CN101597723A

CN101597723A - 一种低内应力高强度高磁感性能钢及其制造方法

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Publication number: CN101597723A
Application number: CNA2009100627731A
Authority: CN
Inventors: 刘昌明; 郑华; 谢懋亮; 郭斌; 郑琳; 鄢檀力; 陈洪伟
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2009-12-09

Abstract

一种热连轧低内应力高强度高磁感性能钢及其生产方法，其组份按重量百分数计为C：0.08～0.15，Si：≤0.05，Mn：0.80～1.60，P：≤0.025，S：≤0.015，Ti：0.10～0.35，Als：0.02～0.10，此外，还含N：≤0.010，As≤0.010，Zr≤0.010，Sb≤0.010，其余为Fe及不可避免的夹杂。该钢经冶炼、连铸成板坯，再采用热连轧生产工艺，轧制成1.6～5mm热轧钢卷，然后开平、横切成钢板，然后送热处理炉进行消除应力处理。该钢的屈服强度≥600MPa，磁感性能B₅₀≥1.5T，B₁₀₀≥1.7T，B₂₀₀≥1.9T，B₃₀₀≥2.0T，钢板具有很低的内应力，在激光切割前后，钢板没有明显变形，适用于大型水轮发电机转子磁轭部分制造所需钢铁材料。

Description

一种低内应力高强度高磁感性能钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及微合金化钢制造领域，尤其是一种适应于大型水轮发电机转子磁轭部分所需的具备低内应力、极细晶粒尺寸、高强度、高磁感性能钢的生产制造方法。

背景技术

随着电力供需矛盾的日益突出，作为清洁无污染、可再生的水电已经成为世界解决能源问题的重要举措。应用于大型、巨型水电项目均需要单机容量70～80万千瓦级别的大型水轮发电机组，这就对其中发电机转子磁轭部分用钢提出了高强度、高磁感性能的要求。

在本发明申请之前，有公开号CN 1322256A《高强度热轧钢板及其制造方法》和日本国JP58091121公布了一种高磁束高强度钢板的制造方法，这两个专利都是介绍了抗拉强度50Kg级别(抗拉强度≥490Mpa)的高磁感高强度钢，而这种强度级别的钢已经不能适应和满足现代大型水电工程项目发电机要求，因此急需研制和开发更高强度级别钢种。还有有公开号为CN101003879和CN101016600的发明专利记载了“C-Mn-Ti系热轧高强度高磁感性能钢及其制造方法”和“C-Mn-Ti-Nb系热轧高强度高磁感性能钢及其制造方法”，介绍了两种能同时具备高强度(屈服强度Rel≥600MPa和Rel≥700MPa)和高磁感性能钢的制造方法。但是随着发电机制造技术的发展，转子磁轭片的加工已经由过去的冲压式变成了激光切割方法。磁轭用钢板一般厚度规格为1.6～5mm，由210～250mm厚的钢坯轧制而成，在轧制过程中会在钢板内部形成极高的内应力分布，在激光切割过程中会因为钢板受热和尺寸形状的变化使得内应力从新分布，从而导致钢板发生变形。而激光切割对于加工前后的钢板板形要求严格，一旦切割过程中钢板出现变形，轻则导致钢板切割尺寸超过偏差要求导致废板，重则会碰坏激光切割器，产生巨大的损失。在《高强度热轧钢板及其制造方法》和公开号CN 1322256A、日本国JP58091121公布的一种高磁束高强度钢板的制造方法，以及公开号为CN101003879和CN101016600的发明专利“C-Mn-Ti系热轧高强度高磁感性能钢及其制造方法”和“C-Mn-Ti-Nb系热轧高强度高磁感性能钢及其制造方法”中均没有表现出对钢板内应力问题的解决方案，也就是说没有考虑过在现在激光加工的条件下由于钢板内应力导致的加工不可行的问题，这也是本发明提出方案区别于以上已有发明专利的地方。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种能满足大型水轮发电机转子中磁轭部分使用的低内应力、屈服强度≥600MPa，磁感性能B₅₀≥1.5T，B₁₀₀≥1.7T，B₂₀₀≥1.9T，B₃₀₀≥2.0T的高强度高磁感性能钢及其制造方法。

