CN101935800B

CN101935800B - 一种高硅钢薄带及其制备方法

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Publication number: CN101935800B
Application number: CN2010102975510A
Authority: CN
Inventors: 王国栋; 刘振宇; 张晓明; 李成刚; 曹光明; 张婷; 张元祥
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN101935800A

Abstract

本发明属于冶金技术与材料科学领域，具体涉及一种高硅钢薄带及其制备方法。高硅钢主要应用于制作高频电动机、变压器以及高频扼流线圈中的铁芯。本发明所涉及的高硅钢的化学成分按重量百分比为Si6.5%，Al0.01%～0.6%，Mn0.4%～0.8%，N≤0.003%、S≤0.005%、P≤0.01%、O≤0.003%、C≤0.004%，余量为Fe和不可避免的夹杂。通过真空冶炼降低高硅钢中的夹杂物及有害气体含量，保证钢液的纯净度，然后对其进行铸轧，浇铸温度1470℃～1510℃，铸带厚度1.5～2.0mm，出铸辊后对铸带进行喷水冷却，保温，温轧，最后经过再结晶退火获得产品。利用该工艺生产高硅钢投资省、节能环保、成材率高、产品磁性能好。

Description

一种高硅钢薄带及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术与材料科学领域。具体涉及一种用于高频电动机或变压器铁芯的高硅钢薄带及其制备方法。

背景技术

硅钢是电力和电讯工业用以制造发电机、电动机、互感器及其它电器仪表的重要软磁材料，硅含量对硅钢产品的磁性能具有重要影响，随硅含量的增加，产品的铁芯损失耗降低。高硅钢，特别是硅含量为 6.5wt%的硅钢片，高频铁损低、磁致伸缩接近于零，磁导率高，因而成为制作中高频电动机及变压器的理想铁芯材料。

近年来，随着变频器控制下的电机转速从每分钟几千转提高到每分钟几万转，使用频率也由固定的50Hz或60Hz拓宽到1KHz，在高频率的工作环境中，无取向硅钢的鉄芯损失增加，频率越高，鉄损增加越严重。在此种条件下对高硅钢的需求显得更加急迫。此外，资源和环境问题日益突出，对高硅钢的生产技术要求越来越高，现有高硅钢的生产方法有喷射成形、沉积扩散、快速凝固等，其中以快速凝固技术节能环保优势最为突出，该技术中又以同步等径双辊薄带铸轧技术发展最快。一直以来，有关双辊薄带铸轧技术生产高硅钢的研究鲜有报道，在为数不多的文献报道中，均采取了以下一种或几种措施改善高硅钢铸带的加工性和提高退火后产品的磁性能：在合金的成分组成方面，除了Fe、Si、Mn和Al外，还添加了Cr、Mo、Ni、Sn、B、稀土等合金元素中的一种或几种；在铸轧设备方面，采用冷却能力强，但造价昂贵的铜质铸辊；在铸轧工艺方面，要求辊缝小于1mm，铸带尽量接近成品厚度；而且采用了一道次或两道次的热轧工艺，或者取消热轧工艺采用温轧工艺时，要求必须有一道次压下量大于70%的轧制过程；以上措施不同程度的增加了生产成本，或对生产设备及工艺提出了严格的要求。例如：在专利号为US 7,140,417 B2的专利中，(公开日：2006年11月28日)阐述了采用双辊连铸工艺生产不同成分无取向硅钢产品的方法，其中高硅钢的化学成分中除了Fe、Si、Mn、Al外，必加元素还包含了Cr。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于高频电动机或变压器铁芯的高硅钢薄带及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：

设计的高硅钢的化学成分按重量百分比是：

Si:6.5%，Al: 0.01%～0.6%，Mn:0.4%～0.8%， N ≤0.003%、S ≤0.005%、P ≤0.01%、O ≤0.003%、C ≤0.004%，余量为铁及不可避免的杂质。

