Способ производства полупроцессной электротехнической изотропной стали с низкими удельными магнитными потерями

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к производству полупроцессной полосы из электротехнической изотропной стали (технология semi-processed), используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин. Для улучшения магнитных свойств полупроцессной полосы из электротехнической изотропной стали осуществляют выплавку стали, содержащую, мас.%: углерод не более 0,010, кремний 0,50-2,50, алюминий 0,30-1,20, сурьму 0,02-0,07, марганец не более 0,25, фосфор не более 0,015, серу не более 0,007, титана не более 0,005, азот не более 0,007, железо и неизбежные примеси – остальное, при выполнении соотношения 0,52 ≤ Si + Sb ≤ 2,57, разливку стали, горячую прокатку, необязательно термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и отжиг холоднокатаной полосы, при этом отжиг ведут при температуре не выше 768°С, т.е. не выше точки Кюри, температуры магнитного превращения стали. Допускается в способе производства полупроцессной изотропной стали проведение двухстадийной холодной прокатки с проведением промежуточного отжига между ними, причем вторую холодную прокатку проводят с обжатием 1-12%, а промежуточный и окончательный отжиги осуществляют при температуре не выше не выше 768°С. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству полупроцессной электротехнической изотропной стали (технология semi-processed), используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин (электродвигателей, генераторов, компрессоров и т.п.).

Полупроцессная ЭИС поставляется в виде полуфабриката по стандартам ГОСТ 33212-2014, EN 10341, ASTM А-683М-99, ASTM А-726М-05. Окончательная обработка изделий (пластин магнитопроводов) из такой стали производится у потребителя в садочных печах.

Использование полупроцессной ЭИС обеспечивает повышение энергоэффективности электрических машин. Характерной особенностью полупроцессной ЭИС является более низкий уровень удельных магнитных потерь и более высокий уровень магнитной индукции. Во многом эти характеристики достигаются оптимизацией структурного и текстурного состояния стали, которые в значительной степени определяются химическим составом и технологией обработки металла.

Одним из способов снижения удельных магнитных потерь и увеличения магнитной индукции является повышение доли кубических (200), (310) и ребровой (220) ориентировок, обеспечивающих существенное улучшение магнитных свойств металла. При этом текстура (111), ухудшающая магнитные свойства, должна быть развита слабо или подавлена. В целях снижения развития текстуры (111) используют добавки специальных элементов, например, сурьмы, что позволяет управлять текстурой.

Сурьма является поверхностно-активным элементом, выделяется по границам зерен и тем самым влияет на процесс рекристаллизации. Сегрегация сурьмы по границам зерен при рекристаллизационном отжиге подавляет развитие текстуры в плоскости (111), неблагоприятной для магнитных свойств, и способствует росту зерен кубической (200)[0vw], (310)[0vw] и ребровой (220)[0vw] ориентировок.

Известен способ производства полупроцессной электротехнической изотропной стали, приведенный в патенте России RU №2180925, С21Д 8/12 от 22.11.1999 г.

Способ предусматривает горячую прокатку сляба с содержанием (в %) 0,20-2,60 кремния; 0,01-0,50 алюминия; не более 0,05 углерода; 0,10-1,50 марганца; 0,01-0,16 фосфора; не более 0,01 серы; отжиг горячекатаной полосы с выдержкой металла в течении 80-200 сек при температуре в зависимости от содержания кремния и марганца исходя из соотношения tв=911+(10-20)⋅(Si-Mn), °C, холодную прокатку, отжиг холоднокатаных полос при температуре 780-850°C с обезуглероживанием металла до содержания углерода не более 0,010% и дрессировку обезуглероженного металла с обжатием 1,0-7,0%.

Недостатком этого способа является сложность получения оптимальной микроструктуры и текстуры стали при обезуглероживающем отжиге холоднокатаной полосы. Это объясняется тем, что, с одной стороны, имеет место разнозеренность микроструктуры стали, вследствие диффузии углерода в процессе обезуглероживания металла. С другой стороны, снижается полюсная плотность кубических ориентировок (200), (310) в текстуре поверхности полос, вследствие окисления стали при обезуглероживающем отжиге.

