Способ производства тонколистовой электротехнической анизотропной стали

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве тонколистовой анизотропной электротехнической стали, по нитридному варианту, предназначенной для изготовления крупногабаритных магнитопроводов с особо низкими потерями на перемагничивание. Техническим результатом изобретения является улучшение качества поверхности готовой анизотропной электротехнической стали. Для этого в способе производства тонколистовой электротехнической анизотропной стали, включающем ее выплавку, разливку, горячую прокатку, травление, двукратную холодную прокатку с обезуглероживающим отжигом в промежуточной толщине, правку нагартованных полос после второй холодной прокатки растяжением с изгибом, нанесение защитного покрытия и окончательный высокотемпературный отжиг в плотно смотанных рулонах, перед правкой растяжением с изгибом полосу подогревают до температуры 50-200°С. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве тонколистовой анизотропной электротехнической стали (ЭАС), предназначенной для изготовления крупногабаритных магнитопроводов с особо низкими потерями на перемагничивание.

Известен “Способ производства анизотропной электротехнической стали” по патенту РФ №2098793, кп.C 21 D 8/12, включающий выплавку стали с содержанием элементов (мас.%): углерод 0,03-0,045, марганец 0,15-0,30; кремний 2,80-3,20; медь 0,40-0,60; алюминий 0,013-0,025; азот 0,006-0,015; железо - остальное, разливку, горячую прокатку, травление, двукратную холодную прокатку с обезуглероживающим отжигом в промежуточной толщине, низкотемпературный отжиг в проходной или колпаковой печи при температуре 550-800°С, дрессировку, нанесение защитного покрытия, высокотемпературный отжиг в сухом водороде или азотно-водородной смеси, выпрямляющий отжиг и нанесение электроизоляционного покрытия.

Задачей способа является улучшение электромагнитных свойств и качества поверхности тонколистовой ЭАС с особо низкими потерями на перемагничивание.

Недостатком известного способа является значительное повышение себестоимости ЭАС за счет применения дополнительных операций обезжиривания полосы и дрессировки. Кроме того, дрессировка нагартованных полос ЭАС, отожженных при низких температурах (ниже 600°С), малоэффективна с точки зрения уменьшения их неплоскостности, так как при указанной выше температуре, рекристаллизации деформированной стали с высоким содержанием кремния не происходит, следовательно, ее пластические свойства не восстанавливаются и при двухмерной схеме деформации, имеющей место при дрессировке, запаса пластичности металла не достаточно для полного исправления дефектов формы. Увеличение температуры отжига выше 600°С при отжиге полосы в проходной печи приводит к резкому ухудшению электромагнитных свойств готовой стали за счет нежелательных изменений в структуре первичной рекристаллизации стали, возникающих из-за высокой скорости нагрева тонких полос. Увеличение температуры отжига выше 600°С при отжиге полосы в колпаковой печи приводит к слипанию витков и возникновению дефекта “излом” при размотке рулонов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), по мнению авторов, является способ производства, по нитридному варианту, тонколистовой электротехнической анизотропной стали толщиной 0,23-0,3 мм, описанный в сборнике “Труды четвертого конгресса прокатчиков”, издательства “Черметинформация”, г.Москва, 2002 г., том 1, стр.209, включающий ее выплавку, разливку, горячую прокатку, травление, двухкратную холодную прокатку с обезуглероживающим отжигом в промежуточной толщине, правку нагартованных полос после второй холодной прокатки растяжением с изгибом, нанесение защитного покрытия и окончательный высокотемпературный отжиг в плотно смотанных рулонах. В этом способе снижение величины неплоскостности полос после второй холодной прокатки с целью улучшения качества готовой стали достигается за счет вытяжки полосы в пределах 0,5-0,7% при удельном натяжении в пределах 40-60% от условного предела текучести (σ_0,2) и изгиба полосы вокруг роликов диаметром 28-30 мм.

Недостатком известного технического решения является неполное исправление неплоскостности полосы ЭАС после второй холодной прокатки, которая в процессе последующей обработки полосы по технологическому циклу способствует возникновению на поверхности полосы окисленных участков, разводов, надавов и других дефектов, ухудшающих качество и товарный вид готовой стали. Это обусловлено тем, что величина вытяжки полосы (0,5-0,7%), заявленная в известном способе, в совокупности с остальными операциями, не позволяет вытянуть укороченные участки по ширине полосы на величину, необходимую для полного исправления ее неплоскостности, а увеличение величины вытяжки более 0,7% приводит к обрывам полосы ЭАС из-за ее пониженной пластичности, к увеличению отбраковки металла, увеличению расходного коэффициента, к увеличению простоев оборудования, увеличению себестоимости тонколистовой анизотропной электротехнической стали, снижению уровня прибыли от ее реализации.

