CN100457385C - 低矫顽力高磁导率电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法 - Google Patents

Abstract

一种低矫顽力高磁导率电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法，它包括下述步骤：一、制造优化成分的板坯，通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼和真空精炼，成品钢水的成分为：C≤0.010%，Si≤0.10%，Mn≤0.20%，P≤0.015%，S≤0.010%，Al＝0.50%～0.80%，[O]、[N]＜40ppm，电解夹杂＜60ppm，其余为Fe；铸成板坯，二、热轧钢卷，830～890℃高温热轧成厚度为2.0～8.0mm的热轧卷板，680～750℃高温卷取；三、冷轧成型，冷轧成薄钢板；四、磁性热处理，成品试样经900～980℃磁性热处理，获得低矫顽力高磁导率的DT4C牌号产品。本制造方法采用一次冷轧法，产品磁性能好，生产效率高。

Description

低矫顽力高磁导率电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法

技术领域

本发明涉及一种电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法。

背景技术

电磁纯铁冷轧薄板是一种不可缺少的软磁性能优良的特殊功能材料，它广泛用于继电器、磁屏蔽、电磁阀、直流电机以及各种仪器、仪表。根据GB/T6985-86，电磁纯铁冷轧钢板按磁性能从低到高分为四个牌号，即DT4、DT4A、DT4E与DT4C，其中DT4C的软磁性能最好，即矫顽力Hc低、最大磁导率μ_m最高，弱磁场磁感B较高。影响纯铁冷轧板磁性因素多，影响机理复杂，主要因素有化学成分、夹杂物总量、夹杂物的形态与分布、热轧工艺、冷轧变形率与热处理工艺等。电磁纯铁冷板矫顽力Hc与最大磁导率μ_m的影响因素及机理分析：软磁材料的矫顽力Hc来源于反磁化核的长大和磁畴壁不可逆移动两个因素，矫顽力的大小与磁畴壁能量、磁晶各向异性常数K₁基本上成正比例关系。阻碍畴壁移动的因素有晶体织构、内应力、参杂(杂质、夹杂物、晶粒尺寸)和主要成分，对于板材还需要考虑钢板厚度和表面状态的影响。

根据应力理论，晶格畸变、机械加工、压延轧制、磁致伸缩以及骤热骤冷都会引起材料的内应力升高，从而引起材料的能量增加(磁弹性能、畴壁能和退磁能)，阻碍磁畴壁移动。任何造成内应力的因素都会引起矫顽力增加。

杂质、夹杂物使晶体点阵发生畸变，导致静磁能和磁弹性能增加，畴壁移动阻力增加，磁化困难，同时夹杂本身为非磁性或弱磁性物质，导致Hc增高。通常认为，Hc与夹杂物尺寸成反比，与夹杂物数量成正比，当夹杂尺寸(直径)d与畴壁(厚度)δ相近时即100～200纳米时，夹杂物钉扎畴壁移动的能力最强。夹杂物针状(如氮化物)比球状对Hc的影响更大。C、N、S杂质对纯铁冷板的Hc最有害，细小弥散的MnS、AlN、TiN、TiC、ZrN析出物明显阻碍退火时晶粒长大，夹杂也使磁性差的(111)织构组份增多。晶粒尺寸与矫顽力有一定的对应关系。晶界处的点阵是畸变的。晶体缺陷多，内应力就大，平均晶粒直径大时，晶界所占面积减少，矫顽力降低。

软磁材料的化学成分是决定磁性的主要因素，磁晶各向异性K₁小和Ms大的材料有较低的矫顽力。

纯铁板材厚度和表面质量的影响。钢板厚度减薄，表面自由磁极能(静磁能)和180°畴的单位畴壁面积上的畴壁能增大，畴壁移动阻力增强；薄规格DT4C冷板表面粗糙度增加，同样也会使表面自由磁极能增加；磁性热处理后造成试样的表面氧化，氧化皮与基体的附着应力以及氧化皮对磁性的不良影响都会造成矫顽力Hc增高。

最大磁导率μ_m是B-H磁化曲线上的最大磁导率，或为μ-H曲线上最大值，μ_m＝(B/H)max。软磁材料的不可逆磁化过程的磁化率μ_i有如下规律：μ_i＝∝Ms²/λs^-1σ^-1或μ_i＝∝Ms²K₁ ^-1/2。

