|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ изготовления холоднокатаного листа из Fe-Si стали, включающий последовательные стадии, на которых выплавляют сталь состава, содержащего в мас.%: 2,8 ≤Si ≤4; 0,4 ≤Cu ≤0,6; 0,05 ≤Mn ≤0,4; 0,001 ≤Al ≤0,04; 0,025 ≤C ≤0,05; 0,005 ≤N ≤0,02; 0,005 ≤Sn ≤0,03; S <0,015; и, необязательно, Ti, Nb, V или В в сумме менее 0,02 с соблюдением следующих соотношений: Mn/Sn ≤40; 2,0 ≤C/N ≤5,0; Al/N ≥1,20 и остальное Fe и другие неизбежные примеси; изготавливают сляб, толщина которого не превышает 80 мм, так, чтобы после твердения поверхность указанного сляба не охлаждалась ниже 850°C в течение более 5 мин; повторно нагревают указанный сляб до температуры 1080-1200°C в течение по меньшей мере 20 мин; затем проводят горячую прокатку указанного сляба с первым обжатием по толщине, причем температура указанного сляба составляет более 1060°C, и последним обжатием по толщине выше температуры чистовой прокатки 950°C, чтобы получить горячекатаную полосу; охлаждают указанную полосу до температуры 500-600°C в течение менее 10 с; затем наматывают горячекатаную полосу, в которой менее 60% растворимого в кислоте Al находится в форме выделений в горячекатаной полосе, причем указанные выделения вообще не содержат выделения AlN с размером 5-15 нм; затем очищают ее поверхность; затем проводят стадию первой холодной прокатки горячекатаной полосы со степенью обжатия холодной прокатки по меньшей мере 60% без предварительного отжига указанной горячекатаной полосы; затем выполняют отжиг первичной рекристаллизации при температуре T 1 между 780 и 920°C, в котором сталь выдерживают при T 1 в течение минимального времени t 1 2 мин в атмосфере, состоящей из смеси водорода, азота и паров воды, затем охлаждают до комнатной температуры так, чтобы получить содержание углерода в стали ниже 0,004% и первичный средний размер зерна ниже 16 мкм после охлаждения; проводят вторую стадию холодной прокатки со степенью обжатия холодной прокатки по меньшей мере 50% для получения холоднокатаного стального листа конечной толщины; наносят слой изолирующего сепаратора на поверхность указанного холоднокатаного стального листа; выполняют вторичный отжиг изолированного холоднокатаного стального листа в атмосфере, содержащей водород и азот, при скорости нагрева V 1 стали ниже 15°C/ч между 600 и 1150°C, температуру листа сохраняют при минимальной температуре T 2 1150°C в течение минимального времени t 2 600 мин, общее время отжига выше 120 ч, чтобы снизить содержание каждого элемента из серы и азота ниже 0,001% и получение вторичного среднего размера зерна ниже 15 мм; затем выполняют медленное охлаждение до комнатной температуры. 2. Способ по п.1, в котором содержание серы в стали составляет менее 0,010%. 3. Способ по п.1 или 2, в котором содержание углерода в стали составляет 0,025-0,032%. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный сляб отливают с минимальной скоростью 4,0 м/мин. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором температура указанной чистовой прокатки составляет по меньшей мере 980°C. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором лист из текстурированной стали покрывают изоляционным покрытием и покрытием, создающим напряжение при растяжении, на основе эмульсии коллоидного диоксида кремния. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором после отжига первичной рекристаллизации содержание углерода в стали составляет менее 0,0025%. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором после первичного отжига первичный средний размер зерна составляет менее 10 мкм. 9. Способ по любому из пп.1-8, в котором после вторичного отжига вторичный средний размер зерна составляет менее 10 мм. 10. Лист из текстурированной стали, полученный способом по любому из пп.1-9, имеющий значение индукции при 800 А/м более 1,870 Тл и потери в сердечнике менее 1,3 Вт/кг при удельной магнитной индукции 1,7 Тл. 11. Силовой трансформатор, включающий детали, выполненные из листа из текстурированной стали по п.10.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ изготовления холоднокатаного листа из Fe-Si стали, включающий последовательные стадии, на которых выплавляют сталь состава, содержащего в мас.%: 2,8 ≤Si ≤4; 0,4 ≤Cu ≤0,6; 0,05 ≤Mn ≤0,4; 0,001 ≤Al ≤0,04; 0,025 ≤C ≤0,05; 0,005 ≤N ≤0,02; 0,005 ≤Sn ≤0,03; S <0,015; и, необязательно, Ti, Nb, V или В в сумме менее 0,02 с соблюдением следующих соотношений: Mn/Sn ≤40; 2,0 ≤C/N ≤5,0; Al/N ≥1,20 и остальное Fe и другие неизбежные примеси; изготавливают сляб, толщина которого не превышает 80 мм, так, чтобы после твердения поверхность указанного сляба не охлаждалась ниже 850°C в течение более 5 мин; повторно нагревают указанный сляб до температуры 1080-1200°C в течение по меньшей мере 20 мин; затем проводят горячую прокатку указанного сляба с первым обжатием по толщине, причем температура указанного сляба составляет более 1060°C, и последним обжатием по толщине выше температуры чистовой прокатки 950°C, чтобы получить горячекатаную полосу; охлаждают указанную полосу до температуры 500-600°C в течение менее 10 с; затем наматывают