«Новые разработки ПАО «НЛМК» в области производства и применения импортозамещающих марок электротехнической изотропной стали для магнитных сердечников электрических машин с высоким КПД» Чеглов А.Е. Алымов М.И. Барыбин В.А. Бахтин С.В. Миндлин Б.И. Настич В.П. Парахин В.И. Чувашов С.О. Юсупов В.С. Ярошенко А.В. Реферат к работе «Новые разработки ПАО «НЛМК» в области производства и применения импортозамещающих марок электротехнической изотропной стали для магнитных сердечников электрических машин с высоким КПД» Публичное акционерное общество «Новолипецкий металлургический комбинат» Авторский коллектив № Фамилии, имена и отчества авторов, ученые степени и звания, п/п должности по основному месту работы Чеглов Александр Егорович - доктор технических наук, профессор Федерального бюджетного государственного образовательного 1 учреждения высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет, – руководитель работы Алымов Михаил Иванович - доктор технических наук, профессор, директор Института структурной макрокинетики и проблем 2 материаловедения Российской академии наук, член-корреспондент Российской академии наук Барыбин Владимир Алексеевич, ведущий инженер отдела электротехнических сталей Технического центра публичного 3 акционерного общества «Новолипецкий металлургический комбинат» Бахтин Сергей Васильевич, к.т.н., доцент, начальник отдела электротехнических сталей Технического центра публичного 4 акционерного общества «Новолипецкий металлургический комбинат» Миндлин Борис Игоревич, к.т.н., (посмертно, дата 5 смерти - 01.03.2011 г.) 6 Настич Владимир Петрович, к.т.н., пенсионер 7 Парахин Владимир Иванович, к.т.н., пенсионер Чувашов Сергей Олегович, начальник штамповочного цеха общества 8 с ограниченной ответственностью «Производственный комплекс «Владимирский электромоторный завод» Юсупов Владимир Сабитович - доктор технических наук, заведующий лабораторией пластической деформации металлических материалов 9 Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук Ярошенко Андрей Викторович, директор по сталеплавильному 10 производству публичного акционерного общества «Новолипецкий металлургический комбинат» Электротехническая изотропная сталь (ЭИС) является магнитно-мягким материалом, применяемым для изготовления магнитопроводов электрических машин, работающих во вращающемся переменном магнитном поле статоров и роторов электродвигателей, электрогенераторов, дроссельных катушек, индукционных регуляторов и т.д. (рис. 1). Рис. 1. Применение ЭИС в электротехнической промышленности Современные тенденции, такие как автоматизация, повышение энергоэффективности, проблемы импорта высокоэффективных марок ЭИС и связанная с этим экономическая безопасность страны, вызывают необходимость производить новую продукцию с особыми свойствами по магнитным потерям, с высокой магнитной индукцией и проницаемостью, по качественным характеристикам, не уступающим зарубежным аналогам. Группировка проката ЭИС ранее, в соответствии со стандартами, четко разделялась на прокат с низкими магнитными потерями для больших машин и прокат с высокой индукцией для маленьких двигателей. Современные требования к характеристикам проката вышли из ранее принятых рамок, и ПАО «НЛМК» соответственно разработал технологии производства высокоэффективных видов продукции, которые расширили марочный состав, более полно удовлетворяющий требования заказчиков и расширяли их возможности для повышения коэффициента полезного действия (КПД) электротехнических устройств. Первоначально, высокая индукция достигалась как результат снижения содержания в стали кремния. Однако, благодаря разработке методов управления структурой и текстурой, была найдена возможность получать более низкие магнитные потери и высокую магнитную индукцию (проницаемость) в сердечнике при том же содержании кремния. Для обеспечения различных, порой противоречивых требований, в ПАО «НЛМК» были разработаны оптимальные методы управления металлургическими факторами, которые влияют на магнитные свойства. В инновационных технологических разработках ПАО «НЛМК» по производству ЭИС основополагающими принципами являются: - применение более высокого содержания фосфора при одновременном снижении концентрации легирующих элементов – кремния и алюминия; - микролегирование высоколегированной ЭИС сурьмой; - оптимизация технологических режимов производства (химический состав, горячая и холодная прокатки, термические обработки). При выполнении настоящей работы разработаны технологии производства новых высокотехнологичных марок ЭИС по следующим направлениям: - полуготовая ЭИС, в т.