RU2171299C1 - Method for making strips of electrical isotropic steel - Google Patents

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, namely manufacture of isotropic electrical steel for magnetic circuits of rotary apparatuses such as engines, generators. SUBSTANCE: method comprises steps of melting in converter metallic alloy of next content: C- 0.03%; S -0.06%; Mn - 0.17%; Si - 1.54%; Al - 0.38%; nitrogen - 0.006% and casting slabs; heating slab up to 1120 C; subjecting heated slab to hot rolling with termination temperature 830 C, coiling it at 670 C, etching, cold rolling and then subjecting it to decarburizing annealing at 930 C. EFFECT: possibility for making steel with highly stable magnetic properties, lowered cost of process. 4 cl, 3 dwg, 4 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству изотропной электротехнической стали, используемой в магнитопроводах вращающихся аппаратов (двигатели, генераторы). The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to the production of isotropic electrical steel used in the magnetic circuits of rotating devices (engines, generators).

К изотропной электротехнической стали предъявляются требования: ограничение анизотропии магнитных свойств, обеспечение заданного уровня магнитной индукции и магнитных потерь. Удовлетворение этих требований достигается за счет оптимизации размеров зерен (0,07-0,2 мм) [1]. Requirements are made for isotropic electrical steel: limiting the anisotropy of magnetic properties, ensuring a given level of magnetic induction and magnetic loss. Satisfaction of these requirements is achieved by optimizing grain sizes (0.07-0.2 mm) [1].

Известен способ получения электротехнической листовой стали, включающий непрерывную разливку стали, содержащей ≅0,04% углерода, 1,5-4,0% кремния, остальное железо и неизбежные примеси, получение сляба, предварительное черновое обжатие сляба на 10-70% при температуре 1000-1300^oC, горячую прокатку сляба, холодную прокатку, отжиг [2].A known method of producing electrical steel sheet, including continuous casting of steel containing ≅ 0.04% carbon, 1.5-4.0% silicon, the rest of the iron and inevitable impurities, obtaining a slab, preliminary rough reduction of the slab by 10-70% at a temperature 1000-1300 ^o C, hot rolling of a slab, cold rolling, annealing [2].

Известен способ изготовления электротехнической листовой стали, включающий получение стали, содержащей: 0,02% C, 0,5-3,5% Si, 0,1-1,0% A1, 0,1-1,0% Mn, не более 0,007% S, 0,005-0,3 Sb, остальное железо, горячую прокатку сляба, отжиг при 700-950^oC, холодную прокатку и отжиг [3].A known method of manufacturing an electrotechnical sheet steel, comprising obtaining steel containing: 0.02% C, 0.5-3.5% Si, 0.1-1.0% A1, 0.1-1.0% Mn, not more than 0.007% S, 0.005-0.3 Sb, the rest is iron, hot rolling of a slab, annealing at 700-950 ^o C, cold rolling and annealing [3].

Удовлетворение вышеуказанных требований в способе решается за счет ограничения активности компонентов (главным образом серы, азота, углерода), образующих неметаллические включения, препятствующие росту зерен. Как правило стремятся связать азот в нерастворимые нитриды, что реализуется введением в сталь 0,2-0,6% A1. The satisfaction of the above requirements in the method is solved by limiting the activity of components (mainly sulfur, nitrogen, carbon) that form non-metallic inclusions that impede grain growth. As a rule, they strive to bind nitrogen into insoluble nitrides, which is realized by introducing 0.2-0.6% A1 into steel.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный способ получения изотропной электротехнической стали, включающий выплавку металла, внепечную обработку стали, разливку стали в слябы, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку горячекатанных рулонов, двукратную холодную прокатку и термообработку полосы [4]. The closest analogue to the claimed invention is a known method for producing isotropic electrical steel, including metal smelting, out-of-furnace steel processing, steel casting into slabs, heating slabs, hot rolling, winding of hot rolled coils, double cold rolling and strip heat treatment [4].

