CN105239005B - 一种高磁导率无取向硅钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高磁导率无取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：C≤0.003%，Si：0.1~1.8%，Al≤0.99%，Mn：0.1~0.5%，Sn 0.005~0.08%，Cu≤0.005%，S≤0.005%；生产步骤：炼钢后并真空处理；铸坯后对铸坯加热；热轧后常化；经酸洗后冷轧；成品退火；涂布涂层。本发明在满足磁性能的前提下，由于通过真空处理对S及Cu的控制，以满足Cu+S≤0.006%，Cu/S=0.5‑1.7；再通过热轧+常化及特定的成品退火工艺，获得较为粗大的球形MnS‑Cu₂S复合夹杂物，使MnS、Cu₂S等硫化物得以降低，同时减少冷却应力对磁畴的影响，获得了较多的180℃磁畴或相近磁畴，且占体积比例可达60%以上，从而提高了磁导率。

Description

一种高磁导率无取向硅钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种无取向硅及其生产方法，具体的属于一种高磁导率无取向硅钢及生产方法。

背景技术

在电机行业，根据降能节耗并要环保的发展趋势，市场要求制备的电机效率高，体积小，噪声小。为此，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。

电机的损耗主要包括两个部分，一是铁损，即铁芯损耗，另一个是铜损，即导线电阻所引起的损耗。在总损耗中，两者所占的比例与电机的功率有极大的关系，功率越小，铜损所占的比例越大，如≤1.5kw电机中，铜损约占80%，铁损约占20%；20kW的电机中，铜损占60%，铁损占40%。因此，在小电机中对铜损的重视程度要大于铁损。铜损=I²R，I为激磁电流，R为导线电阻。激磁电流I与(1/μ)²成正比，μ为磁导率。为了使激磁电流小，铁芯材料必须有较高的磁导率。此外，根据U_A=4.44fNAμB_m =4.44fNAμH_m可以看出，在已定的工作电压U_A和工作频率f条件下，提高磁感应强度B_m或磁导率μ有利于降低铁芯截面面积A或减少线圈匝数N，不仅可以减少制作铁芯的电工钢用量或减少制作线圈铜线用量，而且还可以明显减小铁芯电器构件的尺寸。这对于在受限空间工作的电机如水泵电机，电梯电机等可以减小其体积。所以高的磁导率和磁感应强度是高性能电工钢追求的一个重要目标。

研究发现，电机的工作磁感通常位于1.0-1.5T之间，因此电机在1.0-1.5T时的磁导率的高低影响着电机效率的好坏。根据电机工作的条件，磁导率的主要参数由1.0T时的磁导率μ_1.0和1.5T时的磁导率μ_1.5来衡量。因此，评价无取向电工钢磁导率的高低主要看μ_1.0和μ_1.5数值的大小及μ_1.0与μ_1.5之和的大小。

中国专利公开号为CN119241A的文献，公开了一种磁性优良的电工钢板及其制造方法，其成分为含C:0.02%以下、Si:1.0%以下、Al:0.05%以下、Mn:0.5%以下、P:0.01-0.05%、S:0.02%以下、N:0.006%以下、Sn:0.03-0.30%、B:0.004-0.003%等，控制B/N的比例是0.1-0.5；然后在1100-1250℃加热热轧，卷取温度小于750℃，热轧板常化后进行酸洗冷轧和成品退火，退火温度700-1050℃，专利同时要求退火后经过加工再进行去应力退火。此专利主要是通过B的添加并控制B/N比时期抑制AlN，而且增加了去应力退火环节，磁导率有一定的提高但成本增加。

日本特开平7-188749文献，公开了一种磁导率高的无取向硅钢的制造方法。其成分为含C:0.005%以下、Si:0.5-3.5%、Al:0.2-1.0%、Sb:0.01-0.10%等，1200℃以下加热热轧，950-1100℃保温10分钟以下常化，经酸洗，一次冷轧后采用700-900℃保温5分钟的成品退火制成。该专利通过加入一定量的Sb和高温常化增加热轧板晶粒尺寸等方法来抑制（111）不利织构，提高有利织构从而提高磁导率。此专利通过控制热轧板晶粒尺寸的方法减少不利织构，与本专利控制磁畴的机理不同。

日本住友专利特开平10-53845文献，公开了一种磁导率高的无取向电工钢的制造方法。它的关键技术为利用Si为1.0-5.0%的无取向冷轧板在真空热处理炉内进行高温长时间退火，控制晶粒的生长方向和表层氧化膜的生成速度，得到贯穿板厚且再结晶晶粒方位全都为（100）且X射线积分强度≥5的退火板。此专利对退火要求比较高，要求在较高的真空度状态下通过长时间（10-100min）高温（1000-1300℃）退火得到特定状态的组织。此专利对成品退火条件和工艺要求高，一般大生产很难达到。

