СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННОЙ Si СТАЛИ С ВЫСОКИМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
METHOD TO MANUFACTURE ORIENTED Si STEEL WITH HIGH ELECTROMAGNETIC PROPERTIES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу изготовления кремнистой стали с высокими электромагнитными характеристиками.
Известный уровень техники
В соответствии с достаточно хорошо разработанной технологией изготовления текстурированной (CGO) кремнистой стали температура нагрева при горячей прокатке составляет выше 1350°C и MnS считается основным ингибитором. Таким образом, потребление энергии является относительно высоким, и шлак попадает на поверхность стальной заготовки при такой высокой температуре. Оборудование для нагрева требует регулярной очистки, что влияет на производство продукции, увеличивает потребление энергии, повышает вероятность поломки устройства и себестоимость. В связи с этим, национальными и зарубежными исследователями было проведено большое количество исследований по снижению температуры нагрева кремнистой стали. В соответствии с тенденцией развития существует два пути модификации технологии в плане интервала температуры нагрева. Один путь состоит в регулировке температуры нагрева при горячей прокатке в интервале 1150-1250°C, что относится к технологии низкотемпературного нагрева сляба, формированием ингибитора на последней стадии путем азотирования для придания способности ингибирования. В настоящее время технология низкотемпературного нагрева сляба быстро развивается, как показано, например, в US 5049205, CN 1978707 и KR 2002074312. Однако в данных способах необходимо оборудование для азотирования, приводящее к повышению себестоимости и неравномерных магнитных свойств конечного продукта из-за неравномерного азотирования.
Другим путем является поддержание температуры нагрева при горячей прокатке в интервале 1250-1320°. В отличие от технологии низкотемпературного нагрева его вероятно можно отнести к технологии нагрева сляба до средних температур. В соответствии с технологией нагрева сляба до средних температур используется ингибитор, содержащий Cu, и выплавляемый непрерывным литьем сляб подвергают двухкратной холодной прокатке, с промежуточным обезуглероживающим отжигом (однократный обезуглероживающий отжиг) для снижения содержания углерода менее 30 ч./млн. После второй холодной прокатки или после восстановительного отжига при низкой температуре сразу наносится сепаратор из MgO с последующим высокотемпературным отжигом и обработкой. Техническое решение, раскрытое в EP 0709470 и CN 1786248 A, принадлежит к технологии нагрева сляба до средних температур. Общей проблемой этих двух патентов является чрезмерно низкое содержание серы, что приводит к несоответствующему количеству и неравномерному распределению ингибитора. В результате это влияет на локальную или общую способность ингибирования, так что вторичная перекристаллизация проводится не в полной мере, и магнитные характеристики снижаются и не являются гомогенными.
Сущность изобретения
Целью изобретения является создание способа изготовления ориентированной кремнистой стали с высокими электромагнитными характеристиками. В частности, необходимая вторичная перекристаллизация и качество нижележащих слоев достигаются регулированием состава сляба и способа его получения, так чтобы достичь требуемого улучшения электромагнитных характеристик ориентированной кремнистой стали.
Задача решается путем создания способа изготовления ориентированной кремнистой стали (текстурированный кремний) с высокими электромагнитными характеристиками, включающего: выплавку стали в конвертере или электропечи; вторичный переплав, непрерывную разливку расплавленной стали для получения сляба с последующей горячей прокаткой, первичную холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг, вторичную холодную прокатку; нанесение сепаратора отжига, содержащего оксид магния в качестве основного компонента; затем отжиг при высокой температуре; и, наконец, нанесение изолирующего покрытия и проведение правильно-растяжного отжига (т.е. отжиг с растягиванием и правкой), причем состав сляба в мас.% следующий:
С
0.020-0,050
Si
2,6-3,6
S
0,015-0,025
Als
0,008-0,028
N
0,005-0,020
Mn
0,15-0,5 и 10≤Mn/S≤20
Cu
0,3-1,2 и Cu/Mn≥2
остальное Fe и неизбежные включения и Als представляет собой растворимый в кислоте алюминий.
Процесс горячей прокатки включает: нагрев сляба до 1250-1350°C в печи нагрева; поддержание этой температуры в течение 2-6 часов; и затем горячую прокатку, при которой окончательная горячая прокатка начинается при 1050-1200°C и заканчивается при выше 800°C.
Предпочтительно окончательная горячая прокатка начинается при 1070-1130°C и заканчивается при выше 850°C.
После горячей прокатки получается горячекатаный лист толщиной 2,0-2,8 мм.
Затем проводится кислотная промывка и первичная холодная прокатка для прокатки листа до промежуточной толщины 0,50-0,70 мм.