Низкое качество готовой стали по поверхностным свойствам и электромагнитным параметрам обуславливает трудности ее реализации, приводит к снижению объемов ее реализации на экспорт, вызывает необходимость уменьшения цены и снижает уровень рентабельности производства стали.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, - улучшение качества поверхности (плоскостности) готовой анизотропной электротехнической стали.

При этом достигается получение такого технического результата, как повышение качества электроизоляционного покрытия, улучшение электромагнитных свойств готовой стали и повышение ее марочности, обеспечение возможности увеличения доли высших марок в общем объеме производства, повышение конкурентоспособности, увеличение поставок на экспорт, снижение расходного коэффициента, снижение себестоимости производства и получение дополнительной прибыли.

Вышеуказанные недостатки исключаются тем, что в способе производства (по нитридному варианту) тонколистовой электротехнической анизотропной стали, включающем ее выплавку, разливку, горячую прокатку, травление, двукратную холодную прокатку с обезуглероживающим отжигом в промежуточной толщине, правку нагартованных полос после второй холодной прокатки растяжением с изгибом, нанесение защитного покрытия и окончательный высокотемпературный отжиг в плотно смотанных рулонах, перед правкой растяжением с изгибом полосу подогревают до температуры 50-200°С.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного дополнительной операцией подогрева полосы до температуры 50-200°С перед правкой растяжением с изгибом.

Таким образом, заявленный способ соответствует критерию изобретения “Новизна”.

Сравнительный анализ предложенного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями выявил, что использование подогрева исходной полосы с целью повышения пластичности металла широко известно. Однако введение подогрева полос с предлагаемым интервалом температур в способ производства (по нитридному варианту) тонколистовой электротехнической анизотропной стали, последовательность операций и взаимосвязь с другими операциями технологического процесса позволяют не только улучшить качество поверхности готовой анизотропной электротехнической стали, но также повысить качество электроизоляционного покрытия, улучшить электромагнитные свойства готовой стали и повысить ее марочность, обеспечить возможность увеличения доли высших марок в общем объеме производства, повысить конкурентоспособность, увеличить поставки на экспорт, уменьшить расходный коэффициент, снизить себестоимость производства и получить дополнительную прибыль.

Отсюда следует, что заявленная совокупность существенных отличий обеспечивает получение упомянутого технического результата, что, по мнению авторов, соответствует критерию изобретения “Изобретательский уровень”.

Предложенное техническое решение будет понятно из следующего описания.

Способ осуществляется следующим образом.

В электропечи или конверторе производят выплавку анизотропной электротехнической стали с массовой долей элементов по составу и содержанию соответствующих нитридному варианту производства ЭАС (мас.%): углерод - не более 0,045; кремний 2,80-3,30; марганец 0,10-0,30; медь 0,10-0,70; алюминий 0,010-0,030; азот 0,005-0,02; остальное железо и неизбежные примеси. Слябы анизотропной электротехнической стали, полученные на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), нагревают в методических печах и прокатывают на непрерывном или реверсивном станах горячей прокатки. Полученные горячекатаные полосы подвергают травлению в растворе серной или соляной кислоты и производят первую холодную прокатку на непрерывном стане на полосы промежуточной толщины. Холоднокатаные полосы в промежуточной толщине подвергают обезуглероживающему отжигу в проходных печах башенного или горизонтального типа в увлажненной азотно-водородной смеси и производят вторую холодную прокатку на конечную толщину на реверсивных станах холодной прокатки, кварто или многовалковых. Холоднокатаные полосы в конечной толщине, в линии правки растяжением с изгибом, нагревают до температуры 50-200°С и подвергают правке с натяжением полосы в пределах 0,4-0,6 условного предела текучести исходной полосы (σ_0,2) и изгибом роликами диаметром 15-40 мм с вытяжкой полосы, которую задают в пределах 0,5-1,5% в зависимости от величины неплоскостности исходной полосы. Затем для удаления с поверхности полос остатков смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) проводят низкотемпературный обезжиривающий отжиг в проходной печи при температуре, не влияющей на структуру металла (не более 200°С), наносят равномерный слой защитного покрытия, приготовленного на основе малогидратированной окиси магния, и сматывают в плотные рулоны. Плотно смотанные рулоны подвергают высокотемпературному отжигу в колпаковых печах при температуре 1150°С в среде сухого водорода или азотно-водородной смеси. После очистки от остатков окиси магния на полосы наносят электроизоляционное покрытие различных типов и производят низкотемпературный выпрямляющий отжиг в проходной печи, отделку (порезку), испытание готовой продукции и отправку ее потребителю.