горячекатаную полосу, в которой менее 60% растворимого в кислоте Al находится в форме выделений в горячекатаной полосе, причем указанные выделения вообще не содержат выделения AlN с размером 5-15 нм; затем очищают ее поверхность; затем проводят стадию первой холодной прокатки горячекатаной полосы со степенью обжатия холодной прокатки по меньшей мере 60% без предварительного отжига указанной горячекатаной полосы; затем выполняют отжиг первичной рекристаллизации при температуре T 1 между 780 и 920°C, в котором сталь выдерживают при T 1 в течение минимального времени t 1 2 мин в атмосфере, состоящей из смеси водорода, азота и паров воды, затем охлаждают до комнатной температуры так, чтобы получить содержание углерода в стали ниже 0,004% и первичный средний размер зерна ниже 16 мкм после охлаждения; проводят вторую стадию холодной прокатки со степенью обжатия холодной прокатки по меньшей мере 50% для получения холоднокатаного стального листа конечной толщины; наносят слой изолирующего сепаратора на поверхность указанного холоднокатаного стального листа; выполняют вторичный отжиг изолированного холоднокатаного стального листа в атмосфере, содержащей водород и азот, при скорости нагрева V 1 стали ниже 15°C/ч между 600 и 1150°C, температуру листа сохраняют при минимальной температуре T 2 1150°C в течение минимального времени t 2 600 мин, общее время отжига выше 120 ч, чтобы снизить содержание каждого элемента из серы и азота ниже 0,001% и получение вторичного среднего размера зерна ниже 15 мм; затем выполняют медленное охлаждение до комнатной температуры. 2. Способ по п.1, в котором содержание серы в стали составляет менее 0,010%. 3. Способ по п.1 или 2, в котором содержание углерода в стали составляет 0,025-0,032%. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный сляб отливают с минимальной скоростью 4,0 м/мин. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором температура указанной чистовой прокатки составляет по меньшей мере 980°C. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором лист из текстурированной стали покрывают изоляционным покрытием и покрытием, создающим напряжение при растяжении, на основе эмульсии коллоидного диоксида кремния. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором после отжига первичной рекристаллизации содержание углерода в стали составляет менее 0,0025%. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором после первичного отжига первичный средний размер зерна составляет менее 10 мкм. 9. Способ по любому из пп.1-8, в котором после вторичного отжига вторичный средний размер зерна составляет менее 10 мм. 10. Лист из текстурированной стали, полученный способом по любому из пп.1-9, имеющий значение индукции при 800 А/м более 1,870 Тл и потери в сердечнике менее 1,3 Вт/кг при удельной магнитной индукции 1,7 Тл. 11. Силовой трансформатор, включающий детали, выполненные из листа из текстурированной стали по п.10.
Евразийское
патентное
ведомство
028436
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201500183
(22) Дата подачи заявки
2013.07.30
(51) Int. Cl.
C21D 8/12 (2006.01) C22C 38/00 (2006.01) C22C 38/02 (2006.01) C22C 38/04 (2006.01) C22C 38/16 (2006.01)
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТА ИЗ ТЕКСТУРИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ ИЗ ЛИСТА КРЕМНИСТОЙ ТЕКСТУРИРОВАННОЙ СТАЛИ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
(31) PCT/IB2012/001475
(32) 2012.07.31
(33) IB
(43) 2015.06.30
(86) PCT/IB2013/001657
(87) WO 2014/020406 2014.02.06
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
АРСЕЛОРМИТТАЛЬ ИНВЕСТИГАСЬОН И ДЕСАРРОЛЛО, С.Л. (ES)
(72) Изобретатель:
Габор Бан, Ван де Путте Том (DE)
(74) Представитель:
Воль О.И. (RU)
(56) WO-A1-9846802
US-A1-2010300583
EP-A1-0709470
EP-A1-2390373
EP-A1-2272995
US-A-5759294
WO-A1-2011105054
KUBOTA T. ET AL.: "Recent progress and future trend on grain-oriented silicon steel", JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, vol. 215-216, 1 June 2000 (2000-06-01), pages 69-73, XP004201301, ISSN: 0304-8853, DOI: 10.1016/S0304-8853(00)00069-X, abstract
(57) Настоящее изобретение относится к способу изготовления листа из текстурированной Fe-Si стали со значением индукции при 800 А/м более 1,870 Тл и потерями в сердечнике менее 1,3 Вт/кг при удельной магнитной индукции 1,7 Тл. Химический состав стали включает, мас.%: 2,8 1,20, остальное Fe и другие неизбежные примеси.
Настоящее изобретение относится к способу изготовления текстурированной электротехнической Fe-Si стали с магнитными свойствами. Такой материал используется, например, в производстве трансформаторов.
Придание магнитных свойств Fe-Si текстурированной стали является наиболее экономичным источником магнитной индукции. С точки зрения химического состава, добавление кремния к железу является очень распространенным способом увеличения электрического сопротивления, следовательно, улучшения магнитных свойств, а также одновременного снижения общих потерь мощности. В настоящее время сосуществуют два семейства структур стали для электрооборудования: текстурированные и нетек-стурированные стали.