Впоследствии проводится промежуточный обезуглероживающий отжиг, при котором стальной лист, подвергающийся промежуточному обезуглероживающему отжигу, нагревают равномерно до около 800°C, промежуточный обезуглероживающий отжиг проводят в защитной атмосфере влажного водорода не более 10 минут и содержание углерода в отожженном стальном листе понижено до менее 30 ч./млн.
После промежуточного обезуглероживающего отжига проводят вторичную холодную прокатку для получения конечного продукта толщиной 0,15-0,35 мм.
На стальной лист наносят сепаратор, содержащий оксид магния в качестве основного компонента.
Наконец, проводят высокотемпературный отжиг. Процесс включает отжиг в атмосфере сухого (т.е. точка росы D.P.<0°C) водорода или газовой смеси азота и водорода при содержании водорода более 75% при 1170-1230°C, в течение более 15 часов.
2
2
2
2
2
2
2
2
Подбором состава сляба изобретения содержание серы снижают, в частности, S: 0,015-0,025%, отношение марганец/сера 10≤Mn/S≤20 и медь/марганец Cu/Mn≥2. Таким образом, регулируют в составе отношение CuS к MnS, так что горячая прокатка способствует выделению CuS. Кроме того, температуры, при которых начинается и заканчивается горячая прокатка, строго контролируют в ходе горячей прокатки, так что основная часть серы выделяется в форме ингибитора CuS и в значительной степени предотвращается совместное выделение MnS+CuS. Благодаря этому предотвращается укрупнение и негомогенность ингибитора. Температура выделения CuS находится в интервале 900-1100°C с температурой максимума выделения 1000°C, тогда как температура максимума выделения MnS выше 1100°C. Так как температура, при которой начинается горячая прокатка выше 1050°C, и температура, при которой заканчивается горячая прокатка выше 800°C, в значительной степени обеспечивается выделение и распределение подходящего CuS и при этом ингибируется совместное выделение MnS и CuS. Таким образом, может быть гарантировано, что на последней стадии процесса изготовления CuS и AlN совместно ингибируют рост зерна в нежелательном направлении и адекватную движущую силу роста зародышей кристаллов с ориентацией Гаусса (100) [001] при вторичной перекристаллизации. В результате магнитные характеристики конечного продукта заметно улучшаются.
2
Когда содержание серы выше, она склонна выделяться в центрах микроструктуры непосредственно после отливки. Поэтому температуру, до которой нагревают сляб, следует поддерживать выше 1250°C в течение времени, достаточного для соответствующего растворения твердых сульфидов в центрах, так что подходящий CuS будет выделяться в мелкодисперсном состоянии при последующей горячей прокатке.
2
Вследствие большого количества мелкодисперсного CuS и небольшого количества MnS в диспергированном состоянии во время высокотемпературного отжига, поверхностная десульфуризация замедляется, поэтому способность ингибирования увеличивается и температура вторичной перекристаллизации может быть повышена. Таким образом, вторичные зерна ориентируются более точно, так что улучшаются магнитные характеристики.
При увеличении содержания серы, если сера не полностью удалена во время заключительного высокотемпературного отжига, ухудшаются магнитные характеристики продукта, в частности потери в стали. При этом происходит магнитное старение и также будет значительно снижена технологичность продукта. Таким образом, существует серьезное ограничение времени очищающего отжига в процессе высокотемпературного отжига. В частности, очищающий отжиг должен быть выполнен в атмосфере сухого водорода или смеси азота и водорода, с содержанием более 75%, при температуре очищающего отжига 1170-1230°C в течение более 15 часов, причем "сухая атмосфера" означает, что ее точка росы D.P.<0°C. При слишком низкой температуре или если температуру выдерживают слишком короткое время, вредные элементы, такие как N, S и подобные, не могут быть удалены полностью, и магнитные характеристики ухудшаются. При слишком высокой температуре зерна, сформированные во время вторичной перекристаллизации, были бы крупными, что сопровождается увеличением потерей в стали и снижением качества стеклянной пленки.
2
Изобретение имеет следующие преимущества: разработкой состава сляба и регулированием нагрева сляба и условий горячей прокатки в соответствии с изобретением эффективно улучшены форма, в которой выделяются сульфиды во время горячей прокатки и в значительной степени предотвращается выделение MnS+CuS в качестве сложного ингибитора, причем обеспечивается выделение адекватного количества высокодисперсного ингибитора. В результате значительно повышаются магнитные свойства при низких издержках производства и эффективно снижаются потери в стали так, что получается структурированная кремнистая сталь с высокой магнитной индукцией.
