CN103667879B - 磁性能和机械性能优良的无取向电工钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

磁性能和机械性能优良的无取向电工钢，其组分及重量百分比含量为：C≤0.003%，Si：0.5～1.5%，Als：0.1～0.85%，Mn：0.1～0.9%，S≤0.003%，N≤0.003%，加入量≤0.15%的Sn或Nb或其两者的混合，其余为Fｅ及不可避免的杂质；并限定Si+Als+Mn在1.5～2.2%，（Als+Mn）/Si在0.8～1.4要同时满足；生产步骤：对连铸坯加热；控制热轧终轧温度在750～850℃；卷取；进行；酸洗后冷轧至成品厚度；再结晶退火；消除应力退火。本发明通过对成分的精确控制，及低温热轧和常化后获得晶粒粗大、均匀的热轧板组织，再经酸洗、冷轧、再结晶退火得到硬度为110～140HV的冷轧板，经过最终的去应力退火，铁损P_1.5/50≤2.50W/kg，磁感B₅₀≥1.75T，加工性能好。

Description

磁性能和机械性能优良的无取向电工钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种无取向电工钢及生产方法，具体地属于一种磁性能和机械性能优良的无取向电工钢及生产方法。

背景技术

为了节能和环保，要求提高电机效率，缩小电机体积和减少噪声，高效电机用钢是近年来无取向电工钢的研究重点和热点之一。高效电机要求无取向电工钢具有优良的磁性能和机械性能，即铁损损耗低，磁通密度高及硬度适中冲片性好、强度高。改善电工钢磁性能和机械性能的主要途径就是成分含量合理、晶粒大小适中、织构取向优异，因此，需要具有正确的成分***和加工工艺条件。

中国专利申请号为200980152838.X的专利文献，其公开了一种对客户而言具有高可加工性无取向电工钢板及该钢板的制备方法：所述钢板通过SRA处理后具有强磁性，其成分为含Si：0.2-1.0wt.%、Al：0.9-2.0wt.%、Mn：0.1-0.5wt.%、P：0.01-0.05wt.%，其余为铁及其它不可避免的杂质，其中Si和Al满足方程1.4≤Si+Al≤2.4和1≤Al/Si≤5；通过成分控制和退火工艺改进来获得好的维氏硬度和织构改进而得到较高磁感和低铁损，其铁损为P1.5/5≤2.7W/kg，磁感B50在1.74-1.75T之间。该文献由于含Al高，即为0.9-2.0wt.%，在生产中容易产生如浇钢困难，瓦楞、氧化，难以酸洗的不足，且增加成本。

中国专利申请号为200510027404.0的专利文献，其公开了一种低铁损高磁感冷轧无取向电工钢的生产方法。该文献常化工艺要求以5-15℃/s的加热速度升高到Ac1以上、1100℃以下进行10s到90s之间的均热，然后采用两段工艺冷却，高温阶段以≤15℃/s的冷却速度将钢带冷却到650℃以下，然后以保证板型的前提下冷却到80℃以下。其存在的不足是常化温度高而且工艺比较复杂，升温速度和降温速度不易控制，导致操作难度大。

中国专利申请号为200610023208.0的专利文献，公开了一种利用罩式炉退火处理获得低铁损高磁感无取向电工钢带的方法。在罩式炉条件下实施全氢退火，退火温度700-900℃，保温5小时。通过这种方法获得粗大的边部晶粒组织（150μm以上），最终冷轧板退火时（0kl）织构强，从而得到高磁感低铁损的无取向电工钢带。其存在的不足：由于热轧板比较厚，通常为2.0-2.6mm，使热传导慢，采用罩式炉进行常化时需要较长时间的保温才能保证卷心与外圈温差小于30℃，导致生产周期长。

中国专利公开号为CN101306434A的专利文献，其公开了一种低碳低硅无铝半工艺无取向电工钢的制备方法。工艺步骤为铸坯化学成分：比C≤0.005%，Si=0.1%-1.0%，Mn≤0.35%，S≤0.01%，N≤0.0080%，P≤0.08%，O≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯经热轧、酸洗和冷轧后进行中间退火，临界变形冷轧以及用户消除应力退火得到半工艺无取向电工钢。产品磁性P_1.5/50=3.45-5.05W/kg，磁感B₅₀=1.69-1.76T。其虽然生产成本低，但铁损较高，与本申请的主要成分体系的精确配比和热轧工艺的改进不同。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的铁损高，经去应力退火后铁损虽有降低，但磁感也发生了恶化，同时机械性能也差，而不能满足高效电机节能、环保、轻型化要求的不足，且在成分上追求高的Si+Al含量追求高纯净度而严格控制杂质含量，增加了冶炼难度和成本；在工艺上追求高的常化温度和退火温度，以获得粗大的晶粒组织，导致内氧化和内氮化严重的现象；半工艺法生产无取向硅钢虽然再结晶退火温度低（650-800℃），但增加了平整（临界压下）工序，生产周期变长，其成材率降低的不足；其在于提供一种去应力退火后获得的产品织构取向好（100）面织构强度高、钢板性能：硬度为110～140HV，经最终去应力退火，铁损P_1.5/50≤2.50W/kg，磁感B₅₀≥1.75T，磁性能及机械性能优良的磁性能和机械性能优良的无取向电工钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

