CN102453838A - 一种较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法，其方法包括如下步骤：1)冶炼、浇铸，电工钢成分重量百分比为：C≤0.0040％，Si 2.50～4.00％，Al 0.20％～0.80％，Cr 1.0-8.0％，Ni 0.5～5.0％，Mn≤0.50％，P≤0.30％，S≤0.0020％，N≤0.0030％，Ti≤0.0030％，Nb≤0.010％，V≤0.010％，C+S+N+Ti：≤0.010％，余Fe；冶炼、RH真空处理、浇铸；2)热轧；3)常化，温度850～950℃，时间0.5～3min，后以5～15℃/s缓冷至650～750℃，再以20～70℃/s快冷至100℃以下；4)酸洗冷轧，总压下率≥70％；5)退火，温度800～1000℃，保持5～60s，后以3～10℃/s缓冷却至650～750℃，再以20～70℃/s快冷至100℃以下。本发明在不增加制造难度条件下生产高强度兼具高效磁性能的无取向电工钢。

Description

一种较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及电工钢制造领域，特别涉及适用于电动汽车马达和高速运转电机等需要的高启动扭矩、耐冲击性能的一种较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法，通过添加Ni、Cr等固熔强化元素，控制C、N、S、Ti等对磁性能有害元素，确保电工钢的磁性能，提高了电工钢的屈服强度，同时对热轧板进行适当的常化退火处理，提高了产品的磁感。
背景技术
随着石油、煤炭等不可再生资源日趋枯竭，环境温室效应危害日益严重，电动汽车、混合动力汽车作为一款低污染、高环保交通工具越来越得到重视，在今后必将得到广泛应用。电动汽车、混动汽车牵引马达定转子铁芯采用无取向电工钢制成，汽车在启动和加速时，牵引马达需要高的扭矩，因此需要电工钢板要具有高的磁感应强度。另外马达转子铁芯在高速下由于离心力承受极端的应变，汽车启动瞬间受到强烈冲击因此要求铁芯材料要具备高的强度和韧性。
目前的无取向硅钢产品中，随着Si含量提高，产品强度得到提高，部分顶级高牌号产品屈服强度已达450MPa，产品铁损也较低，能够满足一般的工业电机和发电机组的使用。但是该类产品韧性塑性差，易脆断，磁感较低，不适合电动汽车马达等高速运转电机的使用，需开发高强度高磁感的无取向电工钢。
中国专利号1863934公开了一种“高强度电磁钢板及其加工部件和它们的制造方法”，其成分采用添加Mn、Cu等强化元素，提高电磁钢板的屈服强度和抗拉强度，其不足之处在于根据该方法制造产品过程中冷轧轧制困难，也影响电磁钢板磁性能，制得电磁钢板磁感应强度比较低；为提高产品强度，在冷轧板退火后，需以很高冷却速度从高温冷却至中温，该处理过程中会使带钢内部产生较大内应力，对带钢板型产生不利影响，也影响产品磁性能和抗疲劳性能；另外该专利中要求冷轧退火冷却过程中，需在中温段保持较长一段时间进行硬化处理，在一般工业退火机组上不利于实现。该专利另一发明为制造一种电磁钢板，其在冲片前材质较软，通过对加工后部件进行硬化热处理，达到提高强度和耐磨性的目的，这将给用户使用增加多项热处理工序。
WO2009/128428A1专利中要求产品最终退火后，从900℃到500℃温度区间内，以大于50℃/s的冷却速度进行冷却。该方法将在带钢中产生强烈的应力，严重影响带钢板型和产品磁性能，不利于实际工业生产中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法，可在现有设备上完成制造，在不增加制造难度条件下，稳定生产高强度、具有耐磨性、同时兼具高效磁性能的无取向电工钢。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
一种较高磁感的高强度无取向电工钢，其成分重量百分比为：
C：≤0.0040％
Si：2.50％～4.00％
Al：0.20％～0.80％
Cr：1.0～8.0％
Ni：0.5～5.0％