Магнитные свойства полупроцессной электротехнической изотропной стали при этом ухудшаются.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение магнитных свойств холоднокатаной полупроцессной электротехнической изотропной стали, а именно снижение удельных магнитных потерь и увеличение уровня магнитной индукции.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства полупроцессной электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы или без нее, травление, холодную прокатку и отжиг холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняется соотношение 0,52% ≤ Si + Sb ≤ 2,57%, при следующем содержании компонентов, мас. %:

- углерод не более 0,010;

- кремний 0,50-2,50;

- алюминий 0,30-1,20;

- сурьма 0,02-0,07;

- марганец не более 0,25;

- фосфор не более 0,015;

- сера не более 0,007;

- титан не более 0,005;

- азот не более 0,007;

железо и неизбежные примеси - остальное, где:

Si - содержание кремния в стали, мас. %;

Sb - содержание сурьмы в стали, мас. %.

Полученную после холодной прокатки полосу из такой стали подвергают отжигу при температуре не выше Ас2, где:

Ас2=768°С - точка Кюри, температура магнитного превращения стали. При необходимости холодную прокатку осуществляют в две стадии с проведением промежуточного отжига между ними, вторую холодную прокатку проводят с обжатием 1-12%, а промежуточный и окончательный отжиги холоднокатаной полосы производят при температуре не выше АС2.

Необходимым условием получения высокого уровня магнитных свойств полупроцессной электротехнической изотропной стали, после отжига пластин магнитопроводов у потребителя, является получение в металле оптимального размера зерен и увеличение полюсной плотности кубической (200), (310) и ребровой (220) ориентировок в текстуре стали.

Вследствие наличия структурной и текстурной наследственности, указанные параметры полупроцессной электротехнической изотропной стали определяются структурой и текстурой холоднокатаных полос после промежуточного и окончательного отжига холоднокатаного металла у производителя.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что для формирования однородной структуры металла по толщине полосы и увеличения количества кубической (200), (310) и ребровой (220) ориентировок в текстуре холоднокатаных полос, ее промежуточный и окончательный отжиг необходимо проводить при температуре не выше Ас2 (768°С).

В случае проведения промежуточного и окончательного отжига выше Ас2 в процессе последующего охлаждения полосы и прохождении критической точки Кюри (768°С) сталь из парамагнитного состояния переходит в ферромагнитное, при этом изменяется взаимодействие магнитных моментов электронов, которое влияет на межатомные расстояния, что приводит к возникновению дополнительных внутренних напряжений в металле. Это обуславливает получение неоднородной структуры и снижение доли кубической и ребровой ориентировок в текстуре полупроцессной стали после обработки металла у потребителя, что ухудшает магнитные свойства.

Диапазон значений величин обжатия полосы при второй холодной прокатке в пределах 1-12% объясняется необходимостью получения оптимального размера зерна после окончательного отжига. При больших и меньших значениях не будет обеспечиваться оптимальная величина зерна, что приведет к повышению ваттных потерь в магнитопроводах.

На основании проведенных лабораторных и промышленных опытов установлены граничные условия содержания основных элементов в стали.

Предлагаемый способ распространяется на ЭИС с содержанием кремния Si=0,50-2,50%. При этом нижний предел обусловлен повышением удельных магнитных потерь полупроцессной стали вследствие снижения удельного электросопротивления металла при содержании кремния менее 0,50%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при увеличении суммарного содержания кремния и сурьмы (Si+Sb) более 2,57%.

Диапазон значений легирования полупроцессной ЭИС алюминием установлен равным 0,30-1,20%. Нижний предел обусловлен уменьшением воздействия на структурно-текстурное состояние полупроцессной стали при содержании алюминия менее 0,30%, а верхний предел - повышением количества неметаллических включений на основе мелкодисперсного оксида Al2O3 при содержании алюминия более 1,20%, что приводит к снижению магнитной индукции.

Диапазон содержания сурьмы в металле выбран равным 0,02-0,07%. Нижний предел содержания сурьмы обусловлен снижением эффекта подавления текстуры (111) в поверхности полосы при содержании сурьмы менее 0,02%, а верхний предел - снижением пластичности металла при холодной прокатке горячекатаного подката с суммарным содержанием кремния и сурьмы (Si+Sb) более 2,57%.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Применение изобретения позволяет улучшить электромагнитные свойства пластин магнитопроводов, в том числе снизить удельные магнитные потери P1,5/50 на 0,15-0,50 Вт/кг и увеличить магнитную индукцию B2500 на 0,02-0,03 Тл.

Ниже приведены варианты осуществления изобретения, не исключающие другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример 1.

