CN114107799A - 一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板及生产工艺 - Google Patents

一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板及生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板，钢中化学成分按重量百分比计为：C≤0.0027％、Si3.10％～3.35％、Als0.80％～1.2％、Mn0.20％～0.85％、P≤0.050％、S≤0.0020％、N≤0.0020％、Ti≤0.0020％、V≤0.0020％、Nb0.0050％～0.080％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的无取向硅钢薄带产品用于新能源汽车驱动电机的制造，其强度高，中高频电磁特性优异。

Description

一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板及生产工艺
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板及生 产工艺。
背景技术
新能源汽车是公认发展趋势，其驱动电机对所采用的电工钢片与常规产品相比具有更 高的性能及特性要求。为了良好的驾驶体验，电机需要高扭矩启动，就必须提高驱动电流 和所用电工钢带的磁感；要提高能源转换效率，就要求电机所用电工钢具有优秀的磁性能， 即中低磁场下的高磁感和高频下的低铁损；高行车速度需要电机转子高速运转(6000～ 15000r/min)，要求所用电工钢片具有足够高的强度抵抗离心力；对于现今广泛应用的永 磁驱动电机，磁极镶嵌于转子之中，保证转子的强度也是至关重要的要求；而为提高磁通 密度、缩小定转子间隙所要求良好的冲片性，强度同样是重要指标之一。所述种种，结合 变频控制及应用技术的发展，新能源电机的设计要求，均要求专用电工钢产品向薄带化、 高强化、高磁感、低损耗、高频特性方向发展。
传统磁性硅钢通过Si等元素的固溶强化提高强度同时降低铁损，但更高Si含量导致 不可轧制，同时高Si导致磁感下降；而通常采用的固溶和析出等多种强化机制，虽有效提高强度，但其磁性能差；且由于电工钢超低碳钢无法通过相变和位错强化机制进行强化，而为了防止磁滞时效，也无法进行间隙原子固溶强化……国内外从1980年起开始研究高强度无取向电工钢，申请了逾百篇高强度无取向电工钢专利，大多是为了覆盖和掩盖其真实的工艺技术而设立的；各主要厂家此类产品所采用的强化技术路线因涉及各公司的商业机密，很少有这方面的详细研发及报告的发表。
针对高强新能源汽车电机用硅钢的专利分析表明：日本从上世纪八十年代起开始布局 高强度无取向电工钢，代表厂家主要为新日铁、JFE和住友金属在本国或是其他国家申请 了逾百篇高强度无取向电工钢专利。
公开的专利中有以下几种技术路线和思路：有主要采用Si，P，Mn，Ni的固溶强化，也会用到Cr，Mo，Cu，Ti等其他合金元素，并且为达到高强度一般会适当控制成品板晶 粒尺寸；采用固溶的Ti，增强{111)面织构而提高强度，但牺牲电磁性能；还有采用的主 要强化手段是P，Mn，Ni等元素的固溶强化，P虽为同溶强化效果很好的元素，但其易 在晶界偏聚引起钢板脆裂，且由于固溶强化元素含有昂贵的金属镍，导致合金成本显著上 升，也增加了轧制难度增大；较详细阐述的有向无取向硅钢中加入Nb，Ti，V，Zr这一 类的微合金元素的方法，一方面形成细小碳化物粒子通过析出强化提高强度，另一方面是 通过固溶Nb抑制退火时的再结晶，使得再结晶分数不超过90％，保留了部位冷加工位错 等缺陷使得强度提升……并且众多强化手段，均总结出包括P，Mn，Ni的固溶强化、微 合金元素(Ti，Nb，V，Zr)等析出强化和Cu的时效强化以及不完全再结晶的位错强化，但 仍然没有相应的***工艺控制路线及参数，没有实现高强度及良好电磁特性的最佳工艺控 制窗口表述；并且成份设计复杂，生产难度及控制难度加大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板及生产工艺，该无 取向硅钢薄带产品用于新能源汽车驱动电机的制造，其强度高，中高频电磁特性优异。
本发明提供了常规工艺路线下，多元主体合金元素并结合微合金元素应用而设计的专 用钢产品，具有高强度特性(Rp0.2：450～550MPa)，适合10000～15000rpm驱动电机，并仍具备良好高频下电磁性能的电工钢薄带产品。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板，钢中化学成分按重量百分比计为：C≤ 0.0027％、Si 3.10％～3.35％、Als 0.80％～1.2％、Mn 0.20％～0.85％、P≤0.050％、S≤0.0020％、 N≤0.0020％、Ti≤0.0020％、V≤0.0020％、Nb 0.0050％～0.080％，其余为Fe和不可避免的 杂质。
所述薄带板厚度为0.27～0.35mm。
所述薄带板屈服强度：450～550MPa。
C：发挥微合金元素在晶界偏析及偏聚；控制成品不脱碳，高效率生产；
Mn：强化元素，改善冷轧热轧加工性，提升钢板基体电阻率，改善涡流损耗；
Nb：本方案所添加微合金元素与高硅钢铁素体同为体心立方晶体结构，共格减少晶格 畸变，发挥固溶强化作用时减少对基体晶体结构控制的影响；强碳氮化物元素，起到析出 沉淀强化，抑制产品磁时效；Nb(C,N)析出物形态类球状，结合工艺控制其数量及大小， 避免如常规多楞形碳氮化物对磁畴影响及矫顽力影响；析出物及晶界偏聚(偏析)，起到 细晶强化功能，并且降低高频磁滞及涡流损耗；在析出物热履历过程中，通过特定工艺控 制Nb(C,N)粒子大小及相应密度分布，分别起到细晶强化、沉淀强化及晶界强化功能。
一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板的生产工艺，工艺路线是：铁水脱硫-转 炉冶炼-RH精炼-连铸-热轧-常化-酸洗-冷轧-连续炉退火-涂层-性能检验-包 装；具体方法包括：
将钢水冶炼至目标成分后，通过已有保护浇铸措施，将钢水铸成坯；
1)进加热炉时板坯热装，热装温度≥550℃(本钢种条件下原始析出物组成及控制； 为保持或缩短常规加热过程时间做准备)；热轧板坯加热炉均热段板坯温度1000～1150℃ (对Nb(C,N)析出物进一步控制其密度分布及大小)，热轧终轧温度控制在780～830℃(温 度制度结合轧制成厚度2.2～1.8mm热轧板，形变析出进一步控制Nb(C,N)细小析出形态)， 卷取温度700～800℃(均匀组织，为常化工序做准备)；
