СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ
MANUFACTURING METHOD OF ELECTRIC STEEL

Изобретение относится к черной металлургии, точнее к производству трансформаторной стали.
Известно, что магнитные свойства стали зависят от степени совершенства ребровой текстуры, величины зерен, магнитной активности электроизоляционного покрытия, концентрации кремния и, далеко не в последнюю очередь, от глубины подповерхностной зоны, в которой формируются неметаллические включения, а также от развитости поверхности раздела покрытие-металл [1, 2]. По существу, при развитой зоне подповерхностного окисления увеличивается плотность магнитного потока, сопровождающаяся ростом потерь при перемагничивании.
Известны следующие приемы минимизации деградированной подповерхностной зоны:
2
3
2
1. Использование неактивных оксидов в качестве термостойкого покрытия (AlO, ZrO) [3] взамен оксида магния и полировка полос после высокотемпературного отжига.
2. Введение в состав магнезиального термостойкого покрытия ингибиторов грунтообразования в сочетании с полировкой или электрополировкой полос после высокотемпературного отжига [4].
3. Введение в состав стали ингибиторов грунтообразования (Sb, Se).
Недостатком первого направления является ограниченные возможности стабилизации суспензии оксидов алюминия или циркония и, следовательно, равномерности нанесения покрытия по длине полос. По этой причине соответствующая технология не получила пока распространения несмотря на высокую эффективность [3].
Для второго направления характерна неравномерность состава грунтового слоя по ширине полос, что не позволяет исключить «местный перетрав» при последующей полировке.
Оба направления требуют весьма трудоемкой, дорогостоящей и экологически неблагополучной операции электролитической полировки в смеси плавиковой кислоты и перекиси водорода. Кроме того, в технологический цикл обработки необходимо вводить либо операцию двойного фосфатирования или дополнительного подкисления поверхности для обеспечения адгезии электроизоляционного покрытия, либо нанесения полуорганического лакового покрытия с последующей его сушкой в специальных печах.
При модифицировании стали ингибиторами грунтообразования (Sb, Sn) требуется увеличение длительности высокотемпературного отжига, что повышает энергоемкость технологии в целом [4].
Основной целью предлагаемого изобретения является корректировка процесса формирования грунтового слоя с ограничением зоны подповерхностного окисления при условии минимальной корректировки технологии.
2
4
Исследования кинетики грунтообразования показали, что основной причиной деградации подповерхностной зоны является восстановление слоя фаялита, образующегося при обезуглероживающем отжиге, кремнием и алюминием металла. Минимизация толщины фаялитной пленки за счет ограничения окислительного потенциала атмосферы при обезуглероживающем отжиге не позволяет получать стабильный результат. Гораздо более эффективно стравливание слоя фаялита перед нанесением магнезиального термостойкого покрытия при соответствующей корректировке состава покрытия. Важно подчеркнуть, что стравливание фаялитной пленки реализуется значительно проще и стабильнее, чем грунтового слоя, представленного, главным образом, форстеритом (MgSiO).
2
При стравливании фаялитного слоя перед нанесением покрытия потребовалась корректировка состава термостойкого покрытия с тем, чтобы в процессе высокотемпературного отжига создать условия для формирования форстеритного грунтового слоя, исключив возможность образования неметаллических включений в подповерхностной зоне. Эта задача решается при условии введения в состав термостойкого магнезиального покрытия на 100 мас.ч. MgO 0,1-0,5 - мас.ч. кремнезема и ограничения доли Mg(OH) в пределах 6-9 мас.ч.
Ниже приведены результаты исследования, подтверждающие эффективность описанных выше приемов оздоровления подповерхностной зоны полос.
2
Металл для исследований выплавляли в кислородных конверторах, разливали на машинах непрерывного литья, нагрев слябов осуществляли в печах с шагающими балками, прокатывали на непрерывном стане горячей прокатки. Состав литой стали изменялся в следующих пределах, мас.%: С - 0,025÷0,035; Si - 3,05÷3,25; Mn - 0,28÷0,35; S - 0,005÷0,010; Al - 0,013÷0,018; N - 0,009÷0,011; остальное - железо и микропримеси.
