RU2181786C1

RU2181786C1 - Anisotropic electrical steel and method of its production

Info

Publication number: RU2181786C1
Application number: RU2001117739A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Цырлин; В.В. Шевелев; А.В. Кавтрев; М.Л. Лобанов; В.Г. Каган; М.Б. Мельников
Original assignee: Цырлин Михаил Борисович; Шевелев Валерий Валентинович; Кавтрев Алексей Владиславович; Лобанов Михаил Львович; Каган Владимир Генрихович; Мельников Михаил Борисович
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2002-04-27

Abstract

FIELD: metallurgy, particularly, composition and method of production of anisotropic electrical steel. SUBSTANCE: anisotropic electrical steel contains the following amounts of components, wt.%: silicon 2.6-3.6; copper 0.4-0.6; manganese 0.3-0.5; the balance, iron and inevitable impurities. Method of production of anisotropic electrical steel includes melting of steel, continuous casting, hot rolling, two-stage or one-stage cold rolling, decarbonization, high- temperature and straightening annealing. In steel melting, carbon content is corrected depending on content of manganese within (0.30-0.50) wt.% in compliance with expression C=(0.095-015 Mn) ± 0.005, where C and Mn are contents of carbon and manganese, respectively, wt.%. EFFECT: improved quality of prime layer, stabilization and improvement of absolute level of magnetic properties of anisotropic steel produced by nitride version of technology. 3 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству анизотропной электротехнической стали, используемой для изготовления силовых, распределительных и др. трансформаторов. The invention relates to metallurgy, in particular to the production of anisotropic electrical steel used for the manufacture of power, distribution and other transformers.

Известна анизотропная электротехническая сталь, содержащая, мас.%:
Кремний - 2,6-3,6
Алюминий - 0,006-0,20
Марганец - 0,04-0,30
Сера - 0,001-0,012
Железо и неизбежные примеси - Остальное
(авт. св. СССР 1482962 А1 от 30.05.1987).Known anisotropic electrical steel containing, wt.%:
Silicon - 2.6-3.6
Aluminum - 0.006-0.20
Manganese - 0.04-0.30
Sulfur - 0.001-0.012
Iron and Inevitable Impurities - Else
(ed. St. USSR 1482962 A1 dated 05/30/1987).

Из указанного источника известен способ производства анизотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали, непрерывную разливку, горячую прокатку, холодную прокатку, обезуглероживающий и высокотемпературный отжиги. From this source, a method for producing anisotropic electrical steel is known, including steelmaking, continuous casting, hot rolling, cold rolling, decarburizing and high temperature annealing.

В отличие от известного предлагаемый нитридный вариант имеет ряд преимуществ перед традиционным сульфидным вариантом технологии. Он позволяет:
- получить более высокий уровень магнитных свойств, обусловленный преимуществом в степени совершенства ребровой текстуры;
- уменьшить энергозатраты при производстве горячекатаного подката и при дальнейшем переделе, так как при нитридном варианте не требуется высокотемпературный нагрев слябов для растворения фазообразующих элементов и обезуглероживающий отжиг в конечной толщине продукта.In contrast to the known, the proposed nitride variant has several advantages over the traditional sulfide variant of the technology. It allows you to:
- get a higher level of magnetic properties, due to the advantage in the degree of perfection of the rib texture;
- reduce energy consumption in the production of hot rolled steel and with further redistribution, since the nitride version does not require high-temperature heating of the slabs to dissolve the phase-forming elements and decarburization annealing in the final thickness of the product.