Так называемая текстура Госса {110} <001> придает замечательные магнитные свойства текстурированной стали, когда кристаллографическая плоскость {110}, в идеале, параллельна плоскости прокатки и кристаллографическое направление <001> , в идеале, параллельно направлению прокатки. Последнее направление прокатки соответствует направлению легкого намагничивания.
Зерна феррита, которые составляют основу текстурированной Fe-Si стали и имеющие кристаллографическую ориентацию, близкую к идеальной {110} <001> , обычно называют зерном Госса.
Следующие свойства используются для оценки эффективности электротехнических сталей, когда речь идет о магнитных свойствах:
магнитная индукция, выраженная в Тесла (Тл), которая будет обозначаться J800 в данном документе, поскольку ее измеряют в магнитном поле 800 А/м. Такое значение указывает, насколько близка ориентировка зерна к текстуре Госса, чем выше, тем лучше;
потери энергии в сердечнике выражаются в Вт/кг, измеренные при удельной магнитной индукции, выраженной в Тл, и рабочей частотой в Герцах. Чем ниже суммарные потери, тем лучше.
Большое число металлургических параметров может влиять на вышеуказанные свойства и наиболее распространенными из них являются текстура материала, размер зерна феррита, размер и распределение выделений, толщина материала, изолирующее покрытие и конечная поверхностная термическая обработка. Кроме того, термомеханическая обработка от отливки до конечной поверхностной термообработки имеет важное значение для достижения искомых характеристик.
С одной стороны, что касается листов с высокой плотностью магнитного потока, документ EP 2077164 раскрывает способ изготовления текстурированных кремнистых сортов стали с В10> 1,90 Тл С: 0,010-0,075%, Si: 2,95-4,0%, растворимый в кислоте Al: 0,010-0,040%, N: 0,0010-0,0150% и один или оба элемента из S и Se 0,005-0,1%, остальное - Fe и неизбежные примеси. Полоса, полученная после литья, имеет толщину в диапазоне 20-70 мм. Один из следующих элементов может быть добавлен к вышеприведенному химическому составу: Sb: 0,005-0,2%, Nb: 0,005-0,2%, Mo: 0,003-0,1, Cu: 0,02-0,2% и Sn: 0,020,3%. Минимальная допустимая температура перед горячей прокаткой составляет 1200°C. Такая технологическая схема является довольно энергоемкой, так как сохранение полосы выше 1200°C или даже 1250°C после литья потребует больше энергии, даже если полосу сразу же подвергают горячей прокатке.
С другой стороны, US 2009/0301157 относится к способу и системе для изготовления горячекатаной полосы кремнистой легированной стали для дальнейшей переработки в лист текстурированной стали. Сляб после отливки имеет максимальную толщину 120 мм. В изобретении необходима температура отливки на входе линии горячей прокатки по меньшей мере 1200°C и предпочтительно выше 1250°C. Химический состав не раскрыт, так как изобретение относится к способу и системе, которые должны быть многофункциональными. Повторный нагрев сляба, как указано выше, является важной стадией и состоит из двух частей: выполняется первая стадия предварительного нагрева и за ней следует стадия интенсивного нагрева. Такая технологическая схема является довольно энергоемкой, поскольку отливку нужно повторно нагревать на стадии интенсивного нагрева, обозначенной цифрой 6 на графике системы в документе.
Настоящее изобретение направлено на создание способа изготовления горячекатаного Fe-Si стального листа, включающего последовательные стадии, состоящие в плавке стали состава, который содержит, мас.%: 2,8 0,005 и, необязательно, Ti, Nb, V или В с общим содержанием ниже 0,02, с соблюдением следующих соотношений:
Mn/Sn <40; 2,0 Al/N> 1,20 и
остальное Fe и другие неизбежные примеси;
непрерывной разливке указанной стали для получения сляба, толщина которого не превышает 80 мм, так что после твердения поверхность указанного сляба не охлаждают ниже 850°C в течение более 5 мин;
повторном нагреве указанного сляба до температуры 1080-1200°C в течение по меньшей мере 20 мин; затем
горячей прокатке указанного сляба, с первым обжатием по толщине, когда указанная температура сляба составляет выше 1060°C, и последним обжатием по толщине, выполняемым выше температуры чистовой прокатки 950°C для получения горячекатаной полосы;
охлаждении указанной полосы до температуры 500-600°C в течение менее 10 с; затем
намотке горячекатаной полосы; затем
очистке его поверхности;
проведении стадии первой холодной прокатки горячекатаной полосы со степень обжатия холодной прокатки по меньшей мере 60% без предварительного отжига горячекатаной полосы; затем
выполнении отжига первичной рекристаллизации при температуре T1 между 780 и 920°C, где сталь выдерживают при T1 в течение минимального времени t1 2 мин в атмосфере, состоящей из смеси водорода, азота и паров воды, затем охлаждении до комнатной температуры так, чтобы получить содержание углерода в стали ниже 0,004% и первичный средний размер зерна ниже 16 мкм после охлаждения;
проведении второй стадии холодной прокатки со степенью обжатия холодной прокатки по меньшей мере 50% для получения холоднокатаного стального листа конечной толщины;
нанесении слоя изолирующего сепаратора на поверхность указанного холоднокатаного стального листа;
проведении вторичного отжига изолированного холоднокатаного стального листа в атмосфере, содержащей водород и азот, где скорость нагрева V1 стали ниже 15°CAi между 600 и 1150°C, температуру листа сохраняют при минимальной температуре T2 1150°C в течение минимального времени t2 600 мин, общее время отжига выше 120 ч, чтобы снизить содержания каждого элемента из серы и азота ниже 0,001% и получения вторичного среднего размера зерна ниже 15 мм;
выполнении медленного охлаждения до комнатной температуры.
