СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF ISOTROPIC ELECTRO-TECHNICAL STEEL

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листовой холоднокатаной изотропной электротехнической (динамной) стали для магнитопроводов электрических машин.
Известен способ производства листовой изотропной электротехнической стали, включающий выплавку, непрерывную разливку, горячую прокатку, нормализацию горячекатаного подката, холодную прокатку в несколько стадий и рекристаллизационный отжиг холоднокатаных полос, причем предпоследнюю стадию холодной прокатки проводят с обжатием 20-50% в валках с шероховатостью поверхности Ra=1,0-4,0 мкм, а последнюю - с обжатием 12-35% в валках с шероховатостью поверхности Ra=0,16-0,63 мкм (Авт. свид. СССР №1710587, МПК C21D 8/12, 1992 г.).
Недостатки известного способа состоят в том, что холоднокатаная динамная сталь имеет высокие удельные магнитные потери при низком выходе годного.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства листовой изотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, горячую прокатку, нормализационный отжиг, травление, холодную прокатку и обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг, согласно которому температуру обезуглероживающе-рекристаллизалионного отжига определяют исходя из содержания кремния и алюминия в стали (Патент РФ №2186861, МПК C21D 8/12, 2002 г.).
1,5/50
Недостатки известного способа состоят в том, что сформированная в процессе холодной прокатки и отжига текстура готовой листовой стали содержит большую долю неблагоприятного текстурного компонента {222}<UVW>. В результате возрастают удельные магнитные потери, выражаемые значением P [Вт/кг], а также снижается выход годного.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является снижение удельных магнитных потерь и увеличение выхода годного.
Для достижения этого технического результата в известном способе производства изотропной электротехнической стали, включающем выплавку, разливку стали, нагрев слябов, горячую прокатку полос, нормализацию горячекатаных полос или без нее, травление, холодную прокатку, совмещенный обезуглероживающе-рекристаллизационный отжиг или рекристаллизационный отжиг, согласно изобретению, в полосе формируют текстуру с концентрацией кристаллографической ориентировки типа {200} не менее 30%. Кроме того, суммарное обжатие при холодной прокатке устанавливают равным 60-80%, а нагрев холоднокатаной полосы при отжиге осуществляют со скоростью не менее 500°С/мин.
Сущность изобретения состоит в следующем. Для получения высоких электромагнитных и механических свойств, в листовой стали путем оптимизации режимов холодной прокатки и рекристаллизационного отжига необходимо максимально усилить кубическую составляющую текстуры. Это достигается за счет увеличения до не менее 30% доли текстурной компоненты с кристаллографической ориентировкой типа {200} при одновременном уменьшении доли неблагоприятной компоненты {222}.
Формирование текстуры с концентрацией кристаллографической ориентировки типа {200} не менее 30% при сохранении высоких механических свойств обеспечивается технологически регламентированными режимами деформационно-термической обработки полосы.
Возникновение зародышей первичной рекристаллизации в холоднокатаной полосе в процессе нагрева при отжиге происходит последовательно в два этапа. На первом этапе нагрева в низкотемпературной области, стартующем в начале процесса рекристаллизации, имеет место образование полигональной структуры. Длительное нахождение полосы в низкотемпературной области рекристаллизации приводит к объединению отдельных полигонов, что нежелательно, т.к. в отожженной стали наследуется компонентный состав текстуры типа {222} холоднокатаной полосы. При этом зародыши, образовавшиеся при более низкой температуре на первом этапе, при нагреве до температуры начала первичной рекристаллизации получают преимущество в росте.
На втором этапе нагрева (в высокотемпературной области) рекристаллизация протекает за счет образования и роста зародышей новых зерен в деформированной металлической матрице. Реализация этого механизма рекристаллизации, осуществляемого при более высокой температуре, приводит к изменению компонентного состава текстуры с формированием компоненты {200}.
Проведенные исследования показали, что механизм зародышеобразования на первом этапе рекристаллизации зависит как от степени суммарного обжатия при холодной прокатке, так и от скорости нагрева при отжиге. При степени суммарного обжатия полосы в процессе холодной прокатки 60-80% и скорости нагрева не менее 500°С/мин достигаются одновременно высокие механические свойства и полное подавление в процессе рекристаллизации объединения полигонов, уменьшение доли кристаллографической ориентировки {222} и увеличение доли благоприятной кристаллографической ориентировки {200} до не менее 30%.
Это было подтверждено результатами экспериментальных исследований. Так, увеличение скорости нагрева холоднокатаного металла с 300-450°С/мин до 500-800°С/мин привело к увеличению доли компонента {200} в полосе, прокатанной с суммарным относительным обжатием 60-80%, с 22% до 30-40%. При этом доля компонента {222} уменьшилась с 40% до 20-23%. Размер зерна после отжига с различной скоростью нагрева отличался незначительно.
