CN102650016A

CN102650016A - 一种高磁感低成本250MPa级冷轧磁极钢的制造方法

Info

Publication number: CN102650016A
Application number: CN2012101653487A
Authority: CN
Inventors: 张钦钊; 甘青松; 陈�光; 林长青
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: CN102650016B

Abstract

一种高磁感低成本250MPa级冷轧磁极钢的制造方法，包括：将板坯加热至1200-1260℃，保温；热轧：终轧温度为850-900℃，卷取温度为550-630℃，冷却方式采用喷射式水冷方式；冷却到60-80℃进行酸洗，冷却方式采用空冷方式；冷轧：冷轧压下率为50-75%；连续退火：均热段温度为720-780℃，均热时间为60～200s；采用0.8-1.4%平整延伸率进行平整，制成250MPa级的冷轧磁极钢。生产出来的磁极钢下屈服强度R_eL大于250MPa，磁感应强度B₅₀大于1.70T，适用于制造大型水轮发电机转子体磁极铁芯。

Description

一种高磁感低成本250MPa级冷轧磁极钢的制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧磁极钢的制造方法，尤其涉及一种屈服强度为250MPa级冷轧磁极钢的制造方法。

背景技术

水力发电是我国电力能源的重要组成部分，近年来水力发电设施有大幅增加，磁极是水轮发电机转子的关键部件，磁极钢板是其中关键的材料，每台大型水轮发电机磁极由数百吨薄钢板迭成，其重量约占电机总重的1/10，为保证机组高速运行的平衡和稳定，要求磁极具有高的尺寸精度及足够的强度，为使机组减少涡流损失，磁极钢板又必须具有优良的磁感应强度。

随着单机容量的不断增加，机组大型化，电机部件向大尺寸、大重量发展，其磁极也逐渐采用新的材料及技术，从早期的铸铁、铸锻件过渡至碳素钢、低合金高强度钢钢板为主。据《大型电机转子磁轭磁极用钢的发展及展望》（大电机技术,1978,(01).）报道，我国自上世纪60年代起开始研发低合金高强度钢板，典型的钢种有16Mn、15MnV、15MnVN等，并应用于云峰、刘家峡等水电站。中国专利申请号200610019771.0给出了一种250MPa级冷轧磁极钢的生产方法，上述专利制造成本较高，采用的是罩式炉退火，其磁性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁感低成本250MPa级冷轧磁极钢的制造方法，生产出来的磁极钢下屈服强度R_eL大于250MPa，磁感应强度B₅₀大于1.70T。

本发明的一种高磁感低成本250MPa级冷轧磁极钢的制造方法，包括以下步骤：

（1）将板坯加热至1200-1260℃，保温约1小时；

（2）热轧：终轧温度为850-900℃，卷取温度为550-630℃，冷却方式采用喷射式水冷方式；

（3）冷却到60-80℃进行酸洗，冷却方式采用空冷方式；

（4）冷轧：冷轧压下率为50-75%；

（5）连续退火：均热段温度为720-780℃，均热时间为60～200s；优选地，均热段温度为740-780℃；

（6）采用0.8-1.4%平整延伸率进行平整，制成250MPa级的冷轧磁极钢。

另外，本发明还优化了板坯的化学成分的重量百分比，具体如下：

C：0.040-0.090%，

Si：≤0.05%，

Mn：0.20-0.60%，

P：≤0.025%，

S：≤0.015%，

Al：0.02-0.10%

N：≤0.010%，

Nb：0.002-0.020%，

余量为Fe和不可避免的杂质。

与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：

1、对含微量Nb合金钢而言，终轧和卷取温度越高，热轧板晶粒相对较大，在后期退火中的得到长大，成品得到相对较大的晶粒，电磁性能相对较好，强度则有所降低。而如果终轧和卷取温度过低，在精轧及卷取过程中会产生大量弥散的析出物，强度会有显著提高，但细小弥散的析出物会阻碍晶粒的长大，电磁性能会有显著下降。本发明热轧终轧温度为830-900℃，卷取温度为550-630℃，既能充分发挥微合金元素的强化作用，又不致使热轧带坯的强度过高，方法工艺控制性强，改善了热轧带坯的板形质量，从而有利于冷轧工序的质量控制，对轧制设备和工艺控制没有苛刻要求，生产成本低。

2、由于尽量控制微合金化元素Nb添加量，与较低含量的C、Mn、Si等原子的固溶强化作用，其热轧带坯的强度较适宜冷轧轧制，从而有效减缓对轧机的负荷，因此可适当提高冷轧压下率，充分积聚变形畸变能，使再结晶后的钢板强度指标达到要求。因此，本发明方法的冷轧磁极钢冷轧压下率为50-75%，从而保证一定的表面质量和力学性能，板形控制良好横向厚差小，同板差≤0.02mm，尺寸精度高。

3、本发明采用连续退火方式，生产稳定，过程易于控制，使得产品的均匀性得到很大提升，头尾性能差异减小（头尾性能差异小于0.005T），磁性能均匀，而且连续退火生产周期短，成本低，对批量生产高等级磁极钢十分有利。退火炉均热段温度控制在720-780℃。如果温度过高，晶粒尺寸过大，钢板强度降低；而温度过低会造成钢板性能不均匀，影响钢板冲压质量，而在此工艺下退火，可以达到控制再结晶晶粒尺寸和防止第二相粒子长大的目的，从而解决了磁极钢磁性性能和强度之间的矛盾。

