Патент на изобретение №2351663

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области черной металлургии. Для повышения уровня магнитных свойств стали получают полосу из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, подвергают ее двухкратной холодной прокатке с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, обезуглероживающему отжигу и завершающей термообработке. Вторую холодную деформацию полосы осуществляют растяжением с усилием прокатки 20-60 тонн, обезуглероживающий отжиг ведут при 790-850°С, завершающую термообработку проводят с двухступенчатым нагревом, при этом на первой ступени нагревают до 810-870°С, на второй ступени – до 940-980°С, а нагрев с первой на вторую ступень осуществляют со скоростью 120-180°С/мин. Нагрев с первой на вторую ступень завершающей термообработки осуществляют со скоростью, определяемой в зависимости от содержания алюминия в стали: V_1-2=-150×[Al]+210, °С/мин. Завершающую термообработку на второй ступени проводят при температуре Т_{2ступени}=60×[Si]+860, °С. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам производства изотропной электротехнической стали, в частности, содержащей кремния до 2%, алюминия 0,1-0,5%, углерода 0,015-0,065%.

Известен способ производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали с содержанием 0,2-1,5% кремния, 0,1-0,5 алюминия, 0,02-0,05 углерода, 0,01-0,16 фосфора, 0,15-1,0 марганца, горячую прокатку и однократную холодную прокатку, двухступенчатый обезуглероживающий отжиг и завершающую термическую обработку (Патент РФ 2126843, МПК C21D 8/12, C21D 1/74, 27.02.1999).

Недостатком указанного способа является относительно низкий уровень магнитных свойств, обусловленный мелкозернистой структурой готовой стали.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной полосы из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2,0 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, включающий двухкратную холодную прокатку полосы с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением, обезуглероживающий отжиг и завершающую термообработку (RU 2203331 С2, C21D 8/12, 27.04.2003 г.).

Недостатком известного способа является то, что вторая холодная деформация в указанном диапазоне удлинений приводит к уменьшению благоприятных ориентировок в готовой стали и, соответственно, к снижению уровня магнитных свойств.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня магнитных свойств стали.

Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаной полосы из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2,0 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, включающем двухкратную холодную прокатку полосы с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением, обезуглероживающий отжиг и завершающую термообработку, вторую холодную прокатку осуществляют растяжением с усилием прокатки 20-60 тонн, обезуглероживающий отжиг проводят при температуре 790-850°С, а завершающую термообработку ведут с двухступенчатым нагревом, сначала на первой ступени до 810-870°С, а затем на второй – до 940-980°С, при этом нагрев с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени ведут со скоростью нагрева 120-180°С/мин.

Скорость нагрева с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости: V_1-2=-150×[Al]+210, °С/мин, где:

V_1-2 – скорость нагрева с 1 на 2 ступень, °С/мин;

-150 – эмпирический коэффициент, °С/мин/% мас.;

[Al] – содержание алюминия в стали; % мас.;

210 – эмпирический коэффициент, °С/мин.

Нагрев до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости: T_{2 ступени}=60×[Si]+860, °С, где:

Т_{2 ступени} – температура на 2 ступени, °С;

60 – эмпирический коэффициент, °С/% мас.;

[Si] – содержание кремния в стали, % мас.;

860 – эмпирический коэффициент, °С.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, чтобы за счет второй деформации растяжением с усилием прокатки 20-60 т, регулированием скорости нагрева с 1 на 2 ступень при завершающей термообработке с учетом содержания в стали алюминия, выбора температуры 2 ступени при завершающей термообработке с учетом содержания в стали кремния формировать структуру готовой стали с большим количеством благоприятных ориентировок.

Сквозная технологическая схема производства включает выплавку стали в конвертере или электропечи, горячую прокатку, травление, холодную прокатку. Далее холоднокатаные полосы обрабатываются на непрерывных агрегатах.

Вторая холодная деформация растяжением с усилием прокатки 20-60 т позволяет создать поля напряжений в структуре стали. Скорость нагрева с 1 на 2 ступень при завершающей термообработке, определяемая в зависимости от содержания алюминия в стали по эмпирической формуле V_1-2=-150×[Al]+210, °С/мин; выбор температуры 2 ступени завершающей термообработки в зависимости от содержания в стали алюминия по эмпирической формуле Т_{2 ступени}=60×[Si]+860, °С обеспечат формирование оптимальной структуры и текстуры готовой стали и высокий уровень магнитных свойств.

