CN114752861B - 一种低屈强比电工纯铁热轧板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低屈强比电工纯铁热轧板，化学成分按重量百分比计为：C：0.001％～0.005％；Si≤0.01％；Mn：≤0.5％；Sr：0.05～0.5％；Mg：0.1～0.5％；N：0.003％～0.020％；P≤0.015％；S≤0.01％；Mg/N≥8；Sr/S≥5；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明不含Al，用Sr、Mg联合脱氧脱硫，生产的电工纯铁热轧板无需冷轧和磁化退火，晶粒粗大，显微组织为0～2级粗大等轴铁素体，屈强比小于55％，硬度小于90HV，折弯和电磁性能优异。

Description

一种低屈强比电工纯铁热轧板及其制造方法
技术领域
本发明涉及纯铁技术领域，特别涉及低屈强比电工纯铁热轧板及其制造方法。
背景技术
纯铁、钢和生铁的区别主要在于铁中的含碳量不同。工业纯铁是钢的一种，其化学成分主要是铁，含量在99.50％－99.90％，含碳量在0.04％以下，其他元素愈少愈好。因为它实际上还不是真正的纯铁，所以称这一种接近于纯铁的钢为工业纯铁。一般工业纯铁强度低，韧性特别大，电磁性能好。工业纯铁根据用途分为：电工纯铁、原料纯铁、无发纹纯铁、高真空气密性纯铁等。随着我国新能源汽车、电器元件加工等行业发展，电工纯铁用量越来越大，供不应求。常见的电工纯铁有两种，一种是作为深冲材料的，可以冲压成极复杂的形状；另一种是作为电磁材料的，有高的感磁性的低的抗磁性广泛用于电子电工，电器元件，磁性材料，非晶体制品，继电器，传感器，汽车制动器，纺机，电表电磁阀等等产品。
电磁纯铁钢板一般生产工艺：冶炼-热轧-冷轧-磁化退火。依据磁化退火后磁性能，电磁纯铁划分为普级、高级、特级、超级——例如DT4、DT4A、DT4E、DT4C。最小磁感应强度BT:B200A/m～B10000A/m时分别达1.2～1.8，抗拉强度最大265MPa，延伸率最小25％，硬度≤195HV5。级别从低到高最大矫顽力Hc:96A/m～32A/m，矫顽力时效增值△Hc:9.6A/m～4A/m，最大磁导率μm：0.0075H/m～0.0151H/m。
电磁纯铁成分无明确规定，但一般要求：C≤0.010％，Si≤0.10％，Mn≤0.25％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ti≤0.02％，Cr≤0.10％，Ni≤0.05％，Cu≤0.05％。现有电磁纯铁钢板主要有宝钢的不含Al电磁纯铁和太钢的高Al电磁纯铁两种，两种成分体系电磁纯铁的屈服强度最高300MPa，抗拉强度最高400MPa。
随着时代发展及工业进步，对电工纯铁的使用要求越来越高，除了要求磁性能外，加工的零件形状越来越复杂，因此对成型性要求越来越高，要求低的屈服强度的同时又要有较高的抗拉强度，即要求较低的屈强比，保证冷弯成型性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低屈强比电工纯铁热轧板及其制造方法，解决纯铁钢板抗拉强度级别低，屈强比高，成型性差的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种低屈强比电工纯铁热轧板，化学成分按重量百分比计为：C：0.001％～0.005％；Si≤0.01％；Mn：≤0.5％；Sr：0.05～0.5％；Mg：0.1～0.5％；N：0.003％～0.020％；P≤0.015％；S≤0.01％；Mg/N≥8；Sr/S≥5；余量为Fe和不可避免的杂质。
一种低屈强比电工纯铁热轧板，钢板的组织中均布50～200nm的长棒状MgN夹杂相，面积百分比0.008％～0.020％。
