CN112921164A - 一种低铁损高磁导率无取向电工钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低铁损高磁导率无取向电工钢及其生产方法，所述生产方法包括以下步骤：钢水连续浇铸成板坯，板坯经加热炉加热，再经热轧得到热轧板，然后经空冷和水冷后在500～650℃进行卷取；热轧板经常化处理、盐酸酸洗；酸洗后在可逆轧机上进行冷轧；最后经成品退火，退火温度为840～900℃，加热时间为240～500s；然后以不超过3℃/s的冷却速度冷却至500℃以下；涂覆绝缘涂层、固化，后经二次退火，即可得到低铁损高磁导率无取向电工钢，其磁性能满足P1.5/50≤3.50W/kg，μ1.5≥3800Gs/Oe，B5000≥1.76T的要求。

Description

一种低铁损高磁导率无取向电工钢及其生产方法
技术领域
本发明属于无取向电工钢生产技术领域，具体涉及一种低铁损高磁导率无取向电工钢及其生产方法。
背景技术
一些特殊的高效电机要求电工钢材料具有较优的磁性能，国内很多企业对钢片的磁感B5000提出较高的要求，而有些特殊企业则提出了1.5T下的磁导率要求μ1.5作为企业选材的标准。因此对于制备电机的核心材料而言，即要求无取向电工钢具备较低的铁损要求情况下，也具有较高的磁感和磁导率。但对电工钢而言，在提升磁导率的过程中，必然会带来铁损恶化。如何调整好铁损和磁导率之间的矛盾，成为高效压缩机用电工钢研发的重点方向和攻关难点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低铁损高磁导率无取向电工钢及其生产方法。通过对生产工艺中各步骤生产工艺参数进行控制，获得一种低铁损高磁导率冷轧无取向电工钢，其磁性能满足P1.5/50≤3.50W/kg，μ1.5≥3800Gs/Oe，B5000≥1.76T的要求。
本发明采取的技术方案为：
一种低铁损高磁导率无取向电工钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
(1)钢水连续浇铸成板坯；
(2)板坯经加热炉加热，再经热轧得到热轧板，然后经空冷和水冷后在500～650℃进行卷取；
(3)热轧板经常化处理；
(4)板卷经盐酸酸洗，酸洗后在可逆轧机上进行冷轧；
(5)最后经成品退火：退火温度为840～900℃，加热时间为240～500s；然后以不超过3℃/s的冷却速度冷却至500℃以下，空冷至室温；
(6)涂覆绝缘涂层，经固化后电工钢的铁损P1.5/50≤4.5W/kg、B5000≥1.76T、μ1.5≥3000Gs/Oe的低铁损高磁导率无取向电工钢。
(7)二次退火。
进一步地，步骤(1)中，板坯的厚度为200～300mm。
步骤(2)中，加热炉的温度控制在1100～1200℃，加热保温时间不低于210min。
步骤(2)中，热轧的终轧温度控制在830～850℃；热轧板的厚度为2.0～2.5mm。
步骤(3)中，常化温度为880～950℃，常化速度20～25m/s。
步骤(4)中，冷轧进行5道次轧制，冷轧的总压下率在75～85％；冷轧时最后一道次使用1000号细砂轮研磨之后的轧辊，再使用Al2O3研磨到Ra≤0.1μm以下，冷轧后退火前先进行碱金属盐水溶液浸泡15s再进行退火。
步骤(5)中，退火时加热段采用快速加热方式，板温从室温经过35～45s加热至目标退火温度，速度85～95m/min，相对与传统方式，首先需将控制明火加热区的空气燃烧比到0.85～0.95，将温度调整到600～700℃，调整电热炉中的气氛氢含量为40％，电热炉分两段加热，将第一段加热温度设定到高于目标温度50℃，使样板快速升温到目标温度进行保温，加热第二段温度为退火目标温度840～900℃，加热时间为240～500s，露点控制在-20℃以下，然后以不超过3℃/s的冷却速度冷却至500℃以下，空冷至室温；
步骤(5)中，退火时退火炉中的保护气氛为H2和N2的混合气，H2和N2的体积比为4:6。
步骤(6)中，所述固化的温度为570～590℃，优选为580℃。
步骤(7)中，在氮气的保护下进行二次退火，退火温度为700～850℃，保温时间为2～2.5h，退火后以低于3℃/s的速度进行降温至室温。二次退火可使冷却、卷曲工艺和加工冲裁造成的内应力释放从而提升磁导率μ1.5，经退火后后即可生产得到铁损P1.5/50≤3.5W/kg、B5000≥1.76T、μ1.5≥3800Gs/Oe的低铁损高磁导率无取向电工钢。