发明内容

本发明的目的再与克服现有技术的不足，提供一种在满足磁感性能及铁损要求的前提下，通过真空处理时控制S及Cu的含量，以满足Cu+S≤0.006%，Cu/S=0.5-1.7；再通过热轧+常化及特定的成品退火工艺，获得较为粗大的球形MnS-Cu₂S复合夹杂物，使MnS、Cu₂S等硫化物含量降低，及使180℃磁畴或相近磁畴占体积比例可达60%以上，且成分简单的高磁导率无取向硅钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种高磁导率无取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：C≤0.003%，Si：0.1~1.8%，Al≤0.99%，Mn：0.1~0.5%， Sn 0.005~0.08%，Cu≤0.005%，S≤0.005%，其余为铁和不可避免的杂质；且满足：Cu+S≤0.006%，Cu/S：0.5-1.7；180°磁畴或相近磁畴占体积百分比不低于60%。

生产一种高磁导率无取向硅钢的方法，其步骤：

1）炼钢后并真空处理，控制真空处理后钢水中S的含量在设定的范围；

2）铸坯并对铸坯加热，加热温度控制为1000-1130℃；

3）经热轧后进行常化，控制常化温度在850-1000℃，常化保温时间在60-180s；

4）经酸洗后冷轧至成品厚度；

5）进行成品退火，其加热段温度为890-980℃，并在此温度下保温30-60s；再以不超过10℃/s的冷却速度冷却至600℃以下，退火保护气氛为干式H₂与N₂的混合气；

6）涂布涂层。

本发明中各元素及主要工艺的作用及机理

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，需要进行脱碳退火，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，增加μ_1.0；但是Si含量增加会恶化磁感应强度，降低μ_1.5。因此，为保证较高的μ_1.5需控制Si的含量，Si含量≤1.8%；

Al，Al和Si一样能够增加电阻率，增加μ_1.0，对μ_1.5有一定的恶化。一般的加入量为≤0.99%。Al＞0.99%会增加成本且降低μ_1.5。所以，Al为≤0.99%；

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，增加磁导率；而且与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0.5%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0.1-0.5%；

Sn含量0.005%-0.08%。Sn在原晶界处偏聚，可使（100）组分加强和晶粒粗化并阻碍（111）再结晶晶核的形成，有利于磁化从而改善磁性，增加磁导率但含量超过0.08%会增加成本，而且会引涂层不良；

Cu和S，Cu和S控制在≤0.005%而且Cu+S≤0.0060%，Cu/S=0.5-1.7；在本专利中Cu和S是有害元素，如果Cu+S＞0.006%会使得在铸坯冷却是析出过多的细小的Cu₂S及Cu₂S-MnS夹杂物，不利于后期硫化物的充分长大，恶化磁畴和磁导率。控制 Cu/S=0.5-1.7保证Cu以Cu₂S形式析出，减少游离的Cu⁺对磁畴的影响

真空处理时控制S的含量满足Cu+S≤0.060%，Cu/S=0.5-1.7，以减少游离的Cu⁺对磁畴的恶化。

之所以将铸坯加热温度控制在1000到1130℃之间。是由于在这个温度区间MnS会吸附在细小的SiO₂和Cu₂S析出物上快速的长大，获得较为粗大的球形复合夹杂物。 开轧温度低于1000℃得到的MnS-Cu₂S复合夹杂物不能充分长大；高于1100℃得到的MnS-Cu₂S复合夹杂物则有可能发生固溶，在热轧时析出细小的MnS和Cu₂S夹杂，使得磁性恶化。

之所以将常化温度控制在850-1000℃并保温60-180s，是由于在此温度范围内Cu₂S-MnS复合夹杂物充分粗化。

之所以将成品退火温度控制在890-980℃温度，并保温30-60s，最后又以＜10℃/s的速度冷却至600℃以下，保护气氛采用干式H₂和N₂的混合气，是由于在此温度范围内，可以使晶粒组织和MnS-Cu₂S夹杂物粗化；最后以＜10℃/s的速度冷却至600℃以下可以降低冷却应力，缓解热力对磁畴的影响。