Техническим результатом изобретения является получение стабильно высоких магнитных свойств при одновременном удешевлении процесса изготовления. The technical result of the invention is to obtain stably high magnetic properties while reducing the cost of the manufacturing process.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства полос из электротехнической изотропной стали, включающем выплавку металла, внепечную обработку, разливку, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку горячекатанных рулонов, холодную прокатку и термообработку полосы, при этом нагрев слябов осуществляют до температуры 1100-1150^oC, температуру завершения горячей прокатки устанавливают в переделах 800-850^oC, а температуру смотки рулонов поддерживают в пределах 650-700^oC. В процессе внепечной обработки стали осуществляют вакуумирование нераскисленного металла с одновременной продувкой его через днище ковша до концентрации углерода менее 0,007%, с последующим легированием кремнием и алюминием и удалением серы путем наведения рафинирующего шлака. Термообработку полос осуществляют при температурах 880-950^oC с выдержкой в течение 1-5 минут в азотоводородной неувлажненной смеси. Холодную деформацию проводят в одну стадию.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for the production of strips of electrotechnical isotropic steel, including metal smelting, out-of-furnace processing, casting, heating of slabs, hot rolling, winding of hot rolled coils, cold rolling and heat treatment of the strip, while heating the slabs is carried out to a temperature of 1100- 1150 ^o C, the temperature of completion of hot rolling is set in the redistribution 800-850 ^o C, and coiling roll temperature was maintained in the range 650-700 ^o C. The process is carried out of furnace steel processing Waku mation non-deoxidized metal with simultaneous blowing it through the bottom of the ladle before the carbon concentration of less than 0.007%, followed by doping the silicon and aluminum, and removing the sulfur by moving the refining slag. The heat treatment of the bands is carried out at temperatures of 880-950 ^o C with exposure for 1-5 minutes in an unhydrated nitrogen-hydrogen mixture. Cold deformation is carried out in one stage.

В приведенных ниже примерах обосновывается эффективность описанных приемов улучшения и стабилизации магнитных свойств. The examples below substantiate the effectiveness of the described techniques for improving and stabilizing magnetic properties.

Пример 1. Металл (C 0,03-0,045%; Mn 0,15-0,22%; Si 1,35-1,60%; Al 0,3-0,5%; N 0,005-0,007%) выплавляли в кислородных конверторах емкостью 150 т; подвергали внепечной обработке с легированием в ковше, порционным вакуумированием, продувкой аргоном через фурму, далее разливали на машинах непрерывного литья на слябы толщиной 220 мм. Слябы нагревали в печах с шагающими балками до разных температур в пределах 1100-1150^oC, прокатывали на промежуточную толщину 30 мм. Температуру завершения чистовой деформации варьировали в пределах 800-850^oC, а температуру смотки полосы - 650-700^oC. Затем следовали травление полос, холодная прокатка с 2,2 до 0,5 мм и обезуглероживающий отжиг в атмосфере увлажненной азотоводородной смеси (H - 25%, N - 75%, температура точки росы - плюс 45^oC) при температуре 890-910^oC.Example 1. Metal (C 0.03-0.045%; Mn 0.15-0.22%; Si 1.35-1.60%; Al 0.3-0.5%; N 0.005-0.007%) was smelted in oxygen converters with a capacity of 150 tons; subjected to out-of-furnace treatment with alloying in a ladle, portioned evacuation, purging with argon through a lance, then it was cast on continuous casting machines into 220 mm thick slabs. The slabs were heated in walking-beam furnaces to various temperatures in the range of 1100-1150 ^° C, and rolled to an intermediate thickness of 30 mm. The final deformation completion temperature was varied in the range of 800-850 ^o C, and the strip winding temperature was 650-700 ^o C. Then the strips were etched, cold rolled from 2.2 to 0.5 mm and decarburized annealing in a humidified nitrogen-hydrogen mixture atmosphere (H - 25%, N - 75%, dew point temperature - plus 45 ^o C) at a temperature of 890-910 ^o C.

Основные результаты исследований представлены на фиг. 1-3. Из данных этих фигур следуют очевидные тенденции к улучшению магнитных свойств по мере уменьшения температуры нагрева слябов и завершения горячей прокатки, а также увеличения температуры смотки полос. The main research results are presented in FIG. 1-3. From the data of these figures, obvious trends toward an improvement in magnetic properties follow with decreasing heating temperature of the slabs and the completion of hot rolling, as well as an increase in the temperature of the strip winding.