Содержание меди предпочтительно составляет 0,4-0,6%.
Содержание серы предпочтительно составляет менее 0,010%.
В предпочтительном осуществлении содержание углерода в стали составляет 0,025-0,032%. Предпочтительно указанный сляб отливают с минимальной скоростью 4,0 м/мин. В предпочтительном осуществлении проводят повторный нагрев указанного сляба в диапазоне температур 1080-1200°C и температура указанной чистовой прокатки составляет по меньшей мере
980°C.
Предпочтительно структура выделений, образующихся после стадий горячей прокатки, быстрого охлаждения и намотки, приводит к выделениям менее 60% Alas (растворимый в кислоте Al), указанная структура выделений вообще не содержит выделений AlN в диапазоне размеров 5-150 нм.
Предпочтительно лист из текстурированной стали покрыт изолирующим покрытием и покрытием, создающим напряжение растяжения, на основе эмульсии коллоидного диоксида кремния.
Предпочтительно после первичного отжига содержание углерода в стали составляет менее 0,0025%.
В предпочтительном осуществлении после первичного отжига первичный средний размер зерна составляет менее 10 мкм.
В другом предпочтительном осуществлении после вторичного отжига вторичный средний размер зерна составляет менее 10 мм.
В предпочтительном осуществлении лист из текстурированной стали, полученный способом в соответствии с изобретением, имеет значение индукции при 800А/м выше 1,870 Тл и потерь в сердечнике ниже 1,3 Вт/кг при удельной магнитной индукции 1,7 Тл.
Деталь, изготовленная из листа из текстурированной стали в соответствии с изобретением, может быть использована для изготовления силового трансформатора.
Для достижения требуемых свойств сталь в соответствии с настоящим изобретением включает следующие элементы.
Прежде всего, она содержит 2,8-4% кремния, чтобы получить текстуру Госса и увеличить электрическое сопротивление стали. Если содержание менее 2,8%, не будут достигнуты высокие магнитные свойства текстурированной стали и низкие потери в сердечнике. С другой стороны, если содержание добавленного кремния превышает 4%, чувствительность к образованию трещин при холодной прокатке достигает неприемлемого уровня.
Содержание серы строго ниже 0,015% (150 ч./млн), чтобы избежать сегрегации вблизи центральной линии отлитого сляба. Эта сегрегация нарушает однородность получаемой микроструктуры горячей прокатки и распределения выделений. Для гомогенизации концентрации серы по толщине сляба температуру повторного нагрева сляба необходимо повышать и сляб следует выдерживать при высокой темпера
туре в течение более длительного времени, ухудшая производительность и увеличивая издержки производства. Кроме того, если содержание серы выше 150 ч./млн, стадия очистки во время высокотемпературного отжига (НТА), в котором вредные элементы, такие как S, N и т.п., удаляют взаимодействием с сухой атмосферой, содержащей более 75% водорода, будет слишком долгой, ухудшая качество, производительность и увеличивая расходы. Действительно эта длительная стадия очистки является дорогостоящей и это ухудшает качество стеклянной пленки. Для снижения риска возникновения всех этих дефектов содержание серы предпочтительно составляет ниже 100 ч./млн. Фактически, во время выдержки концентрация водорода в атмосфере должна быть выше 75%, чтобы обеспечить необходимую очистку металла путем удаления азота и серы, растворенных в стали. Это происходит в результате взаимодействия с водородом атмосферы, до уровня общего содержания азота и общего содержания серы в стали предпочтительно составляющего менее 100 ч./млн.
Сталь дополнительно содержит 0,20-0,6% меди, чтобы улучшить величину J800 стали. При отжиге медь дает нанометровые выделения, которые могут выступать в качестве зародышей для дальнейшего выделения AlN. Если содержание меди ниже 0,20%, количество выделения Cu является слишком низким, что приводит к значению J800 ниже требуемого, однако медь, как известно, уменьшает поляризацию насыщения металла, и в результате требуемая J800 равная 1,870 Тл становится недоступной при содержании меди выше 0,6%. Содержание меди предпочтительно составляет 0,4-0,6%.
Концентрация марганца должна быть выше 0,05% для исключения образования трещин на стадии горячей прокатки. Кроме того Mn добавляют для контроля рекристаллизации. Содержание Mn, превышающее 0,4%, излишне увеличивает стоимость легирования и уменьшает намагниченность насыщения, что приводит к значению J800 ниже требуемого. Марганец добавляют в сталь до содержания 0,05-0,4%. Этот элемент выделяется с серой с образованием осадка MnS, который также может выступать в качестве зародышей для дальнейшего выделения AlN. Следовательно, минимальное количество Mn составляет
0,05%.
