0,05%; марганца 0,15 - 1,0%; фосфора 0,01 - 0,16% и подвергают горячей и однократной холодной прокатке на конечную толщину 0,50 - 0,65 мм.

Окончательная термообработка проводится в агрегате непрерывного отжига при нагреве и выдержке холоднокатаной стали в атмосфере защитного газа при температуре 919 - 980^oC на начальной стадии с последующим непрерывным переходом на обезуглероживание металла до содержания углерода менее 0,005% во влажной азотоводородной атмосфере (H₂ 20%, остальное N₂) с понижением температуры отжига до 800 - 870^oC на конечной стадии термообработки.

Химический состав стали, температура и длительность отжига (выдержки перед началом обезуглероживания) холоднокатаных полос и магнитные свойства готовой стали представлены в таблице.

Формула изобретения

Способ производства холоднокатаной электротехнической изотропной стали, включающий ее выплавку, горячую и однократную холодную прокатку полосы на конечную толщину, обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг холоднокатаного металла в защитной атмосфере, отличающийся тем, что отжиг холоднокатаной стали, содержащей, мас.%: 0,2 - 1,5 кремния; 0,1 - 0,5 алюминия; 0,02 - 0,05 углерода; 0,15 - 1,0 марганца; 0,01 - 0,16 фосфора на начальной стадии начинают с нагрева и выдержки металла в атмосфере защитного газа при температуре, которую определяют в зависимости от содержания кремния и алюминия в соответствии с соотношением
t_в = K₁ + K₂ (Si + Al) ± 5^oC,
где t_в - температура выдержки стали, ^oC;
K₁, K₂ - экспериментально определенные коэффициенты, K₁ = 915, K₂ = 30;
Si - содержание кремния в стали, %;
Al - содержание алюминия в стали, %,
а длительность выдержки выбирают в зависимости от суммы легирующих элементов кремния и алюминия:
(Si + Al) = (0,30 - 1,0)% = 50 - 85 c,
(Si + Al) = (1,1 - 1,5)% = 90 - 125 c,
(Si + Al) = (1,6 - 2,0)% = 130 - 200 c;
с последующим непрерывным переходом на обезуглероживание металла до содержания углерода менее 0,005% во влажной азотоводородной атмосфере с понижением температуры отжига стали до 800 - 870^oC на конечной стадии термообработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1