CN104152800A - 低磁各向异性无取向硅钢板及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低磁各向异性无取向硅钢板及其制备工艺，所述钢种化学成分的质量百分比为：C 0.001～0.004％，Si0.8～2.8％，Mn 0.1～0.5％，Al 0.2～0.6％，P≤0.008％，S≤0.005％，Mo 0.05～0.5％，Cr 0.2～0.5％，Ce≤0.003％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。本无取向硅钢板通过控制Si、Al、Mn、C、P、S含量，再添加合适的微量元素Mo、Cr和Ce，以此降低无取向硅钢磁化时的磁各向异性常数K1，改善钢板组织织构，降低无取向硅钢板纵向和横向的铁损和磁感的各向异性。本无取向硅钢板具有制备工艺简单，钢板纵横向铁损差值小于8％、磁感差值小于9％，具有低的磁各向异性。本工艺具有合金体系设计合理、工艺简单，制备的无取向硅钢板纵横向铁损差值小于8％、磁感差值小于9％，具有低的磁各向异性。

Description

低磁各向异性无取向硅钢板及其制备工艺

技术领域

本发明属于钢铁材料加工领域，尤其是一种低磁各向异性无取向硅钢板及其制备工艺。

背景技术

电机是在运转状态下工作，铁芯是由带齿圆形冲片叠成的定子和转子组成，要求电工钢板为磁各向同性。在旋转磁场下工作的直流电机和同步交流电机的定子铁芯、异步交流电机的定子和转子铁芯都用无取向电工钢制造。理想的磁各向同性材料的晶体织构为{100}<uvw>面织构，而无取向硅钢存在约20％的{100}织构组分，还含有{110}等其它的织构组分，基本属于无取向混乱织构，也就是近似于磁各向同性，尽可能降低无取向硅钢板纵向和横向的磁各向异性是提高电机效率的有效措施之一。

在立方结构的铁基材料中，由于其立方对称性，磁各向异性能EK为式(1)所示：

$E_K=K_0+K_1({\mathrm{\&alpha;}}_1^2{\mathrm{\&alpha;}}_2^2+{\mathrm{\&alpha;}}_2^2{\mathrm{\&alpha;}}_3^2+{\mathrm{\&alpha;}}_3^2{\mathrm{\&alpha;}}_1^2)+K_2{\mathrm{\&alpha;}}_1^2{\mathrm{\&alpha;}}_2^2{\mathrm{\&alpha;}}_3^2+...---\left(1\right)$

式中，α₁、α₂、α₃为磁化强度Ms相对于三个[100]轴的方向余弦；K₀、K₁、K₂为磁晶各向异性常数，它们与材料和温度有关。

在体心立方晶体中，沿[100]轴极化时，θ₁＝0°，θ₂＝θ₃＝90°，则α₁＝1，α₂＝α₃＝0，这样可得 $E_K^{\left[100\right]}=0,E_K^{\left[110\right]}=K_1/4,E_K^{\left[111\right]}=K_1/3+K_2/27.$ 由此可见，降低无取向硅钢磁化时的磁各向异性常数K1，就可降低其磁各向异性。而磁晶各向异性常数只与材料本身(组成材料的元素和组织织构)及温度有关，通过添加某些有益元素和通过合适的制备工艺来获取有利的组织织构，可有效降低磁各向异性。

在热轧轧制工艺中，无取向电工钢热轧总压下率一般为85～93％，依靠轧制温度和变形率来控制夹杂物的固溶与析出、长大和粗化，获得较为完善的再结晶晶粒。在冷轧时要求总压下率控制在86～92％，且保证最后一道次压下率在20％以上，将有利于降低磁各向异性。再结晶退火时可快速升温至退火温度，保温后慢速冷却，可获得良好的磁性能。在退火过程中，对带钢施加合适的张力，将大为改善带钢横向和纵向磁性能。

