способ получения форстеритной изоляционной пленки на поверхности анизотропной электротехнической стали

Формула изобретения

1. Способ получения форстеритной изоляционной пленки на поверхности анизотропной электротехнической стали, включающий обезуглероживающий отжиг с образованием пленки SiO₂ FeO и высокотемпературный отжиг смотанной в рулон полосы конечной толщины, покрытой MgO, в атмосфере регулируемого состава, отличающийся тем, что при ВТО нагрев в интервале 400 - 800^oС ведут в окислительной по отношению к Fe и Si атмосфере, содержащей водород и/или азот, исходя из условия получения в конце указанного интервала температуры точки росы в диапазоне от -10 до +20^oС, в зависимости от соотношения водорода и азота.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру точки росы в диапазоне от -10 до +5^oС получают посредством подачи в атмосферу печи азота.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру точки росы в диапазоне от +5 до +20^oС получают посредством увлажнения водорода.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что влажность межвитковой атмосферы регулируют изменением степени гидратации MgO в диапазоне 5 - 20%.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что влажность межвитковой атмосферы дополнительно регулируют посредством добавки к MgO компонентов, диссоциирующих в интервале 600 - 900^oС с выделением гидроксила.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что торцевые части рулонов теплоизолируют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству анизотропной электротехнической стали с электроизоляционным покрытием.

По условиям эксплуатации в трансформаторе готовый лист должен иметь высокую магнитную индукцию и низкие удельные потери, а на поверхности - тонкую однородную изоляционную пленку с хорошей адгезией к металлу. В формировании требуемых свойств стали и изоляции решающая роль принадлежит 2-м операциям термообработки: обезуглероживающему и высокотемпературному отжигам (ОО и ВТО).

В процессе первого из них, осуществляемого при 700-900^oC во влажной смеси водорода и азота, выгорает углерод и образуется пленка фаялита SiO₂FeO. Перед ВТО полосу покрывают водной суспензией MgO и сматывают в рулон. ВТО с медленным нагревом до 1150-1200^oC должен обеспечить вторичную рекристаллизацию (ВР) с формированием ребровой текстуры и образование на поверхности форстерита MgOSiO₂ - тонкой равномерной пленки с высокой адгезией к металлу (грунтовый слой) [1].

Используемые на практике режимы ВТО, как правило, включают медленный нагрев или выдержку в интервале 850-1000^oC в атмосфере сухого H₂ для формирования совершенной ребровой текстуры в процессе ВР. Такая технология обеспечивает удовлетворительное качество грунтового слоя при распространенном способе производства анизотропной стали, основанном на сульфидном ингибировании структуры. При специальных процессах производства стали (например, модифицированной сурьмой и селеном), направленных на получение высокой степени совершенства текстуры [2] и предусматривающих длительную выдержку при ВТО в интервале температур, близких к вторичной рекристаллизации, использование восстановительной атмосферы неприемлемо из-за резкого ухудшения качества грунтового слоя. Чтобы этого избежать, в способе [3] рекомендуется отжигать сталь в атмосфере сухого инертного газа (азот) до завершения процессов вторичной рекристаллизации и грунтообразования.

Однако этих мер недостаточно в случае, когда для улучшения магнитных свойств используются нитриды алюминия (нитридный вариант). Технология производства такой стали включает обезуглероживание в промежуточной толщине (а не в конечной, как для сульфидного варианта) и медленный нагрев (5-15^oC/час) в интервале температур возврата и первичной рекристаллизации (400-700^oC) [4] . Из-за недостаточной толщины образованного при ОО слоя фаялита SiO₂FeO даже при последующем нагреве в атмосфере инертных газов качество грунтового слоя ухудшается, особенно в прикромочной области, где вследствие градиента температур увеличивается межвитковый зазор и пары воды удаляются задолго до начала процесса грунтообразования.

Целью настоящего изобретения является получение форстеритной пленки с хорошей адгезией в сочетании с высоким уровнем магнитных свойств на стали с нитридным ингибированием. Поставленная цель достигается регулированием влажности (температуры точки росы) атмосферы печи в процессе медленного нагрева от 400 до 800^oC за счет повышения окислительного потенциала путем замены водорода на азот, увлажнения, оптимальной гидратации MgO, добавки к MgO веществ, выделяющих воду в межвитковом пространстве, а также теплоизоляции торцевых частей рулонов.