Mn：≤0.50％
P：≤0.30％
S：≤0.0020％
N：≤0.0030％
Ti：≤0.0030％
Nb：≤0.010％
V：≤0.010％
C+S+N+Ti：≤0.010％
其余为Fe和不可避免的夹杂。
进一步，本发明无取向电工钢还包括Cu≤3％，以重量百分比计。
又，本发明无取向电工钢还包括Sb、Sn中一种或两种，总量≤0.5％，以重量百分比计。
优选地，本发明无取向电工钢C≤0.002％，或C≤0.0015％；Si含量2.8～3.3％；Al含量0.4％～0.6％；Cr含量2.5％～6％；Ni 1.0％～3.5％；P含量≤0.1％，S含量≤0.0015％；N含量≤0.002％；Ti含量≤0.0015％，以重量百分比计。
本发明的较高磁感的高强度无取向电工钢的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、浇铸
无取向电工钢的成分重量百分比为：C≤0.0040％，Si：2.50％～4.00％，Al：0.20％～0.80％，Cr：1.0-8.0％，Ni：0.5-5.0％，Mn≤0.50％，P≤0.30％，S≤0.0020％，N≤0.0030％，Ti≤0.0030％，Nb≤0.010％，V≤0.010％，C+S+N+Ti：≤0.010％，其余为Fe和不可避免的夹杂；按上述成分冶炼、RH真空处理、浇铸成板坯；
2)热轧
板坯加热温度1050℃～1200℃，保持时间≥30min；精轧开轧温度控制在940～1000℃，终轧温度≥850℃，末架压下率控制在10～15％，卷取温度控制在500～700℃；轧板厚度为2.0～2.6mm；
3)热轧板常化
常化温度850～950℃，保持时间0.5～3min，然后以5～15℃/s冷却速度缓慢冷却至650～750℃，再以20～70℃/s冷却速度快冷至100℃以下；
4)酸洗、冷轧
采用一次冷轧法冷轧，总压下率≥70％；
5)连续炉退火
采用连续退火炉进行退火处理，退火温度800～1000℃，保持5～60s，然后以3～10℃/s冷却速度缓慢冷却至650～750℃，再以20～70℃/s冷却速度快冷至100℃以下。
进一步，本发明无取向电工钢还包括Cu≤3％，以重量百分比计。
又，本发明无取向电工钢还包括Sb、Sn中一种或两种，总量≤0.5％，以重量百分比计。
在本发明的成分设计中，
C，可以提高钢板的强度，但细小碳化物对磁性能有强烈劣化作用，且C含量大时会导致电工钢产生磁时效，因此本发明要求C％≤0.004％，如果C为0.002％或以下，磁时效抑制效果显著，在为了高强度化而不产生碳化物等非金属析出物，进一步优选≤0.0015％。
Si，提高钢的电阻，降低铁损，如果增大Si含量，可以降低铁损同时提高强度，因此尽量提高Si含量，要求在2.5％以上，但Si含量提高到一定程度后，产品变脆，同时磁感下降，因此要求在4.0％以下，进一步优选为2.8-3.3％。
Al，与Si作用相似，可以降低钢的铁损，增加Al含量，可以粗化AlN，有利于组织晶粒长大，改善钢的磁性能，但随着Al的增加，钢水粘度增加，给炼钢增加难度，同时钢的磁感也将下降，因此Al含量选为0.2％-0.8％，优选0.4％-0.6％。
Cr，和Ni是本发明中必需的元素，作为强化元素添加，在钢板中形成以Cr和Ni为主体的金属相，在不劣化磁性能条件下谋求钢板高强度化。Cr含量低时，高强度化效果变小，为使钢板强度提高，对后工序工艺要求较高，生产调整自由度小；Cr含量高时，会使磁性劣化，同时热轧过程中容易产生裂纹，因此要求Cr含量为1.0％-8.0％，进一步优选2.5％-6％。
Ni，可以提高钢板强度、同时也提高磁感，对铁损影响较小，作为有益元素可大量加入，但加入量过大时，热轧过程易产生裂纹，同时表面涂敷性变差，同时提高产品成本，因此本发明要求Ni含量为0.5％-5.0％，进一步优选1.0％-3.5％。
Mn，提高钢的强度，但在本发明中并非该目的添加，而是出于提高固有电阻或使硫化物粗化以降低铁损而添加，添加过量会导致磁感降低，因此要求≤0.5％。
P，是提高抗张力效果显著的元素，但P易在晶界偏析聚集，使钢板严重脆化，因此要求≤0.3％，优选≤0.1％。