本发明还提供了根据所述的生产方法生产得到的低铁损高磁导率无取向电工钢，所述无取向电工钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.0030％；0.10％≤Si≤1.00％；0.10％≤Mn≤0.40％；P≤0.0050％；0.50％≤Als≤1.00％；S≤0.0025％；N≤0.0025％；Ti≤0.0025％；C+S+N+Ti：≤85ppm，且各元素含量均≤25ppm；其余为Fe及不可避免的杂质。
上述成分中，各成分作用如下：
C、S、N、Ti:为有害元素，C含量超过0.003％时会产生磁时效导致硅钢使用过程中铁损恶化，且会提高矫顽力和磁滞损耗，同时降低磁感应强度；S和N含量较高时会产生大量的MnS、Cu2S和AlN等夹杂，影响硅钢性能，在铸坯加热、热轧和常化工艺的重要目标就是控制细小MnS质点的析出，粗化存在的MnS，因此S和N的比例不超过0.0025％；Ti含量增加时会形成大量细小稳定的Ti(CN)夹杂，阻碍晶粒长大，增加成品中{111}晶粒，减少{100}晶粒，故而Ti含量应该控制在0.003％下；
Si、Als：Si和Asl含量的增加，成品晶粒粗化，有利于减少畴壁数量降低涡流损耗，从而降低成品铁损，为提高磁导率和电阻率要求Als含量不低于0.5％不超过1.0％，超过1.0％将不利于磁导率的提升。
Mn：Mn对磁感影响较小，一般控制在0.4％以下，当Mn含量＞0.8％时，磁导率随Mn含量增加而降低。
影响磁导率的主要方面为硅钢中的合金元素，夹杂物，氧化层及内应力等，本发明主要是通过一定成分基础上改善氧化层和内应力的方式得到优良的低铁损高磁导率μ1.5无取向电工钢。改善明火段加热温度和空燃比，主要为了防止高温条件下，氧气和铁发生氧化反应形成内氧化层，这种氧化在后面高氢条件下也很难还原。电热炉段主要是通过高还原性气氛抑制内氧化层和氮化层的产生，因为在高温条件下，氮气扩散至钢中形成内氮化层。内氧化层和氮化层的厚度降低而提升磁导率。控制升温速率是为提升有利织构形核比例，进而提升磁导率，冷却速率过快，内应力增加磁导率随之下降。
本发明采用了控制各夹杂元素成分比例，先进行常化工艺控制钢卷的有利织构比例，同时相对与传统方式控制明火加热区的空气燃烧比，调整电热炉中的气氛调整40％氢含量，电热炉分两段加热，将第一段加热温度设定到高于目标温度50℃，使样板快速升温到目标温度进行保温，露点控制在-20℃以下然后以不超过3℃/s的冷却速度冷却至500℃以下，经空冷至室温工艺，有效确保氧化层厚度减薄，改善有利织构组分，并采用缓慢冷却的方式降温，改善冷却带来的内应力，提高磁导率，使性能达到P1.5/50≤4.5W/kg、B5000≥1.76T、μ1.5≥3000Gs/Oe，再经过二次退火，使冷却、卷曲工艺和加工冲裁造成的内应力释放从而提升磁导率μ1.5，达到性能达到P1.5/50≤3.50W/kg，μ1.5≥3800Gs/Oe，B5000≥1.76T。
附图说明
图1为实施例1中的低铁损高磁导率无取向电工钢的金相组织图；
图2为实施例1中的低铁损高磁导率无取向电工钢的织构图，
图3为对比例1中的无取向电工钢的织构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1)将铁水添加到RH炉中进行精炼和合金化处理，按组分设计要求添加各合金化元素；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为220mm的板坯，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：0.90％；Als：0.57％；Mn：0.24％；P：0.005％；C+S+N+Ti：55ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将连铸后的板坯经加热炉加热，加热炉温度1180℃，时间210min，然后经3道次粗轧至34mm，7道次精轧至2.2mm厚度，终轧温度控制在830℃，经空冷后温度降至580℃进行卷取；
4)热板进行常化工艺，常化温度为900℃，常化速度23m/s；
5)热轧板经58％盐酸酸洗，酸洗温度80℃，酸洗后在可逆轧机上进行冷轧：前四道次使用的轧辊的Ra均为0.3～0.6μm，冷轧时最后一道次使用1000号细砂轮研磨之后的轧辊，再使用Al2O3研磨到Ra≤0.1μm以下，冷轧后退火前先进行碱金属盐水溶液浸泡15s再进行退火；
6)经5道次冷轧至目标厚度为0.5mm，冷轧总压下率控制在为77％；
7)板温从室温经过40s加热至880℃，速度90m/min，控制明火加热区的空气燃烧比到0.9，将温度调整到650℃，调整电热炉中的气氛调整40％氢含量，电热炉分两段加热，将第一段加热温度设定温度930℃，使样板快速升温到目标温度进行保温，加热第二段温度为880℃，加热时间为300s，露点控制在-20℃以下然后以2℃/s的冷却速度冷却至500℃以下，经空冷至室温；
