Технология производства холоднокатаной динамной стали должна обеспечивать получение листовой и рулонной стали: а) с минимально возможными удельными потерями и максимально возможной индукцией; б) с минимально возможной анизотропией магнитных свойств; в) пластичность, точность прокатки и чистота поверхности должны соответствовать заданным стандартами или техническими условиями.
Решающее влияние на магнитные свойства стали оказывает химический состав. Сейчас динамную сталь выплавляют с 1,3- 1,8% Si. Выплавка стали с содержанием кремния ближе к верхнему пределу позволяет снизить удельные потери на 0,1-0,2 Вт/кг. При повышении содержания кремния в стали увеличивается ее способность к текстурообразованию и, следовательно, к увеличению анизотропии. Чем меньше газов и неметаллических включений содержит динамная сталь, тем лучше ее магнитные свойства. Следует, поэтому рекомендовать вакуумирование жидкой стали в ковше, что позволяет снизить в ней количество углерода и уменьшить содержание газов.
Разливка динамной стали в современных цехах осуществляется в крупные слитки массой 5-12 т. Возможно применение слитков массой до 24 т.
Подготовка поверхности слитков, слябов и подката динамной стали не отличается от принятой в производстве углеродистой стали.
Существенное влияние на магнитные свойства холоднокатаной динамной стали оказывает технология ее передела в цехах холодной прокатки.
ТАБЛИЦА 7. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ.
| Si, % | ,кгс/см2 | , кгс/мм2 | , % |
| 1 1,5 2,0 2,5 | 32 36 40 46 | 20 24 29 33 | 54 45 45 42 |
ТАБЛИЦА 8. СХЕМА ПРОКАТКИ ПОЛОСОВОЙ ДИНАМНОЙ СТАЛИ
| № пропуска | Толщина полосы, мм | Обжатие за пропуск | Суммарное обжатие, % | Передел текучести, кгс/мм2 | |||
| До пропуска | После пропуска | Абсолютное, мм | Относительное, мм | До пропуска | После пропуска | ||
| 1 2 3 4 5 | 2 1,3 0,95 0,7 0,58 | 1,3 0,95 0,7 0,58 0,5 | 0,7 0,35 0,25 0,12 0,08 | 35 27 26 17 14 | 35 52,7 65 71 75 | 38 72 80 85 87 | 72 80 85 87 88 |
Протравленные рулоны после обрезки кромок и промасливания прокатывают на заданную толщину за один пропуск через стан.
Высокая пластичность динамной стали и относительно небольшое сопротивление деформации позволяют холодную прокатку этой стали производить с суммарным обжатием до 80%, без промежуточного отжига.
Холодная прокатка динамной стали с содержанием кремния до 2% производится из рулонного горячекатаного подката толщиной 2-2,5 мм в один передел. В табл. 96 приведена схема прокатки рулонной динамной стали с начальной толщины 2 мм до 0,5 мм на пятиклетевом стане холодной прокатки.
Замерами энергосиловых параметров работы пятиклетевого непрерывного стана 1200 при прокатке малоуглеродистой стали (08кп, СтЗ) и динамной стали установлено, что при прокатке последней при прочих равных условиях удельный расход электро-энергии составлял 123-128 кВт-ч/т, а при прокатке малоуглеродистой стали 90-115 кВт-ч/т, т. е. в 1,1-1,4 раза больше. Решающее влияние на магнитные свойства динамной стали имеет со, держание углерода, поэтому наряду с мерами, принимаемыми в сталеплавильных цехах по снижению содержания углерода в слитках, высокие магнитные свойства динамной стали обеспечиваются специальной обезуглероживающей обработкой. Эта обработка может быть осуществлена при обезуглероживающем отжиге горячекатаных рулонов в непрерывных агрегатах, где отжиг производится в обезуглероживающей среде, подобной применяемым в производстве холоднокатаной трансформаторной стали.
Обезуглероживающая термическая обработка усиливает анизотропию магнитных свойств динамной стали, что видно из данных таблицы 9.
ТАБЛИЦА 9. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СТАЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ .
| Вид термической обработки | Удельные потери, Вт/кг | Магнитная индукция, Гс | |
| Р10 | Р15 | ||
| Без обработки…………………Черный отжиг(775-825 град.С в течение 40ч)………………….. | 1,841,841,821,95 | 4,164,244,104,47 | 15600155001600015650 |
В числителе указаны магнитные свойства для продольных образцов, а в знаменателе - для поперечных.