Для получения требуемых магнитных свойств температура нагрева слябов не должна превышать 1150^oC. Нижний предел температуры нагрева (1100^oC) ограничен возможностями последующей деформации. Верхний предел температуры конца горячей прокатки составляет 850^oC (дальнейшее увеличение температуры приводит к ухудшению свойств), нижний - 800^oC - перегрузкой клетей чистовой группы. При температуре смотки полос более 650^oC горячекатанный прокат характеризуется достаточно крупнозернистой структурой (d_ср - 0,03-0,05 мм). Вместе с тем, при температуре смотки более 700^oC резко ухудшается травимость окалины, что вызывает известные трудности при травлении и холодной прокатке.To obtain the required magnetic properties, the heating temperature of the slabs should not exceed 1150 ^o C. The lower limit of the heating temperature (1100 ^o C) is limited by the possibilities of subsequent deformation. The upper limit of the temperature of the end of hot rolling is 850 ^o C (a further increase in temperature leads to deterioration of properties), the lower - 800 ^o C - by overloading the stands of the finishing group. At a coil winding temperature of more than 650 ^o C, the hot-rolled steel is characterized by a rather coarse-grained structure (d _cf - 0.03-0.05 mm). At the same time, at a winding temperature of more than 700 ^o C, the etchability of the scale sharply worsens, which causes known difficulties in etching and cold rolling.

Пример 2. Как и в примере 1, металл выплавляли в кислородных конверторах (C - 0,03%; S - 0,006%; Mn - 0,17%; Si - 1,54%; Al - 0,38%; N - 0,006%) и разливали на машинах непрерывного литья. Нагрев слябов осуществляли до температуры 1120^oС, горячую прокатку завершали при температуре 830^oC, смотку полос производили при температуре 670^oC. Таким образом, в рамках одного эксперимента использовали все три приема улучшения магнитных свойств.Example 2. As in example 1, the metal was smelted in oxygen converters (C - 0.03%; S - 0.006%; Mn - 0.17%; Si - 1.54%; Al - 0.38%; N - 0.006%) and was bottled on continuous casting machines. The slabs were heated to a temperature of 1120 ^o C, hot rolling was completed at a temperature of 830 ^o C, the strips were coiled at a temperature of 670 ^o C. Thus, in one experiment, all three methods of improving magnetic properties were used.

Высокий уровень свойств стали (B₂₅₀₀ - 1,63-1,64 Тл, ΔB₂₅₀₀ - 0,07-0,08 Тл, P_1,5/50 - 3,6-3,9 Вт/кг) иллюстрирует возможности процесса, реализация которого не требует использования специальных мер и может быть реализована практически на любом листопроизводящем заводе.The high level of steel properties (B ₂₅₀₀ - 1.63-1.64 T, ΔB ₂₅₀₀ - 0.07-0.08 T, P _{1.5 / 50} - 3.6-3.9 W / kg) illustrates the capabilities of the process , the implementation of which does not require the use of special measures and can be implemented in almost any sheet-producing plant.

Еще большими возможностями обладает технология, при которой операция удаления углерода при термообработке может быть исключена из технологического цикла, а рекристализационный отжиг осуществлен при низком окислительном потенциале атмосферы, что следует из примера 3. The technology has even greater possibilities, in which the operation of carbon removal during heat treatment can be excluded from the technological cycle, and recrystallization annealing is carried out at a low oxidative potential of the atmosphere, which follows from example 3.