4、平整工艺，平整延伸率的确定与钢的化学成分、冶炼方式、成品规格和表面粗糙度有关，合适的平整延伸率可以起到稳定产品性能，并可控制良好板形。本发明采用0.8-1.4%平整延伸率进行平整，可以保证板形质量，且对提高磁极钢的磁性性能有利，同时对提高钢板的强度有一定作用。

5、本发明对板坯的化学成分进行优化，添加适量微合金元素，保证了钢板的强度和磁感应强度的要求，从而解决了高强度与高磁感应强度之间的矛盾，钢板强度和磁感应强度配合良好，产品具有更加优良的综合性能。

板坯中C含量选择在0.04-0.09%之间，主要是为了保证冷轧磁极钢的强度，但对磁极钢板而言，钢中的C无论以固溶体形式还是渗碳体形式存在都会使铁损和磁时效增加，损害钢板的磁性能。另一方面高的C含量，热轧钢卷的强度相应提高，冷轧轧机负荷增加。本发明方法生产的水电磁极钢，下屈服强度R_eL大于250MPa，磁感应强度B₅₀大于1.70T。

本发明Si含量控制在0.05%以下，提高钢的磁性能。随着Si含量增高，钢板的强度升高，电阻率ρ增加，钢带的铁损降低，但同时磁感也降低。由于Si的增高，同时也会带来加工脆性增强，造成冷轧困难。

板坯中加入Mn，形成置换固溶体，促进钢材下屈服强度和抗拉强度呈线性增加，然而对于磁性而言，Mn含量在0.15-3.00%时，磁感应强度随钢中的锰含量增加而降低，因此要控制Mn的含量不能太高，以免磁感应强度下降的过低，过高的Mn也会造成热轧钢卷的强度提高，增加冷轧轧机的负荷。

钢中加入微合金元素Nb，钢中形成的尺寸较细小Nb的碳氮化物延迟再结晶，达到细晶强化和析出强化目的，同时对试验钢的磁性的影响要比固溶碳和渗碳体的影响要小，这样就使钢板的强度指标得到提高，同时也保证了钢板的磁感应强度。Nb含量高于0.04％时其强度变化不再显著，成本同样提高，因此本发明在保证钢的强度和磁性能的同时，添加尽量少的Nb合金。

S对磁极钢的电磁性能影响很大，S与Mn结合形成MnS等有害杂质，减弱了钢中Mn元素的强化作用，而且当形成细小的MnS时，可以强烈阻碍成品退火时的晶粒长大，磁感大幅度下降、铁损大幅度提高。原则上钢中S含量越低越好，但从炼钢成本和可操作性的角度，钢中的S含量应控制在0.015％以下，即可满足本产品的需求。

P对无取向电工钢钢带的脆化作用较大，P沿晶界偏聚加大，导致最终退火时的晶粒长大受阻，导致磁感降低。因此，在磁极钢板的实际生产中，应控制P元素为好。

6、板坯简洁的C、Si、Mn成分便于生产冶炼，热轧工艺生产操作简单易于控制，减小了冷轧轧机的负荷，连续退火工艺成熟，易于大批量生产。另外，由于本发明钢化学成分要求简单，生产工艺简单，因此生产成本低廉，具有显著的经济效益和强劲的市场竞争力。

本发明方法生产的产品，集高磁感、低成本于一体，适用于制造大型水轮发电机转子体磁极铁芯，既可以满足水轮发电机转子体磁极在强度上的要求，也满足了减少机组涡流损失的要求。同时，本发明方法采用连续退火方式，提高了生产效率，生产成本降低，使产品的均匀性得也到很大的提高，给生产厂家和用户带来了更大的经济效益和社会效益。

具体实施方式

本发明250MPa级冷轧磁极钢制造方法实施例A-D，具体步骤为：

1)板坯加热，加热温度1200-1260℃，保温约1小时。

2)热轧的步骤：终轧温度为850-900℃；变形采用7道次轧制，钢坯由30mm最终轧成2-4mm规格的薄钢板，轧制后采用水冷方式冷却至550-630℃进行卷取。

3)热轧钢卷冷却到60-80℃进行酸洗。

4)冷轧的步骤：冷轧压下率50-75%，冷轧成1-2mm规格的薄钢板。

5)在连续退火炉中以720-780℃的温度进行连续退火。

6)采用0.8-1.4%平整延伸率进行平整，制成250MPa级的冷轧磁极钢。

本发明250MPa级冷轧磁极钢制造方法实施例A-D如下表1和2所示：

表1本发明与比较钢的化学成分重量百分比，wt.％

表2试验钢的力学性能和磁性能，wt.％

上述化学成分的重量百分比中，其余为Fe和不可避免的杂质。

采用本发明方法实施例A－D生产的冷轧磁极钢产品，其屈服强度R_p大于250MPa，磁感应强度B₅₀大于1.70T，断裂伸长率A₅₀高于30％，整卷性能差异小，且板形质量良好。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高磁感低成本250MPa级冷轧磁极钢的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将板坯加热至1200-1260℃，保温；

（3）冷却到60-80℃进行酸洗，冷却方式采用空冷方式；

（4）冷轧：冷轧压下率为50-75%；

（5）连续退火：均热段温度为720-780℃，均热时间为60～200s；

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征是：板坯按以下成分冶炼得到：C：0.040-0.090%，Si：≤0.05%，Mn：0.20-0.60%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al：0.02-0.10%，N：≤0.010%，Nb：0.002-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征是：均热段温度为740-780℃。