Олово (Sn) является элементом, сегрегирующимся на границе зерна, который может быть добавлен для контроля размера зерна структуры первичной и вторичной рекристаллизации. Концентрация Sn должна составлять по меньшей мере 0,005%, чтобы эффективно предотвращать чрезмерный рост зерна в процессе высокотемпературного отжига и, следовательно, уменьшать магнитные потери. При концентрации Sn выше 0,03% рекристаллизация становится неравномерной. Поэтому содержание Sn должно быть ограничено максимальным значением 0,03%. В предпочтительном осуществлении содержание олова составляет 0,010-0,022% так, чтобы служить в качестве элемента сегрегирующегося на границе зерна, который уменьшает подвижность границ зерна. Таким образом, рост зерна будет затруднен. Олово может быть заменено молибденом или сурьмой.
Отношение марганца к олову (Mn/Sn) должна быть ниже или равным 40 так, чтобы контролировать распределение размера зерна при рекристаллизации, в предпочтительном осуществлении: Mn/Sn <20.
Требуемый первичный средний размер зерна составляет менее 16 мкм, предпочтительно менее 10 мкм.
Алюминий добавляют в сталь в диапазоне 0,001-0,04%, для формирования выделений с азотом, образующих AlN в качестве ингибитора роста зерна при вторичной рекристаллизации. Количество Al относится к растворимому в кислоте алюминию, которое является количеством алюминия, не связанного с кислородом. Для того чтобы иметь соответствующее количество AlN, содержание алюминия должно быть ниже 0,04%, потому что выше контроль кинетики выделений становится все более и более сложным. Содержание Al должно быть выше 0,001%, чтобы иметь достаточное количество AlN.
Содержание азота должно быть в диапазоне 0,005-0,02%, чтобы сформировать достаточное количество выделений AlN. Содержание азота не должно превышать 0,02% в связи с нежелательным формированием нитридов или карбонитридов железа, ниже 0,005% количество AlN является слишком низким.
Массовое отношение алюминия к азоту должно быть выше или равным 1,20 (Al/N> 1,20), чтобы иметь атомное отношение Al и N, преимущественное для кинетики и количества выделений AlN. Низкое количество азота по сравнению с алюминием приводит к образованию более мелких выделений, которые полезны для их действия в качестве ингибитора. Отношение Al/N предпочтительно является следующим:
Al/N> 1,5.
В предпочтительном осуществлении менее 60% растворимого в кислоте алюминия в горячекатаной полосе находится в форме выделений, в виде AlN, структура выделений которого вообще не содержит выделений AlN в диапазоне размеров 5-150 нм.
Что касается содержания углерода, было подтверждено, что на стадии горячей прокатки концентрация С существенно влияет на микроструктуру горячекатаной полосы и кристаллографическую текстуру путем контроля количества аустенита при горячей прокатке. Концентрация углерода также влияет на формирование ингибитора, так как предотвращает преждевременное и крупнозернистое выделение AlN в процессе горячей прокатки. Содержание С должно быть выше 0,025% для формирования достаточного количества аустенита, чтобы сохранять выделения в растворе и контролировать микроструктуру и текстуру горячекатаной полосы. Предел 0,05 существует для того, чтобы стадия обезуглероживания
была не слишком долгой, что будет экономическим недостатком, поскольку снижает производительность. Содержание углерода предпочтительно составляет 0,025-0,032%, диапазон концентраций, который, как было подтверждено, дает самые высокие значения J800 конечного продукта.
Отношение углерода к азоту должно быть между 2 и 5 (2 Содержание микролегирующих элементов, таких как титан, ниобий, ванадий и бор ограничено и сумма этих микролегирующих элементов не превышает 0,02%. На самом деле, эти элементы являются нитридообразующими, которые потребляют азот, необходимый для формирования ингибитора, нитрида алюминия, как уже упоминалось выше, следовательно, их содержание должно быть сопоставимо с содержанием примесей.
Другие примеси: As, Pb, Zn, Zr, Ca, О, Р, Cr, Ni, Co, Sb, В и Zn.
Способ в соответствии с изобретением сокращает процесс изготовления от жидкой стали до готовой горячекатаной полосы. Весь процесс производства происходит непрерывно и достигаемая толщина полосы составляет 1-80 мм.
Способ в соответствии с изобретением обеспечивает горячекатаную полосу превосходного качества в виде первичного материала, с точки зрения стабильности микроструктуры, текстуры и выделений по длине и ширине горячекатаного рулона. Кроме того, отжиг горячекатаной полосы исключается из-за отличного качества горячекатаной полосы.
Действительно, процесс в соответствии с изобретением дает сляб толщиной до пяти раз меньше, чем толщина обычного сляба. Максимальная толщина сляба составляет 80 мм.
Важно не допустить, чтобы температура поверхности сляба стала ниже 850°C в течение более 5 мин с тем, чтобы избежать преждевременного выделения AlN. Такие выделения будут затруднять ингиби-рующее действие AlN, потому что они будут более крупнозернистыми в процессе и непригодными далее по металлургической схеме в процессе производства. В таком случае необходима другая термическая обработка, чтобы растворить выделения и вернуть элементы выделений, такие как азот, например, в раствор. Эта операция потребует высокой температуры и длительного времени выдержки для гомогенизации, ухудшая производительность и увеличивая себестоимость производства. Чтобы достичь этого, одно из решений состоит в выборе минимальной скорости разливки 4 м/мин. Также один важный признак изобретения состоит в повторном нагреве сляба строго ниже 1250°C и даже ниже 1200°C, это возможность значительной экономии затрат на изобретение.