S，是对磁性有害元素，其形成的细小硫化物阻碍晶粒长大，铁损升高，因此要求≤0.002％，进一步优选为0.0015％以下。
N，与S一样使磁性能劣化，因此要求≤0.003％，优选0.002％以下。
Ti，可提高钢板的强度，但对磁性能有强烈劣化作用，其TiC、TiN细小析出物会钉扎在晶界上，阻碍晶粒长大，使铁损升高，磁感降低，因此要求≤0.003％，进一步优选为0.0015以下。
本发明中要求C+N+S+Ti总含量控制在0.01％以内，保证钢板磁性能。
Nb和V作为磁性劣化元素要求控制在0.01％以下。
Cu作为强度提高元素选择性的进行添加，Sn和Sb作为磁性能提高元素进行选择性添加。
含有上述成分的钢，与通常的电工钢一样，通过转炉熔炼脱碳、钢包精炼脱氧和合金化，采用连铸方法制成板坯，接着经热轧、常化、酸洗、冷轧和最终退火等工序制造而成。
本发明制造方法中，为使钢板中产生特征性的金属相，同时保证可制造性和磁性能，对热轧板常化工序冷却过程及最终退火工序进行了控制；
热轧板常化后分段进行冷却，高温段采用慢冷方式，低温段采用快冷方式，带钢从常化均热段出来后，先以5～15℃/s冷却速度缓慢冷却至650～750℃，再以20～70℃/s冷却速度快冷至100℃以下。高温段冷却速度降低，晶粒组织获得充分回复，降低钢板内应力，提高常化板板型平整度，提高冷轧效率。另外，常化后高温度冷却速度放慢，使固熔的碳化物和氮化物充分析出，形成粗大的碳化物和氮化物夹杂，避免形成阻碍晶粒长大的细小夹杂物，使成品钢板内部产生有利织构，改善钢板磁性。
带钢最终退火后分段进行冷却，先以3-10℃/s冷却速度将带钢缓慢冷却至650～750℃，再以20～70℃/s冷却速度快冷至100℃以下。在高温缓冷过程中高效率形成在成分、尺寸和数量密度上具有特征性的Cr、Ni金属相，而非强化能力低、对磁性强烈劣化的固熔体或硫化物。同时高温段缓慢冷却也降低成品带钢中的内应力，改善了成品磁性能及带钢板型，提高了产品的抗疲劳性能。
本发明的有益效果
本发明高磁感高强度无取向电工钢在成分中添加Ni、Cr等强化元素，同时成分中将C、N、S、Ti等磁性有害元素控制在较低水平，在保证磁性能不明显劣化的同时提高了电工钢板的强度。在常化工序和退火工序过程中对冷却工艺进行控制，保证带钢板型并稳定产品磁性能，也解决了冷轧轧制困难的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例成分见表1。
表1
Figure BDA0000029355720000061
制得板坯以1120℃+60min保温加热后，热轧至2.3mm厚度带钢，终轧温度860℃，卷取温度570℃。热轧板以常化温度900℃+60s保温时间进行常化处理后，轧制成0.5mm厚度冷轧板。将冷轧板采用退火温度900℃+15s保温时间工艺退火后，按不同冷却速度从900℃冷却至500℃，然后以70℃/s冷速冷却至室温，制得样片采用EPSTINE方圈法检测磁性能，采用JIS5拉伸检测机械性能，并检测样片高周疲劳性能(平均载荷172MPa，振幅156MPa)，成分、工艺对应性能检测结果见表2：
表2
Figure BDA0000029355720000071
按表1中实施例11成分制得板坯，以1120℃+60min保温加热后，热轧至2.3mm厚度带钢，终轧温度860℃，卷取温度570℃。热轧板以常化温度900℃+60s保温时间进行常化处理后，轧制成0.5mm厚度冷轧板。将冷轧板采用退火温度900℃+15s保温时间工艺退火后，按不同冷却速度(1#～5#)从900℃冷却至500～600℃，冷却工艺见表3。
制得样片采用EPSTINE方圈法检测磁性能，采用JIS5拉伸检测机械性能，并检测样片高周疲劳性能(平均载荷172MPa，振幅156Mpa)，性能检测结果见表4。
表3
表4
Figure BDA0000029355720000081
从表3、表4可以看出，退火冷却速度过快，钢板磁性能变差，铁损增高，磁感降低，同时，抗疲劳性能变差。

Claims (14)

1.一种较高磁感的高强度无取向电工钢，其成分重量百分比为：