Выплавляли электротехническую изотропную сталь с соотношением кремния и сурьмы (Si+Sb)=1.091% при содержании углерода 0,003%; кремния 1,06%; сурьмы 0.031%; алюминия 0,98%; марганца 0,16%; фосфора 0,009%; титана 0,002%; азота 0,003%; железо и неизбежные примеси - остальное. Разлитую в слябы сталь подвергали горячей прокатке на толщину 2.0 мм. Горячекатаную полосу подвергали травлению и холодной прокатке на толщину 0,50 мм. Отжиг холоднокатаной полосы производили при температуре 680°С (менее АС2).

Пример 2.

Выплавляли электротехническую изотропную сталь при соотношении кремния и сурьмы (Si+Sb)=1,918% с содержанием углерода 0,007%; кремния 1,88%; сурьмы 0,038%; алюминия 1,0%; марганца 0,20%; фосфора 0,008%; серы 0,004%; титана 0,003%; азота 0,005%; железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь разливали в слябы и производили горячую прокатку на толщину 2,0 мм. Горячекатаную полосу подвергали термообработке в агрегате нормализации, затем травлению. Далее производили первую холодную прокатку на толщину 0,50 мм и промежуточный отжиг холоднокатаной полосы при температуре 730°С (менее Ас2), затем производили вторую холодную прокатку на толщину 0,48 мм с обжатием 4,0% и окончательный отжиг полосы при температуре 700°С (менее Ас2).

Отжиг тестируемых эпштейновских образцов для определения магнитных свойств пластин магнитопроводов производили по режимам в соответствии с требованиями стандартов ГОСТ 33212-2014, EN 10341.

Варианты реализации способа производства полупроцессной электротехнической изотропной стали с низкими удельными магнитными потерями в толщине 0,48-0,65 мм при различном содержании кремния, сурьмы и алюминия приведены в таблице 1.

Примечание: * - обработка без учета режимных параметров производства стали,

** - хрупкий металл, обработке не подвергался.

1. Способ производства полупроцессной электротехнической изотропной стали с низкими удельными магнитными потерями, включающий выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы или без нее, травление, холодную прокатку и отжиг холоднокатаной полосы, отличающийся тем, что выплавляют сталь при следующем содержании компонентов, мас.%:

углерод не более 0,010
кремний 0,50-2,50
алюминий 0,30-1,20
сурьма 0,02-0,07
марганец не более 0,25
фосфор не более 0,015
сера не более 0,007
титан не более 0,005
азот не более 0,007
железо и неизбежные
примеси остальное,

при выполнении соотношения 0,52≤Si+Sb≤2,57, где

Si - содержание кремния в стали

Sb - содержание сурьмы в стали,

при этом после холодной прокатки полосу подвергают отжигу при температуре не выше точки Кюри, 768°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что холодную прокатку производят в две стадии с проведением промежуточного отжига между ними, при этом вторую холодную прокатку выполняют с обжатием 1-12%, а промежуточный и окончательный отжиги осуществляют при температуре не выше точки Кюри, 768°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии. Стальной лист следующего химического состава, мас.

Изобретение относится к электротехническому стальному листу с направленной кристаллизацией, имеющему изоляционное покрытие, и к способу его изготовления. Электротехнический стальной лист имеет изоляционное покрытие, содержащее первый фосфат металла, который является фосфатом одного или более металлов, выбираемых из Al, Fe, Mg, Mn, Ni и Zn, второй фосфат металла, который является фосфатом одного или более металлов, выбираемых из Co, Mo, V, W и Zr, и коллоидный кремнезем.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению листа из нетекстурированной Fe-Si стали. Для улучшения магнитных свойств стали способ включает стадии плавления стали, содержащей в мас.%: C ≤ 0,006, 2,0 ≤ Si ≤ 5,0, 0,1 ≤ Al ≤ 3,0, 0,1 ≤ Mn ≤ 3,0, N ≤ 0,006, 0,04 ≤ Sn ≤ 0,2, S ≤ 0,005, P ≤ 0,2, Ti ≤ 0,01, остальное Fe и неизбежные примеси, отливки указанного расплава в сляб, повторного нагрева указанного сляба, горячей прокатки указанного сляба, намотки указанной горячекатаной стали, необязательного отжига горячекатаной стали, холодной прокатки, отжига и охлаждения холоднокатаной стали до комнатной температуры.

Изобретение относится к способу получения высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности на разрыв TS по меньшей мере 1180 МПа, общее удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%.