При второй холодной прокатке, вследствие наличия на поверхности обезуглероженных полос неравномерной пленки окислов, в основном SiO₂, нестабильности профиля поперечного сечения полос, износа валков и по другим причинам, возникает неравномерная по ширине полосы вытяжка, приводящая к возникновению дефектов ее формы (неплоскостности) в виде одно- или двусторонней волны, коробоватости по середине, “елочки” и так далее.

Экспериментальные исследования показали, что неплоскостность нагартованных полос АЭС, имеющей высокое сопротивление деформации и пониженную пластичность в холодном состоянии, может быть значительно уменьшена или полностью устранена путем правки растяжением с изгибом за счет создания при определенных режимах такой схемы напряженного состояния, которая, по сравнению с одноосным растяжением, увеличивает пластичность металла и, следовательно, позволяет ему вытягиваться без разрыва полосы. Это происходит вследствие того, что укороченные по длине полосы участки за счет деформации растяжением со знакопеременным изгибом вокруг правильных роликов вытягиваются до уровня удлиненных участков. При этом установлено, что относительным удлинением менее 0,5% дефекты полосы устраняются не полностью, а увеличение относительного удлинения до 0,7% и более приводит к разрывам полосы. Известно, что с повышением температуры пластические свойства кремнистых сталей улучшаются: относительное удлинение возрастает, а условный предел текучести (σ_0,2) снижается. Кроме того, установлено, что при нагреве нагартованных полос АЭС ниже 50°С пластические свойства металла практически не изменяются. При нагреве от 50 до 200°С условный предел текучести снижается с 1020-1100 н/мм² до 900-950 н/мм², а относительное удлинение возрастает с 0,3-0,7% до 0,75-2%, при дальнейшем нагреве пластические свойства улучшаются, однако нагрев выше 200°С приводит к пригарам остатков технологической смазки, которые всегда присутствуют на поверхности полосы после холодной прокатки, к окислению поверхности в виде цветов побежалости, ухудшению качества поверхности полос, качества электроизоляционного покрытия, а также к изменениям в текстуре деформации, оказывающим отрицательное влияние на электромагнитные свойства готовой стали.

Исследования показали, что правка нагартованных полос при температуре 50-200°С, позволяет повысить качество готовой стали по электротехническим свойствам. Это обусловлено тем, что в процессе правки полос ЭАС по предлагаемому способу интенсивность благоприятной компаненты текстуры деформации увеличивается, что способствует формированию в готовой стали более совершенной ребровой текстуры вторичной рекристаллизации (110) [001] и снижению потерь энергии на перемагничивание.

Таким образом, введение в предлагаемый способ операции нагрева до вышеуказанных температур перед правкой растяжением с изгибом позволяет повысить пластичность нагартованной АЭС и производить правку растяжением с изгибом с относительным удлинением полосы до 2%, что обеспечивает практически полное устранение ее неплоскостности после второй холодной прокатки.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет повысить качество поверхности (плоскостности) готовой анизотропной электротехнической стали, при этом достигается повышение качества электроизоляционного покрытия, улучшение электромагнитных свойств готовой стали и повышение ее марочности, обеспечение возможности увеличения доли высших марок в общем объеме производства, повышение конкурентоспособности, увеличение поставок на экспорт, уменьшение расходного коэффициента, снижение себестоимости производства и получение дополнительной прибыли.

Пример.