现有技术中，专利公开号CN1274393A—磁性优良的电工钢板及其制造方法，提供了一种通过控制热轧加热温度、轧制温度和道次压下率来获取横向轧向磁性优异的电工钢板及其制造方法。该方法对热轧压下率和变形速度要求严格，对热轧精轧机的精确控制和精轧工艺要求很高。公开号CN101713047A—含Cr无取向电工钢及其生产方法，提供了一种添加Cr来解决内在磁性能和冲片工艺之间矛盾的方法，但未提及添加合金元素对改善磁各向异性的作用。公开号CN103290190A—无取向硅钢及其制造方法，通过控制晶粒度和夹杂物数量形态及钢中氧氮含量，制备铁损各向异性10％以下的无取向硅钢，该方法未提及磁感应强度的各向异性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单的低磁各向异性无取向硅钢板；本发明还提供了一种工艺简单的低磁各向异性无取向硅钢板的制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明所述钢种化学成分的质量百分比为：C0.001～0.004％，Si 0.8～2.8％，Mn 0.1～0.5％，Al 0.2～0.6％，P≤0.008％，S≤0.005％，Mo 0.05～0.5％，Cr 0.2～0.5％，Ce≤0.003％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

本发明所述钢板的纵横向铁损差值小于8％、磁感差值小于9％。

本发明成分中的Si、Al、Mo、Cr、Ce均有利于降低硅钢铁损，降低硅钢板纵向和横向的铁损和磁感各向异性；各成分在钢中的作用如下所述：

C(碳)：易于晶界处偏析或形成碳化物，强烈阻碍晶粒长大，导致铁损增加，且含量超过0.004％会发生磁时效；因此C含量一般应控制在0.004％以下。

Si(硅)、Al(铝)：二者均能缩小奥氏体相区，促进晶粒长大，提高钢的电阻率使涡流损耗降低，而且Si和Al能降低硅钢的磁晶各向异性和磁致伸缩而降低磁滞损耗。因此(Si+Al)含量可控制在1.0～3.4％。

Mn(锰)：提高硅钢的电阻率，降低铁损，还能改善无取向硅钢组织织构，即促进(100)和(110)织构组分发展，有效抑制(111)织构的发展，提高无取向电工钢的磁感，Mn含量一般在0.1～0.5％之间。

Cr(铬)：提高电阻率而降低涡流损耗，少量Cr能提高磁性转变温度，有利于饱和磁化强度的提高；促进再结晶组织发达和完善，降低钢的层错能，提高位错密度，抑制{111}晶粒形成，促进有利织构组分增加；另外Cr还有助于降低磁各向异性常数K1，从而降低无取向硅钢磁性能的各向异性；因此Cr含量一般为0.2～0.5％。

Mo(钼)：增大电阻率，可降低涡流损耗，对降低磁各向异性有利；但超过2.0％时磁通密度急剧降低，故Mo含量在0.05～0.5％范围内为宜。

Ce(铈)：可纯净钢液，对钢中的硫化物进行变性处理，减少磁化时对磁畴的钉扎，提高无取向硅钢的磁感，降低铁损和磁各向异性；Ce加入过多，易产生氧化物夹杂，对磁性不利，一般控制Ce≤0.003％。

本发明工艺包括炼钢及铸造工序，加热及热轧工序，冷轧及再结晶退火工序；所述炼钢及铸造工序中控制炼钢的化学成分质量百分比为：C 0.001～0.004％，Si 0.8～2.8％，Mn 0.1～0.5％，Al 0.2～0.6％，Mo 0.05～0.5％，Cr 0.2～0.5％，P≤0.008％，S≤0.005％，Ce≤0.003％，其余为Fe以及不可避免的杂质元素，然后铸造成板坯；所述冷轧及再结晶退火工序中，退火时对带钢施加2～4MPa的张力。

本发明工艺优选再结晶退火时对带钢施加3MPa的张力。

优选的，本发明工艺加热及热轧工序：将板坯加热至1100～1180℃，保温60～150min；采用热轧方式生产，热轧精轧开轧温度1000～1100℃，精轧终轧温度为850～950℃，精轧总压下率为85～93％，轧后水冷至680～760℃后缓冷至室温，得到热轧板；

所述冷轧及再结晶退火工序：将上述热轧板酸洗后采用一次冷轧法，总压下率控制在86～92％，且保证最后一道次压下率在20～25％；所述再结晶退火工艺为：以25～35℃/s的速度升温至880～980℃，保温80～200s后，再以7～12℃/s的速度冷却；退火时使用的保护气氛为20～40vol％H2+80～60vol％N2的混合气。