Настоящее изобретение относится к способу получения высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности TS по меньшей мере 1180 МПа, полное удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%, а также к высокопрочному стальном листу с покрытием, полученному предлагаемым способом.

Изобретение относится к способу изготовления высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего улучшенную пластичность и формуемость, при этом стальной лист с покрытием имеет предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности при растяжении TS по меньшей мере 1180 МПа, общее удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%, посредством термической обработки и нанесения покрытия на лист, выполненный из стали, имеющей следующий химический состав, мас.

Изобретение относится к стальному листу с покрытием, изготовленным из стали, имеющей химический состав, включающий в себя, мас. %: 0,34% ≤ C ≤ 0,40%, 1,50% ≤ Mn ≤ 2,30%, 1,50 ≤ Si ≤ 2,40%, 0,35% ≤ Cr ≤ 0,45%, 0,07% ≤ Мо ≤ 0,20%, 0,01% ≤ Al ≤ 0,08% и 0% ≤ Nb ≤ 0,05%, остальное Fe и неизбежные примеси, при этом стальной лист с покрытием имеет структуру, включающую в себя по меньшей мере 60% мартенсита и 12-15% остаточного аустенита, причем стальной лист с покрытием является оцинкованным, а также стальной лист с покрытием имеет предел прочности по меньшей мере 1470 МПа и общее удлинение по меньшей мере 16%.

Настоящее изобретение относится к стальному листу, имеющему предел прочности более 1100 МПа, предел текучести более 700 МПа, однородное удлинение UE по меньшей мере 8,0% и общее удлинение ТЕ по меньшей мере 10,0%, при этом лист выполнен из стали, имеющей химический состав, содержащий в массовых процентах: 0,1% ≤ C ≤ 0,25%, 4,5% ≤ Mn ≤ 10%, 1 ≤ Si ≤ 3%, 0,03 ≤ Al ≤ 2,5%, остальное Fe и неизбежные примеси, при этом химический состав таков, что CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) ≤ 0,6, при этом стальной лист имеет структуру, содержащую по меньшей мере 20% остаточного аустенита и по меньшей мере 65% мартенсита, а сумма содержания феррита и бейнита составляет менее 10%.

Группа изобретений относится к получению гранулированного феррохрома. Способ включает гранулирование расплава феррохрома, содержащего 1-9 мас.% С, 25-70 мас.% Cr, ≤ 2,0 мас.% Si, остальное Fe и примеси не более 3 мас.%.

Способ изготовления высокопрочного листа, обладающего улучшенной формуемостью и пластичностью, химический состав стали которого содержит, мас.%: 0,25<C≤0,4; 2,3≤Mn≤3,5; 2,3≤Si≤3; Al≤0,040, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству изотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрической аппаратуры, работающей во вращающемся магнитном поле.