После этого сляб нагревают при минимальной температуре 1080°C в течение 20 мин. Ниже 1080°C стадия горячей прокатки может привести к FRT ниже 950°C, где начинается формирование выделений AlN. Такие преждевременные выделения будут снижать подходящую текстуру ориентировки зерна Госса и уменьшать ингибирующее действие. Ингибирующее действие является общими силами пиннинга Зи-нера, которые создаются тонким распределением выделений на границах зерна, для исключения их укрупнения.
Повторный нагрев служит для выравнивания температуры в слябе так, чтобы иметь одинаковую температуру в каждой точке сляба и растворить потенциально существующие выделения.
В стане горячей прокатки, температура ввода обжимного стана должна быть выше 1060°C, чтобы избежать падения FRT ниже 950°C, поскольку отсутствует подвод тепловой энергии на стадии горячей прокатки от ввода до последней клети. Если FRT ниже 950°C, текстура не будет существенно подвергаться воздействию, ингибирующее действие выделений будет слишком слабым и требуемое J800 1,870 Тл не будет достигнуто с использованием химического состава и технологической схемы изобретения. После стадии чистовой прокатки максимальное время в 10 с задается перед началом охлаждения горячекатаной полосы. Это охлаждение направлено на устранение выделения крупнозернистых нитридов алюминия, эти выделения должны формироваться при низких температурах.
В идеале, FRT выше 980°C делает максимальным ингибирующее действие, которое будет накапливаться в основе и используется далее по технологической схеме для инициирования рекристаллизации и ингибирования выделений.
Температура намотки составляет 500-600°C, так как вне этого диапазона, требуемые выделения по изобретению, содержащие AlN, не будут иметь соответствующие распределение и размер.
На этой стадии получают горячекатаную полосу. Исключение применения классического процесса отжига горячекатаной полосы для изготовления текстурированной электротехнической стали до стадии холодной прокатки является дополнительным признаком изобретения, дающим преимущество в потреблении энергии. Стадия горячей прокатки дает горячекатаную полосу со следующими микроструктурными признаками.
Любой поперечный разрез по толщине горячекатаной полосы, имеющей направление прокатки, представляет три равные части: два внешних симметричных участка, содержащие равноосные феррит-ные зерна и один внутренний участок, охватывающий треть толщины, который содержит смесь небольших равноосных зерен и более крупных плоскопараллельных зерен.
Другим существенным признаком горячекатаной полосы является то, что два внешних участка текстуры деформации сдвига, подобной дзета волокну (110)[x, y, z], а также Cu (112)[-1, -1, 1], являются превалирующими, в то время как во внутренней третьей зоне, (c) (001)[x, y, z] и a(u, v, w) [1, -1, 0] волокна являются наиболее преобладающими компонентами.
Кроме того, особенностью качества горячекатаной полосы является присутствие выделений AlN, образующихся на стадии горячей прокатки, охлаждения и намотки. Частичное выделение растворимого в кислоте алюминия в вышеуказанном AlN представляет определенный признак: в предпочтительном осуществлении структура выделений не содержит выделений нитрида алюминия (AlN) размером 5-150 нм. Выделения в этом диапазоне слишком укрупняются далее по технологической схеме и когда выделения укрупняются, они имеют очень низкую способность ингибирования, значение J800 снизится и может упасть ниже 1,870 Тл.
Поверхность горячекатаной зоны очищается процессом травления или каким-либо другим, чтобы удалить любой слой оксида или любого типа других остатков вторичной окалины.
Затем проводят первую холодную прокатку; ее применяют по меньшей мере с 2 проходами, что приводит к промежуточной толщине менее 1 мм с использованием минимального обжатия холодной прокатки 60%. Более низкая степень деформации не будет гарантировать достаточное количество накопленной энергии для активации и достижения последующих требуемых уровней рекристаллизации и выделений для роста зерна.
После первой стадии холодной прокатки проводят промежуточный отжиг, также называемый первичным отжигом или обезуглероживающим отжигом в качестве одно- или многостадийного процесса, обеспечивающий первичную рекристаллизацию и обезуглероживание материала. После обезуглероживания содержание углерода составляет предпочтительно менее 0,0025%. Такие элементы, как углерод и карбиды, являются местоположением пиннинга стенок магнитного домена. Кроме того, средний размер зерен после первичного отжига должен быть менее 16 мкм, потому что, если зерна укрупняется на этой стадии, а именно их размер более 16 мкм, последующие механизмы приведут к еще более крупным зернам с гетерогенной микроструктурой из мелких и больших зерен. Потери в сердечнике также значительно увеличиваются с размером зерен структуры первичной рекристаллизации более 16 мкм.
Этот промежуточный отжиг T1, также называемый первичным отжигом, осуществляется при 780-920°C в течение минимального времени выдержки t1 2 мин. Слабоокислительная атмосфера отжига представляет собой смесь водорода, азота и паров воды составленная так, чтобы снизить содержание углерода в стали ниже 0,004 мас.%, и размер первичных зерен сохранить менее 16 мкм. В предпочтительном осуществлении изобретения содержание углерода на данной стадии поддерживают ниже 0,0025% и размер ферритного зерна поддерживают ниже 10 мкм. Такое сочетание улучшает первичную текстуру, которая затем будет подвергаться холодной прокатке для получения наилучшей текстуры Гос-са для достижения J800 выше 1,870 Тл для химического состава и технологической схемы изобретения.