Экспериментально установлено, что снижение концентрации кристаллографической ориентировки типа {200} в холоднокатаной полосе приводило к увеличению роста удельных магнитных потерь, ухудшению механических свойств и снижению выхода годного как для горячекатаных полос, подвергнутых нормализации, так и без нее, а также как для случаев обезуглероживающе-рекристаллизационного отжига, так и рекристаллизационного отжига холоднокатаных полос с изначально пониженным содержанием углерода.
Снижение суммарного относительного обжатия менее 60% замедляло процесс рекристаллизации и приводило к частичной полигонизации микроструктуры, что увеличивало удельные магнитные потери и снижало прочностные свойства и выход годного. В то же время снижение скорости нагрева при отжиге менее 500°С/мин, как и увеличение суммарного относительного обжатия более 80%, увеличивало время нахождения холоднокатаных полос при пониженных температурах в процессе нагрева. Это также увеличивало удельные магнитные потери, снижало прочностные свойства и выход годного.
Предложенный способ может быть применен при производстве как полностью готовой (fully-process), так и полуготовой (semi-process) листовой изотропной электротехнической стали независимо от наличия в технологической схеме нормализационного отжига горячекатаных полос, а также как при совмещенном обезуглероживающе-рекристаллизационном отжиге стали с повышенным углеродом, так и при рекристаллизационном отжиге стали с пониженным содержанием углерода.
Примеры реализации способа
кп
см
кп
см
В кислородном конвертере осуществляли выплавку электротехнической изотропной (динамной) стали 2-й группы легирования с содержанием углерода 0,03-0,06%, кремния 1,3-1,4%, алюминия 0,30-0,60%, марганца 0,2-0,3%, фосфора 0,02%, серы 0,003%. Сталь разливали в слябы, которые подвергали горячей прокатке на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной H=2,5 мм. Температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне Т=990±30°С. Прокатанные полосы ускоренно охлаждали водой до температуры смотки Т=650±30°С. Те горячекатаные полосы, для которых фактические значения Т и Т вышли за указанные пределы, подвергали нормализации в проходной печи при температуре 870°С.
Затем горячекатанные полосы подвергали травлению и холодной прокатке на непрерывном 5-клетевом стане 1400 до конечной толщины h=0,6 мм с суммарным относительным обжатием ε, равным:
Холоднокатаные полосы содержанием углерода более 0,04% подвергали скоростному обезуглероживающе-рекристаллизационному отжигу в проходной печи путем нагрева со скоростью V=600°С/мин до температуры Т=910°С, а холоднокатаные полосы с содержанием углерода 0,04% и менее - рекристаллизационному отжигу в проходной печи также путем нагрева со скоростью V=600°С/мин до температуры Т=910°С.
1,5/50
На образцах готовой электротехнической изотропной стали определяли концентрацию кристаллографических ориентировок (долю компонентов {200} и {222}), удельные магнитные потери P. По результатам разбраковки металлопродукции оценивали выход годного.
Варианты реализации способа производства листовой изотропной электротехнической стали приведены таблице.
Таблица
Режимы производства изотропной электротехнической стали и показатели их эффективности
№ варианта
ε, %
V, °С/мин
Доля компонента {200}, %
Доля компонента {222}, %
P<sub>1,5/50</sub>, Вт/кг
Выход годного, %
1
58
495
22
40
4,72
80,1
2
60
500
30
23
3,92
99,5
3
76
600
33
22
3,91
99,6
4
80
700
40
20
3,90
99,7
5
82
800
20
42
5,20
77,6
1,5/50
Из данных, приведенных в таблице, следует, что при использовании предложенного способа (варианты №2-4) обеспечивается снижение удельных магнитных потерь P при максимальном выходе годной листовой изотропной электротехнической (динамной) стали. В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5) имеет место увеличение показателя удельных магнитных потерь и снижение выхода годного.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что формирование в полосе текстуры с концентрацией благоприятной кристаллографической ориентировки {200} не менее 30%, формируемой при холодной прокатке полос с суммарным относительным обжатием не менее 70% и нагреве до температуры рекристаллизационного отжига со скоростью не менее 500°С/мин, позволяет подавить процесс полигонизации и снизить концентрацию неблагоприятной компоненты {222}. За счет этого уменьшаются удельные магнитные потери, увеличивается выход годной металлопродукции.
В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложенной технологии позволит повысить рентабельность производства листовой динамной стали на 20-26%.