CN111304518A - 一种变频空调用无取向电工钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频空调用无取向电工钢及其制造方法，成分为：[C]≤0.0020％，[Mn]0.20％‑0.50％，[S]≤0.0025％，[P]≤0.020％，[Si]2.80％‑3.4％，[Al]0.20％‑1.20％，[N]≤0.0025％，[Sn]0.01‑0.10％，余量为Fe和不可避免的残余元素；制造方法：炼钢、连铸、加热、热轧、常化、酸洗、冷轧、退火、冷却和涂层；本发明产品厚度为0.25‑0.30mm，产品铁损P_1.5/50≤2.15W/kg,磁极化强度J₅₀₀₀≥1.65T，磁化速度快，铁损低，适合于变频空调压缩机工作条件，可减小变频空调体积、重量，降低电耗，节约资源和能源。

Description

一种变频空调用无取向电工钢及其制造方法

技术领域

本发明属于合金冶炼领域，具体涉及一种变频空调用无取向电工钢及其制造方法。

背景技术

无取向电工钢制造工序流程长、工艺复杂、产品质量的影响因素多。特别是变频空调的压缩机使用频繁，使用过程频率变化大，工作条件复杂，对无取向电工钢电磁性能和厚度、板形要求高。

2011年7月20日公开的申请号为201110008574.X《一种变频空调用冷轧无取向电工钢的制造方法》，其主要化学成分[Si]0.5％-1.0％,[Al]0.1-0.5％,产品铁损P_10/400≤25W/kg，P_10/1000≤110W/kg，其退火温度为660-690℃的低温，并且不脱碳。其成品碳偏高，磁时效性大，这是一种中低牌号的电工钢，铁损较高，用其制造的空调压缩机自身消耗的电能较高，不能满足变频空调对低铁损无取向电工钢的需求。

2019年9月17日公开的申请号为201910697082.2《一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法》，其化学成分[Si]1.0％-1.90％，[Al]0.2-0.9％，[Mn]0.10％-0.60％，[P]0.01％-0.20％，[C]≤0.01％，[S]≤0.02％，[N]≤0.02％，[Ti]≤0.01％，[C+S+N+Ti]≤100ppm，其余成分为Fe及不可避免的杂质元素。通过热轧、常化、冷轧、连退等工艺技术优化，获得0.5mm厚度的成品，P_1.0/50≤3.20W/kg。但其碳含量偏高，阻碍晶粒长大且有较大的磁时效，成品厚度为0.50mm，其铁损P_1.0/50≤3.20W/kg，铁损偏高，不能满足变频空调对低铁损无取向电工钢的需求。

2010年11月3日公开的申请号为200910273335.X《变频电机用无取向电工钢及其生产方法》，其化学成分[C]0.001-0.015％，[Si]0.9-1.6％，[Mn]0.3-0.9％，[S]≤0.015％，[P]≤0.08％，[Al]0.1-1.2％，[Cr]0.4-1.6％，[N]≤0.008％，板坯加热到950℃-1300℃，粗轧压下率90％-95％，粗轧出口温度800℃-1050℃，精轧温度控制在700℃-900℃,卷取温度600℃-800℃,脱碳和均热温度750℃-950℃,速度50-120m/min,成品厚度为0.5mm，实施例铁损P_1.5/50为2.62-3.55W/kg，P_1.0/400为22.0-28.1W/kg，B₅₀₀₀为1.69-1.72T。该变频电机用无取向电工钢Mn、Cr合金元素成本高，产品厚度0.5mm，铁损偏高，不能满足变频空调对低铁损电工钢的需求。

