CN1288070A

CN1288070A - 高效电机铁芯用系列电工钢

Info

Publication number: CN1288070A
Application number: CN 00115993
Authority: CN
Inventors: 张新仁; 谢晓心; 李炳南; 熊梅
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2001-03-21
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: CN1100157C

Abstract

本发明涉及一种高效电机铁芯用系列电工钢,具体说是一种极高磁感低铁损冷轧无取向系列电工钢成分及生产方法。通过调整主合金元素含量,降低气体夹杂,添加偏析元素,采用低温热轧、一次法冷轧、干气或增湿气氛成品退火,使0.50mm产品P_1.5为2.30～10.00w/kg,而B₅₀₀₀达1.73～1.82T,比普通冷轧无取向硅钢对应牌号分别高0.10T以上,最适宜作各类高效率电机铁芯,亦适宜作普通电机铁芯,可提高电机效率、改善运行指标、实现节能降耗。

Description

高效电机铁芯用系列电工钢

本发明涉及一种高效电机铁芯用系列电工钢，具体地说就是铁损P_1.5与现行普通冷轧无取向硅钢各级别相当、磁感B₅₀₀₀较各对应牌号分别高0.10T以上、具有极高磁感的低铁损冷轧无取向系列电工钢的成分及生产方法。

在本发明前，市场大量使用的普通无取向硅钢Si、Al含量高，且高牌号还采用两次冷轧、两次退火法生产，成品极易产生表层氧化，不但成本高，也无法实现高磁感，难以满足机电产品不断朝小型化、高精度化和高效率化方向发展的要求。近几年已商品化的高磁感无取向电工钢，有日本川崎制铁株式会社高岛稔等1997年在《Materia Japan》第36卷发表的通过添加Al和稀土元素、改变夹杂物的大小及分布、控制再结晶晶粒直径，开发出的50RMA350电工钢，其艾仆斯坦试片经750℃×2h消除应力退火后P_1.5=3.12W/kg，B₅₀₀₀=1.75T；同年日本福山材料研究中心日裹昭等在《NKK技术》上发表的以Si、Al为主要成分、降低夹杂物含量、最佳化冷轧前组织以控制再结晶织构，开发出的全工艺电工钢产品NKBF1～3，其P_1.5分别为5.50、4.70、3.50W/kg，B₅₀₀₀分别为1.80、1.77、1.75T，半工艺电工钢产品NKBS1～3经750℃×2小时退火后P_1.5分别为4.10、3.40、3.00W/kg，B₅₀₀₀分别为1.79、1.77、1.75T。上述材料有较高的磁感，不足之处在于它们没有形成系列，且均属于中低牌号级别，不能满足制作各类高效电机铁芯要求。

本发明的目的是提供一种高效电机铁芯用系列电工钢的成分和生产方法，生产出低、中、高系列牌号的极高磁感无取向电工钢，使0.50mm成品铁损P_1.5在2.30～10.00W/kg范围，而磁感B₅₀₀₀高达1.73～1.82T，适宜作各种类型高效率电机铁芯，满足电机产品提高效率、改善综合运行指标和节能降耗要求。

为了达到本发明的目的，设计了一种高效电机铁芯用系列电工钢，其特征在于钢的铸坯化学成分(按重量％计)为：C≤0.008、Si0.20～2.50、Mn0.15～4.80、Als残量～1.50、B残量～0.0035、P+Sn/Sb0.08～0.45、S≤0.0030、N≤0.0030，余量为Fe及不可避免的夹杂。为达到本发明最佳效果，本发明铸坯化学成分中C的最佳范围＜0.0030％、N的最佳范围＜0.0020％、P+Sn/Sb含量为0.08～45％必须是复合添加。

本发明电工钢成分设计的原则如下：

C：对磁性有害，间歇在α-Fe中的C常温下可随时间推移脱溶析出引起磁时效。若C含量过高，用于脱碳时间延长而降低机组生产能力，提高增湿水温则增加成品钢板表层内氧化恶化性能，本发明C≤0.008％，最佳范围C＜0.0030％。

