RU2124055C1

RU2124055C1 - Method of producing forsterite insulating film on surface of anisotropic electrical-sheet steel

Info

Publication number: RU2124055C1
Application number: RU96116387A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Цырлин; Л.Б. Казаджан
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Эста"
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-12-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method includes decarburizing annealing, high-temperature annealing of coiled strip of final thickness and coated with MgO in atmosphere of regulated composition, and provided for improvement of film quality with high magnetic properties, performance of heating in high-temperature annealing within the internal of 400-800 C in oxidizing atmosphere with respect to Fe and Si proceeding from attaining at the end of the said interval, the dew point temperature within minus 10 to plus 20 C depending on hydrogen-nitrogen ratio. Dew pointed temperature within minus 10 plus 5 C is attained by supplying of nitrogen to furnace atmosphere, and dew point temperature from puls 5 to plus 20 C is attained by moistening of hydrogen. Humidity of interturn atmosphere is regulated by varying the degree of hydration of MgO within the range of 5 to 20%. Humidity of interturn atmosphere is additionally regulated by addition to MgO of components dissociating within the interval of 600-900 C with separation of hydroxyl. End parts of strip coils are heat-insulated. EFFECT: higher efficiency. 6 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству анизотропной электротехнической стали с электроизоляционным покрытием. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of anisotropic electrical steel with an insulating coating.

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). According to the operating conditions in the transformer, the finished sheet should have high magnetic induction and low specific losses, and on the surface - a thin uniform insulating film with good adhesion to metal. In the formation of the required properties of steel and insulation, the decisive role belongs to the 2nd heat treatment operations: decarburization and high-temperature annealing (OO and WTO).

В процессе первого из них, осуществляемого при 700-900^oC во влажной смеси водорода и азота, выгорает углерод и образуется пленка фаялита SiO₂•FeO. 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 MgO•SiO₂ - тонкой равномерной пленки с высокой адгезией к металлу (грунтовый слой) [1].In the process of the first of them, carried out at 700-900 ^o C in a wet mixture of hydrogen and nitrogen, carbon burns out and a film of SiO ₂ • FeO fayalite is formed. Before the WTO, the strip is coated with an aqueous suspension of MgO and wound onto a roll. A WTO with slow heating to 1150-1200 ^o C should provide secondary recrystallization (BP) with the formation of a rib texture and the formation on the forsterite surface MgO • SiO ₂ - a thin uniform film with high adhesion to the metal (soil layer) [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.The WTO modes used in practice, as a rule, include slow heating or holding in the range of 850-1000 ^o C in an atmosphere of dry H ₂ to form a perfect rib texture during the VR. This technology provides a satisfactory quality of the soil layer with a common method for the production of anisotropic steel, based on sulfide inhibition of the structure. In special steel production processes (for example, modified antimony and selenium), aimed at obtaining a high degree of texture perfection [2] and providing for a long exposure at WTO in the temperature range close to secondary recrystallization, the use of a reducing atmosphere is unacceptable due to a sharp deterioration in soil quality layer. To avoid this, it is recommended in method [3] to anneal steel in an atmosphere of dry inert gas (nitrogen) until the secondary recrystallization and soil formation processes are completed.

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 SiO₂•FeO 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.However, these measures are not enough in the case when aluminum nitrides are used to improve the magnetic properties (nitride version). The technology for the production of such steel includes decarburization in an intermediate thickness (and not in the final one, as for the sulfide version) and slow heating (5-15 ^o C / h) in the range of return temperatures and primary recrystallization (400-700 ^o C) [4]. Due to the insufficient thickness of the SiO ₂ • FeO fayalite layer formed during OO, even with subsequent heating in an inert gas atmosphere, the quality of the soil layer deteriorates, especially in the marginal region, where the inter-turn gap increases and water vapor is removed long before the start of the soil formation process.

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.The aim of the present invention is to obtain a forsterite film with good adhesion in combination with a high level of magnetic properties on steel with nitride inhibition. This goal is achieved by regulating the humidity (dew point temperature) of the furnace atmosphere during slow heating from 400 to 800 ^o C by increasing the oxidizing potential by replacing hydrogen with nitrogen, humidification, optimal hydration of MgO, adding to the MgO substances that release water in the inter-turn space, as well as thermal insulation of the end parts of the rolls.