8)经涂层辊进行绝缘涂料的涂敷，580℃对绝缘涂料进行固化。
9)将样品加工成测试性能的方圈样，在纯氮气保护下进行二次退火，退火温度750℃，保温2h在经过2℃/s的冷却速度冷却至室温，全程氮气保护。
经上述工艺制造的冷轧无取向电工钢带表面质量优良，成品的P1.5/50＝3.41W/kg，磁感B5000＝1.762T，μ1.5＝3921Gs/Oe。
成品金相如图1所示；成品织构图如图2所示，由其和对比例1的织构图(图3)的对比可以看出，本实施例1中的成品具有较强的{001}<110>织构，{111}取向织构较弱，各取向的晶粒尺寸明显增大，小尺寸晶粒减少，有害织构{111}取向织构强度降低约2.5％，平均晶粒尺寸增大约31μm，有利织构{100}取向织构强度增加约3.0％，平均晶粒尺寸增大约24μm。有利织构的增加，有利于提升磁导率μ1.5及磁感B5000。
实施例2
1)将铁水添加到RH炉中进行精炼和合金化处理，按组分设计要求添加各合金化元素；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为220mm的板坯，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：0.90％；Als：0.57％；Mn：0.24％；P：0.005％；C+S+N+Ti：55ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将连铸后的板坯经加热炉加热，加热炉温度1180℃，时间210min，然后经3道次粗轧至34mm，7道次精轧至2.2mm厚度，终轧温度控制在830℃，经空冷后温度降至580℃进行卷取；
4)热板进行常化工艺，常化温度为950℃，常化速度23m/s；
5)热轧板经58％盐酸酸洗，酸洗温度80℃，酸洗后在可逆轧机上进行冷轧:前四道次使用的轧辊的Ra均为0.3～0.6μm，冷轧时最后一道次使用1000号细砂轮研磨之后的轧辊，再使用Al2O3研磨到Ra≤0.1μm以下，冷轧后退火前先进行碱金属盐水溶液浸泡15s再进行退火；
6)经5道次冷轧至目标厚度为0.5mm，冷轧总压下率控制在为77％；
7)板温从室温经过40s加热至880℃，速度90m/min，控制明火加热区的空气燃烧比到0.9左右，将温度调整到650℃，调整电热炉中的气氛调整40％氢含量，电热炉分两段加热，将第一段加热温度设定目标温度930℃，使样板快速升温到目标温度进行保温，加热第二段温度为880℃，加热时间为300s，露点控制在-20℃以下然后以2℃/s的冷却速度冷却至500℃以下，经空冷至室温；
8)经涂层辊进行绝缘涂料的涂敷，580℃对绝缘涂料进行固化。
9)将样品加工成测试性能的方圈样，在纯氮气保护下进行二次退火，退火温度750℃，保温2h在经过2℃/s的冷却速度冷却至室温，全程氮气保护。
经上述工艺制造的冷轧无取向电工钢带表面质量优良，成品金相如图1所示。成品的P1.5/50＝3.45W/kg，磁感B5000＝1.761T，μ1.5＝3891Gs/Oe。
实施例3
1)将铁水添加到RH炉中进行精炼和合金化处理，按组分设计要求添加各合金化元素；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为220mm的板坯，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：0.90％；Als：0.57％；Mn：0.24％；P：0.005％；C+S+N+Ti：55ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将连铸后的板坯经加热炉加热，加热炉温度1180℃，时间210min，然后经3道次粗轧至34mm，7道次精轧至2.2mm厚度，终轧温度控制在830℃，经空冷后温度降至580℃进行卷取；
4)热板进行常化工艺，常化温度为900℃，常化速度23m/s。
5)热轧板经58％盐酸酸洗，酸洗温度80℃，酸洗后在可逆轧机上进行冷轧:前四道次使用的轧辊的Ra均为0.3～0.6μm，冷轧时最后一道次使用1000号细砂轮研磨之后的轧辊，再使用Al2O3研磨到Ra≤0.1μm以下，冷轧后退火前先进行碱金属盐水溶液浸泡15s再进行退火；
6)经5道次冷轧至目标厚度为0.5mm，冷轧总压下率控制在为77％；
7)板温从室温经过40s加热至880℃，速度90m/min，控制明火加热区的空气燃烧比到0.9左右，将温度调整到650℃，调整电热炉中的气氛调整40％氢含量，电热炉分两段加热，将第一段加热温度设定到高于目标温度930℃，使样板快速升温到目标温度进行保温，加热第二段温度为880℃，加热时间为300s，露点控制在-20℃以下然后以3℃/s的冷却速度冷却至500℃以下，经空冷至室温；