Si：能溶于铁素体形成置换固溶体，提高基体电阻率、降低铁损，但恶化磁感，当Si含量达一定水平时，其含量继续增加，降低铁损作用明显减弱。本发明中Si为0.20～2.50％，小于0.20％时P_1.5不能降到10.00W/kg以下，大于2.50％时B₅₀₀₀难以达到高磁感要求，且有加工困难。

Mn：能与不可避免的夹杂物S形成稳定的MnS，消除S对磁性危害，还可防止热脆，其亦溶于铁素体形成置换式固溶体，有降低铁损的作用。本发明中Mn为0.15～0.80％，低于0.15％有利作用不明显，高于0.80％时，A_c1温度降低，再结晶温度低，热处理易发生α→γ相变，破坏再结晶织构。

Al：可溶于铁素体提高基体电阻率、粗化晶粒、降低铁损，对磁感恶化作用比Si小，同时还可以脱氧、固氮，但极易造成成品钢板表层内氧化。本发明中Als范围为残量～1.50％。Als超过1.50％时B₅₀₀₀达不到高磁感要求，且有加工困难，当要求B₅₀₀₀≥1.76T时，钢中Als为残量。

B：本身对磁性没有贡献，仅作为固定不可避免的气体夹杂N而添加。本发明中B加入范围为残量～0.0035％，超过0.0035％时会构成新的夹杂恶化磁性，当铸坯中N＜0.0020％时，B一般为残量。

P、Sn/Sb：均是显著提高基体电阻率元素，且P的作用比Si还强烈，同时P、Sn/Sb亦均为正偏析元素，能促进再结晶，增加有利织构，其中Sn、Sb又是活化元素，其在表层或表层晶界处偏聚，可减少表层内氧化、防止活性氧沿晶界向钢基渗透，对改善磁性十分有利。本发明规定P、Sn/Sb为复合添加，复合添加量为P+Sn/Sb 0.08～0.45％。P+Sn/Sb小于0.08％效果不明显，大于0.45％要发生加工困难；Sb有明显抑制C由基体向表面扩散作用，不利于脱C的进行，Sb可替代Sn，当以Sb代Sn时，必须控制铸坯C＜0.0030％。

S：对加工性及磁性均有害，其与Mn形成细小的MnS质点，阻碍成品退火晶粒长大，严重恶化磁性，与Fe形成低熔点FeS及FeS₂或共晶体，易造成热加工脆性。本发明规定S≤0.0030％。

N：易形成AlN等细小弥散氮化物，成品退火过程中会阻碍再结晶及再结晶晶粒长大，室温下α-Fe中N的析出要引起磁时效，严重恶化磁性。本发明要求N≤0.0030％，最佳范围N＜0.0020％。

为了达到本发明的目的，本发明还设计了一种高效电机铁芯用系列电工钢的生产方法，按通常无取向电工钢方法冶炼，获得化学成分(按重量％计)为：C≤0.008、Si0.20～2.50、Mn0.15～0.80、Als残量～1.50、B残量～0.0035、P+Sn/Sb0.08～0.45、S≤0.0030、N≤0.0030，余量为Fe及不可避免的夹杂的铸坯，其特征在于铸坯经≤1150℃均热轧制，酸洗后用一次法冷轧到成品厚度，冷轧钢带在820～1050℃温度下进行成品再结晶退火或脱碳成品再结晶退火，当C＜0.0030％时退火气氛用干气，当C为0.0030～0.008％时退火气氛用室温～60℃增湿，退火气氛中H₂/N₂流量比为0.34～3.0。

本发明为防止铸态的硫化物、氮化物在热轧均热和轧制过程中重新固溶及弥散析出，要求热轧均热温度≤1150℃。热轧钢带实施轧后缓冷或退火处理有进一步促进夹杂物析出粗化、均匀热轧板组织、提高成品磁性和防止瓦楞状缺陷的作用，本发明不作特别规定，视必要进行。钢带经酸洗，用一次法冷轧到成品厚度，以利于提高磁感。

