Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к производству электротехнической стали.

Из предшествующего уровня техники известно, что для формирования в электротехнической стали острой ребровой текстуры, во многом определяющей уровень магнитных свойств готовой стали, зеренную структуру металла на промежуточных этапах передела стабилизируют дисперсными неметаллическими включениями сульфидов марганца (сульфидный вариант) или нитридов алюминия (нитридный вариант). Стабилизирующую роль могут выполнять только включения, выделяющиеся при горячей прокатке слябов, когда в связи с быстрым охлаждением полос подавлен процесс коалесценции включений. Соответственно, при нагреве слябов перед горячей прокаткой фазообразующие элементы (сера, азот) должны быть переведены в твердый раствор.

При сульфидном варианте производства для этого требуется увеличение температуры нагрева слябов до 1400^oC, что связано с рядом негативных процессов (оплавление поверхности и необходимость удаления окалины, повышенный расход энергетических ресурсов, необходимость двустадийной черновой горячей прокатки и обусловленное этим снижение производительности труда), см. H.C. Fiedler, IEEE Trans. Mag-15, 6, 1604 (1979 г.)[1].

Этих недостатков лишен нитридный вариант, см N. Takahashi, Y. Ushigami and Y. Suga, IEEE Trans. Mag- 22, 4, 490 (1986) [2], при котором возможно снижение температуры нагрева слябов до значения (< 1270^oC), при которых не происходит оплавление поверхности, что обеспечивает его преимущества в части экономии материальных (увеличение годного), энергетических (экономия газа) и трудовых (не требуется двустадийная прокатка и нагрев слябов) ресурсов, а также снижает экологическую нагрузку на процесс в целом. Нитридный вариант в настоящее время постепенно вытесняет сульфидный при производстве трансформаторной стали массового потребления, см. К. lwayata, К. Ueno and Н. Nakayama, J. Appl. Phys., vol.63, 8, 2971 (1988) [3] и Y. Shimzu, Н. Shishido, Y. ltoh and Н. Shimanaka, Japanese Patent N 156691 [4].

Практика нитридного варианта показывает, что совершенство текстуры и уровень магнитных свойств готового металла зависит не только от концентрации алюминия и температуры нагрева слябов, но и от концентрации азота G. Choi, C. Lee, J. Woo, В. Hong, European Patent Application N 95900316.1 (1994г). [5] и соотношения между алюминием и азотом. Только в случае оптимального сочетания этих компонентов можно реализовать весьма высокий потенциал нитридного варианта.

Наиболее близким решением аналогичной задачи техники (максимальной реализации потенциала нитридного варианта) является Российская заявка на выдачу патента от 07.08.1996 N 96116387/02, М.кл.⁶ C 21 D 1/78 (опубликованная в БИ 33/98 [6], принятая в качестве прототипа.

