CN103388106A

CN103388106A - 一种高磁感低铁损无取向电工钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN103388106A
Application number: CN2013102618076A
Authority: CN
Inventors: 金冰忠; 张峰; 王波; 陈晓; 徐琪; 刘海; 王子涛
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-11-13

Abstract

本发明公开了一种高磁感、低铁损无取向电工钢板及其制造方法，其化学成分的重量百分比为：C≤0.004％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.02～1.0％、S≤0.003％、Al：0.1～0.6％、N≤0.003％、Ti≤0.0015％，且满足Si+A1∶0.2～2.0％，Mn、Si、Al满足Mn＝k₂×Si+k₃×Al+a，k₂＝0.08～0.11，k₃＝0.17～0.38，a为常数，其余为Fe和不可避免的杂质；该高磁感、低铁损无取向电工钢板的磁感B50为1.70-1.78T，铁损P15/50为3.59-5.5W/kg，表面状态良好，制造成本相对低廉，且不经过常化或罩式炉中间退火，无瓦楞状缺陷，具有高磁感、低铁损，比同牌号常规无取向电工钢板产品磁感B50高0.02T，铁损P15/50低0.2W/kg。

Description

一种高磁感低铁损无取向电工钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及无取向电工钢板及其制造方法，尤其涉及不经过常化或罩式炉中间退火的、表面状态良好的、低成本、高磁感、低铁损无取向电工钢板及其制造方法，该无取向电工钢板比同牌号常规无取向电工钢板产品磁感B50高0.02T，铁损P15/50低0.2W/kg。

背景技术

近年来，高效EI铁芯、电机、小型变压器等用电设备，越来越受到人们青睐。非常重要的原因之一是，可以满足环保、节能以及有效降低二氧化碳的排放的需要。与此同时，随着这些用电设备综合性能的不断提高，间接要求作为相应原材料的无取向电工钢板，在保证价格优势的同时要具有优良的磁性，即通常所说的超低铁损、超高磁感，以满足这些用电产品对节能、高效的迫切需要。

研究表明，为了获得良好的电磁性能，需要恰如其分的控制钢的化学成分、改善成品钢板的晶粒尺寸和有利织构。增加钢中硅、铝含量，可以有效提高材料的电阻率，进而改善成品钢板的铁损，但同时劣化成品钢板的磁感，并且在不经过常化或罩式炉中间退火情况下，成品钢板表面很容易产生瓦楞状缺陷，影响最终产品的外观和用户使用。

因此，人们往往采用大幅增加钢中硅、铝含量，同时结合常化或罩式炉中间退火工艺，以有效降低成品钢板铁损，改善成品钢板磁感；利用电磁搅拌提高板坯等轴晶率，并获得表面状态良好的成品钢板。但采用常化或罩式炉中间退火，会大幅增加成品钢板的制造成本，延长成品钢板的制造和交货周期，同时给现场的生产管理、质量管理等带来较大困难。

受此影响，人们开始研究在化学成分相对固定的情况下，通过添加稀土、含钙合金等，有效去除或者降低钢中的非金属夹杂物，通过大幅提高热轧板坯出炉温度，并采用超高温终轧技术，以改善成品钢板中的有利织构，在不采用常化或罩式炉中间退火的情况下，有效改善成品钢板的电磁性能。

以往的研究成果主要有，日本特开2007-102930专利，通过大幅提高热轧板坯出炉温度，一般约为1230～1320℃，以改善热轧板的晶粒尺寸、晶体织构，成品钢板表面状态良好，磁感很高。但为了避免板坯出炉温度大幅提高后，板坯加热、轧制过程中，S、N等非金属夹杂物会充分固溶、弥散析出，进而恶化成品钢板的铁损，该技术还采用了添加0.005-0.03％含钙合金或稀土方式净化钢液，并严格要求S、N含量必须小于0.0015％。这大幅增加了冶炼控制难度，加工成本很高，且需要特殊的板坯加热设备。

日本特开平3-113287专利，为避免板坯加热、轧制过程中，S、N等非金属夹杂物会充分固溶、弥散析出，进而恶化成品钢板的铁损，采用了热轧板坯低温出炉，然后在粗轧结束后，采用电磁感应快速加热，以有效提高精轧入口温度、终轧温度，该技术放宽了对S、N等杂质元素的控制要求，成品钢板表面状态良好，电磁性能优良。美中不足的是，采用该技术对设备硬件要求很高，生产成本有所增加，且板型控制难度较大。

日本特开2003-57657专利，通过严格控制终轧温度，要求950℃或以上，以改善热轧板的晶粒尺寸、晶体织构。同时，需要添加0.02-0.4％的Sn、0.08-0.5％的Cu，进一步提高热轧板再结晶效果。同样的缺点是，添加Sn、Cu会造成生产成本大幅增加，还需要采用高温卷取、高温终轧等手段进行辅助，需要特殊的板坯加热、轧制设备，并且杂质元素S、N等含量控制很严格，均要求小于0.0015％。