Однако при нитридном варианте серьезную трудность представляет получение качественного грунтового слоя электроизоляционного покрытия в связи с тем, что из технологического цикла исключен обезуглероживающий отжиг в конечной толщине продукта, при котором на поверхности формируется пленка фаялита. Проблема осложняется наличием меди в стали, производимой по нитридному варианту. Поэтому технология высокотемпературного отжига строится таким образом, чтобы пленка фаялита сформировалась на его начальных этапах. То есть в начале высокотемпературного отжига предпринимаются меры для сохранения окислительного потенциала атмосферы, а смену атмосферы на восстановительную по отношению к фаялиту производят после начала активного грунтообразования. Тем не менее достичь сплошности и равномерности грунтового слоя, характерных для сульфидного варианта, удается не всегда. Особенно это относится к прикромочному слою наружных витков рулонов, где вследствие ускоренного нагрева уже на ранних стадиях отжига увеличивается межвитковый зазор и соответственно увеличивается восстановительный потенциал при деградации грунтового слоя. However, with the nitride variant, it is a serious difficulty to obtain a high-quality soil layer of an electrical insulating coating due to the fact that decarburization annealing in the final product thickness, in which a fayalite film is formed on the surface, is excluded from the technological cycle. The problem is complicated by the presence of copper in the steel produced by the nitride variant. Therefore, the technology of high-temperature annealing is constructed in such a way that the fayalite film is formed at its initial stages. That is, at the beginning of high-temperature annealing, measures are taken to preserve the oxidative potential of the atmosphere, and the atmosphere is replaced with a reducing atmosphere with respect to fayalite after the start of active soil formation. Nevertheless, it is not always possible to achieve the continuity and uniformity of the soil layer characteristic of the sulfide variant. This is especially true for the edge layer of the outer coil turns, where, due to accelerated heating, the inter-turn gap increases already at the early stages of annealing and, accordingly, the restoration potential increases during degradation of the soil layer.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является анизотропная электротехническая сталь и способ ее получения, описанные в патенте RU 2142020 С1 от 27.11.1999. Указанная сталь содержит, мас.%:
Углерод - 0,025-0,060
Кремний - 3,0-3,4
Марганец - 0,1-0,3
Медь - 0,4-0,6
Алюминий - 0,011-0,017
Азот - 0,007-0,012
Железо и неизбежные примеси - Остальное
Способ производства анизотропной электротехнической стали включает выплавку стали, содержащей углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, непрерывную разливку, горячую прокатку, две холодные прокатки, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги.The closest analogue of the claimed invention is anisotropic electrical steel and the method for its preparation described in patent RU 2142020 C1 of 11.27.1999. The specified steel contains, wt.%:
Carbon - 0.025-0.060
Silicon - 3.0-3.4
Manganese - 0.1-0.3
Copper - 0.4-0.6
Aluminum - 0.011-0.017
Nitrogen - 0.007-0.012
Iron and Inevitable Impurities - Else
A method for the production of anisotropic electrical steel involves the smelting of steel containing carbon, silicon, manganese, copper, aluminum, nitrogen, iron and inevitable impurities, continuous casting, hot rolling, two cold rolling, decarburization, high temperature and straightening annealing.

Концентрация марганца в известной стали составляет 0,1-0,30 мас.%, однако экспериментами, проведенными в промышленных условиях, установлено, что для получения качественного грунтового слоя этого содержания марганца недостаточно. The concentration of manganese in the known steel is 0.1-0.30 wt.%, However, experiments conducted under industrial conditions, it was found that to obtain a high-quality soil layer, this manganese content is not enough.

Основной задачей изобретения является получение качественного грунтового слоя электроизоляционного покрытия при обеспечении высокого уровня магнитных свойств. The main objective of the invention is to obtain a high-quality soil layer of electrical insulation coating while ensuring a high level of magnetic properties.

Поставленная задача решается путем введения в сталь марганца в количестве, которое, как показали исследования, не только компенсирует негативное влияние меди, но и прививает стали "иммунитет" к изменению межвитковых зазоров по ширине и диаметру рулонов. The problem is solved by introducing manganese into steel in an amount that, as studies have shown, not only compensates for the negative effect of copper, but also instills the steel “immunity” to change inter-turn gaps in the width and diameter of the rolls.

Для получения качественного грунтового слоя содержание марганца должно превышать 0,30 мас. %. Однако при увеличении содержания марганца выше 0,50 мас.% деградируют магнитные свойства стали. To obtain a high-quality soil layer, the manganese content must exceed 0.30 wt. % However, with an increase in the manganese content above 0.50 wt.%, The magnetic properties of the steel degrade.

Техническим результатом изобретения является улучшение качества грунтового слоя при стабилизации и улучшение абсолютного уровня магнитных свойств анизотропной стали, производимой по нитридному варианту технологии. The technical result of the invention is to improve the quality of the soil layer during stabilization and to improve the absolute level of the magnetic properties of anisotropic steel produced by the nitride version of the technology.

Сущность изобретения заключается в том, что предложенная анизотропная электротехническая сталь, содержащая кремний, медь, марганец и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Кремний - 2,6-3,6
Медь - 0,4-0,6
Марганец - От более 0,3 до 0,5
Железо и неизбежные примеси - Остальное
Приведенное соотношение компонентов соответствует составу готовой стали.The essence of the invention lies in the fact that the proposed anisotropic electrical steel containing silicon, copper, manganese and iron, contains components in the following ratio, wt.%:
Silicon - 2.6-3.6
Copper - 0.4-0.6
Manganese - From Over 0.3 to 0.5
Iron and Inevitable Impurities - Else
The given ratio of components corresponds to the composition of the finished steel.