这种组分的高硅钢，铸带成形性好，厚度均匀，组织为均匀的等轴晶粒，有利织构占有率高，加工性能良好。

本发明的高硅钢薄带的制备方法是：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉对高硅钢合金进行冶炼，得到其化学组分按重量百分比为：Si:6.5%，Al: 0.01%～0.6%，Mn:0.4%～0.8%，N ≤0.003%、S ≤0.005%、P ≤0.01%、O ≤0.003%、C ≤0.004%，余量为铁及不可避免的杂质的液态高硅钢；

（2）铸轧：液态高硅钢在1470℃～1510℃浇铸到两个钢质水冷结晶辊之间，铸轧速度为50 m/min～120m/min，出铸辊后对高硅钢铸带进行喷水冷却，冷却至500℃，保温10min后缓冷至室温；

（3）酸洗：采用温度为50℃，体积分数为20%的盐酸水溶液将高硅钢铸带浸泡10min后去除氧化铁皮；

（4）温轧：酸洗后的高硅钢铸带在400℃～480℃进行温轧，首道次和中间各道次压下量均为7%～30%，末道次压下量8%～10%，总变形量70%以上；

（5）退火：温轧后的高硅钢在氢气气氛中退火：退火温度600℃～1250℃，退火时间15min～30min，当C: ≤0.0027wt%时，采用干氢气气氛退火，当C: ≥0.0027wt%，采用湿氢气气氛退火。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的高硅钢薄带产品的鉄损值相当于现有高硅钢产品的鉄损，磁感应强度高于现有产品0.1T以上。例如：0.35mm厚的高硅钢薄带在工作频率为400Hz时，鉄损W_10/400值为10W/kg，磁感B₈达到1.43T；

（2）根据高硅钢的成分，调整浇铸和铸轧工艺，使高硅钢铸带在整个厚度方向上呈现为均匀的等轴晶组织，同时使得对产品磁性能有利的{100}织构强度值最低为5，{110}织构强度值最低为4，具有此种组织特征和织构分布状态的高硅钢铸带加工性能较好，且经过轧制和退火后磁性能可得到明显提高；

（3）铸带在500℃保温后缓慢冷却，释放内应力，改善铸带加工性；

（4）本发明得到的高硅钢薄带在不添加除Fe、Si、Mn、Al以外的合金元素的情况下可获磁性能良好的产品，节省了原料成本；

（5）本发明采用温轧工艺，不要求存在一道次大压下量（70%以上）的轧制，轧制道次可根据轧机能力灵活调整，降低了对设备的要求。

具体实施方式

实施例1：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉冶炼得到化学成分按重量百分比为：Si:6.5%，Al:0.01%，Mn:0.8%，N:0.0023%、S:0.0034%、P:0.009%、O:0.0024%、C:0.0032%，余量为Fe及不可避免的杂质的液态高硅钢；

（2）铸轧：液态高硅钢在1470℃浇铸到两个反向旋转的水冷结晶辊之间，铸轧速度为100 m/min，经铸辊的冷却及轧制作用形成1.5mm厚的高硅钢铸带，出铸辊后对铸带进行喷水冷却至500℃，保温10min后缓冷至室温；

（3）酸洗：用温度为50℃，体积分数为20%的盐酸水溶液浸泡10min酸洗，去除铸带氧化铁皮；

（4）温轧：加热480℃温轧，首道次和中间各道次根据板厚和板形控制原则结合轧机能力采用尽可能大的压下量轧制，压下量在7%～30%之间，末道次压下量8%～10%，以保证板形，总变形量76.7%；

（5）退火：退火炉快速升温至目标温度，目标温度范围：950℃～1150℃，50℃为一间隔，采用湿氢气气氛退火，退火时间20min，退火后试样快速冷却。

经检测所得0.35mm厚的高硅钢薄带在工作频率为400Hz时的磁性能如下所示：

退火温度 950℃ 1000℃ 1050℃ 1100℃ 1150℃

鉄损（W/kg） 9.7 9.71 9.5 9.6 10

磁感应强度（T） 1.43 1.42 1.42 1.41 1.4 。

实施例2：

(1) 冶炼：采用真空冶炼炉冶炼得到化学成分按重量百分比为：Si:6.5%，Al:0.2%，Mn: 0.5%，N:0.003%、S:0.0044%、P:0.008%、O:0.0022%、C:0.0031%，余量为Fe及不可避免的杂质的液态高硅钢；