为实现上述目的，本发明所设计钢板化学成份按重量百分数计为C：0.08～0.15，Si：≤0.05，Mn：0.80～1.60，P：≤0.025，S：≤0.015，Ti：0.10～0.35，Als：0.02～0.10，此外，还含N：≤0.010，As≤0.010，Zr≤0.010，Sb≤0.010，其余为Fe及不可避免的夹杂。

将上述低内应力高强度高磁感钢浇注成板坯后，在热连轧机组进行控轧控冷，具体工艺是先将所浇注的板坯加热至≥1250～1300℃；然后粗轧，粗轧结束温度为≥1100℃；然后精轧，终轧温度为900～950℃；钢板轧后采用层流快速冷却后卷取，卷取温度为400～650℃，制得热轧板卷。然后将热轧板卷通过开平机横切成平板，然后将平板通过热处理炉进行400～700℃消除应力处理，最终得到本专利的低内应力高强度高磁感钢。

本发明的低内应力高强度高磁感性能钢中各合金成份的作用机理如下：

本发明的碳(C)含量为0.08％～0.15％，碳是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，同时可以与钢中Ti等作用形成微合金碳化物，起到析出强化作用，同时保证在消除应力处理中性能稳定性。将碳含量限定在0.08～0.15％，既可保证钢的强度，得到高的磁感性能，又适合生产操作。

本发明的锰(Mn)含量为0.80％～1.60％的锰，可降低奥氏体转变成铁素体的相变温度，扩大热加工温度区域，有利于细化铁素体晶粒尺寸，提高钢的屈服强度和抗拉强度。

本发明的磷(P)含量≤0.025％、硫(S)含量≤0.015％。磷在钢中具有容易造成偏析、降低磁感性能等不利影响。硫易与锰结合生成MnS夹杂，影响钢的磁感性能和塑性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。

本发明的硅(Si)含量≤0.05％。硅对热连轧板卷表面质量有不利影响，因此本发明应尽量降低钢中硅含量。

本发明选择钛(Ti)含量为0.10％～0.35％，钛是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，在钢重新加热中阻止奥氏体晶粒长大，在高温奥氏体区粗轧时TiN和TiC析出，可有效抑制奥氏体晶粒长大，同时析出的TiN和TiC可以有效的提高钢板强度。

本发明的铝(Al)含量为0.02～0.10％，其主要作用是脱去钢水中的氧(O)，防止钛被氧化而失效。

本发明的氮(N)含量≤0.010％，属于转炉钢中正常残余，可以与钢中钛(Ti)结合形成TiN析出，起到抑制奥氏体晶粒长大和析出强化作用。

本发明的锆(Zr)含量≤0.010，微量锆可以起到微合金化作用。

本发明要求砷(As)≤0.010，锑(Sb)≤0.010，因为砷、锑对于获得高磁感性能是非常有害的，因此需要尽可能的去除。

本发明板坯加热温度≥1250～1300℃是为了保证钢中Ti、Nb等充分固溶。精轧900～950℃的终轧温度和400～650℃的卷取温度，一方面通过高温轧制降低轧制负荷，另一方面拉大终轧和卷取温度差距，提高冷却速度，从而获得高强度，然后在400～700℃消除应力热处理中使组织均匀化，从而在保证高强度的情况下获得低内应力。

经试验表明，本发明的优越性得到充分体现：本发明的低内应力高强度高磁感性能钢可以达到屈服强度(ReL)≥600MPa，抗拉强度(Rm)≥700MPa，磁感性能B₅₀≥1.5T，B₁₀₀≥1.7T，B₂₀₀≥1.9T，B₃₀₀≥2.0T，并在激光切割后不会产生钢板变形，可以满足大型水轮发电机转子磁轭用高强度高磁感性能钢的需求。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的低内应力高强度高磁感性能钢及其生产方法作进一步的详细描述：