更优选的，所述加热及热轧工序：所述板坯加热至1120～1160℃，保温时间70～120min，热轧精轧开轧温度1020～1080℃，精轧终轧温度860～930℃，精轧总压下率精轧总压下率为88～92％，轧后水冷至690～740℃后缓冷至室温。

更优选的，所述所述冷轧及再结晶退火工序：采用一次冷轧法，冷轧总压下率控制在88～92％，且保证最后一道次压下率在20～23％；再结晶退火以28～33℃/s的速度快升温至920～960℃，保温100～140s。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过控制Si、Al、Mn、C、P、S含量，再添加合适的微量元素Mo、Cr和Ce，以此降低无取向硅钢磁化时的磁各向异性常数K1，改善钢板组织织构，降低无取向硅钢板纵向和横向的铁损和磁感的各向异性。本发明具有制备工艺简单，钢板纵横向铁损差值小于8％、磁感差值小于9％，具有低的磁各向异性。

本发明方法通过控制Si、Al、Mn、C、P、S含量，再添加合适的微量元素Mo、Cr和Ce，在再结晶退火时对带钢辅之以合适的张力，来降低无取向硅钢板横向和纵向的铁损、磁感差值，制备低的磁各向异性无取向硅钢板。本发明工艺无需改变任何生产设备，制备工艺无重大调整，尤其是不需要对热轧板进行常化处理，就可以制备出低的磁各向异性无取向硅钢板；具有合金体系设计合理、工艺简单，制备的无取向硅钢板纵横向铁损差值小于8％、磁感差值小于9％，具有低的磁各向异性。

经重复试验研究表明，对含硅在2.2％以上的无取向硅钢，使用本方法中所述成分及工艺，钢板纵横向铁损差值小于8％，对含硅在2.0％以下的，效果更明显。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例再结晶体退火后的组织金相图；

图2是本发明实施例再结晶体退火后的织构ODF图；

图3是本发明实施例中对比例再结晶退火后的组织金相图；

图4是本发明实施例中对比例再结晶退火后的织构ODF图。

具体实施方式

实施例1：本低磁各向异性无取向硅钢板采用下述的具体工艺制备而成。

(1)钢种成分：本无取向硅钢板采用表1所示的化学成分，表1中同时提供了采用常规成分的对比例的化学成分。

表1：实施例1化学成分(wt％)

	C	Si	Mn	Al	S	P	Cr	Mo	Ce
										实施例1	0.0035	1.42	0.29	0.39	0.0042	0.0075	0.31	0.26	0.003
对比例	0.0038	1.38	0.34	0.36	0.0047	0.0069	--	--	--

(2)制备工艺：表1中的实施例1和对比例的钢种均采用下述的制备步骤。

A、炼钢及铸造工序：按表1的组分进行冶炼，铸造成板坯。

B、加热及热轧工序：板坯加热温度1150℃，保温时间80min，热轧精轧开轧温度1050℃，精轧终轧温度887℃，精轧总压下率精轧总压下率为91％，轧后水冷至692℃后缓冷至室温。

C、冷轧及再结晶退火工序：采用一次冷轧法，冷轧总压下率控制在89.6％，最后一道次压下率在22.8％。再结晶退火以30℃/s的速度快升温至920℃，保温100s后，再以10℃/s的速度冷却；退火时使用的保护气氛为30％H2+N2混合气，并对带钢施加3MPa的张力；退火后即可得到本无取向硅钢板。

(3)产品性能：本无取向硅钢板采用爱泼斯坦方圈测量的铁损和磁感结果见表2。

表2：磁性能结果

从表2可见，本工艺可有效降低无取向硅钢板的磁各向异性，其纵横向铁损差值小于8％、磁感差值小于9％，具有低的磁各向异性，特别适合制造在旋转磁场下工作的直流电机和同步交流电机的定子铁芯、异步交流电机的定子和转子铁芯。

图1、图2为本实施例再结晶体退火后组织金相图及织构ODF图，与图3、图4中对比例的再结晶退火后组织金相图及织构ODF图相比较，本工艺所制备的无取向硅钢板晶粒粗大，尺寸更均匀；另外从ODF图中可知，易磁化的{100}织构组分也明显强于比较例，这有利于改善无取向硅钢板磁性能。