Осуществление изобретения
Пример 1
2
Группа слябов из ориентированной кремнистой стали имеет различные составы с переменным содержанием серы, марганца и меди. За исключением S, Mn и Cu весовое процентное содержание других компонентов остается постоянным: C: 0,040%, Si: 3,17%, Als: 0,017%, N: 0,01%. Содержание S, Mn и Cu представлено в таблице 1, остальное Fe и неизбежные включения. Вышеуказанные слябы обрабатывают следующим образом: после выдерживания в печи нагрева при температуре повторного нагрева 1280°C в течение 3 часов, горячей прокаткой получают горячекатаные листы толщиной 2,5 мм, причем начало окончательной прокатки осуществляют при 1050-1200°C и окончание при выше 800°C; после кислотной промывки листы подвергают первоначально холодной прокатке до толщины 0,65 мм и затем проводят обезуглероживающий отжиг при 850°C в защитной атмосфере влажного водорода для снижения углерода в стальных листах ниже 30 ч./млн; полученные листы вторично подвергают холодной прокатке после промежуточного обезуглероживающего отжига до толщины продукта 0,30 мм; полученные листы покрывают сепаратором с MgO в качестве основного компонента, сматывают и подвергают высокотемпературному отжигу в атмосфере 100% H с D.P. -10°C при 1200°C в течение 20 часов; и конечные продукты получают после размотки, нанесения изолирующего покрытия и отжига с растяжением и правкой. Магнитные характеристики конечных продуктов представлены в таблице 1 (магнитными характеристиками продукта из ориентированной кремнистой стали с высокой магнитной индукции являются: плотность магнитного потока В8≥1,88 Т, потери в стали Р17/50≤1,30 Вт/кг, так везде).
Таблица 1.
Влияние состава на магнитные характеристики
Содержание серы (%)
Содержание марганца (%)
Содержание меди (%)
Магнитные свойства
Описание
Плотность магнитного потока В8(Т)
Потери в стали Р17/50 (Вт/кг)
0,015%
0,15%
0,3%
1,88
1,14
Пример изобретения
0,015%
0,15%
0,6%
1,88
1,16
Пример изобретения
0,015%
0,22%
0,45%
1,90
1,03
Пример изобретения
0,015%
0,22%
0,6%
1,91
1,07
Пример изобретения
0,015%
0,3%
0,6%
1,89
1,13
Пример изобретения
0,015%
0,3%
0,8%
1,88
1,18
Пример изобретения
0,020%
0,2%
0,4%
1,90
0,99
Пример изобретения
0,020%
0,2%
0,6%
1,91
1,01
Пример изобретения
0,020%
0,3%
0,6%
1,90
1,05
Пример изобретения
0,020%
0,3%
0,8%
1,90
1,12
Пример изобретения
0,020%
0,4%
0,8%
1,89
1,10
Пример изобретения
0,020%
0,4%
1,0%
1,88
1,21
Пример изобретения
0,025%
0,25%
0,5%
1,90
1,08
Пример изобретения
0,025%
0,25%
0,6%
1,90
1,15
Пример изобретения
0,025%
0,32%
0,65%
1,90
1,17
Пример изобретения
0,025%
0,32%
0,8%
1,88
1,19
Пример изобретения
0,025%
0,5%
1,0%
1,88
1,21
Пример изобретения
0,025%
0,5%
1,2%
1,88
1,23
Пример изобретения
0,010%
0,15%
0,6%
1,84
1,32
Сравнительный пример
0,020%
0,15%
0,6%
1,86
1,28
Сравнительный пример
0,020%
0,2%
0,3%
1,84
1,35
Сравнительный пример
0,020%
0,3%
0,4%
1,82
1,39
Сравнительный пример
0,020%
0,4%
0,6%
1,82
1,42
Сравнительный пример
0,020%
0,5%
1,1%
1,79
1,59
Сравнительный пример
0,030%
0,4%
1,0%
1,67
1,65
Сравнительный пример
Пример 2
2
Компоненты и их весовое процентное содержание в слябах из ориентированной кремнистой стали в этом примере следующие: C: 0,032%, Si: 3,2%, Als: 0,012%, N: 0,01%, S: 0,016%, Mn: 0,18%, Cu: 0,42%, остальное Fe и неизбежные включения. После выдерживания в печи нагрева в соответствии с различными условиями повторного нагрева, приведенными в таблице 2, горячей прокаткой сляба получают горячекатаные листы толщиной 2,5 мм, причем температура начала и окончания окончательной прокатки представлена в таблице 2. Листы первоначально подвергают холодной прокатке после кислотной промывки до толщины 0,60 мм и затем проводят промежуточный обезуглероживающий отжиг при 850°C в защитной атмосфере влажного водорода для снижения содержания углерода в стальных