Способ производства электротехнической анизотропной стали с высокими характеристиками адгезии и коэффициента сопротивления электроизоляционного покрытия

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству электротехнической анизотропной стали (ЭАС) с высокими характеристиками адгезии и коэффициента сопротивления электроизоляционного покрытия, используемой для изготовления силовых и распределительных магнитопроводов трансформаторов.

Формирование грунтового слоя на поверхности полос ЭАС является необходимым условием получения качественного электроизоляционного покрытия с высокими техническими характеристиками (адгезия и коэффициент сопротивления электроизоляционного покрытия).

Грунтовый слой на поверхности полос ЭАС формируется в процессе высокотемпературного отжига (ВТО) в колпаковых печах при температуре 800-1050°C на основе слоя термостойкого покрытия, нанесенного на полосу непосредственно перед отжигом, и силиката железа, сформировавшегося в приповерхностных слоях полосы в процессе предшествующего обезуглероживающе-рекристаллизационного отжига [1].

Обычно для нанесения термостойкого покрытия используют водную суспензию активного оксида магния.

В процессе приготовления суспензии часть активного оксида магния взаимодействует с водой и образует гидроксид, который при нагревании в процессе высокотемпературного отжига разлагается и образует в межвитковом пространстве плотно смотанных рулонов пары воды.

От количества водяного пара, выделившегося в процессе дегидратации термостойкого покрытия, зависит окислительный потенциал межвитковой атмосферы при ВТО. Поддержание оптимального окислительного потенциала является необходимым условием качественного грунтового слоя [2]. При высоком окислительном потенциале атмосферы формируется грунтовый слой с высоким содержанием оксидов железа, что ухудшает адгезию и товарный вид электроизоляционного покрытия. При низком окислительном потенциале оксид магния, не вступивший в реакцию, спекается на поверхности полосы и не удаляется при промывке полосы после ВТО, образуя дефекты в виде белесых полос и точек. Таким образом, характеристики термостойкого покрытия оказывают основное влияние на формирование грунтового слоя.

Регулирование окислительного потенциала проводится различными способами:

- регулированием длительности выдержки рулонов при ВТО в интервале температур разложения гидроксида магния;

- регулированием содержания водорода в атмосфере ВТО;

- введением в состав суспензии химических добавок, выделяющих в процессе ВТО гидроксил-ионы и хлорид-ионы.

Все эти способы недостаточно эффективны по следующим причинам - значительный градиент температуры как по сечению, так и по высоте рулона при ВТО; низкая газопроницаемость плотно смотанного рулона; неравномерное распределение гидроксил-ионов и хлорид-ионов, выделяющихся при разложении химических добавок, вследствие различной плотности смотки в рулоне из-за наличия дефектов геометрии полосы.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип к предложенному изобретению является способ производства электротехнической анизотропной стали, приведенный в патенте РФ №2380433, в котором для улучшения характеристик электроизоляционного покрытия на готовой стали используют введение в состав термостойкого покрытия компонентов кремнезема SiO₂ и гидроксида магния Mg(OH)₂.

Способ включает выплавку стали, горячую прокатку, двух- или однократную холодную прокатку полосы, обезуглероживающий отжиг в промежуточной или конечной толщине, травление полос перед нанесением термостойкого покрытия, нанесение термостойкого покрытия, содержащего оксид магния MgO, кремнезем SiO₂ и гидроксид магния Mg(OH)_{2 при следующем соотношении компонентов (мас.ч.) 100:0,1-0,5:6-9 соответственно, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги. Однако, в этом способе не учитываются следующие аспекты:}

- формирование грунтового слоя проходит на основе пленки фаялита, образовавшегося в результате окисления поверхности металла в процессе высокотемпературного отжига парами воды, выделившимися при разложении гидроксида магния Mg(OH)₂;

- пленка фаялита, сформированная таким образом, при отжиге в плотно-смотанном рулоне в колпаковой печи, имеет неравномерный характер по длине и ширине рулона, в отличие от пленки фаялита, сформированной при отжиге стальной полосы в проходной печи;

