Патент на изобретение №2203331

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к способам получения холоднокатаной изотропной электротехнической стали. Сталь с содержанием до 2% кремния; 0,1-0,5% алюминия; 0,015-0,065% углерода; 0,05-0,15% фосфора обрабатывают по схеме с двумя холодными прокатками. Двухступенчатый обезуглероживающий отжиг после первой холодной прокатки проводят при нагреве с 1-й на 2-ю ступень со скоростью 130-180^oС/мин. Вторую холодную деформацию осуществляют только растяжением с удельным натяжением 1-4 кг/мм². Завершающую термообработку проводят при 300 – 700^oС. Нагрев с 1-й на 2-ю ступень осуществляют со скоростью, определяемой в зависимости от содержания углерода в стали по формуле V_1-2=-1000[С]+195, ^oС/мин, где V_1-2 – скорость нагрева с 1-й на 2-ю ступень, ^oС/мин; -1000 – эмпирический коэффициент, ^oС/мин /мас.%; [С] – содержание углерода в стали; мас.%; 195 – эмпирический коэффициент, ^oС/мин. Завершающую термообработку проводят при температуре, определяемой по формуле Т_завер=1000[Al]+200, ^oС, где Т_завер – температура завершающей термообработки, ^oС; 1000 – эмпирический коэффициент, ^oС/мас.%; [Al] – содержание алюминия в стали, мас.%; 200 – эмпирический коэффициент, ^oС. Изобретение позволяет повысить уровень магнитных свойств стали. 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%, фосфора 0,05-0,15%.

Известен способ производства электротехнической стали, по которому сталь изготавливают по схеме с двухкратной прокаткой. Обезуглероживают металл при 760-840^oС, вторую холодную прокатку проводят при усилии прокатки 10 – 50 кг на каждый миллиметр ширины полосы, рекристаллизацию проводят при 900-960^oС со скоростью нагрева 10-50^oС/с (а.с. 1651564 кл. С 21 D, 1991 г).

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный способ производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающий выправку стали с содержанием кремния, алюминия, углерода, фосфора, горячую прокатку и холодную прокатку, двухступенчатый обезуглероживающий отжиг и завершающую термическую обработку. (см. RU 2126843 С1, С 21 D 8/12, 09.07.1995).

Техническим результатом изобретения является повышение уровня магнитных свойств стали.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающем выплавку стали с содержанием кремния, алюминия, углерода, фосфора, горячую прокатку и холодную прокатку, двухступенчатый обезуглероживающий отжиг и завершающую термическую обработку, согласно изобретению выплавляют сталь с содержанием в мас. % кремния до 2, алюминия 0,1-0,5, углерода 0,015-0,065, фосфора 0,05-0,15, проводят двухкратную холодную прокатку с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением с удельным натяжением 1-4 кг/мм², отжиг проводят с нагревом до первой ступени 790-850^oС, а затем со скоростью 130-180^oС/мин до второй ступени 870-910^oС, завершающую термообработку проводят при 300-700^oС.

Причем скорость нагрева с 1-й на 2-ю ступень (V_1-2,^oС/мин) определяют в зависимости от содержания углерода в стали из соотношения: V_1-2=-1000[С] +195, а температуру завершающей термообработки (Т_завер, ^oС) устанавливают в зависимости от содержания алюминия в стали (Al, мас.%) из соотношения Т_завер=1000[Al]+200.

При анализе научно-технической литературы и патентной информации не было обнаружено известных технических решений, имевших сходные признаки с отличительными существенными признаками в предложенной совокупности, обеспечивающих, согласно предлагаемому способу, повышение уровня магнитных свойств при производстве изотропной стали, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию “существенные отличия”.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, чтобы за счет регулирования скорости нагрева с 1-й на 2-ю ступень при обезуглероживании с учетом содержания в стали углерода, второй деформации только растяжением и выбора температуры при завершающей термообработке с учетом содержания в стали алюминия 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.