2013年12月11日公开的申请号为201310407203.8《一种变频压缩机用无取向电工钢及其生产方法》，其化学成分[C]0.001-0.015％，[Si]2.0-2.5％，[Mn]0.15-0.55％，[S]≤0.015％，[P]≤0.08％，[Al]0.15-0.55％，[Cr]0.01-0.039％，[Sn]≤0.12％，[N]≤0.008％，板坯加热到950-1200℃，粗轧压下率90-95％，粗轧出口温度900-1050℃，精轧温度控制在700-900℃，卷取温度500-700℃，常化处理均热温度800-1000℃，速度25-35m/min，脱碳和均热温度750-950℃，速度60-110m/min，露点0-60℃，成品厚度为0.35mm，铁损P_1.5/50≤2.65W/kg，B₅₀≥1.68T。该变频压缩机用无取向电工钢铁损偏高，不能满足变频空调对更低铁损电工钢的需求。

2018年1月26日公开的申请号为201610562806.9《一种变频特性优良的高牌号电工钢产品的生产方法》，其化学成分[C]≤0.003％，[Si]3.0-4.0％，[Mn]0.10-0.30％，[S]≤0.0015％，[P]≤0.012％，[Al]0.5-1.0％，[N]≤0.002％。其成品热处理采用两段式均热的连退炉退火，在第一段均热中进行渗氮，温度750-1000℃，通入5-50％纯净氨气，渗氮时间5-200秒；在第二段进行后续退火，使电工钢获得纵断面表层相对细小组织、心部相对粗大组织分布。该方法在连退炉内使用氨气进行渗氮，氨气将对设备产生严重腐蚀作用，文件没有提出对设备腐蚀的解决办法，很难在生产实际中得到推广应用。

2012年9月19日公开的申请号201210142261.8《一种高磁感变频压缩机用无取向硅钢及其制备方法》，其化学成分[C]0.001-0.0025％，[Si]2.6-2.9％，[Mn]0.4-0.55％，[S]0.001-0.0025％，[P]≤0.011％，[Al]0.8-1.0％，[Sn]0.025-0.035％，[N]0.001-0.0025％。其热轧开轧温度为965-990℃，终轧温度为810-840℃；常化温度为950-1000℃，使用纯N₂气氛，保温4-6分钟；冷轧前先预热90-140℃；连退温度为950-1000℃，使用20-40％H₂和N₂的混合气氛，退火保温时间30-120秒。实施例成品厚度0.35mm，铁损P_1.5/50为2.29-2.342W/kg，P_1.0/400为16.79-17.33W/kg，B₅₀₀₀为1.708-1.71T。其厚度偏厚，铁损较高，不能满足变频空调对更低铁损电工钢的需求。

2019年8月9日公开的申请号201910352194.4《一种高磁感无取向电工钢及其制备方法》，其化学成分[Si]2.8％-3.4％，[Mn]0.1％-0.5％，[Als]0.3％-0.7％，[Sn]0.03-0.06％，[P]≤0.02％，[N]≤0.002％，[S]≤0.002％，[Ca]≤0.001％，其余是Fe及不可避免杂质。其常化温度为950℃-990℃；其退火工艺包括中间退火和成品退火两次退火，中间退火温度为950-990℃，退火速度为100-110m/min；成品退火温度为920℃-960℃，退火速度为110-120m/min。其成品厚度0.2mm，铁损P_1.0/400≤11.0W/Kg，磁感B₅₀₀₀≥1.67T。该方法使用两次冷轧和两次退火，生产流程长，效率低，成本高。

变频空调压缩机可以在低频率下启动，低频率启动电流小，对电网和其他家电冲击小；然后在高频率下工作，尽快调节温度达到控制要求，而后再在较低频率下工作，并根据温度控制要求通过电流频率变化调节压缩机的工作，达到温度波动范围小的目的。因此，变频空调不会因压缩机的频繁启动和在固定频率下工作而浪费电能。由于这些特性，对电工钢的要求是厚度薄、铁损低，特别是长期工作的低频状态，要求铁损很低，极大限度地降低电耗，节约能源。现有文件中没有发现变频空调用的厚度0.25-0.30mm、铁损P_1.5/50≤2.15W/kg的无取向电工钢及其制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频空调用无取向电工钢，厚度薄，铁损低，磁感高，可以减小变频空调体积和重量，提高变频空调的能效，节约能源，环境友好。

