CN101871076B - 一种500MPa级冷轧磁极钢的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种500MPa级冷轧磁极钢的制造方法，通过如下步骤制备：(1)将板坯加热到1200-1260℃，再将板坯轧制成薄钢板，终轧温度为830-890℃，采用层流冷却方式冷却至550-600℃进行卷取；(2)空冷方式冷却，进行酸洗；(3)冷轧；(4)连续退火：退火炉均热段温度控制在740-760℃，退火工艺段速度控制在120～125米/分钟，均热段时间控制在230-239s；(5)平整。本发明生产的冷轧磁极钢具有很高的屈服强度，可达570MPa以上；性能均匀，头尾性能差异小；钢板磁感应强度和强度配合良好；板形良好，尺寸精度高；产品表面质量好，综合成材率高。

Description

一种500MPa级冷轧磁极钢的制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧磁极钢的制造方法，尤其涉及一种屈服强度大于500MPa级冷轧磁极钢的制造方法。

背景技术

为解决能源短缺的问题，各国都加大了水电工程的投资，在建、扩建和改建的水力发电设施均有大幅增加，在大型水电机组中，磁极是水轮发电机组转子体的关键部件，可保证机组高速运行的平衡和稳定，发电机组转子体使用的磁极钢的需求量也大幅增加。

发电机组转子的磁极钢板要求具有足够的强度才能满足水轮发电机的使用安全；为减少机组的涡流损失，磁极钢板必须具有比磁轭钢板更加优良的磁通量；磁极由钢板叠合组装制成，为保证机组的平衡与稳定性，磁极钢板要求具有高的尺寸精度和表面质量。高强度、高磁通、高精度构成磁极钢板三大技术难点，目前，仅美国、德国、日本等少数发达国家能够生产优质的冷轧磁极钢。

随着水电机组的大型化发展，国内外都在积极开发高强度级别的磁极钢。

公告日为2008年9月17日的中国发明专利CN100419108C、公告日为2008年6月4日的中国发明专利CN100392133C、公告日为2008年6月4日的中国发明专利CN100392134C，分别公开了250MPa级、350MPa级和450MPa级冷轧磁极钢的生产方法，由于其原料板坯的组分选择并不恰当，生产出来的冷轧磁极钢屈服强度不高，最大仅为450MPa，并不能满足水轮发电机的使用安全。而且，由于采用的是罩式退火方式，还存在生产周期长，机组产能低、磁性能不均匀、能耗高及劳动定员多等众多缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种500MPa级冷轧磁极钢的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

一种500MPa级冷轧磁极钢的制造方法，由下述步骤组成：

(1)将板坯加热到1200-1260℃，再将板坯轧制成薄钢板，终轧温度为830-890℃，然后采用层流冷却方式冷却至550-600℃进行卷取；

(2)采用空冷方式冷却，冷却到60-80℃时，进行酸洗；

(3)冷轧；

(4)连续退火步骤：退火炉均热段温度控制在740-760℃，退火工艺段速度控制在120～125米/分钟，均热段时间控制在230-239s；

(5)平整，制成本发明的500MPa级冷轧磁极钢；

其中，步骤(1)中所述的板坯的化学成分的重量百分比为：C：0.07-0.10％，Si：0.18-0.31％，Mn：1.00-1.50％，P：≤0.02％，S：≤0.007％，O≤0.004％，N≤0.004％，Nb：0.046-0.060％，Ti：≤0.003％，V：0.050-0.070％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述方案中，步骤(3)的冷轧压下率45-55％。

上述方案中，步骤(5)采用0.2-0.8％平整延伸率进行平整。

下面详细地对本发明进行阐述：

通过采用本行业常用的方法，例如转炉炼钢，钢水经二次精炼和连铸后，获得下述成分的板坯。

板坯的化学成分的重量百分比为：C：0.07-0.10％，Si：0.18-0.31％，Mn：1.00-1.50％，P：≤0.02％，S：≤0.007％，O≤0.004％，N≤0.004％，Nb：0.046-0.060％，Ti：≤0.003％，V：0.050-0.070％，余量为Fe和不可避免的杂质。

该板坯所涉及的钢种为铌钒析出强化的微合金钢，铌、钒等元素具有较强的析出强化及细晶强化能力，为提高磁极钢的强度，本发明提高了铌的含量，并添加了钒，钢中形成尺寸较细小的微合金碳氮化物引起延迟再结晶的作用，达到细化晶粒和析出强化的目的，同时铌、钒微合金元素对试验钢的磁性的影响要比固溶碳和渗碳体的影响要小，这样就使钢板的强度指标得到提高，同时也保证了钢板的磁感应强度，这正是获得500MPa级磁极钢板优良的综合性能的重要原因之一。

将以上成分的磁极钢板坯放入加热炉内，加热到1200℃～1260℃，采取较高的加热温度，保证加热时固溶的Ti含量越多，随后的析出强化效果越好，屈服强度和抗拉强度得到提高。