Hunady和Cernik撰写的论文报道，严格控制钢中的硅当量，改善热轧精轧过程相变效果，然后通过冷轧大压下的方式，来控制成品钢板的有利织构，压下率高达91％，普通的冷轧机能力远远达不到该设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高磁感、低铁损无取向电工钢板及其制造方法，成品钢板表面状态良好，制造成本相对低廉，且不经过常化或罩式炉中间退火，该无取向电工硅钢具有高磁感、低铁损，比同牌号常规无取向电工钢板产品磁感B50高0.02T，铁损P15/50低0.2W/kg。

本发明通过采用比例合适的硅、锰、铝化学成分设计，控制钢中的杂质元素钛含量，RH精炼钢液脱碳结束、合金化之前，采用硅铁完全脱氧，以及采用保温措施控制热轧精轧入口温度等，实现了表面状态良好的高磁感、低铁损无取向电工钢板正常生产。具有控制方便，操作简便，成本低廉，易于实现，以及钢质纯净度高、成品钢板磁性优良等特点。同时，成品钢板表面状态良好，无须经过常化或罩式炉中间退火处理。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高磁感、低铁损无取向电工钢板，其化学成分的重量百分比为：C：≤0.004％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.02～1.0％、S：≤0.003％、Al：0.1～0.6％、N：≤0.003％、Ti：≤0.0015％，且满足Si+A1：0.2～2.0％，Mn、Si、Al满足Mn＝k₂×Si+k₃×Al+a，k₂＝0.08～0.11，k₃＝0.17～0.38，a为常数，a＝0～0.7，其余为Fe和不可避免的杂质。

该高磁感、低铁损无取向电工钢板，表面状态良好，且比同牌号常规无取向电工钢板产品的磁感B50高0.02T，比其铁损P15/50低0.2W/kg。

本发明的高磁感、低铁损无取向电工硅钢的制造方法，包括如下步骤：

1)冶炼、浇铸：

按下述化学成分预处理、转炉冶炼、RH精炼冶炼、浇铸成板坯，化学成分重量百分含量为：C：≤0.004％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.02～1.0％、S≤0.003％、Al：0.1～0.6％、N≤0.003％、Ti≤0.0015％，且满足Si+A1：0.2～2.0％，Mn、Si、Al满足Mn＝k₂×Si+k₃×Al+a，k₂＝0.08～0.11，k₃＝0.17～0.38，a为常数，其余为Fe和不可避免的杂质。

2)热轧：

板坯经粗轧、精轧后获得常化板，其中，板坯出炉温度控制在1000～1150℃，粗轧1个或多个道次，并在粗轧、精轧机架之间采用封闭式保温装置，确保精轧入口温度≥980℃。

3)酸洗、冷轧：

将常化板先进行酸洗，再进行多道次冷轧，轧制成目标厚度的冷轧板，其中多道次冷轧的累计压下量为70～81％。

4)退火、涂层：

对获得的冷轧板进行连续退火、涂层后得到所述高磁感、低铁损无取向电工钢板，其中，连续退火时先升温到800～1000℃保温5～60s，优选为10-30s，然后以3～15℃/s的冷却速度缓慢冷却至600～750℃。

进一步，步骤1)中，Si、Mn、Al化学成分设计如下：

Mn＝k₂×Si+k₃×Al+a，k₂＝0.08～0.11，k₃＝0.17～0.38，a＝0～0.7 (1)

其中，式(1)中的k₂、k₃为Si、Al影响因子，a为常数。

进一步，步骤1)中，RH精炼钢液脱碳结束、合金化之前，采用硅铁完全脱氧，硅铁的添加数量为：

M_FeSi＝k₁×[O]_Free/t钢，k₁＝0.1～0.2 (2)

其中，[O]_Free为RH精炼脱碳结束时，钢液中的游离氧含量，k₁为脱氧常数，一般为0.1～0.2，/t代表每吨。

硅铁添加后，钢液需要进行1～2个或3个以上循环。

进一步，步骤4)中，退火气氛为H₂和N₂的的混合气体，且两者的体积比为(30～70)：(70～30)，露点≤-25℃。

本发明的表面状态良好的高磁感、低铁损无取向电工钢板，其化学成分的设计原则如下：

Si：0.1～1.6％。Si能提高基体电阻率，有效降低钢的铁损。Si含量高于1.6％时，会显著降低钢的磁感；而低于0.2％时，又起不到大幅降低铁损的作用。

Mn：0.02～1.0％。Mn与S结合生成MnS，可以有效减少对磁性的危害，同时改善电工钢表面状态，减少热脆。因此，有必要添加0.02％以上的Mn含量，而高于1.0％以上的Mn含量，容易破坏再结晶织构，又会大幅增加钢的制造成本。

