CN101041222A - 一种冷轧无取向电工钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种冷轧无取向电工钢板的生产方法，其生产步骤为：铸坯→加热→热轧→拉矫→常化→酸洗→冷轧→退火→涂层→成品，其中，拉矫步骤中延伸率控制在0.5～4％的范围内，常化步骤中温度控制在800℃～1050℃范围内60～90秒。本发明在常化前经拉矫变形，使热轧板储能增高，常化后铁素体晶粒粗大，冷轧和退火后织构改善。成品的铁损降低、磁感提高；同时使得随后的常化温度可以比现有技术的常化温度降低10～50℃，从而降低了对常化设备的要求和在生产过程中降低能耗，并且由于温度降低氧化铁皮减少，有利于随后的酸洗。

Description

一种冷轧无取向电工钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧无取向电工钢板及其生产方法，具体说是一种高磁感低铁损的冷轧无取向电工钢板及其生产方法。

背景技术

高磁感低铁损冷轧无取向电工钢是近年来无取向电工钢开发的热点，它是适应于近年来对各类电机、电子变压器铁芯等高效率、小型化的要求而发展的。

提高磁感、降低铁损的方法一般有下列几种：①降低Si的含量，提高钢质的纯净度，以达到低硅含量时保持高磁感条件下，得到较低的铁损，如由高岛稔等发明的中国专利申请号95105753.7、日本发明特开平8-3699(发明人：TAKASHIMA MINORU等；公开日：09.01.1996)等；②在钢中添加改善成品织构的元素，如使用添加Sn、Sb、Cu等；如日本公开特许专利昭50-98425(发明人：MAEDA YASUYUKI等；公开日：1982-05-28)、昭55-158252(发明人：MATSUMURA HIROSHI等；公开日：09.12.1980)等；③对热轧板进行常化处理。这几种方法单独或复合使用。第一种方法对冶炼提出了很高的要求，如日本NKK公司开发了极低硫系列高效率无取向电工钢，S的含量要求达到10ppm以下，以减少阻碍晶粒生长的硫化物，开发的产品以及制造技术在文献まてりぁ第41卷第2号(2002)P114～116以及相关的几十件专利上有描述。第二种方法提高了钢的合金成本。第三方法对提高磁感十分有效，成本也很低，以至于第一种和第二种往往也需要与第三种方法结合使用。

现有的增加常化处理来生产冷轧无取向电工钢板的工艺流程：铸坯→加热→热轧→常化→酸洗→冷轧→退火→涂层→成品。

该工艺流程的主要工艺参数控制如下：

铸坯加热：加热温度控制在1000℃～1200℃。加热温度高，热轧塑性好，但钢中MnS和AlN等析出物固溶，它们固溶在热轧过程中由于固溶度随钢板温度降低而下降，又以细小弥散状析出而阻碍退火时晶粒长大，(111)组分增多，磁性变坏。加热温度低，塑性差。

热轧：热轧板厚度为1.8～2.6mm。

常化：常化温度控制在850℃～1050℃，时间保持60～90s。目的是使热轧板组织更均匀，使再结晶晶粒增多，同时使晶粒和析出物粗化，加强(100)和(110)组分以及减弱(111)组分，以提高磁性。

酸洗：冷轧前经酸洗去除表面氧化铁皮。

冷轧：由1.8～2.6mm厚热轧板冷轧到成品厚度0.5mm。

退火：退火温度控制在850℃～1050℃。退火的目的是冷轧板通过再结晶消除冷轧产生的应变和促使晶粒长大，以保证磁性、硬度和磁时效满足要求。

涂层：涂层机组与连续退火炉可以位于一条作业线上，也可以是两条机组，涂层的目的是使钢板之间具有绝缘性。

热轧板常化是改善无取向电工钢织构和磁性的重要措施，因为常化可使热轧板晶粒粗化并更均匀，使冷轧板退火时获得强度高的0kl(一种易磁化晶面族)织构(该技术公布于1990年12月第44其的“The SumitomoSearch”第120-125页)。热轧板晶粒越粗大，成品磁感越高。常化温度一般不超过Ac1(α-γ相变温度线)，从而避免常化过程中发生α→γ→α相转变，晶粒组织细化，反而对最终成品织构改善不利(见昭63-210238，昭64-55338)。因常化温度的限制，为获得较粗大的晶粒组织，必须增加常化时间，如利用罩式炉退火1h以上，或在连续退火炉中退火2min以上。即便如此由于常化温度较低，晶粒粗化效果有限，磁感改善的效果有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提供一种改进的冷轧无取向电工钢板及其生产方法，通过常化前加入拉矫工艺使热轧晶粒组织粗大，从而降低常化温度，使最终退火后铁损低磁感高。

为实现上述目的，本发明首先提供一种冷轧无取向电工钢板的生产方法，其生产步骤为：

铸坯→加热→热轧→拉矫→常化→酸洗→冷轧→退火→涂层→成品，其中，拉矫步骤中延伸率控制在0.5～4％的范围内，常化步骤中温度控制在800℃～1050℃范围内60～90秒。