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 SiO₂•FeO. 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.The present invention extends to steels with 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. The required level of magnetic properties is obtained in such steels when machining using technology with 2-fold cold rolling and intermediate decarburization annealing (in the thickness of 0.65-0.75 mm), as mentioned above. The latter circumstance complicates the task of obtaining a high-quality forsterite coating during the WTO, since a necessary condition for its formation is the presence of a rather massive (1–4 µm thick) SiO ₂ • FeO fayalite film on the strip before MgO deposition. A film of the indicated thickness is indeed obtained by OO, but subsequent cold rolling with compression of more than 50% thins it, therefore, during the WTO formation of a soil layer (forsterite) should be preceded by thickening of the fayalite film due to oxidation.

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.The aforementioned circumstances determine the lower limit of the dew point temperature range claimed in the invention when nitrogen is introduced into the furnace —10 ^° C. When moistened with hydrogen (which itself is a strong reducing agent), this boundary shifts toward an increase in the oxidation potential — up to +5 ^° C.

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.Below these values, the formation of additional amounts of fayalite does not occur. At a humidity of more than + 10 ^o C in nitrogen and more than +20 ^o C in wet hydrogen, the oxidation of Fe and Si is so intensified that a massive coating is formed with low adhesion and poor presentation. In addition, the fill factor of finished sheets increases.

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.A common feature of the known and claimed solutions is to increase the oxidative potential of the atmosphere to prevent the restoration of fayalite with hydrogen during the WTO. Distinctive features are the obtaining of a given humidity in the atmosphere of the furnace during heating by changing the composition of the supplied gas, the degree of hydration of MgO, as well as the addition of substances dissociating in the range of 600-900 ^o C with the release of hydroxide.

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. In addition, to stabilize the inter-turn gap, it is proposed to insulate the end parts of the rolls in order to reduce the temperature gradient across the width of the strips. During annealing in nitrogen, gas humidification can be omitted. But with an increase in the concentration of the latter in the mixture of nitrogen and hydrogen, the mixture should be moistened.

Совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого технического решения обеспечивает получение пленки форстерита с хорошей адгезией и внешним видом на стали с высокими магнитными свойствами. The combination of known and distinctive features of the proposed technical solution provides forsterite film with good adhesion and appearance on steel with high magnetic properties.

Предлагаемый способ был опробован в полупромышленных условиях на сталях следующего химического состава /%/ (см. табл.1). The proposed method was tested in semi-industrial conditions on steels of the following chemical composition /% / (see table 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.Hot rolled strips were subjected to etching, 2-fold cold rolling with intermediate decarburization annealing in a thickness of 0.7 mm. The strip of the final thickness (0.3 mm) was covered with a MgO suspension with a degree of hydration from 5 to 20%, without additives and with the addition of MgSO ₄ / 0.4-1.2 g / l / and wound into a roll, which was annealed according to the modes of the method -prototype of the proposed method and with deviations from the latter. The heating rate at the WTO from 400 to 650 ^o C was 5-15 ^o C / hour. The annealing modes and the obtained parameters of the coating and metal are given in table. 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. As can be seen from the table. 2, on steels of this composition, the WTO with long exposure does not make it possible to obtain the required high quality coating. The proposed modes in all cases provide high-quality coatings in combination with high magnetic properties that meet and even exceed the requirements of the catalogs of steel manufacturers.

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). All the above methods for regulating the oxidative potential of the inter-turn atmosphere are to varying degrees effective in improving the quality of the soil layer, and their optimal combination provides both high magnetic properties and excellent soil quality (experiment 10, Table 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. Mass testing of option 10 under industrial conditions confirms its high efficiency. The finished steel of the nitride variant in terms of the set of properties exceeds the level characteristic of the sulfide variant.

Claims

1. A method of producing a forsterite insulating film on the surface of anisotropic electrical steel, including decarburizing annealing with the formation of a SiO ₂ • FeO film and high-temperature annealing of a strip of final thickness coated with MgO coated in a roll in an atmosphere of controlled composition, characterized in that during WTO heating in the range 400 - 800 ^o C lead in an oxidizing atmosphere with respect to Fe and Si, containing hydrogen and / or nitrogen, based on the condition of obtaining at the end of the specified interval the temperature of the dew point in the range from -10 to +20 ^o C, in dependencies on the ratio of hydrogen and nitrogen.

2. The method according to claim 1, characterized in that the dew point temperature in the range from -10 to +5 ^o C is obtained by feeding nitrogen into the atmosphere of the furnace.

3. The method according to claim 1, characterized in that the dew point temperature in the range from +5 to +20 ^o C is obtained by moistening hydrogen.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the humidity of the inter-turn atmosphere is controlled by changing the degree of hydration of MgO in the range of 5 - 20%.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the humidity of the inter-turn atmosphere is further controlled by adding components to MgO that dissociate in the range of 600 - 900 ^o With the release of hydroxyl.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the end parts of the rolls are thermally insulated.