Способ высокотемпературного отжига рулонов анизотропной электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству анизотропной электротехнической стали, и совершенствует процесс высокотемпературного отжига полосовой стали в колпаковых печах. Технический результат: повышение качества поверхности анизотропной электротехнической стали за счет снижения количества дефекта "излом". Указанный способ высокотемпературного отжига рулонов анизотропной электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм включает формирование стоп рулонов, установку нагревательного колпака, нагрев до температуры отжига, выдержку, отключение нагревательных элементов и снятие колпака. Новым в способе является то, что снятие колпака осуществляют при достижении температуры 105-175^oС в отстающей зоне печи. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству анизотропной электротехнической стали, и совершенствует процесс термической обработки полосовой стали в колпаковых печах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ отжига рулонов в колпаковой печи, приведенный в описании изобретения к патенту Российской Федерации 2125104 С1, кл. 6 С 21 D 9/663. Из описания патента следует, что способ отжига рулонов включает формирование стоп рулонов, установку нагревательного колпака, нагрев до температуры отжига, выдержку, отключение нагревательных элементов и снятие колпака.

Недостатком известного технического решения является то, что в связи со снятием нагревательного колпака в диапазоне высоких температур (200^oС и выше) в зернах анизотропной электротехнической стали наблюдается высокая плотность и неравномерная концентрация дислокаций, что приводит к снижению усилий, вызывающих пластическую деформацию металла, кроме этого, наблюдается неравномерное охлаждение рулонов после завершения высокотемпературного отжига при их остывании на стенде колпаковой печи со снятым нагревательным колпаком.

Наиболее интенсивно рулоны остывают с торцов и со стороны внешней образующей поверхности, в то время как в середине рулона, по высоте и диаметру, охлаждение идет с меньшей скоростью.

Под действием сил линейного сжатия внутренние витки рулонов сжимаются более холодными наружными витками, причем, при определенном отношении количества холодных и горячих витков, величина возникающих напряжений может превышать величину упругих деформаций полосы.

Так как в этот период рулон имеет температуру ниже интервала быстрого протекания релаксаций, то напряженное состояние металла сохраняется и после остывания рулона до температуры окружающей среды.

В результате остывший рулон приобретает форму "бочонка", у которого диаметр уменьшается от середины рулона к торцам, а на полосе образуется так называемый "желоб", при котором она приобретает выпуклую в сечении форму.

При дальнейшей переработке металла на агрегатах с натяжением полосы и огибанием ею роликов, особенно при направлении выпуклости к центру роликов, остаточные напряжения суммируются с напряжениями изгиба и растяжения, причем в кромочных зонах, имеющих наибольшие остаточные напряжения, сумма напряжений может превышать предел текучести. В этом случае возникает поверхностный дефект, называемый "изломом", который заключается в образовании линий скольжения в зерне анизотропной электротехнической стали, также этот процесс называют двойникованием. По внешнему виду "излом" представляет собой, как правило, линию или группу линий с местным утонением полосы и распространяющихся по телу зерна до 200-250 мм в длину. Этот дефект приводит к снижению качества поверхности полосы и подлежит удалению, что влечет за собой увеличение расхода металла на отбраковку.

Задача, на решение которой направлено техническое решение - повышение качества поверхности анизотропной электротехнической стали за счет снижения количества дефекта "излом" путем уменьшения остаточных напряжений в кромочной зоне внутренних витков рулона. При этом достигается возможность получения такого технического результата, как снижение себестоимости упомянутой стали путем снижения количества отбракованного металла.

Указанные недостатки исключаются тем, что в способе высокотемпературного отжига рулонов анизотропной электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм, включающем формирование стоп рулонов, установку нагревательного колпака, нагрев до температуры отжига, выдержку, отключение нагревательных элементов и снятие колпака, снятие колпака осуществляют при достижении температуры 105-175^oС в отстающей зоне печи.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с известным техническим решением показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что снятие нагревательного колпака осуществляют при достижении температуры 105-175^oС в отстающей зоне печи.

Отсюда следует, что предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнительный анализ предложенного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволил выявить существенные признаки, присущие предлагаемому решению.

Таким образом, предлагаемая совокупность существенных отличий обеспечивает получение вышеуказанного технического результата, что соответствует критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Предложенное техническое решение будет понятно из следующего описания.

Способ высокотемпературного отжига рулонов анизотропной электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм осуществляется следующим образом.