以下是主要工序的关键点：

拉矫：在常化炉前设置拉矫机。常化处理前对热轧板实施0.5～4％的变形(拉矫)，目的是通过这种变形使热轧板的储能增大，促进热轧板铁素体晶粒在退火过程中粗大化，而电工钢的磁性能和铁素体晶粒是有着直接的关系的，铁素体晶粒越大铁损P会越低，而磁感B会更高，有利于电工钢磁性能的改善。

同时，热轧板经0.5～4％延伸率的拉矫，然后再进行常化处理，此时的常化温度可以较现有技术降低10～50℃。原因是由于对热轧板实施了拉矫变形，储能的增大使得在相对低的温度下已经具备了足够的铁素体长大的驱动力。以Si含量为0.65％为例，常化前不经过拉矫，常化制度为950℃×90s，平均晶粒尺寸为90μm，铁损P15/50为5.5W/Kg，磁感B50为1.740T，常化前经3％拉矫变形，常化制度为900℃×90s(降低50℃)，平均晶粒尺寸达到158μm，铁损P15/50降低到4.7W/Kg，磁感B50升高到1.771T。

常化前经合适的拉矫，不仅可以大幅度改善磁性能，而且降低了对常化设备的要求和有利于生产过程能耗的降低。

其余步骤可利用现有技术进行。

根据本发明的冷轧无取向电工钢板，其铸坯的化学成分为(重量百分比)：C≤0.0050％，0.1％≤Si≤3.2％，Al≤1.0％，Mn：0.10％～1.0％，P≤0.2％，S≤0.005％，N≤0.0030％，其余为铁和不可避免杂质。

以下是本发明主要元素的作用及其限定说明：

C：对磁性有害，间隙在α-Fe中的C常温下随时间推移脱溶析出引起磁时效。C含量过高，脱碳时间延长降低机组生产能力，提高湿气氛会增加钢板表面内氧化层恶化磁性能。C是强烈阻碍晶粒长大的元素，同时C是扩大γ相区的元素，过量的C使常化处理时α与γ两相区转变量增加，大大降低Ac1点，对结晶组织起细化作用，引起铁损增加。本发明C≤0.005％，最佳C≤0.003％。

Si：能溶于铁素体中形成置换固溶体，提高基体电阻率，降低铁损，是电工钢最重要的合金元素，当Si含量达到一定值时，其含量继续增加，降低铁损作用明显减弱，本发明0.1％≤Si≤3.2％，硅含量超过3.2％加工困难，而低于0.1％将起不到降低铁损的作用。

Al：可溶于铁素体提高基体电阻率，粗化晶粒，降低铁损，同时还可以脱氧固氮，但容易造成成品钢板表层内氧化。Al含量超过1.0％将使冶炼浇注困难，磁感降低，且加工困难，当要求高磁感时，钢中Al为残量。

Mn：可与不可避免夹杂物S形成稳定的MnS，消除S对磁性的危害，还可防止热脆，其也溶于铁素体形成置换固溶体，有降低铁损的作用。本发明Mn为0.10％～1.0％，Mn含量低于0.1％有利作用不明显，高于1.0％，Ac1温度降低，再结晶温度降低，热处理时发生α-γ相变，劣化有利织构。

P：在钢中添加一定的磷可以改善钢板的加工性，但超过0.2％时反而使钢板冷轧加工性劣化。

S：对加工及磁性均有害，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S≤0.005％。

N：易形成AlN等细小弥散氮化物，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化，本发明N≤0.003％，最佳范围≤0.002％。

本发明具有如下优点：

1、本发明在常化前经拉矫变形，使热轧板储能增高，常化后铁素体晶粒粗大，冷轧和退火后织构改善。成品的铁损降低、磁感提高。

2、本发明可在相对较低的温度下进行，即由于本发明在常化前增加了拉矫工艺，使得随后地常化温度可以比现有技术的常化温度降低10～50℃，从而降低了对常化设备的要求和在生产过程中降低能耗，并且由于温度降低氧化铁皮减少，有利于随后的酸洗。

附图说明

图1示出了热轧板延伸率与热轧板结晶尺寸的关系；

图2示出了热轧板延伸率与铁损P15/50的关系；

图3示出了热轧板延伸率与磁感B50的关系。

具体实施方式

以下是本发明实例1具体说明。

将C：0.0025％、Si：0.65％、Mn：0.25％、Al：0.25％，P：0.015％、S：0.0035％和N：0.0020％成分的连铸坯进行热轧，热轧板厚2.60mm。对热轧板进行不同延伸率的拉伸，然后进行950℃×90s、100N₂常化处理。然后冷轧到0.50mm。对冷轧板进行800℃×20s退火，并进行磁性检测，结果如图1～图3所示。图1～图3分别为实施不同延伸率拉矫所对应的常化后热轧板晶粒尺寸、成品的铁损和磁感。

如图1所示，随着常化前拉矫变形率的增大，热轧板常化后的晶粒尺寸也随着增大，从平均晶粒尺寸为90um增大到158um，而电工钢的磁性能与铁素体的晶粒尺寸有着直接的对应关系，效果见图2和图3；