2)常化板温控制850～950℃，通过工艺速度调整在炉时间，控制冷轧前晶粒尺寸为 80～130μm；常化后热轧板气雾急冷至550℃以下，冷却速度大于300℃/min，控制析出物大小及分布区间；
3)酸洗后冷轧至成品厚度；采用连续退火炉生产，快速加热段温度设定1050～1180℃， 增加形核率，均热段温度设定880～980℃，全氮气干气氛保护，根据炉长设定退火工艺 速度，满足晶粒度6～3级。
上述步骤1)中终轧后的热轧板厚度为2.2～1.8mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)该产品在一定钢质洁净度控制的基础上，在传统产线生产即可实现，不需要对工 艺设备进行改造；
2)该产品采用单一微合金强化元素，通过产品热履历，发挥多重强化功能，便于降低产品***生产难度；
3)较好解决了高频磁化条件下高磁感型、高强型薄带产品间存在“矛盾”，找到了最 佳性能控制关系，满足了下游新能源电机发展的阶段性要求；
4)通过产品热处理工艺的调整，可相对控制不同产品的生产，且还可与常规高等级 高牌号产品电磁性能间“互判”，降低了小品种小批量生产组织难度，减轻生产库存压力；
5)在传统全工艺产品应用外，对于特殊用户冲制后退火更加适用，亦可增加常化工 艺，获得更加出色的电磁性能。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不 对本发明内容进行限制。
实施例1：
钢中化学成分按重量百分比计为：C 0.0025％、Si 3.31％、Mn 0.55％、P0.008％、S 0.0013％、Als 1.08％、N 0.0015％、Ti 0.0018％、V 0.0015％、Nb 0.055％，其余为铁和不 可避免的杂质。
生产方法包括下列工艺步骤：
a)冶炼及连铸：采用转炉冶炼，RH真空精炼处理，钢水成分按上述要求控制，铸成230mm厚板坯；
b)板坯热装，热装温度610℃，热轧板坯加热炉均热段温度1130℃，初轧至40mm后进入精轧机组轧制。精轧开轧温度1010℃，终轧温度810℃，卷取温度720℃，热轧板厚2.1mm；
c)热轧板常化，板温控制910℃，通过工艺速度调整在炉时间，控制冷轧前晶粒尺寸 为120μm；常化后热轧板气雾急冷至550℃，冷却速度320℃/min，控制析出物大小及分布区间；酸洗后冷轧至0.35mm；
d)退火工艺：均热段相对高温控制高磁感型产品生产；均热段相对低温实现高强型为 主需求的产品。
高强型：冷轧后连续退火快速加热段温度1100℃，均热段930℃，全氮保护，工艺速度100m/min连续退火，晶粒组织评级5.5级；
实施例2：
钢中化学成分按重量百分比计为：C 0.0023％、Si 3.28％、Mn 0.50％、P0.012％、S 0.0013％、Als 0.98％、N 0.0016％、Ti 0.0018％、V 0.0017％、Nb 0.058％，其余为铁和不 可避免的杂质。
生产方法包括下列工艺步骤：
a)冶炼及连铸：采用转炉冶炼，RH真空精炼处理，钢水成分按上述要求控制，铸成230mm厚板坯；
b)板坯热装，热装温度600℃，热轧板坯加热炉均热段温度1135℃，初轧至45mm后进入精轧机组轧制。精轧开轧温度1015℃，终轧温度820℃，卷取温度730℃，热轧板厚2.2mm；
c)热轧板常化，板温控制920℃，通过工艺速度调整在炉时间，控制冷轧前晶粒尺寸 为125μm；常化后热轧板气雾急冷至550℃，冷却速度310℃/min，控制析出物大小及分布区间；酸洗后冷轧至0.35mm；
d)退火工艺：均热段相对高温控制高磁感型产品生产；均热段相对低温实现高强型为 主需求的产品。
高强型：冷轧后连续退火快速加热段温度1150℃，均热段940℃，全氮保护，工艺速度100m/min连续退火，晶粒组织评级5.5级；
对比高磁感型：冷轧后连续退火快速加热段温度1080℃，均热段970℃，全氮保护，工艺速度100m/min连续退火，晶粒组织评级4.5级。
不同退火工艺产品性能指标对比如表1所示。
表1 实施例1～2高磁感型产品与高强型产品的退火温度及性能对比
Figure BDA0003264753860000051
实施例3：
钢中化学成分按重量百分比计为：C 0.0025％、Si 3.26％、Mn 0.65％、P0.010％、S 0.0008％、Als 1.05％、N 0.0016％、Ti 0.0017％、V 0.0019％、Nb 0.055％，其余为铁和不 可避免的杂质。
生产方法包括下列工艺步骤：
a)冶炼及连铸：采用转炉冶炼，RH真空精炼处理，钢水成分按上述要求控制，铸成230mm厚板坯；
b)板坯热装，热装温度650℃，热轧板坯加热炉均热段温度1120℃，初轧至40mm后进入精轧机组轧制。精轧开轧温度1000℃，终轧温度790℃，卷取温度700℃，热轧板厚2.0mm；
c)热轧板常化，板温控制900℃，通过工艺速度调整在炉时间，控制冷轧前晶粒尺寸 为110μm；常化后热轧板气雾急冷至500℃，冷却速度320℃/min，控制析出物大小及分布区间；酸洗后冷轧至0.27mm；
d)退火工艺：均热段相对高温控制高磁感型产品生产；均热段相对低温实现高强型 为主需求的产品。
高强型：冷轧后连续退火快速加热段温度1120℃，均热段910℃，全氮保护，工艺速度90m/min连续退火，晶粒组织评级5.5级；
实施例4：
钢中化学成分按重量百分比计为：C 0.0024％、Si 3.25％、Mn 0.63％、P0.011％、S 0.0008％、Als 1.02％、N 0.0016％、Ti 0.0018％、V 0.0015％、Nb 0.065％，其余为铁和不 可避免的杂质。
生产方法包括下列工艺步骤：
a)冶炼及连铸：采用转炉冶炼，RH真空精炼处理，钢水成分按上述要求控制，铸成230mm厚板坯；
b)板坯热装，热装温度630℃，热轧板坯加热炉均热段温度1130℃，初轧至40mm后进入精轧机组轧制。精轧开轧温度1010℃，终轧温度800℃，卷取温度720℃，热轧板厚2.0mm；
c)热轧板常化，板温控制910℃，通过工艺速度调整在炉时间，控制冷轧前晶粒尺寸 为115μm；常化后热轧板气雾急冷至500℃，冷却速度320℃/min，控制析出物大小及分布区间；酸洗后冷轧至0.27mm；
d)退火工艺：均热段相对高温控制高磁感型产品生产；均热段相对低温实现高强型 为主需求的产品。
高强型：冷轧后连续退火快速加热段温度1130℃，均热段920℃，全氮保护，工艺速度95m/min连续退火，晶粒组织评级5.5级；
对比高磁感型：冷轧后连续退火快速加热段温度1080℃，均热段960℃，全氮保护，工艺速度90m/min连续退火，晶粒组织评级4.0级；
不同退火工艺产品性能指标对比如表2所示。
表2 实施例3～4高磁感型产品与高强型产品的退火温度及性能对比
Figure BDA0003264753860000061