本发明冷轧钢带成品再结晶退火或脱碳成品再结晶退火温度为820～1050℃，低于820℃再结晶速度慢，再结晶不完善，高于1050℃，部分钢带要发生α-γ相变，破坏再结晶及再结晶组织。当C＜0.0030％时，退火气氛用干气，可保证成品钢带碳含量达无磁时效状态；当C为0.0030～0.008％时，退火气氛用室温～60℃增湿，增湿温度低于室温不能将C降到无磁时效水平，高于60℃易产生表层内氧化；退火气氛中H₂/N₂流量比为0.34～3.0，比值低于下限钢板易形成内氮化层，高于上限不经济。

本发明高效电机铁芯用系列电工钢具有如下明显的优点：1．本发明系列电工钢成分设计简单，工艺组合亦简单，性能稳定，易于实施。2．本发明系列电工钢铁损P_1.5在2.30～10.00W/kg范围，磁感B₅₀₀₀达1.73～1.82T，与现行普通冷轧无取向硅钢各对应牌号比较，P_1.5相当，B₅₀₀₀则分别比对应牌号高0.10T以上。3．本发明系列电工钢最适合作各类高效电机铁芯，亦可用作普通电机铁芯，与用普通冷轧无取向硅钢制作的电机铁芯比较，可使电机缩小体积、减轻重量、提高效率、改善综合运行指标、节约铜耗、铁耗和能耗。

本发明用实施例进一步加以说明：

实施例1：用转炉或真空感应炉分别冶炼本发明低、中、高系列牌号电工钢，铸坯经开坯热轧成1.9～2.2mm厚钢带，热轧钢带经缓冷或退火或不退火处理，酸洗后用一次法冷轧到成品厚度0.50mm，冷轧钢带经再结晶退火或脱碳再结晶退火至成品，成分见表1。

表1

表2为表1中(序号对应)钢的化学成分采用本发明的生产方法及成品艾仆斯坦试片磁性：

表2

从表2可见，本发明系列电工钢铁损P_1.5覆盖目前高、中、低牌号普通无取向硅钢，而磁感B₅₀₀₀高达1.73～1.82T，比同铁损级别普通冷轧无取向硅钢高0.10T以上。

实施例2：应用本发明实施例1生产的极高磁感无取向电工钢成品制作成各类电机铁芯，与普通硅钢材料相比较，其节能、降耗、提高效率应用效果见表3。

表3

为重新设计水平-原设计水平

从表3可以明显看出，本发明极高磁感系列无取向电工钢最适宜制作系列高效电机铁芯，同时亦适宜作各类普通电机铁芯，与普通无取向硅钢比较，可提高电机效率、改善综合运行指标、节约原材料、降低能耗。

Claims

1．一种高效电机铁芯用系列电工钢，其特征在于钢的铸坯化学成分(按重量％计)为：C≤0.008、Si 0.20～2.50、Mn 0.15～0.80、Als残量～1.50、B残量～0.0035、P+Sn/Sb 0.08～0.45、S≤0.003、N≤0.0030，余量为Fe及不可避免的夹杂。

2．根据权利要求1所述的一种高效电机铁芯用系列电工钢，其特征在于铸坯化学成分中C的最佳范围＜0.0030％、N的最佳范围＜0.0020％、P+Sn/Sb含量为0.08～0.45％必须是复合添加。

3．一种高效电机铁芯用系列电工钢的生产方法，按通常无取向电工钢方法冶炼，获得化学成分(按重量％计)为：C≤0.008、Si 0.20～2.50、Mn 0.15～0.80、Als残量～1.50、B残量～0.0035、P+Sn/Sb 0.08～0.45、S≤0.0030、N≤0.0030，余量为Fe及不可避免的夹杂的铸坯，其特征在于铸坯经≤1150℃均热轧制，酸洗后用一次法冷轧到成品厚度，冷轧钢带在820～1050℃温度下进行成品再结晶退火或脱碳成品再结晶退火，当C＜0.0030％时退火气氛用干气，当C为0.0030～0.008％时退火气氛用室温～60℃增湿，退火气氛中H₂/N₂流量比为0.34～3.0。