CN111690870A - 一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法，其组分及重量百分比含量为：C≤0.0030％，Si：2.65～3.85％，Mn：0.05～0.15％，Al≤0.015％，P≤0.05％，S≤0.0020％，Sn：0.04～0.06％，N≤0.0030％，并且2.75％≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85％，其余为Fe及不可避免的杂质；该成分钢种经冶炼、精炼、连铸、热轧，热轧出口厚度1.80～2.10mm，再经酸洗常化，然后在五机架连轧机组上轧制到成品厚度0.27～0.30mm，最后经高温连续退火涂层制造出高磁感薄规格无取向硅钢产品。厚度0.27mm、P1.0/400≤13.00W/kg、B5000≥1.67T，厚度0.30mm、P1.0/400≤13.5W/kg、B5000≥1.69T的产品，采用冷连轧法生产比单机可逆轧机工序成本降低40～50％。

Description

一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法
技术领域
本发明属于材料加工与制造领域，具体涉及新能源汽车电机用高磁感薄规格电工钢的生产方法，所述新能源汽车电机用高磁感薄规格电工钢是一种具有高磁导率、低矫顽力、薄规格、低铁损等优异性能的软磁材料。。
背景技术
目前，电工钢产业中低牌号产能过剩，各大钢厂都在降低生产成本以提高竞争力。而对于高效高牌号硅钢来说，未来存在着巨大需求增量，尤其是薄规格的产品，如新能源汽车电机用硅钢与高端的变频压缩机用硅钢，在未来会有爆发式的增长。
随着新能源汽车电机和空调压缩机向小型、高效化方向发展，其使用的电机频率也向高频化方向发展，要求电机使用铁芯材料在高频下铁损要低，因此有必要增加Si和Al含量。但是，Si和Al含量的增加，钢板明显***，冷轧薄规格产品变的非常困难。
新能源汽车电机所使用的牌号主要规格集中在0.27mm～0.35mm的薄规格产品，该品种规格生产难度大、产品质量(板型、表面)要求高，目前均采用单机架六辊可逆轧机和单机架二十辊轧机可逆轧机生产；经试验对比，采用冷连轧生产其工序成本比单机架可逆轧机低50％。
经检索：中国专利公开号为CN1380908A的文献，公开了一种无取向电工钢板及其制造方法。其含有质量％为：C≤0.005％，Si：1.5～3.0％，Mn：0.05～1.5％，P≤0.05％，S≤0.02％，Al：0.1～2％，N≤0.005％，Cr：0.4～1.4％，其余基本为铁的无取向电工钢板，具有优良的冲片加工性能和疲劳性能，而且在1000Hz频率下的应力退火前后铁损低，适用于电动汽车用电机和空调用电机的铁芯材料。但是，该文献得到的材料磁感偏低(B5000≤1.68T)。
中国专利公开号为CN103173678A的文献，公开了一种转子用无取向硅钢及其制造方法。含有质量％为：C:0.001～0.004％，Si：2.5～4.0％，Al：0.5～1.5％，Mn：0.1～1.5％，P≤0.02％，S≤0.001％，N≤0.002％，B≤0.005％，其余铁和不可避免的杂质；精炼工序先Si后Al脱氧，最后进行Ca处理，该方法主要问题是冶炼难度大，而且需要温轧，成本高，并且0.5mm厚度材料磁性指标偏低(B5000≥1.64T),实物质量也只有1.67T。
中国专利公开号为CN201410545379.4的文献，公开了《一种变频高效压缩机用无取向硅钢及其生产方法》，其组分及重量百分比含量为：C：≤0.0050％，Si：3.1～3.4％，Mn：0.03～0.1％，Als≤0.01％，P≤0.05％，S不超过0.0025％，Cu≤0.06％，Sn：0.04～0.06％，N≤0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足Mn/S在20～80，Als含量不为零。采用二十辊可逆冷轧机一次冷轧生产的产品厚度0.35mm，磁性能为磁感B50≥1.69T，铁损P1.0/400≤17.5W/kg。
日本公开的专利文献《一种磁性和冲片加工性优良的压缩机用无取向电工钢》(JP20040072045)，其加入Sn：0.01％～0.40％、Cu：0.1％～1.0％、Ca：0.001％～0.03％、REM(稀土)：0.001％～0.02％。该文献要求控制加工硬化指数N值在0.25以下、下屈服强度/抗拉强度在0.635以上。消除应力退火后P15/50为2.6～2.8(W/kg)，B50为1.71(T)，冲片加工性优良的性能指标。其存在铁损较高问题。