Изобретение относится к области металлургии. Для достижения повышенной плотности магнитного потока способ изготовления нетекстурированного листа из электротехнической стали осуществляют путём горячей прокатки стального сляба, содержащего, мас.%: C не более 0,0050, Si не более 5,0%, Mn не более 3,0, P не более 0,2, S не более 0,005, Al не более 3,0, N не более 0,005, Ni не более 3,0, Cr не более 5,0, Ti не более 0,005, Nb не более 0,005, B не более 0,005 и O не более 0,005, и осуществления отжига горячей полосы листа, а также, при необходимости, дополнительно холодной прокатки и конечного отжига, при этом при выполнении конечного отжига нагрев проводят в две стадии сначала индукционный, а затем радиационный, причем индукционный нагрев проводят до температуры не ниже 720°C при средней скорости нагрева не менее 50°C/с от 600°C до 700°C, а период времени от окончания индукционного нагрева до начала радиационного нагрева устанавливают равным не более 8 секунд.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения и стабилизации магнитных свойств стальной лист выдерживают в температурном диапазоне 1000°C или более и 1120°C или менее в течение 200 сек или менее, и затем выдерживают в температурном диапазоне 650°C или выше и 1000°C или ниже в течение 200 сек или менее при отжиге до конечной холодной прокатки, и количество Al в выделениях после отжига до конечной холодной прокатки ограничивается 50% или более общего количества Al, содержащегося в стальном слябе.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения магнитных свойств стального листа способ включает нагрев стального сляба до 1000-1300°C, горячую прокатку сляба, отжиг, однократную или многократную холодную прокатку с промежуточным отжигом, обезуглероживание и отжиг первичной рекристаллизации, нанесение отжигового сепаратора, состоящего из MgO и 2,0 - 15,0 мас.% сульфата магния, отжиг вторичной рекристаллизации, дополнительный выравнивающий отжиг при 830°C или выше в атмосфере с парциальным давлением H2 0,3% или более, при этом получают лист из текстурированной электротехнической стали, содержащей, мас.%: С 0,005 или менее, Si 2,0 - 4,5 и Mn 0,5 или менее, а также Sb и P в соответствующих диапазонах, удовлетворяющих: 0,01≤[Sb]≤0,20 и 0,02≤[P]≤2,0×[Sb], остальное Fe и случайные примеси, причем при возбуждении стального листа до 1,0 Тл при 50 Гц в направлении, поперечном направлению прокатки, намагничивающая сила (TD-H10) и потери в железе (TD-W10) составляют соответственно (TD-H10)≥200 А/м и (TD-W10)≥1,60 Вт/кг.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения электрической изоляции основного металлического материала и придания ему химической и термической стойкости листовое изделие из электротехнической стали с ориентированной структурой содержит слой изолирующего покрытия, наносимый на по меньшей мере одну поверхность данного листового изделия, при этом данное изолирующее покрытие включает матрицу, содержащую фосфат и диоксид кремния.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению листа из нетекстурированной Fe-Si стали. Для улучшения магнитных свойств стали способ включает стадии плавления стали, содержащей в мас.%: C ≤ 0,006, 2,0 ≤ Si ≤ 5,0, 0,1 ≤ Al ≤ 3,0, 0,1 ≤ Mn ≤ 3,0, N ≤ 0,006, 0,04 ≤ Sn ≤ 0,2, S ≤ 0,005, P ≤ 0,2, Ti ≤ 0,01, остальное Fe и неизбежные примеси, отливки указанного расплава в сляб, повторного нагрева указанного сляба, горячей прокатки указанного сляба, намотки указанной горячекатаной стали, необязательного отжига горячекатаной стали, холодной прокатки, отжига и охлаждения холоднокатаной стали до комнатной температуры.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой. Лист имеет следующий химический состав, мас.%: Si: 2,0-5,0, Mn: 0,03-0,12, Cu: 0,10-1,00, Sb или Sn или они оба: 0,000-0,3 в сумме, Cr: 0-0,3, P: 0-0,5, Ni: 0-1, остальное: Fe и примеси, в том числе углерод.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения превосходных магнитных характеристик листа при одновременном улучшении способности к адгезии первичной пленки осуществляют: процесс нагрева сляба, имеющего заданный химический состав, при температуре T1°C, составляющей 1150-1300°C, выдержку сляба в течение 5 мин - 30 ч, понижение температуры сляба до T2°C, составляющей T1-50°C или ниже, нагрев сляба при температуре T3°C, составляющей 1280-1450°C, и выдержку сляба в течение 5-60 мин, процесс горячей прокатки нагретого сляба, процесс холодной прокатки, процесс промежуточного отжига горячекатаного стального листа по меньшей мере один раз перед процессом холодной прокатки или перед завершающим проходом процесса холодной прокатки после прерывания холодной прокатки, процесс нанесения отжигового сепаратора и процесс нанесения вторичной пленки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из нетекстурированной электротехнической стали, используемому в качестве материала сердечников в двигателях, трансформаторах и подобных устройствах.

Изобретение относится к области гальванотехники. Способ включает горячую прокатку материала для листовой электротехнической стали с ориентированной структурой для получения горячекатаного стального листа, холодную прокатку горячекатаного стального листа, выполняемую однократно, или дважды, или большее количество раз с промежуточным отжигом для получения холоднокатаной листовой стали с итоговой толщиной листа, образование экспонируемого участка стальной подложки, имеющего непрерывную или прерывистую линейную форму в поперечном направлении листа, посредством нанесения резистивной пленки, содержащей светочувствительную смолу, создание рисунка в резистивной пленке фотоэкспонированием и проявление резистивной пленки, электролитическое травление для получения канавки, первичный рекристаллизационный отжиг и последующий конечный отжиг, при этом травление выполняют при плотности тока ρ 12 А/см2 или более по отношению к экспонированному участку стальной подложки, причем ρ определяют как ρ = I/S, где I является током, подаваемым к электроду, а S - площадью поверхности экспонированного участка стальной подложки.
Наверх