一种低屈强比电工纯铁热轧板，性能指标：屈强比小于55％，硬度小于90HV，抗拉强度450MPa以上；C类氧化镁夹杂物2～2.5级，最大矫顽力≤0A/m，最大磁导率≥0.0150H/m。
合金成分作用机理，其中百分符号％代表重量百分比：
C：0.001％～0.005％
C、S都是提高矫顽力元素，为保磁性能，这些成分含量越低越好。
Si：≤0.01％；Si是钢中常见元素之一，固溶形态的Si能提高韧脆转变温度，为具有良好成型性，该纯铁中Si含量越低越好。
Mn：≤0.5％；Mn是钢中常见元素之一，为保证磁性能，该纯铁中Mn含量越低越好。
Sr：0.05～0.5％，Sr/S≥5；用Sr脱氧脱硫，同时固溶在钢中的Sr还能提升抗拉强度，阻碍晶粒细化，得到粗大的铁素体晶粒，保证该发明抗拉强度450MPa以上,同时屈强比小于55％，硬度小于90HV，折弯和电磁性能优异。Sr/S≥5，才能保证Sr的脱硫和脱氧效果，使钢中硫和氧充分与Sr反应生产Sr的硫化物和氧化物上浮成渣从钢液中析出，减少凝固后钢中硫含量到0.01％以下。Sr含量少于0.5％，脱硫脱氧不充分，且固溶量不足，强度低。Sr含量高于0.5％，强度太高，脆性大。固溶的Sr还能形成大量位错密度，提升抗拉强度,减小屈强比，降低矫顽力,提高磁导率。
Mg：0.1～0.5％，Mg/N≥8；Mg是良好脱氧剂。Mg与氧生成细长非金属夹杂物，提升磁感性能。0.1～0.5％的Mg使钢中C类夹杂物级达2级～2.5级，降矫顽力，提磁导率。另一方面本发明利用Mg与N生成大量的50～200nm的长棒状MgN夹杂相，占总面积百分比0.008％～0.020％，这些长棒状夹杂相能阻碍再结晶，改变钢的织构，使磁晶各向异性常数K1减小，降矫顽力，提磁导率。Mg含量过多生成的C类氧化镁夹杂过长，折弯开裂，Mg含量过少，生成的MgN少，矫顽力和磁导率等磁性能不好。Mg/N≥8才能保证生成足量的长棒状氮化物夹杂相，所占总面积百分比0.008％～0.020％，综合作用后矫顽力≤30A/m，最大磁导率≥0.0150H/m。
N：0.003％～0.020％；N可提高钢的强度，改善钢韧性和焊接性能。利用N与Mg生成50～200μm的长棒状氮化物夹杂相，阻碍再结晶，提磁导率。Mg/N≥8才能保证生成足量的长棒状氮化物夹杂相，阻碍再结晶，降矫顽力≤30A/m，最大磁导率≥0.0150H/m。N含量过高，纯铁钢板脆性大，成型易开裂，因此，控制钢水中N含量小于0.020％。
一种低屈强比电工纯铁热轧板制造方法，具体包括：
1冶炼工艺：转炉冶炼、双电炉精炼；
1)转炉采用Sr脱氧脱硫；
2)ANS-OB法精炼，采用Sr吹氧升温，升温速度4℃/min～10℃/min，氧含量0.0050～0.010％时,加Mg调化学成分含量；
3)VD炉精炼，保压10分钟以上，调整碳含量；
4)连铸拉速1.4m/min以上，过热度25℃以上，等轴晶率20％以下，促进柱状晶形成及末端Mg液态微偏析，以便Mg微偏析处有足够的Mg与N在后续轧制时生成50～200nm的长棒状MgN夹杂相；
2.铸坯处理工艺：铸坯下线堆叠放32小时以上入加热炉加热，入炉温度300℃以下；
3.轧制工艺
1)粗轧采用，粗轧采用双立辊+双水平辊，3～5道次高温连轧，每道次压下率≤20％,轧制温度1050℃～1200℃，最大轧制力50000KN，轧制速度2m/s～6m/s；
2)精轧采用工作辊轴向窜动和弯辊装置，5～7道次连轧，精轧总压下率≤93％,最大轧制力35000KN，轧制速度10m/s～30m/s，轧制温度700～780℃，铁素体轧制，不发生奥氏体再结晶，得到粗大等轴铁素体晶粒，晶粒度2级以下，产生位错密度，增加铁素***错密度，提升抗拉强度和磁感性能；
4.冷却工艺：终轧后直接热卷取，采用带3个间隔120度均匀分布的全液压式助卷辊的卷取机卷取，卷筒最大电机功率1500kW，助卷辊最大电机功率150kW；热卷取带加热装置，利用余热并加热到900～950℃保温2～5分钟，入缓冷坑缓冷72小时以上，冷速10℃/小时～30℃/小时。
