CN115896597B - 一种消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法。利用薄带连铸制备出2.8～3.2mm无取向硅钢铸带，然后进行热轧、酸洗、异步冷轧、成品退火及涂层处理，获得0.20mm薄规格无取向硅钢。通过控制材料成分、热轧温度、热轧速度以及冷轧异速比，减少薄规格无取向硅钢冷轧板中的扁平纤维带组织和{111}不利织构。同时，通过退火工艺的优化设计，促使冷轧组织尽可能多的转变为磁性有利的{001}取向再结晶织构，弱化磁性不利的{111}取向织构。本发明所制备的薄规格无取向电工钢具有强的{001}<120>和{114}<841>织构，磁感值B50可达1.70～1.75T，铁损值P15/50为2.0～2.2W/kg。本发明制备的薄规格无取向硅钢成本低、性能高，方法简单有效。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法。
背景技术
火灾事故对环境、人员安全和财产等会造成重大损失。消防泵是消防供水设备中的关键设备，其电枢铁芯一般使用无取向硅钢片制造。无取向硅钢的磁性能(磁感和铁损)直接决定了消防泵的能量转换效率，对于消防泵的灭火性能非常重要。随着目前电机行业节能化、轻量化的日益盛行，要求无取向硅钢具有更好的磁性能。无取向硅钢的铁损包括磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗，其中涡流损耗与材料厚度的平方成正比。因此，降低材料厚度是提升产品磁性能的重要方法，目前的薄规格无取向硅钢产品主要集中在0.20～0.35mm。然而，厚度的减薄会导致冷轧板中{111}变形织构和纤维带变形组织显著增加，使得退火板中不利的{111}再结晶织构显著增强，磁感值明显降低。因此，织构优化和磁感提升是高性能薄规格无取向硅钢制备需要解决的难题之一。
已有的薄规格无取向硅钢制备技术中，专利公开号CN111690870A的文献，公开了一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法，其主要是通过冶炼、精炼、连铸、热轧、冷连轧、连续退火工艺制备，产品厚度为0.27～0.30mm，磁感在1.67～1.69T，铁损P10/400为13～13.5W/kg。专利公开号CN101269384公布了一种通过控制成分并采用两阶段冷轧来制备无取向硅钢薄带的方法，但其磁感值B50最高仅为1.67T。专利公开号CN104480386也报导了高速电机用0.2mm厚无取向硅钢及生产方法，其也是基于常规流程生产无取向硅钢薄带，利用二次冷轧+中间脱碳退火的方法来增强退火板中有利的<100>//ND和<100>//RD织构，产品磁感值B50可提升到1.68T以上。以上专利涉及的方法均是在常规厚板坯连铸+热轧的基础上，通过优化合金成分及轧制工艺等来改善磁性能，制备工艺流程长，磁感值提升能力有限。
薄带连铸技术是一种先进短流程技术，非常适用于制备薄带合金。专利公开号CN107058874A公布了一种基于薄带连铸制备高磁感无取向硅钢薄规格产品的方法，其采用薄带连铸、热平整、冷轧、退火流程，获得0.1～0.2mm薄规格无取向硅钢。专利公开号CN107058874A公布了一种基于薄带连铸的高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢生产方法，其采用薄带连铸、一次冷轧、中间退火、二次冷轧、成品退火的方法，进一步提升了薄规格无取向硅钢的磁性能，但制备流程明显加长，成本明显增大。
发明内容
针对目前制备高磁感薄规格无取向硅钢存在的问题，本发明的目的在于提供一种消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，利用短流程薄带连铸技术以及热轧、异步冷轧、退火匹配设计，制备出一种磁性能优异的薄规格无取向硅钢板。
本发明采用的技术方案如下：
一种消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)冶炼与连铸：通过冶炼和薄带连铸制备出厚度为2.8～3.2mm的铸带，其化学元素质量百分配比为Si 2.9～3.5％，Al 0.4～0.55％，Mn 0.2～0.35％，C≤0.004％，其余成分为Fe，连铸时钢液过热度控制在50～60℃，铸速为18～22m/min；
(2)热轧：铸带出辊后进行在线热轧，热轧开轧温度为1150～1200℃，轧制道次为2道次，终轧温度为950～1000℃，中间进行温度补偿，轧制速度为0.8～1.1m/s；
(3)酸洗：将铸带热轧板进行酸洗，去除氧化铁皮；
(4)异步冷轧：将酸洗后的热轧板直接冷轧至厚度为0.20±0.02mm，冷轧时采用异步轧制；