Способ опробован в промышленных условиях на ОАО «Северсталь». Сталь выплавляли в 350-тонном конвертере. Слябы прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000. Далее осуществляли травление, холодную прокатку и термообработку, включающую обезуглероживание и рекристаллизацию в проходной печи.

Режимы реализации способа и свойства стали приведены в таблице.

Примеры реализации способа

Вариант 1. Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,015%, кремния 1,0%, алюминия 0,50% обезуглероживали, деформировали растяжением при усилии прокатки 20 т с удлинением 1,0%, завершающую термообработку проводили с температурой на 1 ступени 810°С, полосы нагревали с 1 на 2 ступень со скоростью 120°С/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет V_1-2=-150×0,5+210=135°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: Т_{2 ступени}=60×1,0+860=920°С. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р1,5/50=4,2 Вт/кг, В2500=1,64 Тл).

Вариант 2. Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,040%, кремния 1,5%, алюминия 0,40% обезуглероживали, деформировали растяжением при усилии прокатки 30 т с удлинением 1,5%, завершающую термообработку проводили с температурой на 1 ступени 840°С, полосы нагревали с 1 на 2 ступень со скоростью 150°С/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет V_1-2=-150×0,4+210=150°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: T_{2 ступени}=60×1,5+860=950°С. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р 1,5/50=4,1 Вт/кг, В2500=1,63 Тл).

Вариант 3. Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,065%, кремния 2,0%, алюминия 0,20% обезуглероживали, деформировали растяжением при усилии прокатки 60 т с удлинением 2%, завершающую термообработку проводили с температурой на 1 ступени 870°С, полосы нагревали с 1 на 2 ступень со скоростью 180°С/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет V_1-2=-150×0,2+210=180°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: Т_{2 ступени}=60×2,0+860=980°С. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р 1,5/50=3,8 Вт/кг, В2500=1,63 Тл).

В случае отклонения от рекомендуемых режимов (варианты 4-11) достигнуть указанной в формуле изобретения цели не удалось.

При снижении скорости подъема температуры с 1 на 2 ступень при завершающей термообработке до 115°С/мин, т.е. ниже нижнего предела (вариант 4), приводит к тому, что растворяется большее количество нитридов алюминия, поэтому уменьшается количество зерен благоприятных ориентировок и снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,4 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).

Повышение скорости подъема температуры с 1 на 2 ступень до 185°С/мин, т.е. выше верхнего предела (вариант 5) приводит к появлению большого количества зародышей роста зерен, в результате уменьшается количество зерен благоприятных ориентировок и снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,3 Вт/кг; В2500=1,60 Тл).

Повышение усилия прокатки при 2 холодной деформации до 65 тонн, т.е. выше верхнего предела (вариант 6), приводит к активизации роста зерен октаэдрической и близкой к ней ориентировок при последующей рекристаллизации, в результате снижается уровень магнитных свойств (Р1,5/50=4,3 Вт/кг; В2500=1,61 Тл).

Снижение усилия прокатки при 2 холодной деформации до 15 тонн, т.е. ниже нижнего предела (табл.поз.7), приводит к формированию пониженного поля напряжений в поверхностном слое полосы, которые при последующей рекристаллизации не позволяют сформировать оптимальную структуру готовой сгали, в результате снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,4 Вт/кг; В2500=1,62 Тл).

Понижение температуры завершающей термообработки на 1 ступени до 790°С, т.е. ниже нижнего предела (вариант 8), приводит к замедлению роста зерен, что снижает уровень магнитных свойств (Р1,5=4,5 Вт/кг; В2500=1,61 Тл).

При повышении температуры завершающей термообработки на 1 ступени до 890°С, т.е. выше верхнего предела (вариант 9), формируется крупнозернистая структура, что приводит к понижению уровня магнитных свойств (Р 1,5/50=4,4 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).