如图2所示，随着常化前拉矫变形率的增大，铁损P15/50逐渐减小(铁损越低越好)，由实施本发明前的5.5W/Kg降低到实施本发明后的4.7W/Kg，降低0.8W/Kg；

如图3所示，常化前拉矫变形率的增大，磁感B50逐渐增大(磁感越大越好)，由实施本发明前的1.740T增大到实施本发明后的1.771T，升高310Gs。

从试验结果可见，延伸率达到0.5％时就有明显的效果。延伸率提高，热轧板晶粒尺寸增大，铁损降低，磁感进一步改善。铁损和磁感在延伸率3％左右达到最好的效果，之后随拉矫延伸率的增加，热轧板晶粒尺寸减小，铁损和磁感出现下降趋势。常化前对热轧板实施一定的变形(拉伸)可以增加热轧板的储能增大，促进热轧板晶粒在退火过程中粗大化。虽然拉矫延伸率大于4％仍然有较好的效果，但在实际生产中拉矫机的负荷很大，甚至超过了拉矫机的负荷，另一方面延伸率过大，热轧板表面的氧化皮出现剥落，损坏后面的辊子，大量的氧化皮在炉内剥落，影响退火炉的运行，因此在生产中不可行。

以下是本发明实例2-7的具体说明。

实例2-7的具体化学成分见表1：

                                     表1Wt％

编号	Si	Al	Mn	P	C	S	N
								2	1.72	0.66	0.10	0.005	0.005	0.003	0.0030
3	3.02	0.48	1.00	0.005	0.003	0.005	0.0024
								4	0.65	0.35	0.45	0.100	0.002	0.004	0.0027
5	0.10	1.00	0.20	0.200	0.001	0.003	0.0023
								6	1.72	0.48	0.64	0.005	0.004	0.005	0.0008
7	3.20	0.10	0.85	0.005	0.003	0.001	0.0015

实例2-7的工艺参数和对应的铁损及磁性结果见表2：

                      表2  实施例生产方法及磁性结果

编号	热轧均热温度(℃)	拉矫变形量(％)	常化℃×S	再结晶退火℃×S	P15/50W/Kg	B50T	备注
								2	1200	-	1000×90	950×30	2.61	1.720	比较例
0.5	980×90	2.20	1.736	本发明
					3	1200	-			950×90	1050×30		3.10	1.611	比较例
1.0	940×90	2.75	1.627	本发明
							2.0	930×90	2.56	1.633		本发明
3.0	920×90	2.34	1.645	本发明
							4.0	910×90	2.36	1.642		本发明
4	1150	-	1050×90	900×30									3.95	1.751	比较例
					3	1050×90	3.11	1.783	本发明
		5	1100							-	850×60	850×30	5.81	1.744	比较例
3	800×60			5.55	1.751	本发明
							3	850×60	5.20	1.762	本发明
6	1100			-	1000×60	950×30							3.08	1.725	比较例
		3	950×60				2.68	1.735	本发明
				7	1100					-	1050×60	1050×30	2.98	1.645	比较例
3	1050×60	2.37	1.676			本发明

备注：以上比较例为不实施拉矫的现有技术中的实例。

从表2看出，编号2(实例2)中，常化前经0.5％延伸率的拉矫，常化温度降低20℃，铁损P15/50降低0.41W/Kg，磁感B50升高160Gs。

编号3，常化前经1.0～4.0％延伸率的拉矫，常化温度降低10～40℃，铁损P15/50降低0.35～0.76W/Kg，磁感B50升高160～340Gs。

编号4，常化温度不做改变，当延伸拉矫率为3％时，铁损P15/50降低0.84W/Kg，磁感B50升高320Gs。

编号5，先在降低常化温度40℃、拉矫率为3％时，铁损P15/50降低0.26W/Kg，磁感B50升高70Gs，而不降低常化温度，经3％的拉矫，铁损P15/50降低0.61W/Kg，磁感B50升高180Gs。本系列产品可适用于各类电机及空调、冰箱压缩机电机。

编号6，降低常化温度50℃、拉矫率为3％时，铁损P15/50降低0.40W/Kg，磁感B50升高100Gs。

编号7，不降低常化温度，拉矫率为3％时，铁损P15/50降低0.61W/Kg，磁感B50升高310Gs。本系列产品可适用于各类电机及空调、冰箱压缩机电机。

综上所述，通过常化前的拉矫，可明显降低常化温度，降低铁损并提高磁感。

Claims (2)

1.一种冷轧无取向电工钢板的生产方法，其生产步骤为：

铸坯→加热→热轧→拉矫→常化→酸洗→冷轧→退火→涂层→成品，其中，拉矫步骤中延伸率控制在0.5～4％的范围内，常化步骤中温度控制在800℃～1050℃范围内60～90秒。

2.根据权利要求1所述的生产方法生产的冷轧无取向电工钢板，其成分重量百分比为：

C≤0.0050％；

Si≤3.2％；

Al≤1.0％；

Mn：0.10％～1.0％；

P≤0.2％；

S≤0.005％；

N≤0.0030％；

其余为铁和不可避免杂质。

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