Claims (5)

1.一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比计为：C≤0.0027％、Si 3.10％～3.35％、Als 0.80％～1.2％、Mn 0.20％～0.85％、P≤0.050％、S≤0.0020％、N≤0.0020％、Ti≤0.0020％、V≤0.0020％、Nb 0.0050％～0.080％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板，其特征在于，所述薄带板厚度为0.27～0.35mm。
3.根据权利要求1所述的一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板，其特征在于，所述薄带板Rp0.2：450～550MPa。
4.一种如权利要求1-3其中任意一项所述的高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板的生产工艺，其特征在于，包括：
1)进加热炉时板坯热装，热装温度≥550℃；热轧板坯加热炉均热段板坯温度1000～1150℃，热轧终轧温度控制在780～830℃，卷取温度700～800℃；
2)常化板温控制850～950℃，控制冷轧前晶粒尺寸为80～130μm；常化后热轧板气雾急冷至550℃以下，冷却速度大于300℃/min；
3)采用连续退火炉生产，快速加热段温度设定1050～1180℃，均热段温度设定880～980℃，全氮气干气氛保护，满足晶粒度3～6级。
5.根据权利要求4所述一种高强型高频电磁性能优异的硅钢薄带板的生产工艺，其特征在于，上述步骤1)中终轧后的热轧板厚度为1.8～2.2mm。
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