步骤2中铸坯厚度200～300mm。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明不含Al，用Sr、Mg联合脱氧脱硫，生产的电工纯铁热轧板无需冷轧和磁化退火，晶粒粗大，显微组织为0～2级粗大等轴铁素体，屈服强度低，屈强比小于55％，硬度小于90HV，折弯性能优异，弯心直径小于厚度时，180度冷弯不开裂。Sr固溶强化及大量位错密度强化，抗拉强度450MPa以上；C类氧化镁夹杂物2～2.5级，存在大量均匀分布50～200nm的长棒状MgN夹杂相，面积百分比0.008％～0.020％，最大矫顽力≤30A/m，最大磁导率≥0.0150H/m，电磁性能优异。
附图说明
图1为低屈强比电工纯铁热轧板组织中长棒状MgN夹杂相示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
一种低屈强比电工纯铁热轧板及其制造方法，化学成分按重量百分比计为：C：0.001％～0.005％；Si≤0.01％；Mn：≤0.5％；Sr：0.05～0.5％；Mg：0.1～0.5％；N：0.003％～0.020％；P≤0.015％；S≤0.01％；Mg/N≥8；Sr/S≥5；余量为Fe和不可避免的杂质。
一种低屈强比电工纯铁热轧板制造方法，具体包括：
1冶炼工艺：转炉冶炼、双电炉精炼；
1)转炉采用Sr脱氧脱硫；因为Al具用细化晶粒作用，晶粒细化后屈服强度高，成型难。因此，本发明不用Al脱氧，转炉改用Sr脱氧脱硫，Sr/S≥5才能保证Sr的脱硫和脱氧效果，使钢中硫和氧充分与Sr反应生产Sr的硫化物和氧化物上浮成渣从钢液中析出，减少凝固后钢中硫含量到0.01％以下。同时剩余的Sr固溶在钢中还能提升抗拉强度，阻碍晶粒细化，得到粗大的铁素体晶粒。
2)ANS-OB法精炼，采用Sr吹氧升温，升温速度4℃/min～10℃/min，氧含量0.0050％～0.010％时,加Mg调化学成分含量；Mg是较活泼金属，极易与氧反应，因此，先脱氧到0.0050％～0.010％时，再加Mg，这样即能保证有充足的氧与Mg生成大颗粒夹杂，又避免脱氧反应过于激烈。
3)VD炉调整碳含量，保压10分钟以上；脱碳，调整碳含量，给Sr的夹杂物聚集形成大颗粒夹杂提供条件；
4)连铸拉速1.4m/min以上，过热度25℃以上，等轴晶率20％以下，促进柱状晶形成,以便轧制后形成粗大铁素体组织,降低屈服强度,同时降低矫顽力,提高磁导率。连铸拉速1.4m/min以上，还能促进枝晶末端Mg液态微偏析形成，以便Mg微偏析处有足够的Mg与N在后续铸坯缓冷和轧制时大量形核生成MgN相，轧制时阻碍奥氏体再结晶，以得到粗大晶粒，并在轧后特定的冷却条件下MgN相长大到50～200nm的长棒状,占总面积百分比达0.008％～0.020％，降低矫顽力,提高磁导率。
2.铸坯处理工艺：铸坯下线堆叠放32小时以上入加热炉加热，入炉温度300℃以下；有足够时间和形核动力促进生成大量MgN夹杂相,轧制时阻碍奥氏体再结晶，以得到粗大晶粒，生成的大量MgN相在轧后特定的冷却条件下长大到50～200nm的长棒状,占总面积百分比达0.008％～0.020％，降低矫顽力,提高磁导率。铸坯厚度200～300mm。
3.轧制工艺
1)粗轧采用双立辊+双水平辊，3～5道次高温连轧，每道次压下率≤20％,轧制温度1050℃～1200℃，最大轧制力50000KN，轧制速度2m/s～6m/s；尽量减少再结晶,避免晶粒细化。
2)精轧采用工作辊轴向窜动和弯辊装置，5～7道次连轧，精轧总压下率≤93％,最大轧制力35000KN，轧制速度10m/s～30m/s，轧制温度700～780℃，铁素体轧制，不发生奥氏体再结晶，得到粗大等轴铁素体晶粒，晶粒度2级以下，降低屈服强度，同时促进MgN相生成，Sr固溶强化作用下形成大量位错密度，提升抗拉强度,减小屈强比，MgN相和大量位错密度还能降低矫顽力,提高磁导率，提升抗拉强度和磁感性能。