因此，纯铁冷轧板材料为了获得高的最大磁导率μ_m，应通过以下几个方面进行控制：提高材料的饱和磁化强度或饱和磁感应强度Bs；降低磁晶各向异性常数K₁和磁致伸缩λs；降低材料内应力σ，特别是材料中的应力梯度；减少材料中夹杂物和杂质数量，促进夹杂物粗化；提高磁畴宽度与磁畴壁厚度比，即晶粒粗化。有利于降低矫顽力的因素也同样适于提高材料的最大磁导率。影响电磁纯铁冷轧板磁性能的因素多，而且机理复杂，现有的常规制造方法难以达到要求。目前国内电磁纯铁冷轧板产品大多为DT4E(占80～85％)，其余为DT4A和小量的DT4C，工艺技术上存在的问题是成分设计不合理及成分控制命中率低、钢质纯净度较低、热轧终轧及卷取温度低(分别为830℃和580℃)、磁性退火后的成品晶粒较细(5～7级)。国际上日本采用二次冷轧法可以生产Hc＝16～28A/m的厚度规格为1.2～6.0mm的冷轧板，牌号EFE3A。但二次冷轧工艺生产环节多，生产效率低，综合成材率低，对制造设备要求也高。

发明内容

为了克服现有电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法的上述不足，本发明提供一种生产效率高的低矫顽力高磁导率电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法。

本发明的技术构思是基于各因素对电磁纯铁冷板磁性的影响机理，在电磁纯铁冷轧板采用一次冷轧法的基础上，优化成分组成，提高有利元素铝的含量，降低并控制杂质元素和杂夹物含量，优化热轧、冷轧及热处理方法，促进材料夹杂物粗化和晶粒粗化，降低材料内应力，提高磁性能。

本发明的电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法包括依次下述步骤：

一 制造优化成分的板坯

a 冶炼时，控制对磁性有害的C、N、O、S元素及其杂质含量，提高钢中Al的合金含量，成品钢水的成分为：

C≤0.010％    Si≤0.10％            Mn≤0.20％    P≤0.015％，

S≤0.010％    Al＝0.50％～0.80％    [O]＜40ppm    [N]＜40ppm

电解夹杂＜60ppm  其余为Fe。

b 板坯连铸成220mm×1060mm×8680mm的板坯。

二 热轧钢卷

a 热轧

高温终轧在830～900℃轧制成厚度为2.0～8.0mm的热轧钢板。

b 高温卷取

热轧钢板卷取温度为680～750℃。

由于终轧和卷取温度高，促进了钢板热轧变形组织的恢复和再结晶晶粒长大，热轧钢板的组织为完全再结晶组织，晶粒度为4～6级。

三 冷轧成型

把热轧钢卷冷轧成薄钢板，冷轧的变形总量为20～70％，在获得良好的轧制精度和板形的前提下，把冷轧的变形总量控制在30～50％。

四 磁性热处理

检验冷轧成品磁性的试样采用真空或气氛保护防氧化的热处理炉，在900～980℃保温4小时的磁性热处理工艺进行处理，不需要采用脱碳气氛。获得粗化的晶粒组织，即晶粒度级别可达到0～4级，磁性能达到DT4C牌号低矫顽力高磁导率要求。

冶炼时，可依次通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼和真空精炼，使成品钢水达到要求。在真空精炼时，最高真空度≤4mbar保持8～10min，脱碳时间18min，真空处理总时间34-36min，效果较佳。

低矫顽力、高磁导率电磁纯铁冷轧薄钢板制造方法的工业化生产应用，使DT4C冷轧薄钢板实现大批量工业化生产，可满足国内尖端科技产品的精密性、灵敏性和可靠性用料需要。采用本发明的方法，电磁纯铁冷轧薄板材料的磁性能达到GB/T6985-86 DT4C牌号要求，矫顽力Hc达到16～32A/m，最大磁导率μ_m＝0.0151～0.0269H/m。电磁纯铁DT4C冷轧薄钢板制造方法将为国内用户对高品质纯铁冷轧板的需求提供可靠保障，有利于提高相关终端产品质量水平。与二次冷轧工艺相比，采用一次冷轧工艺有利于缩短工艺流程，获得较高的生产效率。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例一

本实施例制造的是电磁纯铁GB/T6985-86 DT4C冷轧薄钢板，本实施例包括下述步骤：

一 制造优化成分的板坯

a 依次通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼和真空精炼(RH)，控制对磁性有害的C、N、O、S元素及其杂质含量，成品钢水的成分为：

