Неориентированная электротехническая сталь с превосходными магнитными свойствами и способ её производства

Изобретение относится к области металлургии, а именно к неориентированной электротехнической стали, используемой в качестве материала железных сердечников различных электрических механизмов. Сталь содержит следующие химические элементы, в мас.%: Si: 0,2-1,5, Mn: 0,01-0,30, Al: 0,001-0,009, O: 0,005-0,02, C≤0,005, S≤0,005, N≤0,005, Ti≤0,002, остальное - Fe и неизбежные примеси, при этом Al/Si≤0,006 и Mn/Si≤0,2. Сталь имеет тройное включение SiO₂-Al₂O₃-MnO, где объемный процент SiO₂ составляет 95-98%, объемный процент Al₂O₃ составляет 2-3% и объемный процент MnO составляет 2% или менее. Сталь обладает высокими магнитными свойствами, а именно потерями в железе P_15/50, составляющми 3,8 Вт/кг или менее, и магнитную индукцию, составляющую 1,64 Тл или более. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к стальному листу и способу его изготовления, а более конкретно к листу из неориентированной электротехнической стали и к способу его изготовления.

УРОВЕНЕЬ ТЕХНИКИ

В последние годы, поскольку нисходящий рынок становится все более требовательным к высокой эффективности, энергосбережению и защите окружающей среды, требования к листам из неориентированной электротехнической стали для производства электрических механизмов, компрессоров и материалов с железным сердечником EI также повышаются. Желательно получить неориентированную электротехническую сталь, которая обладает улучшенными магнитными свойствами и дешевле.

Способ улучшения магнитных свойств, обычно используемый в предшествующем уровне техники, заключается в следующем: уменьшение содержания вредных элементов, таких как С, N, S, О, Ti, в листе из неориентированной электротехнической стали с массовым процентным содержанием Si 1,5% или менее для уменьшения количества мелких включений, тем самым уменьшая потери в железе и увеличивая магнитную чувствительность.

Другим способом улучшения магнитных свойств, обычно используемым в предшествующем уровне техники, является добавление легирующих элементов в сталь для улучшения магнитных свойств готового продукта. Например, количество сульфида контролируют путем добавления редкоземельных элементов, чтобы уменьшить количество вредных примесных элементов. В другом примере осаждение AlN подавляют добавлением элемента В для образования BN. Однако в процессе производства при добавлении бора трудно получить стабильное производство. Кроме того, в предшествующем уровне техники магнитные свойства могут быть улучшены путем добавления легирующих элементов Sn и Sb, а текстуру рекристаллизации улучшают за счет сегрегации элементов, что увеличивает индукцию. Однако добавление Sn и Sb вызывает некоторую нестабильность сегрегации элементов, а неравномерная поверхностная сегрегации приводит к разрушению покрытия. Следовательно, хотя способ улучшения магнитных свойств стали путем добавления легирующих элементов может улучшить магнитные свойства готового изделия, он неизбежно вызывает увеличение стоимости изготовления. Кроме того, эффект самого способа улучшения магнитных свойств стали за счет добавления легирующих элементов также является нестабильным.

Например, китайский патент под названием «Неориентированная электротехническая сталь и способ ее производства» (номер публикации: CN 103882293, дата публикации: 25 июня 2014 года) раскрывает неориентированную электротехническую сталь. В патенте элементы Се и Sn добавлены в неориентированную электротехническую сталь с содержанием кремния (Si) менее 1% по массе. Поэтому, когда горячекатаный лист неориентированной электротехнической стали по указанному патенту не подвергают нормализации, потери в железе уменьшаются на 0,4-0,8 Вт/кг, а индукция улучшается на 0,01-0,02 Тл.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной из задач настоящего изобретения является создание листа из неориентированной электротехнической стали, имеющего превосходные магнитные свойства. Регулируя содержания Si, Mn и Al в стальном листе, уменьшают оксидные включения крупных частиц и осаждение мельчайших сульфидов и нитридов, улучшают рост зерен после отжига, и получают неориентированную электротехническую сталь с превосходными магнитными свойствами.