Al：0.1～0.6％。Al是增加电阻元素，同时用于电工钢的深脱氧，Al含量高于0.6％时，会造成连铸浇注困难，磁感显著降低；而Al含量低于0.1％时，会大幅降低A1N固溶温度，并造成钢的磁性波动。

Si、Mn、Al化学成分：本发明的Si、Mn、Al化学成分涉及符合式(1)，本发明之所以限制Mn含量的根本原因是，Mn会扩大奥氏体相区，使奥氏体向铁素体转变的速度变慢，影响热轧稳定轧制。此外，在钢中Si、Al含量一定的情况下，高Mn含量还会明显提高热轧板再结晶温度，抑制热轧板充分结晶。

Ti：0.0015％以下。Ti含量超过0.0015％时，将使TiN夹杂物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。

经过上述冶炼步骤的钢液，首先采用RH精炼进行深脱碳，脱碳结束后钢液碳含量≤0.004％。然后，采用硅铁进行完全脱氧。为确保脱氧效果良好，添加硅铁后，钢液需要进行1～2个或3个以上循环，确保脱氧产物充分上浮；其中硅铁的添加数量符合式(2)。

其次，本发明在RH精炼脱碳结束之后，采用硅铁进行完全脱氧，而不是强脱氧剂铝铁。因为铝铁脱氧产物为簇状Al₂O₃，容易悬浮在钢中不易去除，而在后续的板坯加热、轧制过程破碎，尺寸减少，数量增多，抑制成品钢板在热处理过程中晶粒成长。由于[O]_Free通常控制在200～600ppm，为确保脱氧效果良好，需要按照式(2)添加硅铁数量。由于硅铁脱氧产物仅为SiO₂，颗粒较大且成球形，比较容易上浮去除。添加硅铁后，钢液需要进行1～2个或以上循环，确保脱氧产物充分上浮。

再次，本发明通过低成本制造方法保证无取向钢板无瓦楞状缺陷，表面质量良好。现有的常规方法是对钢板进行常化或者罩式炉退火的方法，但会大大增加制造成本，而本发明控制瓦楞状缺陷主要通过优化热轧工艺的方法，因此在获得良好表面质量同时实现了低成本。具体热轧工艺如下：

连铸浇铸结束后，板坯依次装炉进行加热、升温，热轧板坯再加热后，板坯出炉温度无须高温，控制在1000～1150℃即可，这样既可以采用R1、R2两机架粗轧一个以上道次，破碎尺寸较大的柱状晶。中间板坯在粗轧、精轧机架之间，采用封闭式保温罩进行保温，以确保精轧入口温度≥980℃。这样，中间板坯内部晶粒可以有效成长，从而既可以有效改善成品钢板的织构，还可以消除板面瓦楞状缺陷。

附图说明

图1为本发明Ti含量对成品钢板磁感的影响；

图2为本发明RH精炼脱氧方式对钢中非金属夹杂物的影响；

图3为本发明热轧精轧入口温度对成品板面质量的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述。

本发明高磁感、低铁损无取向电工钢板制造的实施例如下：

铁水、废钢按照表1所示的化学成分的配比，经300吨转炉冶炼后，采用挡渣塞、移动滑板进行挡渣。然后，采用RH精炼进行脱碳、脱氧、合金化，RH精炼脱碳结束后进行完全脱氧，并调整钢中的Si、Mn、Al含量。钢液经连铸浇铸后，得到170mm～250mm厚、800mm～1400mm宽的铸坯。经过上述冶炼工艺的铸坯，依次经热轧、酸洗、冷轧和退火工艺，其中热轧时，板坯出炉温度控制在1000～1150℃，粗轧1个或多个道次，并在粗轧、精轧机架之间采用封闭式保温装置，确保精轧入口温度≥980℃；冷轧时，多道次冷轧的累计压下量为70～80％；连续退火时先升温到800～1000℃保温5～60s，然后以3～15℃/s的冷却速度缓慢冷却至600～750℃，最终得到高磁感、低铁损无取向电工钢板产品，其主要工艺参数如表2所示，其电磁性能如表3所示。