Анализ результатов обработки стали с нитридным ингибированием и низкотемпературным (< 1270^oC) нагревом слябов показывает, что максимально допустимая концентрация азота при нитридном варианте зависит от конечной толщины стали. Так, при переделе на лист толщиной 0.35 мм достаточно иметь 0.065 - 0.008 мас.% азота; при уменьшении конечной толщины листа до 0.30 мм, концентрация азота должна быть увеличена до 0.008 - 0.010 мас.%; - до 0.27 мм - 0.010 - 0.011 мас.%; - до 0.23 мм - 0.012 - 0.013 мас.%; лучшие результаты достигаются при соотношении между алюминием и азотом в пределах 1.7-0.8, при этом концентрация кислоторастворимого алюминия должна быть в пределах 0.011-0.016 мас. %; - при увеличении концентрации азота в области значений сверхравновесных с алюминием (Al/N менее 1.65), свойства стали во всем диапазоне толщин остаются достаточно высокими, однако, при чрезмерном увеличении азота (Al/N менее 0.6, при концентрации азота более 0.013 мас.%) возрастает вероятность деградации макроструктуры слябов и прорыва их корки на начальных этапах разливки. По этой причине концентрация азота должна быть необходимой и достаточной для обеспечения успешного протекания вторичной рекристаллизации и получения удовлетворительной макроструктуры слябов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение и стабилизация магнитных свойств стали и уменьшение затрат на ее изготовление.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе производства электротехнической стали, включающим выплавку в металлургическом агрегате стали, содержащей углерод, кремний, марганец, растворимый в кислоте алюминий, медь, азот, серу, разливку стали, последующую горячую прокатку с нагревом слябов до определенной температуры, холодную прокатку до требуемой конечной толщины стальных полос и термообработку с нанесением термостойкого и электроизоляционного покрытий, согласно изобретению, исходя из требуемой конечной толщины стальных полос, соотношение между содержанием в стали алюминия и азота поддерживают в пределах 0.9-1.6, а при горячей прокатке слябы нагревают до температуры 1230-1270^oC. В предпочтительных вариантах реализации изобретения, при изготовлении стальных полос с конечной толщиной в пределах 0.23-0.35 мм, уменьшение толщины полосы на каждые 0.01 мм, начиная от 0.35 мм, должно сопровождаться уменьшением на 0.05 величины соотношения между содержанием в стали алюминия и азота; соотношение между содержанием в стали алюминия и азота в указанном интервале поддерживают путем дополнительного введения в сталь азота при ее разливке за счет подачи на расплав азото-аргонной газовой смеси, при этом соотношение между азотом и аргоном в смеси определяют в зависимости от разницы между требуемой конечной и исходной концентрациями азота в расплаве, с учетом того, что увеличение содержания азота в газовой смеси на каждые 10-15% увеличивает концентрацию азота в расплаве стали на 0.001%.

Указанные закономерности подтверждаются экспериментами, проведенными в промышленных условиях. Металл выплавляли в кислородных конверторах, корректировку состава проводили на агрегате, оборудованном фурмой для продувки металла аргоном, регулирование концентрации азота осуществляют либо продувкой металла азотом в ковше, либо присадкой азотированных ферросплавов, либо подачей азотсодержащих газов при разливке металла. Металл нагревают в печах с шагающими балками, прокатывают на непрерывном широкополосном стане "2000". Затем горячекатаные полосы подвергали травлению, первой холодной прокатке на толщину 0,6 - 0,7 мм, обезуглероживающему отжигу, второй холодной прокатке, обезжириванию с последующим нанесением суспензии термостойкого покрытия, высокотемпературному отжигу и отжигу для выпрямления рулонной кривизны с нанесением на полосы электроизоляционного покрытия.

Количественные закономерности между концентрациями алюминия и азота и отношением этих элементов в литой стали, с одной стороны, и магнитными свойствами готовой стали разных толщин, с другой стороны, представлены в таблице.

Данные таблицы подтверждают значительную зависимость магнитных свойств от основных фазообразующих элементов (Al, N). При низкой концентрации азота (плавки 1, 2 и 4) и сравнительно высоком отношении Al/N невозможно получить высокие свойства во всем диапазоне толщин. При увеличении азота до 0,008% и уменьшении отношения Al/N до 1.65 свойства стали толщиной 0,35 мм улучшаются (плавка 3).

Высокие магнитные свойства стали при толщине полос 0,35 и 0,30 мм обеспечиваются в металле плавки 5, характеризующейся дальнейшим увеличением содержания азота и уменьшения Al/N (1, 3). Эта тенденция ярко проявляется при дальнейшем снижении отношения Al/N, когда процесс текстурообразования распространяется на сталь толщиной 0,27 мм (плавка 6) и 0,23 мм (плавка 7).

В связи с чрезвычайной чувствительностью процессов структурообразования в расплаве стали к концентрации фазообразующих элементов (Al и N) и их отношению, корректировку содержания азота в соответствии с фактической концентрацией алюминия целесообразно проводить на завершающей стадии технологической цепи. Лучшие результаты получены при подаче азота в процессе разливки металла в виде аргоно-азотной смеси вместо аргона. Концентрация азота в смеси выбирается в зависимости от требуемого уровня насыщения стали азотом. Установлено, что для увеличения азота в стали на каждые 0.001% содержание азота в газе должно увеличиваться на 10-15%.

Сочетание вышеприведенных параметров состава стали и способа их достижения с учетом назначения стали (толщина готового металла) позволяет получить стабильные магнитные свойства стали по нитридному варианту технологии ее производства.