Скорость нагрева с 1-й на 2-ю ступень определяется в зависимости от содержания углерода по эмпирической формуле
V_1-2=-1000[С]+195,^oС/мин,
где [С] – содержание углерода в массовых процентах;
-1000 – эмпирический коэффициент.

Путем согласования скорости подъема температуры со снижением концентрации углерода можно непрерывно поддерживать оптимальный фазовый состав менее обезуглероженной внутренней зоны и вместе с тем обеспечивать достаточно быстрое протекание процесса обезуглероживания и роста зерна.

Подъем температуры с приведенными скоростями приводит к тому, что в начале процесса обезуглероживания сохраняется оптимальное соотношение между – и +-фазами. Это позволяет совместить обезуглероживание с ростом зерен благоприятных ориентировок.

Вторая холодная деформация только путем растяжения с удельным натяжением 1-4 кг/мм² позволяет создать поля напряжений в зеренной структуре стали, которые релаксируют при завершающей термообработке и формируют более совершенную структуру зерен.

Важное значение для достижения намеченной цели имеет правильный выбор температуры завершающей термообработки. Выбор температуры в зависимости от содержания в стали алюминия по эмпирической формуле Т_завер=1000[Al]+200, ^oС обеспечит формирование оптимальной структуры 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.

Пример 1 (табл. поз. 1).

Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,015%, алюминия 0,50% нагревали с 1-й на 2-ю ступень со скоростью 180^oС/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания углерода в стали и составляет V_1-2=-10000,015+195= 180^oС/мин. Удельное натяжение при второй холодной деформации только растяжением составляет 1 кг/мм². Температура алюминия в стали и составляет Т_завер= 10000,50+200= 700^oС. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р1,5/50=3,8 Вт/кг, В2500=1,64 Тл).

Пример 2 (табл. поз. 2).

Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,065% и алюминия 0,10% нагревали с 1-й на 2-ю ступень со скоростью 130^oС/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания углерода в стали и составляет V_1-2=-10000,065+195= 130^oС/мин. Удельное натяжение при второй холодной деформации только растяжением составляет 4 кг/мм². Температура завершающей обработки устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет Т_завер= 10000,10+200= 300^oС. 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=1,63 Тл).

Пример 3 (табл. поз. 3).

Холоднокатаные полосы с массовым содержанием углерода 0,040% и алюминия 0,40% нагревали с 1-й на 2-ю ступень со скоростью 155^oС/мин, которая устанавливается в зависимости от содержания углерода в стали и составляет V_1-2=-10000,040+195= 155^oС/мин. Удельное натяжение при второй холодной деформации только растяжением составляет 2 кг/мм². Температура завершающей обработки устанавливается в зависимости от содержания алюминия в стали и составляет Т_завер= 10000,40+200= 300^oС. Это позволяет сформировать структуру с большим количеством благоприятных ориентировок и определяет высокий уровень магнитных свойств в стали (Р1,5/50=4,0 Вт/кг, В2500=1,64 Тл).

В случае отклонения от рекомендуемых режимов (табл. поз. 4-9) достигнуть указанной в формуле изобретения цели не удалось.

При снижении скорости подъема температуры с 1-й на 2-ю ступень до 125^oС/мин, т. е. ниже нижнего, предела (табл. поз. 4), приводит к тому, что снижается содержание -фазы ниже оптимального по мере уменьшения углерода, уменьшается количество зерен благоприятных ориентировок и снижается уровень магнитных свойств (Р1, 5/50=4,4 Вт/кг; В2500=1,62 Тл).

Повышение скорости подъема температуры с 1-й на 2-ю ступень до 185^oС/мин, т. е. выше верхнего предела (табл. поз. 5) приводит к тому, что образуется избыточное количество -фазы, в результате уменьшается количество зерен благоприятных ориентировок и снижается уровень магнитных свойств (Р1,5/50=4,5 В г/кг; В2500=1,61 Тл).