美国专利US20090202383文献，公开了一种无取向硅钢及其制造方法。其通过添加Cu、Ni、Cr、Mo、W等元素、进行基体固溶强化和第二相析出强化来提高屈服强度，但该文献磁性较差，成本较高。
日本专利文献特开2011-89204，公开了新能源汽车驱动马达用高强度无取向电工钢板，其特点是在钢中添加Nb，冷轧时引入大量位错,热处理时控制再结晶面积比率使大量的位错残存在钢的组织内，从而获得优良磁性和机械性能。其成品厚度为0.35mm，屈服强度达到670MPa，抗拉强度达到780MPa，但存在再结晶比例过低，会导致磁性能恶化，磁感下降，尤其是高频铁损大幅上升，其成品铁损P1.0/400高达35W/kg,磁感B5000最好的也只有1.64T，差的达到1.62T，磁感太低，铁损偏高。
因此，用现有的专利方法生产高磁感薄规格无取向硅钢，磁感低、中高频铁损高，不能满足新能源汽车用硅钢片的要求，并且采用单机可逆轧机生产，产量低，成本高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法，厚度0.27mm、P1.0/400≤13.00W/kg、B5000≥1.67T，厚度0.30mm、P1.0/400≤13.5W/kg、B5000≥1.69T的产品，采用冷连轧法生产比单机可逆轧机工序成本降低40～50％。
实现上述目的的措施：
一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法，其组分及重量百分比含量为：C≤0.0030％，Si：2.65～3.85％，Mn：0.05～0.15％，Al≤0.015％，P≤0.05％，S≤0.0020％，Sn：0.04～0.06％，N≤0.0030％，并且2.75％≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85％，其余为Fe及不可避免的杂质；厚度0.27mm、P1.0/400≤13.00W/kg、B5000≥1.67T，厚度0.30mm、P1.0/400≤13.5W/kg、B5000≥1.69T的产品，采用冷连轧法生产比单机可逆轧机工序成本降低40～50％。
一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法，其步骤：
1)S纯净钢冶炼并精炼；
2)成坯，铸坯等轴晶比例≥55％；
3)连铸坯进行加热，控制其均热温度在1120～1160℃，加热及保温时间在：3～5个小时；
4)轧：控制精轧入口厚度为30～32mm、精轧入口温度为960～980℃，终轧温度为800～830℃，终轧厚度1.8～2.1mm，采用工艺润滑轧制；
5)取并冷却至室温：卷取温度控制在680～720℃，钢卷自然冷却至室温；
6)洗常化：常化均热温度在950℃～1000℃，酸液HCI浓度3～8％、HCI温度94～96℃铁分≤100克/升，通板速度为30～35m/min；
7)连轧：在连轧机入口，由快速加热装置将钢带加热至100～150℃，五机架冷连轧轧制；对于1.8mm的带钢连轧轧制到0.27±0.005mm，总压下率～85％；对于2.1mm的带钢连轧轧制到0.30±0.005mm，总压下率～86％，轧制出口速度≥800m/min；
7)常规H2和N2混合气或全H2气干式气氛中进行成品退火，退火温度在930～980℃，通板速度为60～120m/min；
8)常规进行冷却、涂层及精整。
本发明各组分含量及制备方法中工艺参数控制原理阐述如下：
本发明无取向硅钢的成分及制备工艺主要围绕高磁感薄规格、冷连轧性能设计。本发明中各元素及主要工序的作用：
C在0.003％以下。C是对磁性有害的成分，希望越低越好，退火工序可以不脱C，改善产品冲片性，因此规定其含量在0.003％以下，最好在0.002％以下。
Si在2.65～3.85％。Si是提高电阻率、改善铁损的有效添加元素。
Mn在0.05～0.15％。Mn是不可避免的杂质，不需要添加。Mn对板坯加热时固溶的S量有减低效果，防止热脆性和提高基体疲劳强度，Mn含量必须在0.05％以上；另一方面，其含量如果超过0.15％，容易产生细小MnS，会导致磁性的恶化，而且磁感下降。为避免生成MnS和改善疲劳强度，防止热脆，因此规定其含量范围定为0.05～0.15％。