C：≤0.0040％
Si：2.50％～4.00％
Al：0.20％～0.80％
Cr：1.0～8.0％
Ni：0.5～5.0％
Mn：≤0.50％
P：≤0.30％
S：≤0.0020％
N：≤0.0030％
Ti：≤0.0030％
Nb：≤0.010％
V：≤0.010％
C+S+N+Ti：≤0.010％
其余为Fe和不可避免的夹杂。
2.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，还包括Cu≤3％，以重量百分比计。
3.如权利要求1或2所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，还包括Sb、Sn中一种或两种，总量≤0.5％，以重量百分比计。
4.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，C≤0.002％，或C≤0.0015％，以重量百分比计。
5.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，Si含量2.8～3.3％，以重量百分比计。
6.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，Al含量0.4％～0.6％，以重量百分比计。
7.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，Cr含量2.5％～6％，以重量百分比计。
8.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，Ni含量1.0％～3.5％，以重量百分比计。
9.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，P含量≤0.1％，S含量≤0.0015％，以重量百分比计。
10.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，N含量≤0.002％，以重量百分比计。
11.如权利要求1所述的较高磁感的高强度无取向电工钢，其特征是，Ti含量≤0.0015％，以重量百分比计。
12.一种较高磁感的高强度无取向电工钢的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、浇铸
无取向电工钢的成分重量百分比为：C≤0.0040％，Si：2.50％～4.00％，Al：0.20％～0.80％，Cr：1.0-8.0％，Ni：0.5-5.0％，Mn≤0.50％，P≤0.30％，S≤0.0020％，N≤0.0030％，Ti≤0.0030％，Nb≤0.010％，V≤0.010％，C+S+N+Ti：≤0.010％，其余为Fe和不可避免的夹杂；按上述成分冶炼、RH真空处理、浇铸成板坯；
2)热轧
板坯加热温度1050℃～1200℃，保持时间≥30min；精轧开轧温度控制在940～1000℃，终轧温度≥850℃，末架压下率控制在10～15％，卷取温度控制在500～700℃；轧板厚度为2.0～2.6mm；
3)热轧板常化
常化温度850～950℃，保持时间0.5～3min，然后以5～15℃/s冷却速度缓慢冷却至650～750℃，再以20～70℃/s冷却速度快冷至100℃以下；
4)酸洗、冷轧
采用一次冷轧法冷轧，总压下率≥70％；
5)连续炉退火
采用连续退火炉进行退火处理，退火温度800～1000℃，保持5～60s，然后以3～10℃/s冷却速度缓慢冷却至650～750℃，再以20～70℃/s冷却速度快冷至100℃以下。
13.如权利要求12所述的较高磁感的高强度无取向电工钢的制造方法，其特征是，无取向电工钢还包括Cu≤3％，以重量百分比计。
14.如权利要求12或13所述的较高磁感的高强度无取向电工钢的制造方法，其特征是，无取向电工钢还包括Sb、Sn中一种或两种，总量≤0.5％，以重量百分比计。
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