Определение скорости подъема температуры с 1 на 2 ступень не по приведенной эмпирической зависимости без учета содержания алюминия в стали приводит к тому, что при скорости подъема температуры с первой на вторую ступень V_1-2=160°C/мин (вариант 10) развивается меньшее количество зерен благоприятных ориентировок при отжиге. Из-за этого снижается уровень магнитных свойств (Р 1,5/50=4,3 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).

Применение температуры на 2 ступени завершающей термообработки, отличной от определенной по эмпирической зависимости, без учета содержания кремния в стали приводит к тому, что при повышении температуры завершающей обработки до 960°С на стали, содержащей 1,5% кремния (вариант 11), формируется крупнозернистая структура стали, что приводит к снижению уровня магнитных свойств (Р 1,5/50=4,3 В т/кг, В2500=1,62 Тл).

Таким образом, отклонения от предлагаемых режимов приводят к формированию неоптимальной структуры стали и вследствие этого к пониженному уровню магнитных свойств в готовой стали (варианты 4-11).

Сравнение магнитных свойств по предлагаемому (варианты 1-3) и известному (вариант 12) способам, показывает, что в предлагаемом способе удельные потери ниже на 0,1-0,7 Вт/кг, а магнитная индукция выше на 0,01-0,04 Тл.

Как видно из таблицы, только в случае соблюдения предлагаемых режимов (вариант 1-3) достигается технический результат изобретения, вследствие чего параметры предлагаемого способа следует считать существенными.

п/п	Содержание элементов, % мас.	Усилие прокатки, т	Удлинение при 2 холодной деформации, %	Температура 1 ступени, °С	V1-2, °C	Температура 2 ступени, °С	Расчет V1-2 по формуле, °С	Расчет Т2 ступени по формуле, °С	Р 1,5/50,Вт/кг	В2500, Тл
С	Si	Al
1	0,015	1,0	0,50	20	1,0	810	135	920	+	+	4,2	1,64
2	0,040	1.5	0,40	30	1,5	840	150	950	+	+	4.1	1,63
3	0,065	2,0	0,20	60	2,0	870	180	980	+	+	3,8	1,63
4	0,015	1,0	0,50	20	1,0	810	115	940	–	+	4,4	1,62
5	0,065	2.0	0,20	60	2,0	870	185	980	–	+	4,3	1,60
6	0,065	2,0	0,20	65	2,0	870	180	980	+	+	4,3	1,61
7	0,015	1,0	0,50	15	1,0	810	120	920	+	+	4,4	1,62
8	0,065	2,0	0,20	60	2,0	790	180	980	+	+	4,5	1,61
9	0,015	1,0	0,50	20	1,0	890	120	920	+	+	4,4	1,62
10	0.040	1,5	0,40	30	1,5	840	160	950	–	+	4,3	1,62
11	0,040	1,5	0,40	30	1,5	840	158	950	+	–	4,3	1,62

Формула изобретения

1. Способ производства холоднокатаной полосы из изотропной электротехнической стали, содержащей кремний не более 2,0 мас.%, алюминий 0,1-0,5 мас.%, углерод 0,015-0,065 мас.%, включающий двухкратную холодную прокатку полосы с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением, обезуглероживающий отжиг и завершающую термообработку, отличающийся тем, что вторую холодную прокатку осуществляют растяжением с усилием прокатки 20-60 т, обезуглероживающий отжиг проводят при температуре 790-850°С, а завершающую термообработку ведут с двухступенчатым нагревом, сначала на первой ступени до 810-870°С, а на второй – до 940-980°С, при этом нагрев с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени ведут со скоростью нагрева 120-180°С/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость нагрева с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости:
V_1-2 = -150·[Al]+210, °С/мин,
где V_1-2 – скорость нагрева с 1 на 2 ступень, °С/мин;
-150 – эмпирический коэффициент, °С/мин мас.%;
[Al] – содержание алюминия в стали, мас.%;
210 – эмпирический коэффициент, °С/мин.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что нагрев до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости:
T_{2 ступени}= 60·[Si]+860, °С,
где Т_{2 ступени} – температура на 2 ступени, °С;
60 – эмпирический коэффициент, °С/мас.%;
[Si] – содержание кремния в стали, мас.%;
860 – эмпирический коэффициент, °С.