В ОАО “НЛМК” проводилось опытное производство электротехнической анизотропной стали по предлагаемому способу. В электросталеплавильном цехе ОАО “НЛМК” произвели выплавку анизотропной электротехнической стали с составом и содержанием соответствующими нитридному варианту производства ЭАС (мас.%): углерод 0,033; марганец 0,19; кремний 3,14; медь 0,54; алюминий 0,015; азот 0,010; хром 0,04; никель 0,05; титан 0,004; сера 0,004; фосфор 0,010; остальное железо. Слябы анизотропной электротехнической стали сечением 150×890 мм, полученные на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), нагревали в методических печах стана 1200 до температуры по зонам печи 1300-1340°С в течение 4 часов 30 минут и прокатывали за пять пропусков в черновой реверсивной универсальной клети ДУО на раскат сечением 17,5×870 мм. Раскат по промежуточному рольгангу передавали к чистовой реверсивной клети кварто с моталками в подогревательных печах и прокатывали за три прохода на полосы сечением 2,5×870 мм с относительным обжатием в последнем проходе в пределах 42-45%. Температура конца прокатки полос в чистовой клети составляла 920-940°С. Охлаждение водой перед смоткой в рулон проводили до температуры 550-575°С и сматывали на концевой моталке в рулоны. Затем горячекатаные рулоны передавали в цех холодной прокатки, где после охлаждения до температуры 50-60°С полосы задавали в непрерывно-травильный агрегат, в котором проводили их травление в растворе серной кислоты и подготовку к первой холодной прокатке. Последняя включала в себя вырезку утолщенных концевых участков с обрезкой боковых кромок, укрупнение рулонов сваркой “встык” и промасливание поверхности. После этого производили первую холодную прокатку на непрерывном 5-клетьевом стане 1200 на полосы толщиной 0,70 мм, шириной 820 мм и обезуглероживающий отжиг до содержания углерода не более 0,004% в проходных печах башенного типа в увлажненной азотно-водородной среде при температуре по зонам печи 800-870°С. После подрезки боковых кромок на ширину 790 мм проводили вторую холодную прокатку за два прохода на 20-валковом стане 1200 на конечную толщину 0,255±0,01 мм. После второй холодной прокатки полосы имели неплоскостность в виде двусторонней волны высотой 8-12 мм и “елочки” шириной 130-160 мм, распространяющуюся на глубину 20-40 мм от кромки. Затем полосу направили на следующую операцию, которая заключалась в правке растяжением с изгибом полосы, подогретой в масле до 80-100°С при следующем режиме:

относительное удлинение полосы 1,1%;

полное натяжение полосы 80 кН;

удельное натяжение полосы 450 н/мм²;

температура полосы при правке 75-90°С;

диаметр правильных роликов 20 мм.

После правки высота неплоскостности в виде волны составляла не более 1,5 мм на 1 погонный метр, дефект “елочка” отсутствовал.

Затем полосы обезжиривали для удаления остатков масла и на их поверхность наносили защитное покрытие из малогидратированной окиси магния, сушили и сматывали в плотные рулоны, которые подвергали заключительному высокотемпературному отжигу в колпаковой печи в сухом водороде (точка росы не выше “минус” 55°С) с выдержкой при температуре 1150°С в течение 30 часов. После удаления остатков окиси магния на поверхность полос наносили электроизоляционное магнийалюмофосфатное покрытие, производили выпрямляющий отжиг в проходной печи при температуре по зонам 770-840°С и испытание стали в соответствии с ГОСТ 21427.1-83. Затем рулоны тонколистовой анизотропной электротехнической стали обработали на агрегатах резки и полученную продукцию направили потребителю.

Основные показатели качества готовой ЭАС, произведенной по предлагаемому способу, в сравнении с известным представлены в таблице.

В результате проведенных испытаний и на основе анализа опытного производства стали выявилось, что в процессе правки растяжением с изгибом электротехнической анизотропной стали по предлагаемому способу порывов полос, по причине их пониженной пластичности, не происходило. Сквозной расходный коэффициент (от горячекатаных рулонов до готовой продукции) составил 1,68 т/т, что на 230 кг/т ниже, чем на партиях, произведенных по известному способу, за счет уменьшения отсортировки металла по качеству поверхности на заключительных этапах производства. Выход высших марок стали в опытной партии составил 58,3%, что на 32,9% выше, чем на партиях, произведенных по известному способу. Выход стали, удовлетворяющей экспортным требованиям по качеству поверхности, в опытной партии составил 95,6%, что на 32,4% выше, чем в партиях, произведенных по известному способу. Электромагнитные свойства опытной партии стали, произведенной по предлагаемому способу, выше, чем аналогичные свойства партий стали, произведенных по известному способу.

Исходя из вышеизложенного и данных приведенных в таблице №1, можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлено технической решение, выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.

Формула изобретения

Способ производства тонколистовой электротехнической анизотропной стали, включающий ее выплавку, разливку, горячую прокатку, травление, двухкратную холодную прокатку с обезуглероживающим отжигом в промежуточной толщине, правку нагартованных полос после второй холодной прокатки растяжением с изгибом, нанесение защитного покрытия и окончательный высокотемпературный отжиг в плотно смотанных рулонах, отличающийся тем, что перед правкой растяжением с изгибом полосу подогревают до температуры 50-200°С.