Горячекатаный подкат обрабатывали по следующей схеме: травление, первая холодная прокатка, обезуглероживающий отжиг, вторая холодная прокатка, обезжиривание, нанесение термостойкого покрытия, высокотемпературный отжиг, выпрямляющий отжиг с нанесением магнитоактивного покрытия.
2
2
Часть металла перед нанесением покрытия подвергали травлению в 10% растворе серной кислоты с целью удаления слоя фаялита. С части образцов удаляли грунтовый слой после высокотемпературного отжига методом химической полировки. При нанесении термостойкого покрытия на части металла варьировали состав суспензии термостойкого покрытия по концентрации Mg(OH) и SiO. Таблица 1 в сочетании с прилагаемыми микроструктурными характеристиками образцов иллюстрируют изменения магнитных свойств в зависимости от технологических факторов, определяющих морфологию подповерхностного слоя готовых полос.
Из приведенных данных следует, что вариант технологии, предусматривающий травление полос перед нанесением термостойкого покрытия, сопоставим по эффективности с аналогами, в которых в технологический цикл вводится операция полировки полос перед нанесением электроизоляционного покрытия. В то же время, предлагаемая технология позволит не только упростить процесс, но сформировать на поверхности слой форстерита без деградации подповерхностной зоны.
Дополнительным преимуществом предлагаемой технологии является более эффективная очистка металла от остатков смазки, используемой при прокатке, и уменьшение в связи с этим концентрации углерода в готовой стали на 20-25% или на 0,001%.
Из анализа данных таблицы 2 следует, что потенциал предлагаемой технологии реализуется в полной мере при условии введения в состав суспензии термостойкого покрытия на 100 мас.ч. оксида магния, 0,1÷0,5 мас.ч. оксида кремния и ограничения содержания гидроксида магния в пределах 6÷9 мас.ч. Таким образом, технология, предусматривающая удаление слоя фаялита перед нанесением термостойкого покрытия в сочетании с изменением состава термостойкого покрытия, позволяет одновременно улучшить магнитные свойства стали и качество покрытия.
Таблица 1
Влияние технологических факторов на магнитные свойства стали толщиной 0,27 мм
Вариант обработки
Основные параметры обработки
Магнитные свойства
Магнитные потери, Вт/кг
Магнитная индукцияB<sub>8</sub>,Тл
P<sub>1,5/50</sub>
P<sub>1,7/50</sub>
1.
Действующая технология
0,81
1,12
1,87
2.
Технология, предусматривающая использование в качестве термостойкого покрытия Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> и полировку металла после высокотемпературного отжига (прототип)
0,77
1,05
1,88
3.
Технология, предусматривающая введение в состав покрытия сульфидов магния в количестве 1% и полировку полос
0,78
1,07
1,875
после высокотемпературного отжига (аналог)
4.
Технология, предусматривающая травление полос перед нанесением термостойкого покрытия и введение в состав покрытия золя кремнезема
0,77
1,04
1,88
Таблица 2
Влияние модифицирования термостойкого покрытия на характеристики покрытия готовой стали
Вариант состава
Концентрация компонентов покрытия, мас.ч.
Доля металла высшей категории качества
Коэффициент электросопротивления изоляции, R, Ом×см<sup>2</sup>
1.
Действующая технология
80
50
2.
MgO - 100
55
18
Mg(OH)<sub>2</sub> - 6
3.
MgO - 100
62
25
Mg(OH)<sub>2</sub> - 9
4.
MgO 100
82
78
SiO<sub>2 </sub>- 0,2
Mg(OH)<sub>2</sub> - 7
5.
MgO 100
88
80
SiO<sub>2</sub>- 0,4
Mg(OH)<sub>2</sub> - 8
6.
MgO 100
74
34
SiO<sub>2</sub>- 0,6
Mg(OH)<sub>2</sub> - 7
7.
MgO - 100
61
12
SiO<sub>2</sub>- 0,05
Mg(OH)<sub>2</sub> - 9
Ссылки
1. N.Morito, M.Komatsubara, Y.Shimizu. History and recent development of grain oriented electrical steel at Kawasaki Steel. Kawasaki Steel Technical Report №39, October 1998.
2. Y.Ushigami, M Mizokami et al. Recent development of low-loss grain-oriented silicon steel. Joum. of Magnetism and Magnetic Materials 254 - 255 (2003) 307-314.
3. EP 0607440 B1.
4. US Patent 5269853.