Повышение удельного натяжения до 5 кг/мм², т.е. выше верхнего предела (табл. поз. 6), приводит к формированию повышенного поля напряжений, которые не полностью релаксируют при Т_завер=300^oС, в результате снижается уровень магнитных свойств (Р1,5/50=4,4 Вт/кг; В2500=1,61 Тл).

Снижение удельного натяжения до 0,5 кг/мм², т.е. ниже нижнего предела (табл. поз. 7), приводит к формированию пониженного поля напряжений, которые при Т_завер= 700^oС не позволяют сформировать оптимальную структуру готовой стали, в результате снижается уровень магнитных свойств (Р1, 5/50=4,4 Вт/кг; В2500=1,62 Тл).

Понижение температуры завершающей термообработки до 200^oС, т.е. ниже нижнего предела (табл. поз. 8), приводит к увеличению остаточных напряжений, что снижает уровень магнитных свойств (Р1,5=4,5 Вт/кг; В2500=1,61 Тл).

При повышении температуры завершающей до 800^oС, т.е. выше верхнего предела (табл. поз. 9), формируется крупнозернистая структура, что приводит к понижению уровня магнитных свойств (Р1,5/50=4,5 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).

Определение скорости подъема температуры с 1-й на 2-ю ступень не по приведенной эмпирической зависимости без учета содержания углерода приводит к тому, что при скорости подъема температуры V_1-2=150^oС (табл. поз. 10) образуется меньше оптимального количество аустенита, что не способствует развитию требуемых ориентировок при отжиге. Из-за этого снижается уровень магнитных свойств (Р1,5/50=4,3 Вт/кг, В2500=1,62 Тл).

Применение температуры завершающей термообработки, отличной от определенной по эмпирической зависимости, без учета содержания алюминия в стали, приводит к тому, что при повышении температуры завершающей обработки до 700^oС на стали, содержащей 0,40% алюминия (табл. поз. 11), формируется крупнозернистая структура стали, что приводит к снижению уровня магнитных свойств (Р1,5/50=4,2В 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 (табл. поз. 4-11).

Сравнение магнитных свойств по предлагаемому (табл. поз. 1-3) и известному (табл. поз. 12) способам, показывает, что в предлагаемом способе удельные потери ниже на 0,3-0,7 Вт/кг, а магнитная индукция выше на 0,02-0,03 Тл.

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

Формула изобретения

1. Способ производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали с содержанием кремния, алюминия, углерода, фосфора, горячую прокатку и холодную прокатку, двухступенчатый обезуглероживающий отжиг и завершающую термическую обработку, отличающийся тем, что выплавляют сталь с содержанием кремния до 2 мас.%, алюминия – 0,1-0,5 мас.%, углерода – 0,015-0,065 мас.%, фосфора – 0,05-0,15 мас.%, проводят двухкратную холодную прокатку с суммарной степенью деформации при второй холодной прокатке не более 4,8%, которую ведут растяжением с удельным натяжением 1-4 кг/мм², отжиг проводят с нагревом до первой ступени 790-850^oС, а затем со скоростью 130-180^oС/мин, до второй ступени 870-910^oС, завершающую термообработку проводят при 300-700^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев с 1-й на 2-ю ступень осуществляют со скоростью, определяемой в зависимости от содержания углерода в стали по формуле
V_1-2=-1000[C]+195, ^oС/мин,
где V_1-2 – скорость нагрева с 1 на 2 ступень, ^oС/мин;
-1000 – эмпирический коэффициент, ^oС/мин, / мас.%;
[C] – содержание углерода в стали, мас.%;
195 – эмпирический коэффициент, ^oС/мин.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что завершающую термообработку проводят при температуре, определяемой по формуле:
Т_завер=1000[Al]+200^oС.

где Т_завер – температура завершающей термообработки, ^oС;
1000 – эмпирический коэффициент, ^oС/ мас.%;
[Al] – содержание алюминия в стали, мас.%;
200 – эмпирический коэффициент, ^oС.

РИСУНКИ