8)经涂层辊进行绝缘涂料的涂敷，580℃对绝缘涂料进行固化。
9)将样品加工成测试性能的方圈样，在纯氮气保护下进行二次退火，退火温度750℃，保温2h在经过3℃/s的冷却速度冷却至室温，全程氮气保护。
经上述工艺制造的冷轧无取向电工钢带表面质量优良，成品金相如图1所示。成品的P1.5/50＝3.45W/kg，磁感B5000＝1.761T，μ1.5＝3891Gs/Oe。
对比例1
其他同实施例1，只是省去了步骤4)中的常化步骤和步骤9)中的二次退火步骤。
经上述工艺制造的冷轧无取向电工钢带表面质量优良，其织构图如图3所示，其P1.5/50＝4.65W/kg，磁感B5000＝1.738T，μ1.5＝2321Gs/Oe。
对比例2
其他同实施例1，只是省去了步骤9)中的二次退火步骤。
经上述工艺制造的冷轧无取向电工钢带表面质量优良，成品的P1.5/50＝4.13W/kg，磁感B5000＝1.758T，μ1.5＝3120Gs/Oe。
对比例3
其他同实施例1，只是步骤5)中，热轧板经58％盐酸酸洗，酸洗温度80℃，酸洗后在可逆轧机上使用Ra为0.3～0.6μm的轧辊进行5道次冷轧至目标厚度为0.5mm，冷轧后不经碱金属盐水溶液浸泡。
经上述工艺制造的冷轧无取向电工钢带表面质量优良，成品的P1.5/50＝3.56W/kg，磁感B5000＝1.756T，μ1.5＝3723Gs/Oe。
上述参照实施例对一种低铁损高磁导率无取向电工钢及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低铁损高磁导率无取向电工钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
(1)钢水连续浇铸成板坯；
(2)板坯经加热炉加热，再经热轧得到热轧板，然后经空冷和水冷后在500～650℃进行卷取；
(3)热轧板经常化处理；
(4)板卷经盐酸酸洗；酸洗后在可逆轧机上进行冷轧；
(5)最后经成品退火：退火温度为840～900℃，加热时间为240～500s；然后以不超过3℃/s的冷却速度冷却至500℃以下，空冷至室温；
(6)涂覆绝缘涂层并固化；
(7)二次退火。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，加热炉的温度控制在1100～1200℃，加热保温时间不低于210min。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，热轧的终轧温度控制在830～850℃；热轧板的厚度为2.0～2.5mm。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，常化温度为880～950℃，常化速度20～25m/s。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，冷轧进行5道次轧制，冷轧的总压下率在75～85％。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)中，退火时退火炉中的保护气氛为H2和N2的混合气，H2和N2的体积比为4:6；退火炉内的露点温度控制在-20℃以下。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(6)中，所述固化的温度为570～590℃。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(7)中，在氮气的保护下进行二次退火，退火温度为700～850℃，保温时间为2～2.5h，退火后以低于3℃/s的速度冷却至室温。
9.如权利要求1-8任意一项所述的生产方法生产得到的低铁损高磁导率无取向电工钢，其特征在于，所述无取向电工钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.0030％；0.10％≤Si≤1.00％；0.10％≤Mn≤0.40％；P≤0.0050％；0.50％≤Als≤1.00％；S≤0.0025％；N≤0.0025％；Ti≤0.0025％；C+S+N+Ti：≤85ppm，且各元素含量均≤25ppm；其余为Fe及不可避免的杂质。
10.根据权利要求9所述的低铁损高磁导率无取向电工钢，其特征在于，所述低铁损高磁导率无取向电工钢的P1.5/50≤3.50W/kg，μ1.5≥3800Gs/Oe，B5000≥1.76T。
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