本发明与现有技术相比，在满足磁感性能及铁损要求的前提下，由于通过真空处理对S及Cu含量的控制，以满足Cu+S≤0.006%，Cu/S=0.5-1.7；再通过热轧+常化及特定的成品退火工艺，获得较为粗大的球形MnS-Cu₂S复合夹杂物，使MnS、Cu₂S等硫化物得以降低，同时减少冷却应力对磁畴的影响，获得了较多的180℃磁畴或相近磁畴，且占体积比例可达60%以上，从而提高了磁导率。

附图说明

附图1为本发明生产的产品板磁畴图片。

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取值列表；

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为本发明各实施例及对比例的性能检测情况列表。

本发明各实施例均按照以下步骤生产：

1）炼钢后并真空处理，控制真空处理后钢水中S的含量在设定的范围；

2）铸坯并对铸坯加热，加热温度控制为1000-1130℃；

3）经热轧后进行常化，控制常化温度在850-1000℃，常化保温时间在60-180s；

4）经酸洗后冷轧至产品厚度；

5）进行成品退火，其加热段温度为890-980℃，并在此温度下保温30-60s；再以不超过10℃/s的冷却速度冷却至600℃以下，退火保护气氛为干式H₂与N₂的混合气；

6）涂布涂层。

说明：以下表1及表2中的取值并非对应关系。

表1 本发明各实施例及对比例的组分取值列表wt.%

实施例	C	Si	Mn	Al	Sn	S	Cu	S+Cu	Cu/S	备注
											1	0.0021	0.35	0.35	0.001	0.04	0.0040	0.0200	0.0240	5.00	对比例
2	0.0022	0.40	0.28	0.001	0.08	0.0025	0.0025	0.0050	1.00	发明例
											3	0.0020	0.55	0.24	0.20	0.05	0.0040	0.0160	0.0200	4.00	对比例
4	0.0022	0.62	0.18	0.15	0.03	0.0025	0.0025	0.0050	1.00	发明例
											5	0.0021	0.84	0.46	0.43	0.02	0.0054	0.0017	0.0071	0.33	对比例
6	0.0021	0.90	0.41	0.32	0.05	0.0015	0.0030	0.0045	2.00	发明例
											7	0.0021	1.09	0.65	0.65	0.04	0.0080	0.0010	0.0090	0.13	对比例
8	0.0020	1.15	0.31	0.74	0.02	0.0034	0.0017	0.0051	0.50	发明例
											9	0.0023	1.28	0.33	0.95	0.06	0.0020	0.0080	0.0100	4.00	对比例
10	0.0022	1.36	0.30	0.92	0.04	0.0018	0.0024	0.0043	1.50	发明例
											11	0.0019	1.22	0.45	0.60	0.03	0.0020	0.0017	0.0037	1.00	发明例
12	0.0023	1.48	0.33	0.82	0.03	0.0010	0.0018	0.0038	1.80	发明例
											13	0.0020	1.55	0.20	0.95	0.07	0.0020	0.0030	0.0050	1.50	发明例
14	0.0022	2.10	0.60	0.64	-	0.0030	0.0020	0.0050	0.67	对比例
											15	0.0019	1.85	0.49	0.95	0.006	0.0012	0.0018	0.0030	1.50	发明例

表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表

表3 本发明各实施例及对比例的性能检测情况列表

从表3中为相似成分的磁性能结果，从表中可以看出本发明的磁性较高，铁损低，磁感高，而且180°磁畴或相近磁畴占体积百分比≥70%，显示出了极大的磁性能的优异性。从图1中可以看出采用本技术发明生产的无取向电工钢成品板的磁畴多为180°磁畴或相近磁畴，其占体积百分比率约在80%。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种高磁导率无取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：C≤0.003%，Si：0.1~1.8%，Als≤0.99%，Mn：0.1~0.5%， Sn 0.005~0.08%，Cu≤0.005%，S≤0.005%，其余为铁和不可避免的杂质；且满足：Cu+S≤0.006%，Cu/S：0.5-1.7；180°磁畴占体积百分比不低于60%。

2.生产如权利要求1所述的一种高磁导率无取向硅钢的方法，其步骤：

1）炼钢后并真空处理，控制真空处理后钢水中S的含量在设定的范围；

2）铸坯并对铸坯加热，加热温度控制为1000-1130℃；

3）经热轧后进行常化，控制常化温度在850-1000℃，常化保温时间在60-180s；

4）经酸洗后冷轧至成品厚度；

5）进行成品退火，其加热段温度为890-980℃，并在此温度下保温30-60s；再以不超过10℃/s的冷却速度冷却至600℃以下，退火保护气氛为干式H₂与N₂的混合气；

6）涂布涂层。