На стенд колпаковой печи устанавливают рулоны анизотропной электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм, располагая их на кольцах из жаростойкой стали, преимущественно в два яруса, причем верхний ярус рулонов устанавливают на подставках, представляющих собой трубу, выполненную также из жаростойкой стали. Затем садку рулонов закрывают нагревательным колпаком, объем печи заполняют электролитическим водородом и производят ступенчатый нагрев садки рулонов по следующей схеме: до 400^oС нагрев проводят с произвольной скоростью; от 400^oС до 600^oС нагрев производят со скоростью 25^oС за 1 ч; при 600^oС выдерживают 10 ч; от 600^oС до 850^oС нагревают со скоростью 25^oС за 1 ч; с 850^oС до 1000^oС нагревают со скоростью 25^oС за 2 ч; с 1000^oС до 1150^oС нагревают с произвольной скоростью; при температуре 1150^oС выдерживают 30 ч после чего производят охлаждение рулонов под колпаком до температуры 105-175^oС по отстающей зоне печи. Перед снятием колпака печь продувается азотным защитным газом, после чего нагревательный колпак снимают. После снятия колпака рулоны охлаждаются на воздухе и задаются в следующий технологический передел. При этом, после завершения высокотемпературного отжига, в зернах стали уменьшается плотность и повышается равномерность концентрации дислокаций, что приводит к увеличению усилий, вызывающих пластическую деформацию, кроме того, рулоны охлаждаются более равномерно по всему объему, и после снятия нагревательного колпака не наблюдается градиентов температур, приводящих к образованию "желоба" на полосе и к остаточным напряжениям в зоне кромки полосы. Это позволяет снизить процент дефекта "излом" (двойникование) при дальнейшей технологической обработке анизотропной электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм.

Пример.

В листопрокатном цехе 2 (ЛПЦ-2) ОАО "НЛМК" проводился опытный высокотемпературный отжиг рулонов анизотропной электротехнической стали марки Э3А-СЭ толщиной 0,3 мм, покрытой малогидратированной суспензией окиси магния, в рулонах высотой 790 мм, с внутренним диаметром 500 мм, наружным диаметром 1350 мм, массой по 6 т в колпаковой печи СГВ-16.20. Общее количество одновременно отжигаемых рулонов составило 6 шт, массой 36 т.

Для проведения отжига производили формирование стопы рулонов анизотропной электротехнической стали следующим образом. Установку рулонов в колпаковой печи осуществляли в два яруса. Для этого на подовую зону установили подставку, выполненную из жаропрочной стали, на нее уложили жаропрочный диск и кольцо из углеродистой стали, на которое поместили рулон. Внутрь рулона установили жаропрочную подставку, на нее - еще один диск из жаропрочной и кольцо из углеродистой стали и еще один рулон.

Таким образом, сформировали стопы рулонов во всей садке из 6 рулонов, располагая их в два яруса. Затем установили нагревательный колпак и подключили нагреватели. Отжиг проводили по заданному температурному режиму для данной марки и толщины стали в атмосфере электролитического водорода, для чего в процессе отжига в подколпаковое пространство подавали водород с заданным расходом. Отжиг проводили по следующей схеме: - нагрев с произвольной скоростью до (400±25)^oС; - нагрев со скоростью 25^oС за 1 ч от (400±25)^oС до (600±25)^oС; - выдержка при (600±25)^oC - 10 ч; - нагрев со скоростью 25^oС за 1 ч от (600±25)^oС до (850±25)^oС; - нагрев со скоростью 25^oС за 2 ч от (850±25)^oС до (1000±25)^oС; - нагрев с произвольной скоростью от (1000±25)^oС до (1150±25)^oС; - выдержка при температуре (1150±25)^oС - 30 ч; - охлаждение под нагревательным колпаком до температуры 140^oС в отстающей зоне печи.

В процессе отжига, при нагреве рулонов до (1000±25)^oС расход водорода поддерживался в пределах 40-60 м³/ч, нагрев от (1000±25)^oС до (1150±25)^oС и выдержка при (1150±25)^oС производились при расходе водорода 20-30 м³/ч. После охлаждения рулонов под колпаком до температуры 140^oС печь продули защитным азотным газом, затем сняли нагревательный колпак. После распаковки печи рулоны остывали на протяжении 30 ч, затем были заданы в агрегат электроизоляционного покрытия АЭИП-2.

Визуальный осмотр отожженных рулонов анизотропной электротехнической стали толщиной 0,3 мм, дальнейшая их переработка и лабораторные исследования образцов показали, что снятие нагревательного колпака при достижении температуры 105-175^oС в отстающей зоне печи способствует снижению остаточных напряжений в кромочной зоне внутренних витков рулона и уменьшению дефекта "излом" (двойникование), что удовлетворяет предъявляемым требованиям к качеству анизотропной электротехнической стали и уменьшает количество брака (см. таблицу).

Как видно из данных, приведенных в таблице, снятие нагревательного колпака с садки рулонов при температуре в отстающей зоне печи выше 175^oС приводит к резкому увеличению дефекта "излом" (двойникование). Снятие нагревательного колпака при температуре ниже 105^oС не сказывается на уменьшении количества дефекта "излом", но при этом значительно увеличивается время охлаждения рулонов до температуры окружающей среды, что приводит к снижению производительности отжига рулонов.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что задача, на выполнение которой направлено техническое решение, выполняется. При этом достигается получение такого технического результата, как снижение себестоимости анизотропной электротехнической стали за счет снижения количества отбракованного металла.

Формула изобретения

Способ высокотемпературного отжига рулонов анизотропной электротехнической стали, включающий формирование стоп рулонов, установку нагревательного колпака, нагрев до температуры отжига, выдержку, отключение нагревательных элементов и снятие колпака, отличающийся тем, что снятие колпака осуществляют при достижении температуры рулонов 105-175^oС в отстающей зоне печи, при этом отжигу подвергают сталь толщиной 0,25-0,5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1