Основываясь на вышеуказанной цели, в настоящем изобретении предложена неориентированная электротехническая сталь с превосходными магнитными свойствами, содержащая следующие химические элементы в массовых процентах:

Si: 0,2-1,5%, Mn: 0,01-0,30%, Al: 0,001-0,009%, О: 0,005-0,02%, С≤0,005%, S≤0,005%, N≤0,005% и Ti≤0,002%, остальное представляет собой Fe и другие неизбежные примеси, при этом Al/Si≤0,006 и Mn/Si≤0,2.

В технических решениях по изобретению регулируют количество и морфологию легкоплавких оксидных включений (особенно оксидных включений на основе силикатов) путем регулирования соотношения содержания элементов Si, Al, Mn, тем самым уменьшая осаждение мельчайших нитридов и сульфидов. Таким образом, получают лист из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами.

Кроме того, принцип расчета каждого химического элемента в листе из неориентированной электротехнической стали, имеющем превосходные магнитные свойства, по настоящему изобретению заключается в следующем:

Кремний: в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами в соответствии с настоящим изобретением кремний является элементом, который эффективно увеличивает электрическое удельное сопротивление стали. Когда массовый процент Si составляет менее 0,2%, потери в железе не могут быть эффективно уменьшены. Однако, когда массовый процент Si превышает 1,5%, плотность магнитного потока заметно снижается, и ухудшается обрабатываемость. Следовательно, массовое процентное содержание кремния в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами согласно настоящему изобретению регулируют на уровне 0,2-1,5%.

Марганец: в технических решениях по настоящему изобретению марганец используют для повышения удельного электрического сопротивления стали и для улучшения состояния поверхности электротехнической стали. Следовательно, массовое процентное содержание марганца в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами в соответствии с настоящим изобретением регулируют на уровне 0,01-0,30%.

Алюминий: поскольку мелкие частицы AlN препятствуют росту зерен, алюминий является одним из основных вредных включений, ухудшающих магнитные свойства неориентированных кремнистых сталей. Кроме того, для сталей с низким массовым процентным содержанием Al, чем выше содержание Als, тем больше комбинаций элементов Al и N и тем больше включений AlN, и, следовательно, тем больше ущерб электромагнитным свойствам. Следовательно, в технических решениях по настоящему изобретению, помимо ограничения массового процентного содержания Al, одновременно определяют отношение Al/Si, чтобы регулировать содержание Als, тем самым регулируя количество осажденного AlN. Ввиду этого, в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами согласно настоящему изобретению массовое процентное содержание Al регулируют на уровне 0,001-0,009%, а отношение Al/Si регулируют дна уровне 0,006 или менее.

Кроме того, Al является сильнейшим восстановителем, который восстанавливает большую часть свободного кислорода в расплавленной стали. Когда массовый процент алюминия низок, в стали всегда есть определенное количество свободного кислорода, который окисляет слабые раскисляющие элементы Si и Mn в стали. Когда температура расплавленной стали постепенно снижается, продукт концентрации кремния (Si)/марганца (Mn) и кислорода (О) постепенно насыщается, и определенное количество SiO₂ и MnO в стали осаждается. Кроме того, чем выше содержание Mn, тем больше образуется MnO. Поскольку температура плавления MnO низка и его начальная температура плавления ниже 1000°С, MnO легко деформируется и закрепляет границы зерен во время нагревания и прокатки сляба, что подавляет эффект рекристаллизации и роста размера зерен. Следовательно, чтобы регулировать содержание MnO и степень его деформации, необходимо регулировать отношение Mn к Si. Когда Mn/Si≤0,2, содержание SiO₂ в оксидных включениях высоко. Посредством рекомбинации и регенерации SiO₂ и MnO температура плавления повышается, и степень деформации уменьшается, так что ущерб магнитным свойствам готового продукта от MnO может быть уменьшен. С другой стороны, регулирование соотношения Mn/Si выгодно для увеличения содержания SiO₂ и осаждения MnS и AlN на границе раздела фазы включения SiO₂, тем самым уменьшая количество диспергированных осадков MnS и AlN в стали, что выгодно для увеличения зерен кристаллов готового продукта.