加热后的板坯经粗轧和7机架连轧机精轧，将板坯轧制成2～4mm规格的薄钢板，终轧温度为830～890℃，使板坯发生完全的动态再结晶，然后采用层流冷却方式冷却至550～600℃进行卷取，既能充分发挥微合金元素的强化作用保证成品具有足够的强度，又可以获得良好的磁性能。

将卷取后的钢板，采用空冷方式冷却，冷却到60-80℃时，进行酸洗；

将酸洗后的钢板，进行冷轧，其中控制冷轧压下率为45-55％；

将冷轧后的钢板进行连续退火操作，其中退火炉均热段温度控制在740-760℃，退火工艺段速度控制在120～125米/分钟，均热段时间控制在230-239s。

退火炉均热段温度对成品的磁性能及强度都有很大的影响，如果温度过高，晶粒尺寸过大，钢板强度降低；而温度过低会造成钢板性能不均匀，影响钢板冲压质量。本发明采用的是连续退火工艺，通过生产试制及工艺优化，摸索出连续退火过程中温度与速度的最优匹配，最终采取的退火炉均热段温度控制在740～760℃，退火工艺段速度控制在120～125米/分钟，均热段时间控制在230～239s。在此工艺下退火，可以达到控制再结晶晶粒尺寸和防止二项粒子长大的目的，从而解决了磁极钢磁性性能和强度之间的矛盾。

采用0.2-0.8％平整延伸率进行平整，即可制成500MPa级冷轧磁极钢。

本发明技术方案具有突出的实质性特点，与现有技术的主要区别体现在以下几方面：

1、成分控制部分

本发明所用的板坯的化学成分的重量百分比为：C：0.07-0.1％，Si：0.18-0.31％，Mn：1.00-1.50％，P：≤0.02％，S：≤0.007％，O≤0.004％，N≤0.004％，Nb：0.046-0.06％，Ti：≤0.003％，V：0.050-0.070％，余量为Fe和不可避免的杂质。特别是通过提高铌的含量，新增加钒的含量，达到细化晶粒和析出强化的目的，此外由于铌、钒对试验钢的磁性的影响要比固溶碳和渗碳体的影响要小，这样就使钢板的强度指标得到提高，同时也保证了钢板的磁感应强度。

2、热轧工艺部分

本发明采取了合适的终轧温度(830～890℃)和卷取温度(550-600℃)，充分发挥微合金元素的强化作用，使成品具有了合适的晶粒度和一定数量的析出物，保证了成品具有足够的强度和良好的磁性能。

3、退火工艺部分

结合本发明所用的板坯的组分，本发明采取了连续退火方式，生产周期短，机组产能高，同时摸索出连续退火过程中温度与速度的最优匹配，控制了再结晶晶粒尺寸和防止二项粒子长大，保证了产品具有合适的晶粒尺寸，同时钢板性能均匀，解决了磁极钢磁性性能和强度之间的矛盾。

本发明的技术方案与现有技术相比较而言，具有如下有益效果：

1、本专利生产的冷轧磁极钢具有很高的屈服强度，可达570MPa以上，远高于现有技术中所公开的最大屈服强度450MPa，冷轧磁极钢产品的机械性能得到了极大的提高；

2、采用连续退火，生产周期短，机组产能高。与罩式退火方式相比，连续退火具有生产效率高、磁性能均匀、生产周期短、能耗低及劳动定员少等优点；

3、产品性能均匀，头尾性能差异小。本发明生产的冷轧磁极钢的磁感应强度B50为1.570T以上，大于1.50T，完全符合冷轧磁极钢对磁感应强度的要求。同时由于采用连续退火，头尾性能差异≤0.005T，磁性能均匀。钢板的磁感应强度和强度配合良好。

4、产品板形良好，横向厚差小，同板差≤0.02mm，尺寸精度高。

5、产品表面质量好，综合成材率高。与传统罩式炉退火相比，连续退火板形及表面质量好。

具体实施方式

本发明冷轧磁极钢的制造方法主要包括热轧、冷轧、退火等几个阶段，通过对成分进行控制调整以及对各阶段的一些关键技术参数的调整，最终获得500MPa级以上的冷轧磁极钢。

实施例1：

(1)将与表1相对应的板坯加热到1260℃，将加热后的板坯经粗轧和7机架连轧机精轧，将板坯轧制成2mm规格的薄钢板，终轧温度为890℃，然后采用层流冷却方式冷却至600℃进行卷取；

(2)采用空冷方式冷却，冷却到80℃时，进行酸洗；

(3)冷轧，其中冷轧压下率45％；

(4)连续退火步骤：退火炉均热段温度控制在740℃，退火工艺段速度控制在120米/分钟，均热段时间控制在239s。

(5)采用0.2％平整延伸率进行平整，制成本发明实施例1的500MPa级冷轧磁极钢。

实施例2：

(1)将与表1相对应的板坯加热到1200℃，将加热后的板坯经粗轧和7机架连轧机精轧，将板坯轧制成4mm规格的薄钢板，终轧温度为830℃，然后采用层流冷却方式冷却至550℃进行卷取；