- вышеизложенные обстоятельства приводят к формированию неоднородного грунтового слоя по длине и ширине стальной полосы в рулоне при ВТО, и, как следствие, к производству продукции с нестабильными характеристиками адгезии и коэффициента сопротивления электроизоляционного покрытия.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества грунтового покрытия и, как следствие, получения качественного электроизоляционного покрытия с высокими техническими характеристиками (адгезия и коэффициент сопротивления электроизоляционного покрытия) на готовой ЭАС.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе производства ЭАС в состав термостойкого покрытия на основе оксида магния (MgO) вводят неактивные оксиды кремния (SiO₂), магния (MgO), или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

В качестве неактивного оксида магния может применяться вторичный оксид магния, удаленный с поверхности полос, прошедших ВТО.

Применение неактивных оксидов в составе термостойкого покрытия обеспечивает стабилизацию окислительного потенциала в межвитковом пространстве рулона в интервале температур формирования грунтового покрытия 800-1050°C.

Стабильность суспензии и ее равномерное нанесение на полосу при использовании инертных MgO и SiO₂ обеспечивается добавкой нанодисперсного порошка пирогенного диоксида кремния (аэросила).

На основании проведенных лабораторных и промышленных опытов установлены граничные условия содержания неактивных оксидов магния и кремния.

Нижний предел содержания инертных оксидов магния и кремния обусловлен следующей причиной - снижение их содержания ниже 5 вес.ч. приводит к увеличению окислительного потенциала в межвитковом пространстве и, как следствие, к формированию неоднородного грунтового слоя с высоким содержанием оксидов железа (ухудшение товарного вида, адгезии коэффициента сопротивления электроизоляционного покрытия).

Верхний предел содержания неактивных оксидов магния и кремния обусловлен следующими причинами:

- увеличение содержания неактивных оксидов магния и кремния выше 35 вес.ч. приводит к снижению окислительного потенциала в межвитковом пространстве и, как следствие, к спеканию на поверхности полосы оксида магния и получению дефектов в виде белесых полос и точек, также приводящих к ухудшению товарного вида, адгезии коэффициента сопротивления электроизоляционного покрытия;

- снижением технологичности приготовления суспензии и, как следствие, дополнительным ухудшением качества электроизоляционного покрытия на готовой ЭАС.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявленного способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Применение изобретения позволяет улучшить адгезию электроизоляционного покрытия и повысить коэффициент электроизоляционного покрытия готовой ЭАС на 10-20 Ом⋅см².

Ниже приведены варианты осуществления изобретения, не исключающие другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример

Серию плавок выплавляли в 150-тонных конвертерах (состав, мас.%: 3,10-3,14% Si, 0,032-0,-034% C, 0,003-0,004% S, 0,50-0,51% Cu, 0,015-0,017% Al, 0,010-0,011% N) разливали на УНРС на слябы, которые нагревались в нагревательных печах до температуры 1240-1260°C и затем прокатывались на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки на полосы толщиной 2,5 мм. Горячекатаные полосы проходили травление. Травленые полосы подвергали двукратной холодной прокатке (на 4-клетевом стане «Тандем» на толщину 0,70 мм и реверсивном стане на толщину 0,27 мм). На холоднокатаные полосы после 2-й холодной прокатки наносили термостойкое покрытие. Затем полосы с нанесенным термостойким покрытием проходили высокотемпературный отжиг для проведения вторичной рекристаллизации. После высокотемпературного отжига в линии агрегата электроизоляционного покрытия на полосы наносили электроизоляционное покрытие и проводили выпрямляющий отжиг. После завершающей обработки производили измерения адгезии и коэффициента сопротивления электроизоляционного покрытия.

Результаты адгезии и коэффициента сопротивления электроизоляционного покрытия электротехнической анизотропной стали, произведенной по известному и заявляемому способам, приведены в таблице 1.

Как показывают приведенные результаты, наилучшие характеристики электроизоляционного покрытия имеет прокат готовой электротехнической анизотропной стали, нанесение термостойкого покрытия на который произведено в соответствии с заявляемым способом.