表1列出了本发明可用于大型水轮发电机转子磁轭用钢的几种具体实施例的化学成份。这几种磁轭用钢的生产方法如下：在炼钢厂80吨转炉上进行顶底复合吹炼，采用铁水深脱硫技术，使铁水中的S≤0.005％，钢水经处理后，得到满足表1的化学成分，余量为Fe及不可避免的夹杂。再将满足表1要求的钢水浇注成200～300mm×900～1550mm断面的板坯。然后将该板坯分别送至热连轧厂，在热连轧机上采用控轧控冷工艺，将其轧制成热轧钢卷，然后开卷、横切成钢板，然后送热处理炉进行消除应力处理，处理温度400～700℃。

采用控轧控冷处理的热连轧生产工艺时，为充分发挥微合金元素在钢中的作用，最好利用大功率轧机的设备能力，减少轧制道次，提高道次压下率。先将板坯加热至≥1250～1300℃。粗轧累计压下率为80～90％，粗轧结束温度为≥1100℃。粗轧后进行精轧，终轧温度为900～950℃；经层流快速冷却后进行卷取，卷取温度为400～650℃，制得板厚为1.5～6mm的热轧板。

本发明低内应力高强度高磁感性能钢的热轧板的生产工艺参数和试验结果见表2。

实施例列举了上、中、下限三种成份的C-Mn-Ti系热轧高强度磁轭钢，分别对应于各表中的成份1、2、3。试验按热轧板工艺生产，其中上、下限成份每种工艺轧制了较厚和较薄的两种规格。从表2反映出的性能来看，各成份的1.6～5mm热轧板都能满足屈服强度≥600MPa，磁感性能B₅₀≥1.5T，B₁₀₀≥1.7T，B₂₀₀≥1.9T，B₃₀₀≥2.0T。

表1 本发明钢的化学成分，wt％

成份	C	Si	Mn	P	S	Ti	Als	N	Zr	As	Sb
成份	C	Si	Mn	P	S	Ti	Als	N	Zr	As	Sb	1	0.085	0.031	1.225	0.016	0.005	0.13	0.034	0.007	0.005	0.008	0.007
2	0.112	0.022	1.421	0.011	0.004	0.15	0.047	0.008	0.005	0.008	0.007	1	0.085	0.031	1.225	0.016	0.005	0.13	0.034	0.007	0.005	0.008	0.007
2	0.112	0.022	1.421	0.011	0.004	0.15	0.047	0.008	0.005	0.008	0.007	3	0.144	0.022	1.353	0.015	0.005	0.17	0.057	0.007	0.008	0.007	0.006

表2本发明钢热连轧板制备方法及试验结果

本发明在实施中：表2的成份1、2、3与表1中的成份1、2、3为对应关系。

Claims

1、一种低内应力热轧高强度高磁感性能钢，该钢的化学成份按重量百分数计，其特征在于：C：0.08～0.15，Si：≤0.05，Mn：0.80～1.60，P：≤0.025，S：≤0.015，Ti：0.10～0.35，Als：0.02～0.10，此外，还含N：≤0.010，As≤0.010，Zr≤0.010，Sb≤0.010，其余为Fe及不可避免的夹杂。

2、一种制造权利要求1所述低内应力热轧高强度高磁感性能钢的生产方法，包括按冶炼、连铸成板坯，其特征在于：将板坯加热至≥1250～1300℃；然后粗轧，粗轧结束温度为≥1100℃；然后精轧，终轧温度为900～950℃；钢板轧后采用层流冷却后卷取，卷取温度为400～650℃，制得热轧板卷；然后将热轧板卷通过开平机横切成平板，然后将平板通过热处理炉进行400～700℃消除应力处理。