После этого материал подвергают второй стадии холодной прокатки с минимальным обжатием холодной прокатки 50% по меньшей мере на двух стадиях прохода. Обычно толщина после второй холодной прокатки находится в пределах 0,21-0,35 мм.
Следующая стадия состоит в нанесении изолирующего покрытия сепаратора, например покрытия на основе MgO. Такой сепаратор наносится на поверхность холоднокатаной электротехнической стали, после чего проводят намотку полосы.
Затем проводят высокотемпературный отжиг (НТА), также называемый вторичным отжигом, в атмосфере из смеси водорода и азота. Скорость нагрева от 400 до 1150°C составляет менее 15°C/a По достижении минимальной температуры выдержки T2 1150°C выполняют выдержку в течение времени t2 минимум 10 ч. После выдержки медленное охлаждение осуществляют так, что общее время вторичного отжига превосходит 120 ч. После выполнения вторичного отжига содержание серы и азота в основе составляет менее 0,001% каждого и средний размер зерна в стали не превышает 15 мм. В предпочтительном осуществлении после вторичного отжига средний размер зерна составляет менее 10 мм. Такой средний размер зерна минимизирует потери в сердечнике, так как этот параметр, зависящий от толщины, резко возрастает с размером зерна.
После вторичного отжига изолирующее и создающее растягивающее напряжение покрытие наносят на поверхность стали. Его основой является эмульсия коллоидного диоксида кремния и гарантирует оптимальное натяжение, а также улучшает удельное электрическое сопротивление стали.
Так называемый лист близкий к высокотекстурированной стали в соответствии с изобретением представляет собой сталь с уровнем индукции при 800 А/м более 1,870 Тл и потерями мощности менее
1,3 Вт/кг.
Следующие примеры предназначены для иллюстрации и не предназначены, чтобы их рассматривать как ограничение объема притязаний данного изобретения: химический состав сплава приведен в
табл. 1. Плавку выполняют с использованием процесса в соответствии с изобретением для получения сляба, толщина которого составляет менее 80 мм. Номер плавки (плавка №) определяет различные химические составы 1-10. Химические элементы, выделенные жирным шрифтом и подчеркиванием, не соответствуют изобретению.
10.
Выделенное жирным шрифтом и подчеркиванием не соответствует изобретению.
После твердения, поверхность каждого отлитого сляба не охлаждают ниже 850°C. Параметры процесса каждой плавки № 1-10 показаны в табл. 3, где
SRT (°C): температура повторного нагрева сляба. Эта температура выдерживается в течение времени свыше 20 мин и менее 1 ч;
F1 является температурой первого обжатия по толщине;
FRT (°C): температура чистовой прокатки сляба, при которой происходит последнее обжатие по толщине;
Т намотки (°C): это температура намотки.
Выделенное жирным шрифтом и подчеркиванием не соответствует изобретению.
После намотки поверхность горячекатаной полосы очищают и затем проводят первую холодную прокатку (более 60%). Стадию отжига первичной рекристаллизации проводят с каждым сплавом (№ плавки 1-10) с T1 780-920°C в течение более 2 мин (t1) в атмосфере из смеси водорода, азота и водяного пара, с последующим охлаждением до комнатной температуры. Содержание углерода во всех сплавах менее 0,004%.
Затем проводят вторую холодную прокатку (> 50%) для получения конечной толщины 0,3 мм для каждого стального сплава 1-10.
Наконец, изолирующий сепаратор на основе эмульсии коллоидного диоксида кремния наносят на поверхность стали, затем сталь подвергается циклу высокотемпературного отжига (НТА), известному как таковой: нагрев проводят со скоростью менее 15°CAi до температуры 600-1150°C в течение более 10 ч. Содержание серы и азота ниже 0,001% для всех сплавов.
Измеренный размер зерна после стадии отжига первичной рекристаллизации и вторичного отжига показан в табл. 4, а также J800 и Р1.7:
DCA GSize: это размер зерна после обезуглероживающего отжига, т.е. стадии отжига первичной рекристаллизации; он выражается в микрометрах;
заключительный GSize: это окончательный размер зерна после вторичного отжига; он выражается в миллиметрах;
J800: это магнитная индукция, выраженная в Тл, и измеренная в магнитном поле 800 А/м. Р 1.7: это потери в сердечнике, выраженные в Вт/кг, и измеренные при удельной магнитной индукции 1,7 Тл; потери в сердечнике измеряется в соответствии со стандартом UNI EN 10107 и IEC 404-2.
Таблица 4
Размер зерна первичного и вторичного отжига и свойства сплавов плавок 1-10
Плавка №
Тип
J800
Р1.7
DCA Gsize (мкм)
Fin Gsize (мм)
Изобретение
1,880
1,18
15,3
5,0
Изобретение
1,871
1,25
Изобретение
1,878
1,18
Изобретение
1,876
1,22
Изобретение
1,875
1,23
Изобретение
1,876
1,19
Сравнение
1,864
1,19
Сравнение
1.838
1.79
Сравнение
1,854
1,26
Сравнение
1.840
1,30
10,8
14,2
Выделенное жирным шрифтом и подчеркиванием не соответствует изобретению.