Al在0.015％以下。传统观点认为Al含量不能低于0.1％，否则会导致钢中存在细小AlN，阻碍晶粒长大，磁性变坏。经本发明验证，Al在0.015％以下时，钢中不存在细小AlN，而且发现Al越低，产品铁损越低，磁感越高。因此限定Al在0.015％以下，希望越低越好。
P在0.05％以下。P是不可避免的杂质，不需要添加。P通过固溶强化而提高钢板硬度，可有效提高疲劳强度，但对高牌号无取向硅钢来说，超过0.05％会显著恶化钢的冷延性，冲片性能恶化，因此其含量定在0.05％以下。
本发明规定：2.75％≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85％。因为随着Si+Al+P+Mn/2含量提高，铁损P1.0/400降低，疲劳强度提高，但磁感B5000也降低，冲压加工性变差，而且冷轧难度增大，容易发生边裂和脆断，生产加工性也变差。
S在0.002％以下。S是钢中夹杂物成分的重要组成部分，其硫化物的形成会恶化钢的磁性，因此其含量必须控制在0.002％以下。
N在0.003％以下。N在钢中容易形成AlN、TiN等细小的夹杂物，对铁损有害。因此，N含量超过0.003％就会导致铁损的恶化，其含量在0.003％以下为好。
为了磁性进一步改善，还含有Sn：0.04～0.06％。
在本发明中，Sn可防止成品表面的氮化，改善磁性能。Sn含量不足0.04％，则改善磁性的效果差，超过0.06％时容易引起成品高温度退火时产品结瘤，还可能对晶粒的长大有影响，同时也会引起合金成本增加，因此，Sn的含量限定为0.04～0.06％。
为了改善钢板的综合性能，简化工序，降低生产成本，本发明采用五机架冷连轧法。
炼钢：按常规的洁净钢的生产方法进行。精炼工序脱碳完成后采用先Al后Si脱氧是保证低Al含量的关键技术，也是本发明的重要生产技术之一。
热轧：控制精轧入口厚度为30～32mm、精轧入口温度为960～980℃，终轧温度为800～830℃，终轧厚度1.8～2.1mm，采用工艺润滑轧制；为防止热轧时析出物的细小化，板坯采用低温加热以抑制板坯中的析出物重新固溶；精轧入口厚度为30～32mm、精轧入口温度为960～980℃、终轧温度为800～830℃，并采用工艺润滑轧制，是保证终轧厚度1.8～2.1mm的必要条件；同时采取680～720℃高温卷取技术使析出物进一步长大。卷取温度太低，回复效果不好，而过高则难以保证温度的均匀性。
常化酸洗：常化是改善成品织构所必须的关键工序过程。在热轧板连续退火时，常化温度控制在950～1000℃，通板速度为30～50m/min。如果温度过低则达不到改善织构的效果，如果温度超过1000℃，则晶粒长得过大，会造成冷轧困难；常化时间过短则得不到改善磁性的效果，而过长会造成生产效率低下；在常化酸洗机组上酸洗，通板速度低(30～50m/min)，对于硅含量较高的带钢，可以保证高的酸洗质量；
冷轧：在连轧机入口，由快速加热装置将钢带加热至100～150℃，是减少断带、提高冷加工性的必要措施；五机架冷连轧轧制；对于1.8mm的带钢连轧轧制到0.27±0.005mm，总压下率～85％；对于2.1mm的带钢连轧轧制到0.30±0.005mm，总压下率～86％，轧制出口速度≥800m/min，是提高产量、降低工序能耗的必要措施；
成品退火：成品退火温度在930～980℃，通板速度为60～120m/min较为合适，温度如果小于930℃，则晶粒无法充分长大，磁性能较差，而温度如果超过980℃，晶粒过大，导致疲劳强度变差。
本发明与现有技术相比，轧制成本低、磁感高、中高频铁损低，满足了新能源汽车电机和空调压缩机向小型化、高效化、高频化的要求。
附图说明
图1为本发明的0.27mm成品硅钢板的金相组织图；
图2为本发明的0.30mm成品硅钢板的析出相图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实例一、本发明的方法包括如下步骤：
(1)按低S纯净钢冶炼并精炼，其组分及重量百分比含量为：C：0.0027％；Si：3.25％；Mn：0.09％；Al：0.08％；P：0.03％；S：0.002％；Sn：0.04％；N：0.0030％；(Si+Al+P+Mn/2)＝3.405％；
(2)连铸成坯，铸坯等轴晶比例：60％；