Углерод: в листе из неориентированной электротехнической стали по настоящему изобретению углерод является вредным остаточным элементом. В технических решениях по настоящему изобретению углерод сильно подавляет рост зерен кристаллов, легко ухудшает магнитные свойства стали и вызывает сильное магнитное старение. Следовательно, в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами согласно настоящему изобретению массовое процентное содержание углерода регулируют на уровне 0,005% или менее.

Сера: в листе неориентированной электротехнической стали по настоящему изобретению сера является вредным остаточным элементом. Увеличение массового процентного содержания серы вызывает увеличение количества осажденных сульфидов, таких как сульфид марганца, препятствует росту зерен и ухудшает потери в железе. Следовательно, в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами в соответствии с настоящим изобретением массовое процентное содержание серы регулируют на уровне 0,005% или менее.

Азот: в листе из неориентированной электротехнической стали по настоящему изобретению азот является вредным остаточным элементом. Увеличение массового процентного содержания азота вызывает увеличение количества осажденных нитридов, таких как AlN, препятствует росту зерен и ухудшает потери в железе. Следовательно, в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами в соответствии с настоящим изобретением, массовое процентное содержание азота регулируют на уровне 0,005% или менее.

Титан: в листе из неориентированной электротехнической стали по настоящему изобретению титан является вредным остаточным элементом. Как элемент, сильно ухудшающий магнитные свойства, титан необходимо строго регулировать. Следовательно, в листе из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами в соответствии с настоящим изобретением массовое процентное содержание титана регулируют на уровне 0,002% или менее.

Кроме того, неориентированная электротехническая сталь в соответствии с настоящим изобретением имеет тройное включение SiO₂-Al₂O₃-MnO, где объемный процент SiO₂ составляет 95-98%, объемный процент Al₂O₃ составляет 2-3%, объемный процент MnO составляет 2% или менее.

Кроме того, чтобы получить лист из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами, содержание включений дополнительно определяют в технических решениях по следующим причинам: включения на основе силикатов обладают высокой пластичностью и широким диапазоном отношений длины к ширине (отношение длины к ширине обычно 3 или более), а концы включений находятся под острым углом. Чтобы предотвратить ингибирующее влияние на рост зерен включений, их объемное процентное содержание ограничено.

Кроме того, в неориентированной электротехнической стали согласно настоящему изобретению балл оксидных включений на основе силикатов (то есть включений оксидов С-типа) в стали составляет 1,5 или менее. Балл оксидных включений на основе силикатов, составляющий 1,5 или менее, является более благоприятным для предотвращения ингибирующего воздействия включений на рост зерен, причем балл оценивают в соответствии с GB10561-2005.

Кроме того, в неориентированной электротехнической стали согласно настоящему изобретению балл оксидных включений на основе силиката в стальном листе составляет 1,0 или менее.

Предпочтительно в неориентированной электротехнической стали согласно настоящему изобретению размер зерен составляет 45 мкм или более.

Предпочтительно в неориентированной электротехнической стали согласно настоящему изобретению размер зерен составляет 50 мкм или более.

Кроме того, в неориентированной электротехнической стали согласно настоящему изобретению Al/Si≤0,003. Чтобы дополнительно получить лучший эффект реализации, отношение Al/Si дополнительно определяют как Al/Si≤0,003.

Кроме того, в неориентированной электротехнической стали согласно настоящему изобретению потери в железе P_15/50 составляют 3,8 Вт/кг или менее, а магнитная индукция составляет 1,64 Тл или более.

Кроме того, в неориентированной электротехнической стали согласно настоящему изобретению потери в железе P_15/50 составляют 3,3 Вт/кг или менее.