Пример 3. Выплавленный в конверторе металл (сталь, содержащую 0,035% C) в нераскисленном состоянии подвергали вакуумной обработке на установке порционного типа с одновременной продувкой аргоном через пористые пробки в днище ковша, что значительно интенсифицировало процесс удаления углерода. Остаточная концентрация углерода составила 0,004% (без продувки - 0,01%). Затем производили легирование металла кремнием и алюминием, наводили рафинирующий шлак присадками извести и плавикового шпата (1,0-1,5% от веса металла), и осуществляли нагрев металла в печи-ковше до 1600^oC и его перемешивание со шлаком за счет дополнительной продувки аргоном. Перед разливкой металл содержал 0,004-0,006% C; 0,004-0,008% S; 1,45-1,52% Si; 0,38-0,49% Al; 0,005-0,007% N. Нагрев слябов, горячую прокатку и смотку полосы производили, соответственно, при температурах 1120, 820, 680^oC. Концентрация углерода в горячекатанных полосах составляла 0,002-0,004%, что позволило при завершающем обезуглероживающем отжиге уменьшить окислительный потенциал атмосферы (H - 25%, N - 75%, температура точки росы - минус 5-10^oC). Эти приемы способствовали дальнейшему уменьшению магнитных потерь P_1,5/50 до 3,3-3,6 Вт/кг и увеличению индукции B₂₅₀₀ до 1,63-1,65 Тл.Example 3. The metal melted in the converter (steel containing 0.035% C) in the unoxidized state was subjected to vacuum treatment in a batch type unit with simultaneous argon purging through porous plugs in the bottom of the ladle, which significantly intensified the carbon removal process. The residual carbon concentration was 0.004% (without purging, 0.01%). Then, the metal was alloyed with silicon and aluminum, refining slag was added with lime and fluorspar additives (1.0-1.5% by weight of metal), and the metal was heated in a ladle furnace to 1600 ^° C and mixed with slag due to additional argon purge. Before casting, the metal contained 0.004-0.006% C; 0.004-0.008% S; 1.45-1.52% Si; 0.38-0.49% Al; 0.005-0.007% N. Slabs were heated, hot rolled, and the strip was rewound, respectively, at temperatures of 1120, 820, 680 ^° C. The carbon concentration in the hot rolled strips was 0.002-0.004%, which made it possible to reduce the oxidizing potential of the atmosphere during the final decarburization annealing ( H - 25%, N - 75%, dew point temperature - minus 5-10 ^o C). These techniques contributed to a further decrease in the magnetic losses P _{1.5 / 50} to 3.3-3.6 W / kg and an increase in the induction of B ₂₅₀₀ to 1.63-1.65 T.

Описанные выше закономерности подтверждаются также и при производстве высоколегированной стали. The regularities described above are also confirmed in the production of high alloy steel.

Пример 4. Выплавленный металл с концентрацией углерода 0,038%, полученный в конверторе, подвергали порционному вакуумированию с продувкой металла аргоном через шибер в днище ковша. Концентрация углерода в результате вакуумирования уменьшилась до 0,008%. После вакуумирования металл через шиберный затвор переливали во второй ковш, на дно которого предварительно были загружены ферросилиций, алюминий и твердый синтетический шлак (CaO 20%, CaF 20%). После перелива металл содержал: C 0,008%; Mn 0,16%; Si 3,12%; Al 0,93%; S 0,002%; N 0,007%. Слитки весом в 12 т прокатывали на обжимном стане на слябы весом 4,8 т, которые нагревали перед прокаткой до 1100^oC. После черновой прокатки (толщина раската 24 мм) полосы догревали в специальных проходных печах и прокатывали в широкополосовом стане на толщину 2,2 мм. Температура конца горячей прокатки составляла 830^oC, температура смотки полосы-650^oC. В дальнейшем, после травления металл прокатывали на толщину 0,5 и 0, 35 мм и подвергали обезуглероживающему отжигу при температуре 940-950^oC в увлажненной азото-водородной смеси (H-25%, N- 75%, температура точки росы-плюс 45^oC).Example 4. Smelted metal with a carbon concentration of 0.038%, obtained in the converter, was subjected to batch vacuum with metal purging with argon through a gate in the bottom of the bucket. The carbon concentration as a result of evacuation decreased to 0.008%. After evacuation, the metal was poured through a slide gate into a second bucket, onto the bottom of which ferrosilicon, aluminum, and solid synthetic slag (CaO 20%, CaF 20%) were preliminarily loaded. After overflow, the metal contained: C 0.008%; Mn 0.16%; Si 3.12%; Al 0.93%; S 0.002%; N, 0.007%. Ingots weighing 12 tons were rolled on a crimping mill on slabs weighing 4.8 tons, which were heated to 1100 ^° C before rolling. After rough rolling (roll thickness 24 mm), the strips were heated in special continuous furnaces and rolled in a broadband mill to a thickness of 2, 2 mm. The temperature of the end of hot rolling was 830 ^o C, the temperature of the strip winding was 650 ^o C. Later, after etching, the metal was rolled to a thickness of 0.5 and 0.35 mm and subjected to decarburization annealing at a temperature of 940-950 ^o C in humidified nitrogen-hydrogen mixtures (H-25%, N-75%, dew point temperature-plus 45 ^o C).

