СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОНИЦАЕМОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ
PRODUCTION METHOD OF HIGH-PERMEABILITY ELECTRICAL ISOTROPIC STEEL

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству холоднокатаной электротехнической изотропной стали, используемой для изготовления магнитопроводов электрических машин (электродвигателей, генераторов, дросселей и т.п.).
Характерной особенностью качества такой стали является более высокий уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости. Во многом эти характеристики достигаются оптимизацией структурного и текстурного состояний стали, которые в значительной степени определяются химическим составом и технологией обработки металла.
Одним из способов увеличения значений магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости является повышение доли кубических ориентировок текстуры стали (200), (310), обеспечивающих существенное улучшение магнитных свойств металла вдоль и поперек направления прокатки.
При этом текстура (111), ухудшающая магнитные свойства и ребровая текстура (220), приводящая к анизотропии магнитных свойств вдоль и поперек направления прокатки, должны быть развиты слабо или подавлены.
В целях снижения развития текстур (111) и (220) используют добавки специальных элементов, например фосфора, что позволяет управлять текстурой.
Фосфор, сегрегируя по границам зерен, обеспечивает меньший наклеп зерен кубических ориентировок при холодной прокатке, что снижает их поверхностную энергию. В процессе термообработки холоднокатаной стали зерна кубических ориентировок, обладая минимальной энергией, растут за счет зерен с ориентировками (111) и (220).
При введении фосфора в сталь необходимо учитывать уровень легирования металла алюминием, так как их соотношение влияет на процесс текстурообразование стали и технологичность обработки проката.
Известен способ изготовления электротехнической изотропной стали, приведенный в патенте Германии, заявка №19918484, С21D 8/12 от 23.04.1999 г., в котором для улучшения магнитных свойств используют алюминий и фосфор.
Способ включает горячую прокатку стального сляба, содержащего, мас.%: углерода 0,06; кремния 0,02-2,5; алюминия не более 0,40; марганца 0,05-1,0; фосфора 0,08-0,25 до толщины не более 3,5 мм, отжиг горячекатаной полосы при температуре 650-850°C, травление и холодную прокатку на толщину 0,2-1,0 мм с общей деформацией не более 85%, рекристаллизационный отжиг холоднокатаной стали при температуре 580-780°C и дрессировку с обжатием 15%.
Однако в этом способе не учитывается влияние химического состава, соотношение алюминия и фосфора в металле выбирают произвольно, что ухудшает развитие кубических составляющих текстуры, повышение полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) достигается не во всем заявленном диапазоне степени деформации при холодной прокатке, а на заключительной стадии технологического процесса производят дрессировку. Это снижает уровень магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение магнитных свойств холоднокатаной электротехнической изотропной стали, а именно повышение степени изотропности при снижении анизотропии удельных магнитных потерь, увеличение уровня магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.
Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, включающем выплавку, разливку стали, горячую прокатку, термообработку горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термообработку холоднокатаной полосы, при выплавке стали выполняется соотношение 0,16%≤Al+P≤0,50%, при следующем содержании компонентов, мас.%:
углерода
не более 0,04
кремния
0,10-2,50
алюминия
0,10-0,23
фосфора
0,06-0,27
марганца
не более 0,40
серы
не более 0,010
азота
не более 0,008
железо и неизбежные примеси
остальное
где Al - содержание алюминия в стали, мас.%; P - содержание фосфора в стали, мас.%. Полученную после травления полосу из такой стали подвергают холодной прокатке при степени деформации, равной 70-80%.
Для получения высокопроницаемой электротехнической изотропной стали с высоким уровнем магнитных свойств является необходимым формирование в металле оптимального размера микрозерна и увеличение полюсной плотности кубических ориентировок текстуры (200) и (310).
Результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что для получения оптимального размера микрозерна и повышения полюсной плотности кубических ориентировок (200) и (310) в текстуре холоднокатаных полос необходимо использовать сталь с определенным соотношением содержания алюминия и фосфора, а холодную прокатку такой стали необходимо производить при степени деформации 70-80%.
На основании проведенных лабораторных и промышленных опытов установлены граничные условия содержания основных элементов в стали. Предлагаемый способ распространяется на электротехнические изотропные стали с содержанием кремния Si=0,10-2,50%. При этом нижний предел обусловлен повышением удельных магнитных потерь готовой стали вследствие снижения удельного электросопротивления металла при содержании кремния менее 0,10%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при увеличении соотношения (Al+P) более 0,50%.