Соответственно, другой задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами как описано выше. Степень потерь в железе листа неориентированной электротехнической стали, полученного способом изготовления, значительно улучшена, и способ изготовления прост и удобен в эксплуатации и подходит для массового производства.

Основываясь на вышеупомянутой задаче, в настоящем изобретении предложен способ изготовления листа из неориентированной электротехнической стали с превосходными магнитными свойствами, как описано выше, включающий следующие этапы в указанном порядке:

(1) плавка;

(2) горячая прокатка: температура нагрева сляба составляет 850°С-1250°С, а конечная температура прокатки составляет 800-1050°С;

(3) кислотное травление;

(4) холодная прокатка;

(5) отжиг: температуру листа во время отжига регулируют на уровне 620°С-900°С;

(6) нанесение покрытия.

На этапе (2) способа изготовления по настоящему изобретению определение температуры нагрева сляба и регулирование конечной температуры горячей прокатки предназначены для уменьшения мельчайшей дисперсии AlN и MnS в стали.

Кроме того, чтобы предотвратить флуктуации и получение непригодных потерь в железе после отжига для снятия напряжений, а также для дальнейшего увеличения размера зерен после отжига, температуру листа во время отжига регулируют на уровне 620-900°С.

Лист из неориентированной электротехнической стали в соответствии с настоящим изобретением обладает превосходными магнитными свойствами, и потери в железе стального листа значительно улучшаются, размер зерен кристаллов составляет 45 мкм или более, потери в железе составляют 3,8 Вт/кг или менее, и магнитная индукция составляет 1,64 Тл или более.

Кроме того, в листе из неориентированной электротехнической стали, имеющем превосходные магнитные свойства, согласно настоящему изобретению, регулируя соотношение химических элементов Si, Mn и Al, можно эффективно регулировать количество и морфологию больших частиц оксидных включений, мельчайших сульфидов и осажденных нитридов.

В дополнение к вышеуказанным преимуществам способ изготовления по настоящему изобретению имеет преимущества низкой стоимости изготовления и простоты эксплуатации. Поскольку способ изготовления по настоящему изобретению не требует добавления редкоземельных элементов или легирующих элементов, таких как Sn, Sb и В, производственные затраты сохраняются, рабочие этапы производственного процесса уменьшаются, и это подходит для массового производства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Лист из неориентированной электротехнической стали и способ его изготовления в соответствии с настоящим изобретением будут дополнительно объяснены и проиллюстрированы ниже со ссылкой на конкретные примеры. Однако пояснения и иллюстрации не ограничивают технические решения по настоящему изобретению ненадлежащим образом.

Примеры А1-А9 и Сравнительные Примеры В1-В4

Стальные листы из вышеприведенных примеров и сравнительных примеров готовили с помощью следующих этапов:

(1) плавка: стальной лист выплавляли в соответствии с таблицей 1;

(2) горячая прокатка: температура нагрева сляба составляла 850°С-1250°С, и конечная температура прокатки составляла 800-1050°С;

(3) кислотное травление: перед холодной прокаткой стальной лист многократно сгибали и травили для удаления поверхностной окалины, а после травления распыляли воду для удаления кислоты и грязи с поверхности;

(4) холодная прокатка: стальной лист был прокатан на стане непрерывной холодной прокатки, где общая степень обжатия составляет 70-85%;

(5) отжиг: перед отжигом прокатное масло и грязь с поверхности удаляли щелочным раствором при температуре 60-90°С, а затем отжиг проводили в печи непрерывного отжига в смешанной атмосфере H₂+N₂, где температуру листа во время отжига регулировали на уровне 620°С-900°С;

(6) нанесение покрытия: поверхность стального листа была покрыта хромсодержащим покрытием или свободным от хрома покрытием.

Следует отметить, что покрытие выбирают в соответствии с конкретными условиями каждого варианта осуществления. Например, можно использовать хромсодержащее покрытие или свободное от хрома покрытие.