本发明另一目的在于提供一种变频空调用无取向电工钢的制造方法，通过设计优化冶炼、热轧、常化、冷轧、退火技术工艺，制造得到钢带厚度0.25-0.30mm,产品铁损P_1.5/50≤2.15W/kg,磁极化强度J₅₀₀₀≥1.65T的无取向电工钢。

本发明的具体技术方案如下：

一种变频空调用无取向电工钢，包括以下质量百分比化学成分：[C]≤0.0020％，[Mn]0.20％-0.50％，[S]≤0.0025％，[P]≤0.020％，[Si]2.80％-3.4％，[Al]0.20％-1.20％，[N]≤0.0025％，[Sn]0.01-0.10％，余量为Fe和不可避免的残余元素。

优选的，[Si]+[Al]在3.6％-4.20％范围内。

其中，[C]含量是退火后电工钢成品的[C]含量，其它成分含量是熔炼分析的成分含量。

本发明中，Si、Al显著提高钢的电阻率，降低铁损，是制造低铁损电工钢价格低廉的合金；C提高铁损，而且使电工钢产生磁时效，因此控制得越低越好；Sn在电工钢晶界偏聚，增加有利织构强度，有利于提高磁感。

本发明提供的一种变频空调用无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺：炼钢、连铸、加热、热轧、常化、酸洗、冷轧、退火、冷却和涂层。

进一步的，通过洁净钢平台炼钢，连铸成板坯；板坯厚度为230mm。

板坯进入加热炉前的表面温度≥500℃；采用热送热装工艺，控制板坯进入加热炉前的表面温度≥500℃，确保板坯加热温度均匀，防止板坯开裂。

控制热轧加热炉第一加热段炉气温度为900℃-1050℃、第二加热段炉气温度为1050℃-1120℃、均热段炉气温度为1050℃-1130℃；控制低温加热，防止板坯中析出物固溶，热轧后析出细小粒子阻碍晶粒长大。由于钢中必定会存在S、N等有害元素，加热温度高于1150℃时，它们的析出物容易固溶于钢中，热轧后形成细小的AlN、MnS等析出物，阻碍晶粒长大，提高铁损，所以，控制加热温度不高于1130℃。

优选的，控制热轧加热炉第一加热段炉气温度为950℃-1050℃、第二加热段炉气温度为1080℃-1110℃、均热段炉气温度为1080℃-1120℃。

进一步的，热轧过程中，控制粗轧终轧温度920℃-980℃，紧接着进行七机架精轧机连轧，控制精轧终轧温度820℃-870℃，卷取温度550℃-650℃，热轧至厚度2.0mm-2.3mm。

所述常化，温度800℃-950℃；保温时间60s-250s，保护气氛为N₂气。常化处理使热轧组织均匀，磁性能稳定。

所述酸洗，盐酸溶液HCl浓度170g/l-270g/l，酸液温度70℃-85℃；酸洗时间60s-150s。

进一步的，常化、酸洗后先经过水套冷却至≤500℃，再用水雾冷却至≤80℃出炉空冷；

进一步的，钢卷预热至50-90℃，使用直径60-80mm的工作辊一次冷轧，控制冷轧压下率85％-90％；常化后采用一次冷轧到较薄的厚度，使用60-80mm的小辊径二十辊轧机，小辊径轧制可以减小轧制力，控制冷轧压下率85％-90％，增加位错密度，提高钢带内能，有利于退火时晶粒长大，同时，减薄厚度可以大幅度降低涡流损耗。而且，小辊径轧制还可以防止断带，确保获得同板差小的薄规格产品，确保板型质量，降低铁损。