2
3
Диапазон значений легирования стали алюминием установлен равным 0,10-0,23%. Нижний предел обусловлен уменьшением воздействия на структурно-текстурное состояние готовой стали при содержании алюминия менее 0,10%, а верхний предел - повышением количества неметаллических включений на основе мелкодисперсного оксида AlO при содержании алюминия более 0,23%, что приводит к снижению магнитной индукции и относительной пиковой магнитной проницаемости.
Диапазон содержания фосфора в металле, равный 0,06-0,27%, установлен исходя из пределов соотношения алюминия и фосфора 0,16%≤Al+P≤0,50%. Нижний предел содержания фосфора обусловлен снижением эффекта подавления текстур (111) и (220) в поверхности полосы при уменьшении соотношения алюминия и фосфора (Al+P) менее 0,16%, а верхний предел - снижением пластичности метала при холодной прокатке горячекатаного проката с соотношением алюминия и фосфора (Al+P) более 0,50%.
Диапазон степени деформации при холодной прокатке установлен равным 70-80%.
При этом нижний предел обусловлен повышением анизотропии удельных магнитных потерь готовой стали вследствие повышения доли ребровой текстуры (220) в готовом металле при степени деформации менее 70%, а верхний предел - снижением технологичности обработки проката из-за повышения жесткости металла при степени деформации более 80%.
Анализ патентной литературы показывает отсутствие отличительных признаков заявленного способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».
1,5/50
1,5/50
Применение изобретения позволяет улучшить магнитные свойства холоднокатаной высокопроницаемой электротехнической изотропной стали, в том числе снизить анизотропию удельных магнитных потерь ΔP на 5-8%, повысить магнитную индукцию на 0,02-0,04 Тл и относительную пиковую магнитную проницаемость µ на 400-600 единиц.
Ниже приведен вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.
Пример
Выплавляли электротехническую изотропную сталь при соотношении алюминия и фосфора (Al+P)=0,265% с содержанием углерода 0,034%; кремния 1,60%; алюминия 0,17%; фосфора 0,095%; марганца 0,17%; серы 0,003%; азота 0,005%; железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь разливали в слябы и производили горячую прокатку на толщину 2,2 мм. Горячекатаную полосу подвергали термообработке в агрегате нормализации, травлению и холодной прокатке на толщину 0,50 мм при степени деформации 77%.
Далее холоднокатаную полосу подвергали окончательной термообработке в агрегате непрерывного отжига.
Варианты реализации способа производства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали в толщине 0,50 мм при различном содержании кремния, алюминия и фосфора приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Технологические параметры обработки и магнитные свойства высокопроницаемой электротехнической изотропной стали
№ п/п
Содержание элементов, %
Степень деформации при холодной прокатке, %
Магнитные свойства
Si
Al
P
Al+P
ΔP<sub>1,5/50</sub>, %
B<sub>2500</sub>, Тл
µ<sub>1,5/50</sub>
1
0,10
0,10
0,26
0,36
70,0
3,0
1,70
3120
2
0,16
0,15
0,24
0,39
75,0
3,0
1,69
2930
3
0,21
0,23
0,27
0,50
80,0
4,0
1,68
2845
4
0,94
0,18
0,18
0,36
78,0
5,0
1,67
2615
5
1,28
0,20
0,14
0,34
80,0
5,0
1,66
2525
6
1,60
0,17
0,095
0,265
77,0
6,0
1,65
2310
7
2,15
0,10
0,06
0,16
74,0
7,0
1,64
2265
8
2,50
0,23
0,27
0,50
71,0
7,0
1,63
2150
9*
0,09
0,08
0,27
0,35
69,0
9,0
1,68
2510
10*
0,20
0,23
0,28
0,51
80,0
11,0
1,65
2350
11*
0,91
0,25
0,17
0,42
75,0
12,0
1,63
2130
12*
1,62
0,19
0,08
0,27
60,0
11,0
1,62
1860
13*
2,17
0,11
0,06
0,17
65,0
12,0
1,60
1745
14**
2,50
0,24
0,28
0,52
81,0
-
-
-
Примечание: * - обработка без учета режимных параметров производства стали;
** - хрупкий металл, обработке не подвергался