磁性能和机械性能优良的无取向电工钢，其组分及重量百分比含量为：C≤0.003%，Si：0.5～1.5%，Als：0.1～0.85%，Mn：0.1～0.9%，S≤0.003%，N≤0.003%，加入量≤0.15%的Sn或Nb或其两者的混合，其余为Fｅ及不可避免的杂质；并限定Si+Als+Mn在1.5～2.2%及（Als+Mn）/Si在0.8～1.4要同时满足；钢板性能：硬度为110～140HV，经最终去应力退火，铁损P_1.5/50≤2.50W/kg，磁感B₅₀≥1.75T。

生产磁性能和机械性能优良的无取向电工钢的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）将连铸坯加热至1000～1150℃；

3）进行热轧，控制终轧温度在750～850℃；

4）进行卷取，控制卷取温度在550～650℃；

5）进行常化，常化温度为850～1100℃，并保温30～180秒；

6）经酸洗后冷轧至成品厚度；

7）进行再结晶退火，退火温度为700～900℃，并保温60～180秒；

8）进行消除应力退火，在750～850℃下进行消除应力，并保温1～2个小时。

本发明中各元素及主要工序的作用

C：为有害元素，含量超过0.0030%时会产生磁时效导致使用中的铁损恶化，因此必须控制在≤0.0030%。

Si：无取向电工钢中加入Si能够增加电阻率，降低铁损；但是Si含量增加会恶化磁感应强度，因此，为保证超高磁感需控制Si的含量，Si含量在0.5%～1.5%之间。

Al：同Si一样能够增加电阻率，降低铁损，对磁感也有一定的恶化，因此，Al的含量控制在0.1～0.85%范围内；增加Al含量有利于去应力退火后晶粒粗大和织构改善，降低铁损。

Mn：改善热轧板组织和织构，促使（100）和（110）组分加强，（111）组分减弱，改善磁性；与S形成MnS，粗大的MnS有利于晶粒长大降低铁损，锰是γ相区形成元素，当超过1.0%会减少铁素体区域，降低成品退火温度不利于晶粒的长大，因此Mn含量在0.1%～0.9%；

Sn或Sb添加一种或两种：总量不超过0.15%。Sn或Sb在原晶界处偏聚，可使（100）[uvw]组分加强和晶粒粗化并阻碍（111）再结晶晶核的形成，从而改善磁性，但含量超过0.2%冷轧时会产生裂纹使轧制不能进行，而且会增加成本；

Si+Al+Mn的值优选为1.5～2.2%：因为Si、Al和Mn三者都能提高电阻率，降低铁损，因此，Si+Al+Mn的值在1.5以上。但如果Si+Al+Mn＞2.2则对磁感不利，尤其是磁感降低，而且冷轧困难。

为了进一步提高性能，协调铁损和磁感关系，改善硬度和强度，需把Als+Mn和Si的控制在0.8～1.4范围内。Al提高电阻率程度与Si相近，而提高硬度程度相当于Si的1/3；Mn提高电阻率相当于Si的1/2，而提高硬度程度和降低磁感程度低于Si。因此控制Als+Mn与Si的比例在0.8～1.4之间，（Als+Mn）/Si＜0.8则硬度增加，磁感降低；（Als+Mn）/Si＞1.4，过量的Al在生产过程中易产生氧化物恶化磁性，而且成本增加。

本发明还通过控制S和N含量提高纯净度达到高磁感和低铁损同时并存。S、N在热轧过程中板坯加热时有一部分再次固溶，热轧时MnS、AlN的细微析出物会抑制最终退火时晶粒的生长，从而恶化铁损，因此，其含量均必须在0.0030%以下。

其次对制造工艺及原理进行说明。

之所以将铸坯加热温度控制在1000℃≤ST≤1150℃，是由于加热温度如低于1000℃，会在热轧时反弹增大，压下困难；加热温度如大于1150℃，会使板坯中的MnS、AlN等析出物固溶，热轧时会析出细小的夹杂物来抑制退火晶粒的生长，导致铁损增加，磁感降低。

之所以控制终轧温在750℃≤FT≤850℃，因为终轧温度如低于750℃，热轧反弹增大，轧制困难，热轧板厚度不易控制；终轧温度如高于850℃，热轧时引起再结晶速度加快，恶化热轧板组织，造成成品板铁损增加，磁感降低；因此，经试验，选择在750℃～850℃之间进行终轧可以减少热轧板表层细小的再结晶晶粒，得到边部和心部一致的变形组织。图1为780℃终轧温度时的钢板组织图，从图中可以看出热轧板均为形变带组织，此变形组织标具有较高的储能而且再结晶晶核少。