(3)将连铸坯进行加热，均热温度在1150℃，加热及保温时间在4.5个小时；
(4)热轧：控制精轧入口厚度为32mm、精轧入口温度为975℃，终轧温度为820℃，终轧厚度2.08mm，采用工艺润滑轧制；
(5)卷取并冷却至室温：卷取温度713℃，钢卷自然冷却至室温；
(6)酸洗常化：常化均热温度960℃，酸液HCI浓度5％、HCI温度95℃，铁分79克/升，通板速度为33m/min；
(7)冷连轧：在连轧机入口，由快速加热装置将钢带加热至120℃，五机架冷连轧轧制；2.08mm的带钢连轧轧制到0.295mm，总压下率85.82％，轧制出口速度1080m/min；
(8)在常规H2和N2混合气氛中进行成品退火，退火温度在950℃，通板速度为80m/min；
(9)性能测试：采用艾普斯坦方圈样测试结果：厚度0.30mm，P1.0/400＝12.9W/kg、B5000＝1.71T，远高于国标GB/T34215-2017中30WDG1500牌号水平，即：P1.0/400≤15.0W/kg、B5000≥1.66T。
实例二、本发明的方法包括如下步骤：
(1)按低S纯净钢冶炼并精炼，其组分及重量百分比含量为：C：0.0025％；Si：3.30％；Mn：0.07％；Al：0.09％；P：0.023％；S：0.0015％；Sn：0.06％；N：0.0027％；(Si+Al+P+Mn/2)＝3.448％；
(2)连铸成坯，铸坯等轴晶比例：60％；
(3)将连铸坯进行加热，均热温度在1135℃，加热及保温时间在4小时；
(4)热轧：控制精轧入口厚度为30mm、精轧入口温度为985℃，终轧温度为825℃，终轧厚度1.79mm，采用工艺润滑轧制；
(5)卷取并冷却至室温：卷取温度693℃，钢卷自然冷却至室温；
(6)酸洗常化：常化均热温度980℃，酸液HCI浓度6％、HCI温度95℃，铁分89克/升，通板速度为35m/min；
(7)冷连轧：在连轧机入口，由快速加热装置将钢带加热至145℃，五机架冷连轧轧制；1.79mm的带钢连轧轧制到0.265mm，总压下率85.20％，轧制出口速度1120m/min；
(8)在常规H2和N2混合气氛中进行成品退火，退火温度在960℃，通板速度为80m/min；
(9)性能测试：采用艾普斯坦方圈样测试结果：厚度＝0.27mm，P1.0/400＝12.5W/kg、B5000＝1.69T，远高于国标GB/T34215-2017中27WDG1400牌号水平，即：P1.0/400≤14.0W/kg、B5000≥1.65T。

Claims (1)

1.一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法，该方法包括以下步骤：
1、冶炼：所述冶炼步骤中，其组分及重量百分比含量为：C≤0.0030％，Si：2.65～3.85％，Mn：0.05～0.15％，Al≤0.015％，P≤0.05％，S≤0.0020％，Sn：0.04～0.06％，N≤0.0030％，并且2.75％≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85％，其余为Fe及不可避免的杂质；
2、连铸成坯，铸坯等轴晶比例≥55％；
3、将连铸坯进行加热，控制其均热温度在1120～1160℃，加热及保温时间在：3～5个小时；
4、热轧：控制精轧入口厚度为30～32mm、精轧入口温度为960～980℃，终轧温度为800～830℃，终轧厚度1.8～2.1mm，采用工艺润滑轧制；
5、卷取并冷却至室温：卷取温度控制在680～720℃，钢卷自然冷却至室温；
6、酸洗常化：常化均热温度在950℃～1000℃，酸液HCI浓度3～8％、HCI温度94～96℃铁分≤100克/升，通板速度为30～35m/min；
7、冷连轧：在连轧机入口，由快速加热装置将钢带加热至100～150℃，五机架冷连轧轧制；对于1.8mm的带钢连轧轧制到0.27±0.005mm，总压下率～85％；对于2.1mm的带钢连轧轧制到0.30±0.005mm，总压下率～86％，轧制出口速度≥800m/min；
8、在常规H2和N2混合气或全H2气干式气氛中进行成品退火，退火温度在930～980℃，通板速度为60～120m/min；
9、按常规进行冷却、涂层及精整。
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