实施例2—7：本低磁各向异性无取向硅钢板采用下述的具体工艺制备而成。

(1)钢种成分：本无取向硅钢板实施例2—7采用表3所示的化学成分。

表3：实施例2—7化学成分(wt％)

	C	Si	Mn	Al	S	P	Cr	Mo	Ce
										实施例2	0.0033	1.84	0.28	0.32	0.0045	0.0072	0.34	0.15	0.002
实施例3	0.0029	2.18	0.31	0.29	0.0045	0.0080	0.33	0.50	0.002

实施例4	0.0040	0.83	0.24	0.20	0.0050	0.0066	0.20	0.15	0.003
										实施例5	0.0010	2.71	0.50	0.60	0.0042	0.0069	0.43	0.05	0.002
实施例6	0.0035	0.80	0.10	0.27	0.0046	0.0073	0.26	0.013	0.003
										实施例7	0.0021	2.80	0.30	0.34	0.0043	0.0071	0.50	0.10	0.003

(2)制备工艺：本无取向硅钢板实施例2—7采用表4、表5所示的工艺条件。

表4：加热及热轧工序的工艺条件

表5：冷轧及再结晶退火工序的工艺条件

(3)产品性能：本无取向硅钢板采用爱泼斯坦方圈测量的铁损和磁感结果见表6。

表6：磁性能结果

Claims (7)

1.一种低磁各向异性无取向硅钢板，其特征在于，其钢种化学成分的质量百分比为：C 0.001～0.004％，Si 0.8～2.8％，Mn 0.1～0.5％，Al 0.2～0.6％，P≤0.008％，S≤0.005％，Mo 0.05～0.5％，Cr 0.2～0.5％，Ce≤0.003％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的低磁各向异性无取向硅钢板，其特征在于：所述钢板的纵横向铁损差值小于8％、磁感差值小于9％。

3.一种低磁各向异性无取向硅钢板的制备工艺，其特征在于，其包括炼钢及铸造工序，加热及热轧工序，冷轧及再结晶退火工序；所述炼钢及铸造工序中控制炼钢的化学成分质量百分比为：C 0.001～0.004％，Si 0.8～2.8％，Mn0.1～0.5％，Al 0.2～0.6％，Mo 0.05～0.5％，Cr 0.2～0.5％，P≤0.008％，S≤0.005％，Ce≤0.003％，其余为Fe以及不可避免的杂质元素，然后铸造成板坯；所述冷轧及再结晶退火工序中，退火时对带钢施加2～4MPa的张力。

4.根据权利要求3所述的低磁各向异性无取向硅钢板的制备工艺，其特征在于：所述再结晶退火时对带钢施加3MPa的张力。

5.根据权利要求3或4所述的低磁各向异性无取向硅钢板的制备工艺，其特征在于，所述加热及热轧工序：将板坯加热至1100～1180℃，保温60～150min；采用热轧方式生产，热轧精轧开轧温度1000～1100℃，精轧终轧温度为850～950℃，精轧总压下率为85～93％，轧后水冷至680～760℃后缓冷至室温，得到热轧板；

所述冷轧及再结晶退火工序：将上述热轧板酸洗后采用一次冷轧法，总压下率控制在86～92％，且保证最后一道次压下率在20～25％；所述再结晶退火工艺为：以25～35℃/s的速度升温至880～980℃，保温80～200s后，再以7～12℃/s的速度冷却；退火时使用的保护气氛为20～40vol％H₂+80～60vol％N2的混合气。

6.根据权利要求5所述的低磁各向异性无取向硅钢板的制备工艺，其特征在于，所述加热及热轧工序：所述板坯加热至1120～1160℃，保温时间70～120min，热轧精轧开轧温度1020～1080℃，精轧终轧温度860～930℃，精轧总压下率精轧总压下率为88～92％，轧后水冷至690～740℃后缓冷至室温。

7.根据权利要求5所述的低磁各向异性无取向硅钢板的制备工艺，其特征在于，所述所述冷轧及再结晶退火工序：采用一次冷轧法，冷轧总压下率控制在88～92％，且保证最后一道次压下率在20～23％；再结晶退火以28～33℃/s的速度快升温至920～960℃，保温100～140s。