在850～1100℃下进行保温30～80s的常化，使热轧板完成再结晶、晶粒尺寸均匀和粗大化；并使析出物（MnS、AlN等）进一步聚集粗化，减少退火时对晶粒长大的抑制；同时可以使磁性有利的（100）、（110）织构增加，不利的γ织构组分减弱，提高产品的磁性。在低于850℃的温度下进行常化，由于在炉时间短，温度低晶粒细小，对磁性不利；高于1100℃使增加成本。图2是950℃保温60s的常化后的组织图。从图2中可以看出，经过常化后的热轧板晶粒组织粗大、均匀，有利于去应力退火织构的改善，提高（100）等有利织构的比例和晶粒的粗化，从而使磁性大大提高。

再结晶退火，在连续退火炉内进行700～900℃退火，保温时间60～180s。再结晶温度小于700℃再结晶不完全，有利织构不能充分生成；退火温度大于900℃晶粒粗大，加工冲片性能较差。

本发明与现有技术相比，通过对成分的精确控制，经过低温热轧和常化后获得晶粒粗大、均匀的热轧板组织，然后经过酸洗、冷轧、再结晶退火得到硬度为110～140HV的冷轧板，剪切后经过最终的去应力退火，铁损P_1.5/50≤2.50W/kg，磁感B₅₀≥1.75T，且晶粒尺寸和硬度适中，加工性能好。

附图说明

图1为780℃终轧温度时的钢板组织图；

图2为在950℃保温60s的常化后的钢板组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分及重量百分比含量列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表；

表3为本发明各实施例就对比例的性能检测结果列表。

各实施例均按照以下步骤生产：

1）冶炼并连铸成坯；

2）将连铸坯加热至1000～1150℃；

3）进行热轧，控制终轧温度在750～850℃；

4）进行卷取，控制卷取温度在550～650℃；

5）进行常化，常化温度为850～1100℃，并保温30～180秒；

6）经酸洗后冷轧至成品厚度；

7）进行再结晶退火，退火温度为700～900℃，并保温60～180秒；

8）进行消除应力退火，在750～850℃下进行消除应力，并保温1～2个小时。

表1本发明各实施例及对比例的组分及重量百分比含量列表（wt%）

表2本发明各实施例及对比例热轧工艺及磁性能列表

表3本发明各实施例及对比例的性能检测列表

从表3可以看出，本发明的无取向电工钢去应力退火前的硬度均在110-140之间，保证了良好的冲片性，具有易加工的优点；经过去应力退火后铁损P_1.5/50在2.3-2.5W/kg，磁感B₅₀均大于1.750T实现低铁损和高磁感配合，获得了磁性能和机械性能优良的无取向电工钢。

对比例1由于Als+Mn/Si为0.3，小于本申请设定要求，且热轧终轧温度＜740℃为720℃，所以磁性较差，硬度高；对比例2由于Si含量为1.63%，Als为0.95%，且Si+Als+Mn为3.17%均大于本申请要求的合金上限，经过880℃的高温终轧，最终产品磁性差，硬度高；对比例3的Si含量由于低于0.5%，即为0.45%，且Si+Als+Mn小于1.5%，热轧的加热温度为1250℃，即高于本申请要求，最终产品磁性差，硬度软。因此，为了获得磁性能和机械性能综合性能优良的无取向电工钢需要满足本申请要求的条件。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.磁性能和机械性能优良的无取向电工钢，其组分及重量百分比含量为：C≤0.0023%,Si：0.77～1.5%，Als：0.1～0.32%或0.42~0.62%,Mn：0.1～0.19%或0.52~0.9%，S≤0.003%，N≤0.0019%，加入量≤0.15%的Sn或Nb或其两者的混合，其余为Fｅ及不可避免的杂质；并限定Si+Als+Mn在1.62～1.68或1.75~2.2%及（Als+Mn）/Si在0.83~1.04或1.12～1.33要同时满足；钢板性能：硬度为110～140HV，经最终去应力退火，铁损P_1.5/50≤2.50W/kg，磁感B₅₀≥1.75T。

2.生产权利要求1所述的磁性能和机械性能优良的无取向电工钢的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）将连铸坯加热至1000～1150℃；

3）进行热轧，控制终轧温度在750～790℃；

4）进行卷取，控制卷取温度在550～650℃；

5）进行常化，常化温度为910～1100℃，并保温30～180秒；

6）经酸洗后冷轧至成品厚度；

7）进行再结晶退火，退火温度为700～900℃，并保温60～180秒；

8）进行消除应力退火，在750～850℃下进行消除应力，并保温1～2个小时。