В таблице 1 приведен массовый процент химических элементов в примерах и сравнительных примерах.

В таблице 2 перечислены конкретные параметры процесса в способе изготовления согласно примерам и сравнительным примерам.

Стальные листы из вышеприведенных примеров и сравнительных примеров были отобраны и подвергнуты испытанию на определение их параметров. Параметры, измеренные в испытании, перечислены в таблице 3.

В таблице 3 перечислены параметры согласно примерам и сравнительным примерам.

Как видно из таблицы 3, потери в железе P_15/50 в примерах A1-A9 согласно настоящей заявке значительно ниже, чем в сравнительных примерах B1-B4. Это указывает на то, что магнитные свойства согласно примерам лучше, чем согласно сравнительным примерам.

В таблице 4 перечислены соответствующие критерии параметров стандарта JIS.

Как видно из Таблицы 4, в соответствии со стандартом JIS, примеры A1-A9 достигли показателей производительности листа из неориентированной электротехнической стали высокого сорта 50А400 из низкого сорта 50А1000.

В сочетании с таблицами 1 и 3 можно видеть, что в сравнительных примерах B1 и B3 массовый процент Mn превышает 0,3%, a Mn/Si>0,2, и значение потерь в железе превышает 3,8 Вт/кг.; в сравнительных примерах B2 и B4 массовый процент A1 выше 0,009% и Al/Si>0,006, что ведет к значениям потерь в железе более 3,8 Вт/кг. Кроме того, в сравнительных примерах B1-B4 балл оксидных включений на основе силикатов слишком высок, а размер зерна мал, что также приводит к ухудшению эффектов по сравнению с примерами A1-A9.

Следует отметить, что вышеизложенное является лишь иллюстрацией конкретных примеров изобретения. Очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается приведенными выше примерами, но имеет множество аналогичных вариантов. Предполагается, что все модификации, которые непосредственно получены или связаны специалистами в данной области, находятся в пределах объема настоящего изобретения.

1. Неориентированная электротехническая сталь, имеющая потери в железе P_15/50 3,8 Вт/кг или менее и магнитную индукцию 1,64 Тл или более, содержащая следующие химические элементы, в мас.%:

Si: 0,2-1,5, Mn: 0,01-0,30, Al: 0,001-0,009, O: 0,005-0,02, C≤0,005, S≤0,005, N≤0,005, Ti≤0,002, остальное представляет собой Fe и неизбежные примеси, при этом Al/Si≤0,006 и Mn/Si≤0,2,

при этом сталь имеет тройное включение SiO₂-Al₂O₃-MnO, где объемный процент SiO₂ составляет 95-98%, объемный процент Al₂O₃ составляет 2-3% и объемный процент MnO составляет 2% или менее.

2. Неориентированная электротехническая сталь по п.1, в которой балл оксидных включений на основе силикатов составляет 1,5 или менее.

3. Неориентированная электротехническая сталь по п.2, в которой балл оксидных включений на основе силикатов составляет 1,0 или менее.

4. Неориентированная электротехническая сталь по п.1, которая имеет размер зерен 45 мкм или более.

5. Неориентированная электротехническая сталь по п.4, которая имеет размер зерен 50 мкм или более.

6. Неориентированная электротехническая сталь по п.1, в которой Al/Si составляет 0,003 или менее.

7. Неориентированная электротехническая сталь по любому из пп.1-6, в которой потери в железе Р_15/50 составляют 3,3 Вт/кг или менее.

8. Способ изготовления неориентированной электротехнической стали по любому из пп.1-7, включающий следующие этапы в указанном порядке:

(1) плавка;

(2) горячая прокатка: температура нагрева сляба составляет 850-1250°C, а конечная температура прокатки составляет 800-1050°C;

(3) кислотное травление;

(4) холодная прокатка;

(5) отжиг: температуру листа во время отжига регулируют на уровне 620-900°C;

(6) нанесение покрытия.