листах ниже 30 ч./млн. Полученные листы после промежуточного обезуглероживающего отжига вторично подвергают холодной прокатке до толщины конечного продукта 0,27 мм. Полученные листы покрывают сепаратором с MgO в качестве основного компонента, сматывают и подвергают высокотемпературному отжигу в атмосфере 100% H с D.P. -10°C при 1200°C в течение 20 часов. Конечные продукты получают после размотки, нанесения изолирующего покрытия и отжига с растяжением и правкой. Магнитные характеристики конечных продуктов представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Влияние состава, процесса нагрева сляба и горячей прокатки на магнитные характеристики
Нагрев сляба
Температура начала окончательной прокатки
Температура конца окончательной прокатки
Магнитные свойства
Описание
1250°С×2 ч
1050°С
800°С
1,88
1,21
Пример изобретения
1250°C×2 ч
1200°С
800°С
1,88
1,19
Пример изобретения
1250°C×2 ч
1100°С
850°С
1,89
1,15
Пример изобретения
1250°C×2 ч
1100°С
876°С
1,89
1,12
Пример изобретения
1280°C×2 ч
1100°С
890°С
1,90
1,11
Пример изобретения
1250°C×2 ч
1070°С
869°С
1,90
1,14
Пример изобретения
1250°C×2 ч
1130°С
912°С
1,91
1,03
Пример изобретения
1250°C×3 ч
1100°С
907°С
1,91
1,02
Пример изобретения
1280°C×3 ч
1100°С
930°С
1,90
1,06
Пример изобретения
1250°C×1.5 ч
1100°С
865°С
1,66
1,67
Сравнительный пример
1280°C×1.5 ч
1100°С
874°С
1,68
1,63
Сравнительный пример
1280°C×3 ч
1000°С
867°С
1,79
1,45
Сравнительный пример
1280°C×3 ч
1250°С
948°С
1,85
1,34
Сравнительный пример
1280°C×3 ч
1100°С
764°С
1,82
1,39
Сравнительный пример
Пример 3
Компоненты и их весовое процентное содержание слябов из ориентированной кремнистой стали в этом примере следующие: C: 0,032%, Si: 3,2%, Als: 0,012%, N: 0,01%, S: 0,016%, Mn: 0,18%, Cu: 0,42%, остальное Fe и неизбежные включения. После выдерживания в печи нагрева при 1280°C в течение 3 часов горячей прокаткой сляба получают горячекатаные листы толщиной 2,5 мм, причем температура начала и окончания окончательной прокатки составляет 1100°C и 930°C соответственно. Листы после кислотной промывки подвергают первоначальной холодной прокатке до толщины 0,60 мм и затем проводят обезуглероживающий отжиг при 850°C в защитной атмосфере влажного водорода для снижения содержания углерода в стальных листах ниже 30 ч./млн. Полученные листы вторично подвергают холодной прокатке после промежуточного обезуглероживающего отжига до толщины конечного продукта 0,27 мм. Полученные листы покрывают сепаратором с MgO в качестве основного компонента и затем обрабатывают в различных условиях высокотемпературного отжига, как показано в таблице 3, для проверки их влияния на магнитные свойства конечных продуктов. Конечные продукты получают после нанесения изолирующего покрытия и отжига с растяжением и правкой. Магнитные характеристики конечных продуктов представлены в таблице 3.
Таблица 3.
Влияние процесса высокотемпературного отжига на магнитные свойства
Температура высокотемпературного отжига (°C)
Время выдержки при высокотемпературном отжиге (ч)
Содержание водорода в защитной атмосфере при отжиге (смесь газов азота и водорода) (%)
D.P. во время отжига
Магнитные свойства
Описание
Плотность магнитного потока В8(Т)
Потери в стали P17/50 (Вт/кг)
1170
15
100
-1
1,89
1,11
Пример изобретения
1170
15
75
-1
1,88
1,13
Пример изобретения
1230
15
75
-1
1,88
1,12
Пример изобретения
1230
15
100
-1
1,89
1,09
Пример изобретения
1170
15
100
-10
1,89
1,07
Пример изобретения
1200
15
100
-10
1,90
1,06
Пример изобретения
1200
20
100
-10
1,90
Г,04
Пример изобретения
1150
20
100
-10
1,85
1,48
Сравнительный пример
1300
20
100
-10
1,86
1,39
Сравнительный пример
1200
12
100
-10
1,82
1,55
Сравнительный пример
1200
20
100
0
1,87
1,30
Сравнительный пример
1200
20
100
10
1,86
1,3 6
Сравнительный пример
1200
20
50
-10
1,83
1,42
Сравнительный пример