Способ производства заявленной анизотропной электротехнической стали включает выплавку стали, содержащей, углерод, кремний, медь, марганец и железо, непрерывную разливку, горячую прокатку, двухстадийную или одностадийную холодную прокатку, обезуглероживающий, высокотемпературный и выпрямляющий отжиги. Заявленный способ отличается тем, что при выплавке стали корректируют содержание углерода в зависимости от содержания марганца в пределах 0,30-0,50 мас.% согласно выражению:
[С]=(0,095-0,15[Mn])±0,005,
где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно мас.%.A method of manufacturing the claimed anisotropic electrical steel includes the smelting of steel containing carbon, silicon, copper, manganese and iron, continuous casting, hot rolling, two-stage or single-stage cold rolling, decarburization, high temperature and straightening annealing. The claimed method is characterized in that during steelmaking, the carbon content is adjusted depending on the manganese content in the range of 0.30-0.50 wt.% According to the expression:
[C] = (0.095-0.15 [Mn]) ± 0.005,
where [C] and [Mn] are the manganese and carbon contents, respectively, wt.%.

В частности, в предложенном способе после разливки получают сталь, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 0,025-0,05
Кремний - 2,6-3,6
Медь - 0,4-0,6
Марганец - Более 0,3 - до 0,5
Алюминий - 0,006-0,04
Азот - 0,008-0,015
Сера - 0,001-0,015
Фосфор - 0,011-0,015
Желез и неизбежные примеси - Остальное
Сопутствующим эффектом от введения в сталь марганца является возможность достаточно надежно контролировать фазовое состояние стали в процессе горячей прокатки, что во многом определяет уровень магнитных свойств, обеспечивает стабилизацию и возможность улучшения абсолютного уровня магнитных свойств стали. Более того, во многих случаях для получения оптимальной концентрации аустенита (3-8%γ-фазы) в области температур 1000-1150^oС целесообразно заменить часть углерода на марганец с тем, чтобы облегчить процесс удаления углерода при обезуглероживающем отжиге. Установлено, что в рамках оговоренной концентрации марганца 0,30-0,50 мас.% соотношение между содержанием марганца и углерода должно соответствовать уравнению:
[С]=(0,095-0,15[Mn])±0,005,
где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно мас.%.In particular, in the proposed method, after casting, steel is obtained containing components in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.025-0.05
Silicon - 2.6-3.6
Copper - 0.4-0.6
Manganese - More than 0.3 - up to 0.5
Aluminum - 0.006-0.04
Nitrogen - 0.008-0.015
Sulfur - 0.001-0.015
Phosphorus - 0.011-0.015
Iron and Inevitable Impurities - Else
A concomitant effect of the introduction of manganese into steel is the ability to reliably control the phase state of the steel during hot rolling, which largely determines the level of magnetic properties, provides stabilization and the ability to improve the absolute level of magnetic properties of steel. Moreover, in many cases, to obtain the optimal concentration of austenite (3-8% of the γ-phase) in the temperature range 1000-1150 ^o C, it is advisable to replace part of the carbon with manganese in order to facilitate the removal of carbon during decarburization annealing. It was found that within the agreed concentration of manganese 0.30-0.50 wt.% The ratio between the content of manganese and carbon should correspond to the equation:
[C] = (0.095-0.15 [Mn]) ± 0.005,
where [C] and [Mn] are the manganese and carbon contents, respectively, wt.%.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие эффективность введения марганца как для улучшения качества грунтового слоя, так и для стабилизации и улучшения абсолютного уровня магнитных свойств анизотропной стали, производимой по нитридному варианту технологии. Below are examples illustrating the effectiveness of introducing manganese both to improve the quality of the soil layer and to stabilize and improve the absolute level of magnetic properties of anisotropic steel produced by the nitride version of the technology.

Примеры 1-11. Examples 1-11

Металл выплавляли в кислородных конверторах с вариациями по концентрации марганца и углерода, представленными в табл. 1, при минимальных изменениях содержания других компонентов, в частности фазообразующих алюминия и азота. The metal was smelted in oxygen converters with variations in the concentration of manganese and carbon, presented in table. 1, with minimal changes in the content of other components, in particular phase-forming aluminum and nitrogen.