** По Международной системе СИ 1 Гс == 10~4 Тл.
Для окончательной термической обработки – отжига холоднокатаной динамной стали - могут применяться колпаковые и проходные термические печи. При термической обработке стопы рулонов в колпаковых печах (температура отжига 880-940° С, выдержка 12 ч, охлаждение под колпаком до 650° С, а затем под муфелем до 200° С) обеспечиваются заданные магнитные свойства, но при этом в результате некоторой деформации части витков рулонов отожженные рулоны следует подвергать дрессировке.
Для снятия напряжений в металле после дрессировки проводят повторный отжиг металла. Это связано с дополнительной загрузкой прокатного оборудования, отжигательных печей и с нерациональным удлинением технологического процесса производства стали.
Второй отжиг рулонов после дрессировки осуществляли при 750° С и выдержке 12 ч с последующим охлаждением под муфелем до 200° С. В связи с этим в новых цехах для производства холоднокатаной динамной стали термическая обработка рулонов после холодной прокатки осуществляется в проходных печах.
Наряду с листовой динамной сталью массового применения для изготовления некоторых крупных электромашин необходима сталь с еще меньшими удельными потерями.
При одинаковой толщине листа и одинаковом химическом составе наибольшее влияние на удельные потери оказывает величина зерна (чем оно крупнее, тем ниже удельные потери).
Рост зерна при отжиге в значительной степени зависит от величины обжатия полосы на последнем переделе при холодной прокатке. Наиболее крупные зерна вырастают в случае применения так называемых «критических обжатий», величина которых для динамной стали находится в пределах 8-10%.
Повышение температуры отжига также способствует росту зерна, уменьшает остаточные напряжения и искажения решетки, поэтому по мере повышения температуры нагрева при отжиге коэрцитивная сила и удельные потери снижаются.
Однако при этом следует иметь в виду, что в стали с содержанием до 2,0% Si даже при минимальном содержании углерода при 950-1000° С происходит фазовое превращение ее во всем объеме. Переход через критические точки при нагреве и охлаждении обычно сопровождается измельчением зерен.
При отжиге в проходной печи лучшие магнитные свойства получаются при отжиге ниже температуры фазового превращения. Повышение температуры отжига с 960 до 1100° С приводит к увеличению удельных потерь на 3-5%. Снижение содержания углерода с 0,050 до 0,020% уменьшает удельные потери на 20-25%. Эффективным мероприятием в отношении снижения удельных потерь является применение прокатки с небольшим суммарным обжатием (критическая деформация). Наилучшие результаты получаются при сочетании обезуглероживания и критической деформации.
На электротехническую тонколистовую и ленточную сталь ГОСТ предусматривает выпуск стали трех классов, определяющихся условиями производства - горячекатаная изотропная (1-й класс), холоднокатаная изотропная (2-й класс) и холоднокатаная анизотропная (3-й класс). В каждом из указанных классов оговаривается содержание кремния, которое фиксируется соответствующим шифром. Так, например, в холоднокатаной изотропной стали цифровой шифр для стали с различным содержанием кремния будет:
Цифровой шифр……. 1 2 3 4 5
Содержание Si, %…..до 0,4 0,4-0,8 0,8-1,2 1,8-2,8 2,8-3,8
Холоднокатаная анизотропная сталь изготовляется только с содержанием кремния в пределах 2,8-3,8% и имеет один цифровой шифр - 4.
Для каждой из включенных в стандарт марок стали оговорены магнитные характеристики, определяющие качество листовой и ленточной стали по величине удельных потерь и индукции в определенной толщине проката, обозначаемые соответствующим цифровым индексом. Комплекс перечисленных выше характеристик электротехнической стали, определяющих структурное состояние, содержание кремния, характер и уровень магнитных свойств, обозначается цифрой из четырех знаков: первый знак - класс по структурному состоянию; второй знак - содержание кремния; третий знак - основная нормируемая характеристика; четвертый- уровень магнитных нормируемых характеристик для соответствующей группы сталей. Для примера приведено условное обозначение холоднокатаной листовой анизотропной стали с удельными потерями Р1,5/50 не более 1,0 Вт/кг-3415. Стандарт оговаривает также разделение электротехнической стали на листовую горячекатаную, листовую холоднокатаную и ленту холоднокатаную, а также для холоднокатаной стали с поверхностью, покрытой электроизоляционным покрытием и без покрытия. В зависимости от точности размеров по толщине прокат может поставляться нормальной точности (Н) и повышенной точности (П). Предусматривается, в соответствии с требованиями потребителя, поставка электротехнической листовой и ленточной стали с термической обработкой и без нее. Листовая холоднокатаная сталь поставляется листами или рулонами толщиной 0,35; 0,5 и 0,65мм, шириной 750, 900 и 1000 мм и длиной листов для соответствующей толщины и ширины 1500-2000 мм. Лента поставляется той же толщины и шириной от 170 мм до 500 мм-