«Новые разработки ПАО «НЛМК» в области производства и

«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.