Как показано в табл. 4, плавки № 1-6 в соответствии с изобретением: эти плавки представляют композиции легирующих элементов в соответствии с изобретением. Кроме того, они подвергаются процессам с параметрами в соответствии с изобретением, и дают значение индукции при 800 А/м более 1,870 Тл и потери в сердечнике ниже 1,3 Вт/кг при 1,7 Тл. Их изготавливают с использованием способа по изобретению. Плавка номер 1 представляет наилучший результат с точки зрения магнитной индукции, так как он представляет предпочтительные отношения легирующих элементов.
Плавки сравнения 7-10 не соответствуют изобретению:
плавка сравнения № 7 представляет отношение Al/N ниже 1,20. Как следствие, величина J800 ниже 1,870 Тл;
плавка сравнения № 8 представляет содержание углерода и олова вне диапазона согласно изобретению. Кроме того, отношение Mn/Sn и C/N не соответствует изобретению и, наконец, F1 ниже 1060. В результате значение J800 является худшим, ниже 1,870 Тл и потери в сердечнике значительно выше установленного максимума 1,3 Вт/кг;
плавка сравнения № 9 представляет содержание олова не соответствующее изобретению и отношение Mn/Sn более 40. В результате значение J800 ниже 1,870 Тл;
плавка сравнения № 10 представляет химический состав в соответствии с изобретением, но отношение Mn/Sn выше максимального предела 40 и FRT ниже предела, как следствие значение индукции J800 ниже 1,870 Тл.
Лист из текстурированной FeSi стали в соответствии с изобретением может быть эффективно использован для изготовления трансформаторов, например, с техническими требованиями для J800 1,8701,90 Тл.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ изготовления холоднокатаного листа из Fe-Si стали, включающий последовательные стадии, на которых
выплавляют сталь состава, содержащего в мас.%:
2,8 0,4 0,05 0,001 0,025 0,005 0,005 S <0,015;
и, необязательно, Ti, Nb, V или В в сумме менее 0,02 с соблюдением следующих соотношений:
Mn/Sn <40;
2,0 Al/N> 1,20 и
остальное Fe и другие неизбежные примеси;
изготавливают сляб, толщина которого не превышает 80 мм, так, чтобы после твердения поверхность указанного сляба не охлаждалась ниже 850°C в течение более 5 мин;
повторно нагревают указанный сляб до температуры 1080-1200°C в течение по меньшей мере 20 мин; затем
проводят горячую прокатку указанного сляба с первым обжатием по толщине, причем температура указанного сляба составляет более 1060°C, и последним обжатием по толщине выше температуры чистовой прокатки 950°C, чтобы получить горячекатаную полосу;
охлаждают указанную полосу до температуры 500-600°C в течение менее 10 с; затем
наматывают горячекатаную полосу, в которой менее 60% растворимого в кислоте Al находится в форме выделений в горячекатаной полосе, причем указанные выделения вообще не содержат выделения AlN с размером 5-15 нм; затем
очищают ее поверхность; затем
проводят стадию первой холодной прокатки горячекатаной полосы со степенью обжатия холодной прокатки по меньшей мере 60% без предварительного отжига указанной горячекатаной полосы; затем
выполняют отжиг первичной рекристаллизации при температуре T1 между 780 и 920°C, в котором сталь выдерживают при T1 в течение минимального времени t1 2 мин в атмосфере, состоящей из смеси водорода, азота и паров воды, затем охлаждают до комнатной температуры так, чтобы получить содержание углерода в стали ниже 0,004% и первичный средний размер зерна ниже 16 мкм после охлаждения;
проводят вторую стадию холодной прокатки со степенью обжатия холодной прокатки по меньшей мере 50% для получения холоднокатаного стального листа конечной толщины;
наносят слой изолирующего сепаратора на поверхность указанного холоднокатаного стального листа;
выполняют вторичный отжиг изолированного холоднокатаного стального листа в атмосфере, содержащей водород и азот, при скорости нагрева V1 стали ниже 15°CAi между 600 и 1150°C, температуру листа сохраняют при минимальной температуре T2 1150°C в течение минимального времени t2 600 мин, общее время отжига выше 120 ч, чтобы снизить содержание каждого элемента из серы и азота ниже 0,001% и получение вторичного среднего размера зерна ниже 15 мм; затем
выполняют медленное охлаждение до комнатной температуры.
2. Способ по п.1, в котором содержание серы в стали составляет менее 0,010%.
3. Способ по п.1 или 2, в котором содержание углерода в стали составляет 0,025-0,032%.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный сляб отливают с минимальной скоростью 4,0 м/мин.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором температура указанной чистовой прокатки составляет по меньшей мере 980°C.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором лист из текстурированной стали покрывают изоляционным покрытием и покрытием, создающим напряжение при растяжении, на основе эмульсии коллоидного диоксида кремния.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором после отжига первичной рекристаллизации содержание углерода в стали составляет менее 0,0025%.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором после первичного отжига первичный средний размер зерна составляет менее 10 мкм.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором после вторичного отжига вторичный средний размер зерна составляет менее 10 мм.
10. Лист из текстурированной стали, полученный способом по любому из пп.1-9, имеющий значение индукции при 800 А/м более 1,870 Тл и потери в сердечнике менее 1,3 Вт/кг при удельной магнитной индукции 1,7 Тл.
11. Силовой трансформатор, включающий детали, выполненные из листа из текстурированной стали по п.10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
028436
- 1 -
028436
- 1 -
028436
- 1 -
028436
- 1 -
028436
- 4 -
|