Готовый металл характеризовался следующим уровнем магнитных свойств (cм. таблицу). The finished metal was characterized by the following level of magnetic properties (see table).

Отметим, что благодаря уменьшению содержания углерода и ограничению температуры прокатки, пластичность полос была вполне достаточной для того, чтобы деформировать металл, содержащий суммарную концентрацию кремния и алюминия более 4%, до толщины 0,35 мм. Note that due to a decrease in the carbon content and a limitation of the rolling temperature, the ductility of the strips was quite sufficient to deform the metal containing the total concentration of silicon and aluminum of more than 4% to a thickness of 0.35 mm.

Таким образом, использование приемов, описанных в настоящем изобретении, позволяет получить высокий уровень качественных показателей при разной степени легирования электротехнической изотропной холоднокатанной стали. Thus, the use of the techniques described in the present invention allows to obtain a high level of quality indicators with varying degrees of alloying of electrotechnical isotropic cold rolled steel.

Использованная литература
1. Цырлин М.Б. Автореферат докторской диссертации "Принципы и методы модифицирования и управления структурой электротехнических сталей", Москва, 1997.References
1. Tsyrlin M.B. Abstract of a doctoral dissertation "Principles and methods of modifying and controlling the structure of electrical steel", Moscow, 1997.

2. Патент US 4066479, НКИ 148-11. H 01 F 1/04. 2. Patent US 4066479, NKI 148-11. H 01 F 1/04.

3. Патент US 4204890, НКИ 148-11. H 01 F 1/04. 3. Patent US 4204890, NKI 148-11. H 01 F 1/04.

4. A.C. SU 1507822 Al, C 21 D 8/12, 15.09.1989. 4. A.C. SU 1507822 Al, C 21 D 8/12, 09/15/1989.

Claims (4)

1. Способ производства полос из электротехнической изотропной стали, включающий выплавку металла, внепечную обработку, разливку, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку горячекатаных рулонов, холодную прокатку и термообработку полосы, отличающийся тем, что нагрев слябов осуществляют до 1100-1150^oC, температуру завершения горячей прокатки устанавливают в пределах 800-850^oC, а температуру смотки рулонов поддерживают в пределах 650-700^oC.1. A method of manufacturing strips of electrical isotropic steel, including metal smelting, out-of-furnace processing, casting, heating of slabs, hot rolling, winding of hot rolled coils, cold rolling and heat treatment of a strip, characterized in that the heating of the slabs is carried out to 1100-1150 ^o C, temperature the completion of hot rolling is set in the range of 800-850 ^o C, and the temperature of the winding rolls is maintained in the range of 650-700 ^o C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе внепечной обработки стали осуществляют вакуумирование нераскисленного металла с одновременной продувкой его через днище ковша до концентрации углерода менее 0,007%, с последующим легированием кремнием и алюминием и удалением серы путем наведения рафинирующего шлака. 2. The method according to claim 1, characterized in that in the process of out-of-furnace steel processing, non-deoxidized metal is evacuated while it is blown through the bottom of the ladle to a carbon concentration of less than 0.007%, followed by doping with silicon and aluminum and removal of sulfur by refining slag. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что термообработку полос осуществляют при температурах 880-950^oC с выдержкой в течении 1 - 5 мин в азото-водородной неувлажненной смеси.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the heat treatment of the bands is carried out at temperatures of 880-950 ^o C with exposure for 1 to 5 minutes in a nitrogen-hydrogen wet mixture. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что холодную прокатку проводят в одну стадию. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cold rolling is carried out in one stage.

Images