(5)成品退火：将冷轧板放至100％ N2的气氛中进行退火，退火温度控制在1100～1150℃，保温时间为8～12min，随炉冷却至室温，得到薄规格无取向硅钢退火板。
所述的消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，步骤(2)中，热轧总压下率控制在45％～55％。
所述的消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，步骤(4)中，异步冷轧异速比控制在1.07～1.14。
所述的消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，步骤(5)中，薄规格无取向硅钢退火板织构为强的{001}<120>和{114}<841>织构。
所述的消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，步骤(5)中，薄规格无取向硅钢退火板的组织相对均匀，平均晶粒尺寸为100～120μm。
所述的消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，步骤(5)中，薄规格无取向硅钢退火板磁感值B50为1.70～1.75T，铁损值P15/50为2.0～2.2W/kg。
所述的消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，根据需要对步骤(5)中得到的薄规格无取向硅钢退火板进行涂层处理，该涂层为半有机涂层。
本发明的设计思想是：
第一，利用先进薄带连铸短流程技术直接制备出超薄无取向硅钢铸带，通过热轧与异步冷轧工艺(包括轧制温度、压下率和异速比等)匹配设计，调控轧制过程的晶体取向转动与塑性滑移行为，尽可能减少薄规格无取向硅钢冷轧板中的扁平纤维带组织和{111}不利织构；第二，通过退火工艺的优化设计(包括温度和时间)，促使冷轧组织尽可能多的转变为{001}<120>和{114}<841>织构，弱化{111}<112>和{111}<110>不利再结晶织构，并形成相对均匀的退火组织，从而提升薄规格无取向硅钢的磁性能，同时降低能耗和生产成本。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果如下：
(1)相比传统的厚板坯连铸+大压下热轧+二次冷轧+退火的薄规格无取向硅钢生产流程，本发明采用先进薄带连铸短流程技术，同时结合小压下热轧+一次冷轧的轧制工艺，可大幅缩减薄规格无取向硅钢的生产流程，降低生产成本；
(2)本发明采用热轧与异步冷轧相结合的方法，改善了在薄规格无取向硅钢制备过程中大压下率冷轧导致的大量纤维带和强{111}织构的问题，从而在后续退火过程中弱化了{111}织构的再结晶，获得强的磁性有利的{001}<120>织构；
(3)本发明制备的薄规格无取向硅钢成本低、性能高，方法简单有效。本发明获得的薄规格无取向硅钢磁感值比现有产品高0.3～0.07T，可明显提高消防泵电枢的扭矩和能量转化效率。
附图说明
图1为本发明实施例1中的退火组织图；
图2为本发明实施例1中的薄规格无取向硅钢成品板宏观织构图；
图3为本发明对比例1中的退火组织图；
图4为本发明对比例1中的薄规格无取向硅钢成品板宏观织构图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明提出一种消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法流程如下：按照设定成分冶炼钢水并利用薄带连铸获得厚度为2.8～3.2mm的无取向硅钢铸带，连铸时钢液过热度控制在50～60℃，铸速为18～22m/min。铸带出辊后进行在线热轧，控制热轧温度、轧制道次、压下率和轧制速度。然后进行酸洗，再进行异步冷轧至厚度为0.20mm，控制异速比、冷轧压下率。然后再将冷轧板进行成品退火，退火温度控制在1100～1150℃，保温时间为10min。经涂层处理后，最终获得厚度为0.20mm的薄规格无取向硅钢。
本发明实施例中，观测薄规格无取向硅钢成品板组织采用的是蔡司Gemini-300场发射电子显微镜的电子背散射衍射(EBSD)***，织构测量利用XRD测量试样的{110}、{200}和{211}三个不完整极图，然后利用软件计算出ODF(Orientation distributionfunctions)图。
下面，通过实施例和对比例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，消防设备电枢铁芯用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，按照以下步骤进行：