进一步的，所述退火，采用二级连续退火工艺，控制第一级退火温度为800℃-950℃，保护气氛体积百分数为5％-20％的H₂和80％-95％的N₂，通入成分为体积百分数20％-35的H₂和65％-80％的N₂的加湿气体，控制脱碳段露点+35℃-+45℃，一级退火保温时间为70s-150s；控制第二级退火温度为950℃-1050℃，保护气氛体积百分数为5％-20％的H₂和80％-95％的N₂，露点≤+20℃，保温时间为30s-70s。第一级退火通入加湿气体进行脱碳，降低钢中的碳含量至≤0.002％，降低成品铁损，防止磁时效；第二级退火采用高温退火和干气保护，在确保碳含量低的同时，使晶粒充分长大，降低铁损。

进一步的，退火后采用纯N₂分段冷却方法，控制钢带在管冷段冷却速度≥30℃/s，钢带出管冷段温度550℃-650℃；控制钢带在喷射段冷却速度≤18℃/s，钢带出喷射段温度160-200℃；钢带经过终冷段冷却至室温。钢带温度高于550℃时，原子活动能力强，快速冷却尽快降温，不会产生组织应力，但温度低于550℃以后原子活动能力降低，冷速过快将使成品钢带产生较大组织应力，铁损提高，因此，高温段冷速要快，中温段冷速要慢，200℃以下低温段冷却速度对钢带应力影响不大。在550℃-650℃以上高温段控制快速冷却，而后减小冷却速度，达到减小成品钢带内应力的目的，成品铁损低。

进一步的，钢带冷却后，经涂层后制成成品钢带；钢带经涂层并烘烤。

本发明提供的一种变频空调用低铁损无取向电工钢及其制造方法，其化学成分：[C]≤0.0020％，[Mn]0.20％-0.50％，[S]≤0.0025％，[P]≤0.020％，[Si]2.80％-3.4％，[Al]0.20％-1.20％，[N]≤0.0025％，[Sn]0.01-0.10％，优选[Si]+[Al]在3.6％-4.20％范围内。Si显著提高钢的电阻率，降低铁损，是制造低铁损电工钢价格最低廉的合金元素，但是当[Si]超过3.5％时使钢的脆性加剧，严重影响冷轧加工性能，Al作为合金时与Si有相近的作用，所以选用[Si]+[Al]作为低铁损电工钢的合金元素，不仅具有低铁损而且成本低。C提高铁损，而且使电工钢产生磁时效，因此控制得越低越好；Sn在电工钢晶界偏聚，增加有利织构强度，有利于提高磁感。

本方法通过洁净钢平台冶炼，确保钢质纯净，连铸成厚度为230mm的板坯。控制进入加热炉前板坯表面温度≥500℃，可以防止板坯产生裂纹，提高板坯加热的温度均匀性。控制低温加热，由于钢中必定会存在S、N等有害元素，加热温度高于1150℃时，它们的析出物会逐渐固溶于钢中，温度越高固溶量越多，热轧后形成细小的AlN、MnS等析出物，阻碍晶粒长大，提高铁损，所以，控制加热温度不高于1130℃。通过800-950℃保温常化处理，使热轧板组织均匀。常化后一次冷轧到成品厚度，使用60-80mm的小辊径二十辊轧机，可以提高轧制力、板形质量和减小同板差，控制冷轧压下率85％-90％，增加位错密度，提高钢带内能，有利于退火时晶粒快速长大，同时，减薄厚度可以大幅度降低电工钢涡流损耗。采用一次二级连续退火工艺，控制第一级退火温度为800-950℃，保护气氛体积百分数为5％-20％H₂+80％-95％N₂，再通入20％-35H₂+65％-80％N₂的加湿气体，控制第一级脱碳段炉内露点+35℃-+45℃，保温时间为70s-150s；控制第二级退火温度为950-1050℃，保护气氛体积百分数为5％-20％H₂+80％-95％N₂，露点≤+20℃，保温时间为30s-70s。第一级退火通入加湿气体进行脱碳，降低钢中的碳含量至≤0.002％，目的是降低成品铁损，防止磁时效；第二级退火采用高温退火和干气保护，使晶粒充分长大，降低铁损。退火后采用N₂气分级冷却工艺，控制钢带在管冷段(氮气在炉内的U型管流动将热量带走)冷却速度≥30℃/s，管冷段出口温度550℃-650℃；控制钢带在喷射段(氮气直接喷在钢带上的冷却方式)冷却速度≤18℃/s，喷射冷却段出口温度160-200℃；钢带经过终冷段(空冷)冷却至室温。钢带温度高于550℃时，原子活动能力强，快速冷却尽快降温，不会产生组织应力，但温度低于550℃以后原子活动能力降低，冷速过快将使成品钢带产生较大组织应力，铁损提高，因此，高温段冷速要快，中温段冷速要慢，200℃以下低温段冷却速度对钢带应力影响不大，因此，对铁损影响不大。