（2）铸轧：液态高硅钢在1490℃浇铸到两个反向旋转的水冷结晶辊之间，铸轧速度为50 m/min，经铸辊的冷却及轧制作用形成2.0mm厚的高硅钢铸带，出铸辊后对薄带进行喷水冷却至500℃，保温10min后缓冷至室温；

（3）酸洗：用温度为50℃，体积分数为20%的盐酸水溶液浸泡10min后去除铸带氧化铁皮；

（4）温轧：加热至450℃温轧，首道次和中间各道次根据板厚和板形控制原则结合轧机能力采用尽可能大的压下量轧制，压下量在7%～30%之间，末道次压下量8～10%，以保证板形，总变形量75%；

（5）退火：在全氢气氛中采用两阶段湿气氛退火方式：第一阶段950～1150℃×5min，第二阶段600℃×10min，然后油淬至室温。

经检测所得0. 5mm厚高硅钢薄带在工作频率为400Hz时的磁性能如下所示：

第一阶段退火温度 950℃ 1000℃ 1050℃ 1100℃ 1150℃

鉄损（W/kg） 15 14.9 14.61 14.82 14.91

磁感应强度（T） 1.49 1.47 1.466 1.46 1.45 。

实施例3：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉冶炼得到化学成分按重量百分比为：Si:6.5%，Al:0.6%，Mn: 0.4%，N:0.0026%、S:0.0035%、P:0.007%、O:0.0028%、C: 0.0025%，余量为Fe及不可避免的杂质的液态高硅钢；

（2）铸轧：液态高硅钢在1510℃浇铸到两个反向旋转的水冷结晶辊之间，铸轧速度为120 m/min，经铸辊的冷却及轧制作用形成1.7mm厚的高硅钢铸带，出铸辊后对铸带进行喷水冷却至500℃，保温10min后缓冷至室温；

（3）酸洗：用温度为50℃，体积分数为20%的盐酸水溶液浸泡10min后去除氧化铁皮；

（4）温轧：加热至400℃温轧，首道次和中间各道次根据板厚和板形控制原采用尽可能大的压下量轧制，末道次压下量8～10%，以保证板形，总变形量70.6%或79.4%；

（5）退火：退火炉快速升温至1000℃退火30min，在全氢气的干气氛下退火，然后油淬至室温；

经检测所得0.35mm厚的高硅钢薄带在工作频率为400Hz时，鉄损为9.5 W/kg，磁感强度B₈为1.43 T，0.5mm厚的高硅钢薄带在工作频率为400Hz时，鉄损为15 W/kg，磁感强度B₈为1.44T。

Claims

1.一种高硅钢薄带的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉对高硅钢进行冶炼，得到化学组分按重量百分比为：Si:6.5%，Al: 0.01%～0.6%，Mn:0.4%～0.8%，N ≤0.003%、S ≤0.005%、P ≤0.01%、O ≤0.003%、C ≤0.004%，余量为Fe及不可避免的杂质的液态高硅钢；

（2）铸轧：把上述的液态高硅钢在1470℃～1510℃浇铸到同步等径双辊铸轧设备中，铸轧速度为50 m/min～120m/min，形成高硅钢铸带，出铸辊后对铸带进行喷水冷却至500℃，保温10分钟，缓冷至室温；

（3）酸洗：采用温度为50℃，体积分数为20%的盐酸水溶液对高硅钢铸带进行酸洗10min，去除氧化铁皮；

（5）退火：温轧后的高硅钢在氢气气氛中退火，获得高硅钢退火薄带，退火温度600℃～1250℃，退火15min～30min。

2.根据权利要求1所述的一种高硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述的步骤（5）中的氢气气氛条件，当C含量≤0.0027wt%时，采用干氢气气氛条件退火；当C含量≥0.0027wt%时，采用湿氢气气氛条件退火。