После выплавки металл разливали на машинах непрерывного литья, слябы нагревали в печах с шагающими балками до температуры 1250-1270^oС и прокатывали на полосы толщиной 2,5 мм. Температура завершения черновой прокатки составляла 1070-1080^oС, конца чистовой прокатки 960-980^oС, смотки полос 560-580^oС. Далее металл обрабатывали по схеме: травление, первая холодная прокатка на толщину 0,65 мм, обезуглероживающий отжиг, вторая прокатка на толщину 0,30 мм, обезжиривание полос с последующим нанесением на них суспензии оксида магния, высокотемпературный отжиг, выпрямляющий отжиг с нанесением электроизоляционного покрытия. После проведения указанной термообработки содержание в готовой стали углерода, алюминия и азота снижается на порядок по сравнению с их содержанием в слябе после разливки.After smelting, the metal was poured on continuous casting machines, the slabs were heated in walking-beam furnaces to a temperature of 1250-1270 ^o C and rolled into strips 2.5 mm thick. The temperature of the completion of rough rolling was 1070-1080 ^o C, the end of the finish rolling 960-980 ^o C, winding strips 560-580 ^o C. Then the metal was processed according to the scheme: etching, the first cold rolling to a thickness of 0.65 mm, decarburizing annealing, the second rolling to a thickness of 0.30 mm, degreasing the strips, followed by applying a suspension of magnesium oxide to them, high-temperature annealing, straightening annealing with the application of an electrical insulating coating. After the specified heat treatment, the content of carbon, aluminum and nitrogen in the finished steel decreases by an order of magnitude compared to their content in the slab after casting.

Результаты исследования свойств стали представлены в табл. 2. The results of the study of the properties of steel are presented in table. 2.

Из данных, представленных в табл. 2, следует. From the data presented in table. 2 follows.

1. При дополнительном легировании стали марганцем в количестве более 0,30 мас. % значительно улучшается качество поверхности полос. Особенно это относится к наружным виткам рулонов, что объясняется высокой плотностью грунтового слоя. Последнее подтверждается различиями в интенсивности стравливания грунтового слоя. 1. With additional alloying of steel with manganese in an amount of more than 0.30 wt. % significantly improves the surface quality of the strips. This is especially true for external coils of rolls, which is explained by the high density of the soil layer. The latter is confirmed by differences in the intensity of etching of the soil layer.

2. Для одновременного получения высокого качества поверхности и высокого уровня магнитных свойств необходимо компенсировать аустенитообразующее воздействие марганца некоторым уменьшением содержания углерода с тем, чтобы при горячей прокатке количество аустенита не превышало 8%. В противном случае происходит деградация магнитных свойств при высоком качестве поверхности. Чтобы избежать ухудшения свойств, соотношение между марганцем и углеродом должно соответствовать уравнению:
[С]=(0,095-0,15[Mn])±0,005,
где [С] и [Mn] - содержание марганца и углерода соответственно мас.%.2. In order to simultaneously obtain a high surface quality and a high level of magnetic properties, it is necessary to compensate for the austenite-forming effect of manganese by a certain decrease in the carbon content so that the amount of austenite does not exceed 8% during hot rolling. Otherwise, degradation of the magnetic properties occurs with a high surface quality. To avoid deterioration, the ratio between manganese and carbon should correspond to the equation:
[C] = (0.095-0.15 [Mn]) ± 0.005,
where [C] and [Mn] are the manganese and carbon contents, respectively, wt.%.

Claims

1. Anisotropic electrical steel containing silicon, copper, manganese and iron, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. %:
Silicon - 2.6-3.6
Copper - 0.4-0.6
Manganese - From Over 0.3 to 0.5
Iron and Inevitable Impurities - Else
2. A method for the production of anisotropic electrical steel, including the smelting of steel containing carbon, silicon, copper, manganese and iron, continuous casting, hot rolling, two-stage or single-stage cold rolling, decarburization, high-temperature and straightening annealing, characterized in that the steel is adjusted the carbon content depending on the manganese content in the range of 0.30-0.50 wt. % according to the expression:
[C] = (0.095-0.15 [Mn]) ± 0.005,
where [C] and [Mn] are the contents of manganese and carbon, respectively, wt. %

3. The method according to p. 2, characterized in that after casting receive steel containing components in the following ratio, wt. %:
Carbon - 0.025-0.05
Silicon - 2.6-3.6
Copper - 0.4-0.6
Manganese - From Over 0.3 to 0.5
Aluminum - 0.006-0.04
Nitrogen - 0.008-0.015
Sulfur - 0.001-0.015
Phosphorus - 0.011-0.015
Iron and Inevitable Impurities - Else