4.冷却工艺：700～800℃终轧后直接热卷取，热卷取带加热装置，利用余热并加热到900～950℃保温2～5分钟，晶粒回复长大，降低屈服强度，减小屈强比；冷速10～30℃/小时,缓冷72小时以上，促进前期生成的大量MgN夹杂相长大到50～200nm的长棒状,占总面积百分比达0.008％～0.020％，降低矫顽力,提高磁导率。
实施例
化学成分见表1。
表1：化学成分，％
Figure BDA0003623300740000051
Figure BDA0003623300740000061
生产工艺见表2。
表2：
Figure BDA0003623300740000062
钢板性能见表3。
表3：钢板性能
Figure BDA0003623300740000071
上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (5)

1.一种低屈强比电工纯铁热轧板，其特征在于，化学成分按重量百分比计为：C：0.001％～0.005％；Si≤0.01％；Mn：≤0.5％；Sr：0.05～0.5％；Mg：0.1～0.5％；N：0.003％～0.020％；P≤0.015％；S≤0.01％；Mg/N≥8；Sr/S≥5；余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低屈强比电工纯铁热轧板，其特征在于，钢板的组织中均布50～200nm的长棒状MgN夹杂相，面积百分比0.008％～0.020％。
3.根据权利要求1所述的一种低屈强比电工纯铁热轧板，其特征在于，一种低屈强比电工纯铁热轧板，性能指标：屈强比小于55％，硬度小于90HV，抗拉强度450MPa以上；C类氧化镁夹杂物2～2.5级，最大矫顽力≤0A/m，最大磁导率≥0.0150H/m。
4.根据权利要求1所述的一种低屈强比电工纯铁热轧板制造方法，其特征在于，具体包括：
一.冶炼工艺：转炉冶炼、双电炉精炼；
1)转炉采用Sr脱氧脱硫；
2)ANS-OB法精炼，采用Sr吹氧升温，升温速度4℃/min～10℃/min，氧含量0.0050～0.010％时,加Mg调化学成分含量；
3)VD炉精炼，保压10分钟以上，调整碳含量；
4)连铸拉速1.4m/min以上，过热度25℃以上，等轴晶率20％以下，促进柱状晶形成及末端Mg液态微偏析，以便Mg微偏析处有足够的Mg与N在后续轧制时生成50～200nm的长棒状MgN夹杂相；
二.铸坯处理工艺：铸坯下线堆叠放32小时以上入加热炉加热，入炉温度300℃以下；
三.轧制工艺
1)粗轧采用，粗轧采用双立辊+双水平辊，3～5道次高温连轧，每道次压下率≤20％,轧制温度1050℃～1200℃，最大轧制力50000KN，轧制速度2m/s～6m/s；
2)精轧采用工作辊轴向窜动和弯辊装置，5～7道次连轧，精轧总压下率≤93％,最大轧制力35000KN，轧制速度10m/s～30m/s，轧制温度700～780℃，铁素体轧制，不发生奥氏体再结晶，得到粗大等轴铁素体晶粒，晶粒度2级以下，产生位错密度，增加铁素***错密度，提升抗拉强度和磁感性能；
四.冷却工艺：终轧后直接热卷取，采用带3个间隔120度均匀分布的全液压式助卷辊的卷取机卷取，卷筒最大电机功率1500kW，助卷辊最大电机功率150kW；热卷取带加热装置，利用余热并加热到900～950℃保温2～5分钟，入缓冷坑缓冷72小时以上，冷速10℃/小时～30℃/小时。
5.根据权利要求4所述的一种低屈强比电工纯铁热轧板制造方法，其特征在于，步骤二中铸坯厚度200～300mm。
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