按照化学成分(质量百分比)：Si 2.9％，Al 0.4％，Mn 0.2％，C 0.003％，其余成分为Fe，冶炼钢水。利用薄带连铸设备制备2.8mm的铸带，钢液过热度为60℃，铸速为18m/min。铸带出辊后进行热轧，热轧总压下率为45％。热轧时开轧温度为1150℃，轧制道次为2道次，终轧温度为950℃，中间进行温度补偿，轧制速度为1.1m/s。将铸带热轧板进行酸洗，去除氧化铁皮。然后，将酸洗后的热轧板直接冷轧至0.20mm，冷轧时采用异步轧制，异速比控制在1.07。将冷轧板进行退火，退火温度为1100℃，保温时间为10min，退火气氛为100％N2。随炉冷却至室温，采用半有机涂层处理后，得到薄规格无取向硅钢成品板。
如图1所示，薄规格无取向硅钢成品板的组织相对均匀，平均晶粒尺寸约为102μm。其宏观织构如图2所示，具有强的{001}<120>和{114}<841>织构。薄规格无取向硅钢成品板的性能指标如下：磁感值B50为1.75T，铁损值P15/50为2.2W/kg。
实施例2
本实施例中，消防设备电枢铁芯用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，按照以下步骤进行：
按照化学成分(质量百分比)：Si 2.9％，Al 0.43％，Mn 0.2％，C 0.002％，其余成分为Fe，冶炼钢水。利用薄带连铸设备制备2.8mm的铸带，钢液过热度为60℃，铸速为18m/min。铸带出辊后进行热轧，热轧总压下率为45％。热轧时开轧温度为1150℃，轧制道次为2道次，终轧温度为950℃，中间进行温度补偿，轧制速度为1.1m/s。将铸带热轧板进行酸洗，去除氧化铁皮。然后，将酸洗后的热轧板直接冷轧至0.20mm，冷轧时采用异步轧制，异速比控制在1.14。将冷轧板进行退火，退火温度为1100℃，保温时间为12min，退火气氛为100％N2。随炉冷却至室温，得到薄规格无取向硅钢成品板。
对薄规格无取向硅钢成品板组织、织构和磁性能进行检测，表明薄规格无取向硅钢成品板组织均匀，平均晶粒尺寸约为114μm，织构为强的{001}<120>、{114}<841>织构和弱的{111}<112>织构。薄规格无取向硅钢成品板的性能指标如下：磁感值B50为1.72T，铁损值P15/50为2.1W/kg。
实施例3
本实施例中，消防设备电枢铁芯用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，按照以下步骤进行：
按照化学成分(质量百分比)：Si 3.36％，Al 0.51％，Mn 0.32％，C 0.0034％，其余成分为Fe，冶炼钢水。利用薄带连铸设备制备3.2mm的铸带，钢液过热度为50℃，铸速为22m/min。铸带出辊后进行热轧，热轧总压下率为55％。热轧时开轧温度为1200℃，轧制道次为2道次，终轧温度为1000℃，中间进行温度补偿，轧制速度为0.8m/s。将铸带热轧板进行酸洗，去除氧化铁皮。然后，将酸洗后的热轧板直接冷轧至0.20mm，冷轧时采用异步轧制，异速比控制在1.10。将冷轧板进行退火，退火温度为1150℃，保温时间为10min，退火气氛为100％ N2。随炉冷却至室温，采用半有机涂层处理后，得到薄规格无取向硅钢成品板。
对薄规格无取向硅钢成品板组织、织构和磁性能进行检测，表明薄规格无取向硅钢成品板组织均匀，平均晶粒尺寸约为117μm，织构为强的{001}<120>和{114}<841>织构。薄规格无取向硅钢成品板的性能指标如下：磁感值B50为1.71T，铁损值P15/50为2.02W/kg。
实施例4
本实施例中，消防设备电枢铁芯用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，按照以下步骤进行：
按照化学成分(质量百分比)：Si 3.45％，Al 0.52％，Mn 0.31％，C 0.0027％，其余成分为Fe，冶炼钢水。利用薄带连铸设备制备3.2mm的铸带，钢液过热度为50℃，铸速为22m/min。铸带出辊后进行热轧，热轧总压下率为45％。热轧时开轧温度为1200℃，轧制道次为2道次，终轧温度为1000℃，中间进行温度补偿，轧制速度为0.8m/s。将铸带热轧板进行酸洗，去除氧化铁皮。然后，将酸洗后的热轧板直接冷轧至0.20mm，冷轧时采用异步轧制，异速比控制在1.14。将冷轧板进行退火，退火温度为1150℃，保温时间为8min，退火气氛为100％N2。随炉冷却至室温，得到薄规格无取向硅钢成品板。
对薄规格无取向硅钢成品板组织、织构和磁性能进行检测，表明薄规格无取向硅钢成品板组织均匀，平均晶粒尺寸约为114μm，织构为强的{001}<120>、{114}<841>织构和弱的{111}<112>织构。薄规格无取向硅钢成品板的性能指标如下：磁感值B50为1.70T，铁损值P15/50为2.09W/kg。