与现有技术相比，本发明方法制造的成品钢带的厚度为0.25-0.30mm，产品铁损P_1.5/50≤2.15W/kg,最小磁极化强度J₅₀₀₀≥1.65T。经过上述方法制造的薄规格电工钢磁化速度快，铁损低，该产品适合于变频空调压缩机工作条件，可以减小变频空调体积、重量，降低电耗，节约资源和能源。

附图说明

图1是实施例1钢的金相图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明方法进一步详细阐述。以下实施例提供的一种无取向电工，通过所述的炼钢、热轧、常化、冷轧、退火等方法可以确保产品铁损低、磁感高，产品性能符合变频空调压缩机对低铁损电工钢质量的要求。

实施例1-实施例6

一种变频空调用无取向电工钢，包括以下质量百分比的化学成分，见下表1，表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的残余元素。

对比例1-对比例4

一种无取向电工钢，包括以下质量百分比的化学成分，见下表1，表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的残余元素。

表1实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢的成分，(wt％)

实施例	C	Mn	S	P	Si	Al	Si+Al	Sn	N	Cr
											实施例1	0.0017	0.326	0.0019	0.017	3.25	0.75	4.00	0.065	0.0018	/
实施例2	0.0018	0.485	0.0024	0.018	3.16	1.02	4.18	0.048	0.0019	/
											实施例3	0.0015	0.356	0.0016	0.015	3.02	0.96	3.98	0.056	0.0018	/
实施例4	0.0016	0.227	0.0021	0.017	2.96	1.05	4.01	0.016	0.0020	/
											实施例5	0.0017	0.412	0.0022	0.016	2.81	1.07	3.88	0.015	0.0021	/
实施例6	0.0015	0.353	0.0018	0.016	3.38	0.28	3.66	0.086	0.0019	/
											比对例1	0.0023	0.47	0.0024	0.011	2.50	0.50	3.00	/	0.0018	/
比对例2	0.0025	0.19	0.0014	0.010	3.32	0.65	3.97	/	0.019	/
											比对例3	0.0019	0.49	0.0015	0.009	2.88	0.90	3.78	0.031	0.0022	/
比对例4	0.0018	0.77	0.0071	0.059	0.90	1.19	2.09	/	0.0044	1.38

表1中，C含量是退火后电工钢成品的[C]含量，其它成分含量是熔炼分析的成分含量。

实施例1-实施例6和对比例1-对比例4所述的无取向电工钢的制造方法，包括以下步骤：

A：通过洁净钢平台炼钢、连铸成厚度为230mm的板坯；

B：采用热送热装工艺，实施例无取向硅钢生产中，控制板坯进入加热炉前的表面温度≥500℃；各实施例和对比例进炉温度见下表2；

C：加热，控制热轧加热炉第一加热段炉气温度、第二加热段炉气温度、均热段炉气温度；热轧至厚度2.0mm-2.3mm。各实施例和对比例具体平均加热温度和热轧工艺参数见表2；