(2)采用空冷方式冷却，冷却到60℃时，进行酸洗；

(3)冷轧，其中冷轧压下率55％；

(4)连续退火步骤：退火炉均热段温度控制在760℃，退火工艺段速度控制在125米/分钟，均热段时间控制在230s。

(5)采用0.8％平整延伸率进行平整，制成本发明实施例2的500MPa级冷轧磁极钢。

实施例3：

(1)将与表1相对应的板坯加热到1230℃，将加热后的板坯经粗轧和7机架连轧机精轧，将板坯轧制成3mm规格的薄钢板，终轧温度为860℃，然后采用层流冷却方式冷却至570℃进行卷取；

(2)采用空冷方式冷却，冷却到70℃时，进行酸洗；

(3)冷轧，其中冷轧压下率52％；

(4)连续退火步骤：退火炉均热段温度控制在755℃，退火工艺段速度控制在122米/分钟，均热段时间控制在234s。

(5)采用0.5％平整延伸率进行平整，制成本发明实施例3的500MPa级冷轧磁极钢。

实施例4：

(1)将与表1相对应的板坯加热到1220℃，将加热后的板坯经粗轧和7机架连轧机精轧，将板坯轧制成2mm规格的薄钢板，终轧温度为850℃，然后采用层流冷却方式冷却至560℃进行卷取；

(2)采用空冷方式冷却，冷却到75℃时，进行酸洗；

(3)冷轧，其中冷轧压下率47％；

(4)连续退火步骤：退火炉均热段温度控制在753℃，退火工艺段速度控制在121米/分钟，均热段时间控制在236s。

(5)采用0.7％平整延伸率进行平整，制成本发明实施例4的500MPa级冷轧磁极钢。

表1为本发明实施例1-4所使用的板坯的化学成分的重量百分比，其余为Fe和不可避免的杂质。

表1板坯的主要化学成分的重量百分比(单位：％)

编号	C	Si	Mn	P	S	0	N	Nb	Ti	V
											实施例1	0.077	0.31	1.39	0.014	0.0070	0.003	0.004	0.060	0.003	0.058
实施例2	0.081	0.25	1.50	0.012	0.0053	0.004	0.001	0.052	0.003	0.050
											实施例3	0.070	0.18	1.00	0.020	0.0042	0.003	0.003	0.048	0.001	0.070
实施例4	0.10	0.26	1.26	0.012	0.0054	0.002	0.003	0.046	0.002	0.063

将实施例1～4所制成本发明实施例的500MPa级冷轧磁极钢，按照国际电工委员会标准IEC 60404-8-5：1989或宝山钢铁股份有限公司企业标准BQB484-2009，进行性能检测。得出冷轧磁极钢产品性能数据，见表2。

表2冷轧磁极钢产品性能数据

由表2可见，本发明生产的冷轧磁极钢具有很高的屈服强度，可达570MPa以上，远高于现有技术中所公开的最大屈服强度450MPa，冷轧磁极钢产品的机械性能得到了极大的提高。

本发明生产的冷轧磁极钢的磁感应强度B50为1.570T以上，大于1.50T，完全符合冷轧磁极钢对磁感应强度的要求。

同时从表2中也可以看出，磁感应强度B50的头尾性能差异小于或等于0.005T，说明产品磁性能均匀。钢板的磁感应强度和强度配合良好。

毫无疑问，本发明，还可以具有多种变换及改型，并不限于上述实施方式的具体实施例。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改形。

Claims (3)

1.一种500MPa级冷轧磁极钢的制造方法，其特征在于，由下述步骤组成：

(1)将板坯加热到1200-1260℃，再将板坯轧制成薄钢板，终轧温度为830-890℃，然后采用层流冷却方式冷却至550-600℃进行卷取；

(2)采用空冷方式冷却，冷却到60-80℃时，进行酸洗；

(3)冷轧；

(4)连续退火步骤：退火炉均热段温度控制在740-760℃，退火工艺段速度控制在120～125米/分钟，均热段时间控制在230-239s；

(5)平整，制成本发明的500MPa级冷轧磁极钢；

其中，步骤(1)中所述的板坯的化学成分的重量百分比为：C：0.07-0.10％，Si：0.18-0.31％，Mn：1.00-1.50％，P：≤0.02％，S：≤0.007％，O≤0.004％，N≤0.004％，Nb：0.046-0.060％，Ti：≤0.003％，V：0.050-0.070％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的500MPa级冷轧磁极钢的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)的冷轧压下率45-55％。

3.如权利要求1或2所述的500MPa级冷轧磁极钢的制造方法，其特征在于，所述步骤(5)采用0.2-0.8％平整延伸率进行平整。