对比例1
本对比例中，薄规格无取向硅钢按照以下步骤进行：
按照化学成分(质量百分比)：Si 2.9％，Al 0.4％，Mn 0.2％，C 0.003％，其余成分为Fe，冶炼钢水。利用薄带连铸设备制备2.8mm的铸带，钢液过热度为60℃，铸速为18m/min。铸带出辊后进行酸洗，然后直接冷轧至0.20mm，冷轧时采用同速轧制。然后将冷轧板在1050℃退火，时间为10min，退火气氛为100％ N2。然后随炉冷却至室温，得到薄规格无取向硅钢成品板。
如图3所示，本对比例中获得的薄规格无取向硅钢板的组织，退火织构见图4。由图3和图4可以看出，其薄规格无取向硅钢成品板组织的平均晶粒尺寸约为48μm，再结晶织构为强的{111}<112>织构和相对弱的{114}<841>织构。相比实施例1～4中的薄规格无取向硅钢，其磁性不利的{111}织构明显增多，而磁性有利的{001}织构几乎没有。此时，其磁感值约为1.66T，铁损值P15/50约为2.45W/kg，明显比实施例1～4的性能差。
实施例和对比例结果表明，本发明通过控制材料成分、热轧温度、热轧速度以及冷轧异速比，减少薄规格无取向硅钢冷轧板中的扁平纤维带组织和{111}不利织构；同时，通过优化无取向硅钢铸带热轧-冷轧匹配设计以及退火工艺的优化设计，促使冷轧组织尽可能多的转变为{001}<120>和{114}<841>的取向再结晶织构，弱化不利的{111}<112>和{111}<110>取向织构的再结晶，从而提升薄规格无取向硅钢的磁性能，同时降低能耗和生产成本，方法简单有效。
Claims (1)
1.一种消防设备电枢铁心用低成本、高性能薄规格无取向硅钢的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(1)冶炼与连铸：通过冶炼和薄带连铸制备出厚度为2.8～3.2mm的铸带，其化学元素质量百分配比为Si 2.9～3.5％，Al 0.43～0.55％，Mn 0.31～0.35％，C≤0.004％，其余成分为Fe，连铸时钢液过热度控制在50～60℃，铸速为18～22m/min；
(2)热轧：铸带出辊后进行在线热轧，热轧开轧温度为1150～1200℃，轧制道次为2道次，终轧温度为950～1000℃，中间进行温度补偿，轧制速度为0.8～1.1m/s；
(3)酸洗：将铸带热轧板进行酸洗，去除氧化铁皮；
(4)异步冷轧：将酸洗后的热轧板直接冷轧至厚度为0.20±0.02mm，冷轧时采用异步轧制；
(5)成品退火：将冷轧板放至100％N2的气氛中进行退火，退火温度控制在1100～1150℃，保温时间为8～12min，随炉冷却至室温，得到薄规格无取向硅钢退火板；
步骤(2)中，热轧总压下率控制在45％～55％；
步骤(4)中，异步冷轧异速比控制在1.07～1.14；
步骤(5)中，薄规格无取向硅钢退火板织构为强的{001}<120>和{114}<841>织构；
步骤(5)中，薄规格无取向硅钢退火板的组织相对均匀，平均晶粒尺寸为100～120μm；
步骤(5)中，薄规格无取向硅钢退火板磁感值B50为1.70～1.75T，铁损值P15/50为2.0～2.2W/kg；
根据需要对步骤(5)中得到的薄规格无取向硅钢退火板进行涂层处理，该涂层为半有机涂层。
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| CN107245644A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-10-13 | 东北大学 | 基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法 |
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2022
- 2022-11-24 CN CN202211486173.XA patent/CN115896597B/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN1562511A (zh) * | 2004-03-30 | 2005-01-12 | 东北大学 | 一种取向硅钢极薄带的制造方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张正贵，王大鹏编著.《无取向硅钢的织构与磁性》.北京：冶金工业出版社,2012,(第1版),第125-126页. * |
Also Published As
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