ч. с электроизоляционными покрытиями; - полуготовые ЭИС с высокой магнитной проницаемостью и низкими удельными магнитными потерями; - ЭИС с низкими удельными магнитными потерями и высокой проницаемостью класса AP; - ЭИС для высокоскоростной штамповки с дополнительными требованиями по магнитным и физико- механическим свойствам (высокой прочности); - ЭИС для высокочастотных машин; - ЭИС 4 группы легирования с низкими удельными магнитными потерями 1 класса неплоскостности. По результатам выполнения работы разработаны новые марки ЭИС, представленные в таблице 1. Новизна и уникальность полученных результатов не имеют аналогов в Российской Федерации и за рубежом. Например, уровень магнитной индукции В2500 для стали марки М400-50АР, полученной по разработанной авторами технологии, составляет 1,64 Тл против 1,61 Тл для аналогичной марки стали, производимой ведущим зарубежным производителем ЭИС «Thyssen Krupp» (рис. 2), для марки М530-50АР – 1,66 Тл против 1,62 Тл, для марки М600-50АР – 1,67 Тл против 1,64 Тл, для марки М700-50АР – 1,68 Тл против 1,66 Тл. Общий объем производства разработанных марок ЭИС за период 2003-2015 гг. составил 1,672 млн. т. Российскими потребителями разработанных марок стали являются предприятия ОАО «Силовые машины» (г. Санкт-Петербург), ЗАО «Новомет-Пермь» (г. Пермь), ООО «Владимирский электромоторный завод» (г. Владимир), ООО «Гурт» (г. Москва), ОАО «ВЭМЗ» (г. Владимир) и т.д. Зарубежными потребителями являются такие фирмы с мировой известностью как «ABB», «Helvar», «Siemens» «LCI» и т.д. За период 2006-2015 гг. маржинальная прибыль составила 7 995 млн.руб., прибыль по производственной себестоимости без амортизационных отчислений – 5 371 млн.руб. Таблица 1 – Новые марки ЭИС, разработанные в ПАО «НЛМК Вид продукции Основные разработанные принципы технологии Легирование фосфором Разработка режимов отжига Полуготовая ЭИС Готовая ЭИС Освоение технологии нанесения электроизоляционного покрытия anti-stick Оптимизация химического состава. Разработка режимов отжига. Освоение технологии нанесения покрытия anti-stick Марки стали М660-50Д(К), М890-50Д(К), М105050Д(К), М800-65Д(К), М1000-65Д(К), М1200-65Д(К) по EN10126 (EN10341) М450-50Е(К), М560-50Е(К), М52065Е(К), М630-65Е(К) по EN10165 (EN10341) Полученные патенты на изобретения Патент RU № 2178006 от 02.08.2000 г. Патент RU №2188006 от 02.08.2000 г. М800-65К с электроизоляционным покрытием по EN10341 Патент RU № 2178006 от 02.08.2000 г. 47S165 (с удельными магнитными потерями P1,5/50 < 2,88 Вт/кг) по ТУ 14-106-735-2005 Патент RU № 2288282 от 20.05.2005 г. Легирование фосфором Разработка режимов отжига М600-50А, М700-50А, М800-50А, М700-65А, М800-65А по EN10106 (для высокоскоростной штамповки с дополнительными требованиями по магнитным и механическим свойствам) Легирование фосфором Разработка режимов горячей прокатки, холодной прокатки, отжига и нормализации М800-50АР, М700-50АР, М600-50АР, М530-50АР, М700-65АР (высокопроницаемая - high permeability steel) по ТУ 14-106-7062005 М400-50АР и М470-65АР (с повышенным уровнем магнитной индукции В2500 ≥ 1,64 Тл, В5000 ≥ 1,72 Тл, В10000 ≥ 1,82 Тл) по EN10106 Патент RU № 2228374 от 12.08.2002 г. Патент RU № 2288282 от 25.05.2005 г. Патент RU № 2211249 от 10.10.2002 г. Патент RU № 2266340 от 13.09.2004 г. Патент RU № 2288282 от 20.05.2005 г. Патент RU № 2540243 от 07.05.2013 г. Использование ↔ фазового превращения при обезуглероживающерекристаллизационном отжиге Оптимизация химического состава. Разработка режимов горячей прокатки, отжига и нормализации Двухстадийная однократная холодная прокатка Микролегирование сурьмой. Оптимизация химического состава. Разработка режимов вакуумирования. Разработка режимов прокаток и отжига М600-50А, М700-50А, М800-50А, 2112, 2012 2421 (в толщине 0,27 мм) по ГОСТ 21427.2 М270-50А и М250-35А (с особонизкими удельными магнитными потерями 1 класса неплоскостности) по EN 10106 Патент RU № 2126843 от 07.04.1998 г. Патент RU № 2220212 от 20.01.2002 г. Патент RU № 2459876 от 20.012011 г. Патент RU №2489500 от 03.05.2002 г. Рис.2. Кривая намагничивания высокопроницаемой ЭИС марки М400-50АР За создание принципиально новых технологий производства ЭИС получена золотая медаль 21-ой международной выставки «Металл-Экспо 2015» (рис. 3). Рис. 3. Золотая медаль 21-ой международной выставки «Металл-Экспо 2015» Полученные в ходе опытных работ результаты легли в основу новых российского стандарта ГОСТ Р 54480-2011«Прокат тонколистовой холоднокатаный из электротехнической изотропной стали и межгосударственного стандарта ГОСТ 33212-2014 «Прокат тонколистовой холоднокатаный из электротехнической изотропной стали». Достигнутый уровень качества продукции, полученный в результате освоения новых технологий, соответствует или превышает лучшие мировые аналоги. Улучшение качественных характеристик ЭИС позволяет совершенствовать конструкцию электромашин с существенной экономией основных материалов – стали, обмоточной меди и алюминия, повысить энергоэффективность электрических машин, и обеспечить условия для полного замещения импорта проката аналогичных видов и марок.