C＝0.005％  Si＝0.03％  Mn＝0.12％  P＝0.007％  S＝0.005％

Al＝0.55％  电解夹杂65ppm，其中Al₂O₃夹杂10ppm，气体含量[O]、

[N]＜40ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。

真空精炼方法：最高真空度≤4mbar保持8～10min，脱碳时间18min，真空处理总时间34min。

b 板坯连铸

中包温度1552℃，拉速8.6m/min，铸成220mm×1060mm×8680mm的板坯。

二 热轧钢卷

a 热轧

把板坯在步进式加热炉中加热到1210℃，在1549mm热连轧机上进行轧制，终轧温度864℃，热轧钢板厚度为2.0mm，热轧钢板的组织为完全再结晶组织，晶粒度为5级。

b 高温卷取

热轧钢板卷取温度为689℃。

三 冷轧成型

钢卷酸洗后经二十辊森吉米尔轧机冷轧成厚1.0mm的薄钢板。

四 磁性热处理

把冷轧板成品磁性试样装入真空炉退火，随真空炉升温到900℃保温4小时，随真空炉冷却到500℃以下出真空炉，检验磁性。产品磁性能即矫顽力和最大磁导率达到GB/T6985-86 DT4C牌号要求。

本实施例的电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法，可采用不同的变形量轧制，在冷轧时采取60％、50％与25％的变形量，轧制成厚度为0.8mm、1.0mm和1.5mm的薄钢板，成品性能见表1，

表1

实施例二

本实施例制造的是电磁纯铁GB/T6985-86 DT4C冷轧薄钢板，本实施例依次下述步骤：

一 制造优化成分的板坯

a 依次通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼和真空精炼(RH)，控制对磁性有害的C、N、O、S元素及其杂质含量，成品钢水的成分为：

C＝0.004％  Si＝0.03％  Mn＝0.14％  P＝0.012％

S＝0.006％  Al＝0.59％  电解夹杂59ppm  其中Al₂O₃夹杂6ppm

气体含量[O]＜40ppm      [N]＜40ppm其余为Fe及不可避免的杂质。

真空精炼方法：最高真空度≤4mbar保持8～10min，脱碳时间18min，

真空处理总时间36min。

d 板坯连铸

中包温度1555℃，拉速8.7m/min，铸坯规格：220mm×1060mm×8680mm。

二 热轧钢卷

a 热轧

把铸坯在步进式加热炉中加热到1210℃，在1549mm热连轧机上进行轧制，终轧温度893℃，热轧钢板厚度为4.0mm。热轧钢板的组织为完全再结晶组织，晶粒度为4级。

b 高温卷取

热轧钢板卷取温度为735℃。

三 冷轧成型

钢卷酸洗后，经二十辊森吉米尔轧机冷轧成厚度2.0mm的薄钢板。

四 磁性热处理

把冷轧板成品磁性试样装入真空炉退火，随真空炉升温到980℃保温4小时，随真空炉冷却到500℃以下出真空炉，检验磁性。产品磁性能达到DT4C牌号。

本实施例的电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法，可采用不同的变形量轧制，在冷轧时采取50％与37.5％的变形量，轧制成厚度为2.0mm与2.5mm的薄钢板，轧制的成品性能见表2。

表2

可采用其它冶炼方法，使钢水成分达到本发明对成品钢水的要求。

注：B5指磁场强度在500A/m时的磁感，B10指磁场强度在1000A/m时的磁感，依此类推。

Claims (3)

1、一种低矫顽力高磁导率电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法，它包括依次的下述步骤：

一制造优化成分的板坯

a冶炼时，控制对磁性有害的C、N、O、S元素及其杂质含量，提高钢中Al的合金含量，成品钢水的成分为：

C≤0.010％    Si≤0.10％            Mn≤0.20％    P≤0.015％，

S≤0.010％    Al＝0.50％～0.80％    [O]＜40ppm    [N]＜40ppm

电解夹杂＜60ppm  其余为Fe；

b板坯连铸；

二热轧钢卷

a热轧

高温终轧，在830～900℃轧制成厚度为2.0～8.0mm的热轧钢板；

b高温卷取

热轧钢板在680～750℃卷取，热轧钢板的组织为完全再结晶组织，晶粒度为4～6级；

三冷轧成型

把钢卷冷轧成薄钢板，冷轧的变形总量为20～70％；

四磁性热处理

成品采用真空或气氛保护防氧化的热处理炉，在900～980℃保温3～5小时的磁性热处理工艺进行处理，获得粗化的晶粒组织，晶粒度级别达到0～4级。

2、根据权利要求1所述的电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法，其特征是：冷轧的变形总量为30～50％。

3、根据权利要求1或2所述的电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法，其特征是：冶炼过程为，依次通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼和真空精炼，真空精炼时，最高真空度≤4mbar保持8～10min，脱碳时间18min，真空处理总时间34-36min。