表1 单位：重量百分比

	Si	Mn	Al	Ti	C	S	N	Fe/杂质
									实施例1	0.27	0.18	0.27	0.0007	12	29	12	其余
实施例2	0.30	0.24	0.29	0.0005	16	30	14	其余
									实施例3	0.26	0.32	0.29	0.0013	14	31	13	其余
实施例4	0.28	0.28	0.28	0.0009	13	32	15	其余
									实施例5	1.27	0.19	0.28	0.0009	14	31	14	其余
实施例6	1.26	0.23	0.32	0.0012	12	33	10	其余
									实施例7	1.32	0.26	0.29	0.0004	13	32	11	其余
实施例8	1.31	0.22	0.24	0.0006	14	29	12	其余
									实施例9	1.32	0.58	0.26	0.0007	12	30	13	其余
实施例10	1.44	0.62	0.38	0.0006	11	31	12	其余
									对比例1	0.27	0.36	0.28	0.0028	0.0013	30	13	其余
对比例2	0.26	0.34	0.29	0.0007	0.0015	28	12	其余
									对比例3	0.27	0.28	0.32	0.0009	0.0012	33	12	其余
对比例4	1.25	0.27	0.26	0.0008	15	33	13	其余
									对比例5	1.28	0.62	0.30	0.0006	14	31	14	其余
对比例6	1.26	0.19	0.28	0.0021	17	32	11	其余
									对比例7	1.44	0.48	0.58	0.0009	13	29	12	其余

对比例8	1.38	0.92	0.32	0.0014	12	34	14	其余
									对比例9	1.37	0.22	0.29	0.0018	14	33	13	其余
对比例10	1.38	0.24	0.28	0.0008	16	28	12	其余
									对比例11	1.40	0.22	0.27	0.0024	15	29	11	其余

表2

表3

本发明严格控制钢液中的Ti含量，可以有效避免成品钢板退火过程中，TiN等夹杂物对晶粒成长的强烈抑制作用，因而可以显著提高成品钢板的磁感，如图1所示的Ti含量对成品钢板磁感的影响，可知：成品磁感性能随着Ti含量的降低而升高。

如图2所示的RH精炼脱氧方式对钢中非金属夹杂物的影响，可知：采用硅铁脱氧，钢中的夹杂物数量要少于采用铝铁脱氧。

如图3所示的热轧精轧入口温度对成品板面质量的影响，可知：随着精轧入口温度的提高，瓦楞状缺陷的发生率明显降低。

由表3可知，与对比例1-11相比，本发明获得的无取向电工钢板产品，其表面状态良好，且比同牌号常规无取向电工钢板产品的磁感B50高0.02T，比其铁损P15/50低0.2W/kg。

Claims

1.一种高磁感、低铁损无取向电工钢板，其化学成分的重量百分比为：C：≤0.004％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.02～1.0％、S：≤0.003％、Al：0.1～0.6％、N：≤0.003％、Ti：≤0.0015％，且满足Si+Al：0.2～2.0％，Mn、Si、Al满足Mn＝k₂×Si+k₃×Al+a，k₂＝0.08～0.11，k₃＝0.17～0.38，a为常数，a＝0～0.7，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的高磁感、低铁损无取向电工钢板，其特征在于，所述高磁感、低铁损无取向电工钢板的磁感B50为1.70-1.78T，铁损P15/50为3.59-5.5W/kg。

3.如权利要求1或2所述的高磁感、低铁损无取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：

1)冶炼、浇铸：

按下述化学成分预处理、转炉冶炼、RH精炼冶炼、浇铸成板坯，化学成分重量百分含量为：C：≤0.004％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.02～1.0％、S≤0.003％、Al：0.1～0.6％、N≤0.003％、Ti≤0.0015％，且满足Si+Al：0.2～2.0％，Mn、Si和Al满足Mn＝k₂×Si+k₃×Al+a，k₂＝0.08～0.11，k₃＝0.17～0.38，a为常数，a＝0～0.7，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)热轧：

板坯经粗轧、精轧后获得常化板，其中，板坯出炉温度控制在1000～1150℃，粗轧1个或多个道次，并在粗轧、精轧机架之间采用封闭式保温装置，确保精轧入口温度≥980℃；

3)酸洗、冷轧：

将常化板先进行酸洗，再进行多道次冷轧，轧制成目标厚度的冷轧板，其中多道次冷轧的累计压下量为70～81％；

4)退火、涂层：

对获得的冷轧板进行连续退火、涂层后得到所述高磁感、低铁损无取向电工钢板，其中，连续退火时先升温到800～1000℃保温5～60s，然后以3～15℃/s的冷却速度缓慢冷却至600～750℃。

4.如权利要求3所述的高磁感、低铁损无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，步骤1)中，RH精炼钢液脱碳结束、合金化之前，采用硅铁完全脱氧，硅铁的添加数量符合式(2)，且硅铁添加后，钢液需要进行1～2个或3个以上循环；

M_FeSi＝k₁×[O]_Free/t钢，k₁＝0.1～0.2 (2)

其中，[O]_Free为RH精炼脱碳结束时钢液中的游离氧含量，k₁为脱氧常数，/t代表每吨。

5.如权利要求3所述的高磁感、低铁损无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，步骤4)中，退火气氛为H₂和N₂的的混合气体，且两者的体积比为(30～70)∶(70～30)，露点≤-25℃。