Предлагаемое изобретение распространяется на стали с 2,8-3,2% Si, 0,030-0,045% C, 0,15-0,25% Mn, 0,003-0,015% S, 0,010-0,030% Al, 0,06-0,6% Cu. Необходимый уровень магнитных свойств получается в таких сталях при обработке по технологии с 2-кратной холодной прокаткой и промежуточным обезуглероживающим отжигом (в толщине 0,65-0,75 мм), как указывалось выше. Последнее обстоятельство осложняет задачу получения при ВТО качественного форстеритного покрытия, поскольку необходимым условием его образования является наличие на полосе перед нанесением MgO достаточно массивной (толщиной 1-4 мкм) пленки фаялита SiO₂FeO. Пленка указанной толщины действительно получается при ОО, но последующая холодная прокатка с обжатием более 50% утоняет ее, поэтому при ВТО формированию грунтового слоя (форстерита) должно предшествовать утолщение пленки фаялита за счет окисления.

Отмеченные обстоятельства определяют нижнюю границу заявляемого в изобретении интервала температуры точки росы при введении в печь азота - -10^oC. При увлажнении водорода (который сам является сильным восстановителем) указанная граница смещается в сторону увеличения окислительного потенциала - до +5^oC.

Ниже этих величин не происходит образование дополнительных количеств фаялита. При влажности более +10^oC в азоте и более +20^oC во влажном водороде окисление Fe и Si настолько интенсифицируется, что формируется массивное покрытие с низкой адгезией и плохим товарным видом. Кроме того, увеличивается коэффициент заполнения готовых листов.

Общий признак известного и заявляемого решений заключается в повышении окислительного потенциала атмосферы для предотвращения восстановления фаялита водородом в процессе ВТО. Отличительными признаками являются получение заданной влажности в атмосфере печи при нагреве за счет изменения состава подаваемого газа, степени гидратации MgO, а также добавки к ней веществ, диссоцирующих в интервале 600-900^oC с выделением гидроксида.

Кроме того, для стабилизации межвиткового зазора предлагается утеплять торцевые части рулонов с целью уменьшения градиента температур по ширине полос. При отжиге в азоте увлажнение газа можно не производить. Но с повышением в смеси азота и водорода концентрации последнего смесь следует увлажнять.

Совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого технического решения обеспечивает получение пленки форстерита с хорошей адгезией и внешним видом на стали с высокими магнитными свойствами.

Предлагаемый способ был опробован в полупромышленных условиях на сталях следующего химического состава /%/ (см. табл.1).

Горячекатаные полосы подвергали травлению, 2-кратной холодной прокатке с промежуточным обезуглероживающим отжигом в толщине 0,7 мм. Полосу конечной толщины /0,3 мм/ покрывали суспензией MgO со степенью гидратации от 5 до 20%, без добавок и с добавкой MgSO₄ /0,4-1,2 г/л/ и сматывали в рулон, который отжигали по режимам способа-прототипа, предлагаемого способа и с отклонениями от последнего. Скорость нагрева при ВТО от 400 до 650^oC составляла 5-15^oС/час. Режимы отжигов и полученные показатели покрытия и металла приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, на сталях данного состава ВТО с длительной выдержкой не дает возможности получить требуемое высокое качество покрытия. Предлагаемые режимы во всех случаях обеспечивают получение высококачественного покрытия в сочетании с высокими магнитными свойствами, соответствующими и даже превосходящими требования каталогов фирм-производителей стали.

Все приведенные выше приемы регулирования окислительного потенциала межвитковой атмосферы в разной степени эффективны для повышения качества грунтового слоя, а их оптимальное сочетание обеспечивает одновременно и высокие магнитные свойства, и отличное качество грунтового слоя (эксперимент 10, табл. 2).

Массовое опробование варианта 10 в промышленных условиях подтверждает высокую его эффективность. Готовая сталь нитридного варианта по уровню комплекса свойств превосходит уровень, характерный для сульфидного варианта.