D：热轧卷经过常化处理，在纯N₂保护下进行常化、酸洗处理；各实施例和对比例常化、酸洗工艺参数下表3；其中对比例4不常化；

E：将酸洗后的钢卷保温或预热,一次冷轧至成品厚度；各实施例和对比例冷轧工艺参数见下表3；

F：实施例将轧硬卷采用二级工艺进行连续退火，控制二级退火温度和时间，炉内保护气氛为5％-20％H₂+80％-95％N₂。对比例不进行二级退火，而是采用通用的退火工艺。各实施例和对比例退火工艺参数见表4。

G：退火后采用纯N₂分段冷却方法，控制各段出口温度，冷却介质为N₂。各实施例和对比例冷却工艺参数见表4。

H：经涂层后制成成品钢带；钢带经涂层并烘烤。各实施例和对比例制造的无取向电工钢性能如表5。

图1是实施例1成品金相照片。

表2实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢进炉温度、加热温度和热轧工艺参数

表3实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢常化、酸洗、冷轧工艺参数

表4实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢退火、冷却工艺参数

表5实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢性能

显然，本发明方法制造的成品钢带的厚度为0.25-0.30mm，产品铁损P_1.5/50≤2.15W/kg,最小磁极化强度J₅₀₀₀≥1.65T。按照本发明方法制造的薄规格电工钢磁化速度快，铁损低，该产品适合于变频空调压缩机工作条件，可以减小变频空调体积、重量，降低电耗，节约资源和能源。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变频空调用无取向电工钢，其特征在于，所述变频空调用无取向电工钢包括以下质量百分比化学成分：[C]≤0.0020％，[Mn]0.20％-0.50％，[S]≤0.0025％，[P]≤0.020％，[Si]2.80％-3.4％，[Al]0.20％-1.20％，[N]≤0.0025％，[Sn]0.01-0.10％，余量为Fe和不可避免的残余元素。

2.根据权利要求1所述的变频空调用无取向电工钢，其特征在于，[Si]+[Al]在3.6％-4.20％范围内。

3.一种权利要求1或2所述的变频空调用无取向电工钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下工艺：炼钢、连铸、加热、热轧、常化、酸洗、冷轧、退火、冷却和涂层。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，控制加热炉第一加热段炉气温度为900℃-1050℃、第二加热段炉气温度为1050℃-1120℃、均热段炉气温度为1050℃-1130℃。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述常化，温度800℃-950℃；保温时间60s-250s，保护气氛为N₂气。

6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，酸洗后先经过水套冷却至≤500℃，再用水雾冷却至≤80℃出炉空冷。

7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，钢卷预热至50-90℃，使用直径60-80mm的工作辊一次冷轧，控制冷轧压下率85％-90％。

8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述退火，采用二级连续退火工艺，控制第一级退火温度为800℃-950℃，保护气氛体积百分数为5％-20％的H₂和80％-95％的N₂，通入成分为体积百分数20％-35的H₂和65％-80％的N₂的加湿气体，控制脱碳段露点+35℃-+45℃，一级退火保温时间为70s-150s；控制第二级退火温度为950℃-1050℃，保护气氛体积百分数为5％-20％的H₂和80％-95％的N₂，露点≤+20℃，保温时间为30s-70s。

9.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，退火后采用纯N₂分段冷却方法，控制钢带在管冷段冷却速度≥30℃/s，钢带出管冷段温度550℃-650℃；控制钢带在喷射段冷却速度≤18℃/s，钢带出喷射段温度160-200℃；钢带经过终冷段冷却至室温。

10.根据权利要求3-9任一项所述的制造方法，其特征在于，成品钢带的厚度为0.25-0.30mm，产品铁损P_1.5/50≤2.15W/kg,最小磁极化强度J₅₀₀₀≥1.65T。

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