СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ
PRODUCTION METHOD OF COLD-ROLLED ISOTROPIC ELECTRIC STEEL

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.
1-2
Скорость нагрева с температуры на первой ступени до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости: V=-150×[Al]+210, °С/мин, где:
1-2
V - 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.
2 ступени
Нагрев до температуры на второй ступени завершающей термообработки определяют по зависимости: T=60×[Si]+860, °С, где:
2 ступени
Т - 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.
1-2
2 ступени
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=-150×[Al]+210, °С/мин; выбор температуры 2 ступени завершающей термообработки в зависимости от содержания в стали алюминия по эмпирической формуле Т=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
1-2
2 ступени
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=-150×0,5+210=135°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: Т=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).
1-2
2 ступени
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=-150×0,4+210=150°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: T=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).
1-2
2 ступени
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=-150×0,2+210=180°С/мин. Температуру на 2 ступени завершающей обработки устанавливали в зависимости от содержания кремния в стали: Т=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).
1-2
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=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
V<sub>1-2</sub>, °C
Температура 2 ступени, °С
Расчет V<sub>1-2</sub> по формуле, °С
Расчет Т<sub>2 </sub>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