CN102453844A - 一种磁性优良的高效无取向硅钢制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁性优良的高效无取向硅钢制造方法，其包括如下步骤：1)冶炼、浇铸；无取向硅钢的化学成分重量百分比为：C≤0.0040％，Si：0.1％～0.8％，Al：0.002～1.0％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.2％，Sb：0.04％～0.08％，S≤0.0030％，N≤0.0020％，Ti≤0.0020％，余铁和不可避免杂质；按上述成分冶炼、浇铸成铸坯；2)热轧，板坯加热温度1100℃～1150℃，终轧温度860℃～920℃；轧后空冷，空冷时间：(2+30×Sb％)s≤t≤7s；在≥720℃条件下进行卷取；3)酸洗、冷轧，以70～78％压下率轧制；4)退火，以≥15℃/s升温到800～1000℃，保温时间10s～25s。本发明在保证磁性能的前提下，通过炼钢过程有利织构元素的添加、有害元素的成分控制，以及热轧过程空冷时间控制和高温卷取的配合，实现低成本的高效电工钢的生产。

Description

一种磁性优良的高效无取向硅钢制造方法
技术领域
本发明涉及无取向电工钢的制造方法，特别涉及一种磁性优良的高效无取向硅钢制造方法，解决传统工艺生产高效无取向电工钢常化成本高、制造周期长等问题。
背景技术
随着电力、电器行业的进步，机电产品正朝着小型化、高精度化、高效率化方向发展，用普通冷轧硅钢片制造的铁芯难以满足要求，开发低铁损、高磁感的高效无取向系列电工钢产品替代现行普通冷轧硅钢片是机电产品减小体积、减轻重量、节约铜铁消耗、提高效率的主要途径。
高效无取向硅钢其磁性的主要特点是磁感高。传统上其制造特点是热轧后，利用热轧板常化，使热轧板组织更均匀，使再结晶晶粒增多，防止瓦垅状缺陷，同时使晶粒和析出物粗化，加强(110)和(100)组分，减少(111)组分，使磁性能明显提高。为提高磁感，一般常化温度在950℃以上。采用热轧板常化带来的问题一是制造成本高，二是制造周期长。
中国专利CN1288070公开一种无取向硅钢，其成分为：C≤0.008％、Si 0.2～2.50％、Mn 0.15～0.8％、Als残量～1.50％、B残量～0.0035％、P+Sn/Sb0.08～0.45％、S≤0.0030％、N≤0.003％，余量为Fe以及不可避免的夹杂。低温热轧、一次冷轧、干气或湿气退火的方法生产高效电机铁芯。
日本专利特开2004-169141提到成分为1.8％≤(Si+2Al)≤5％高牌号热轧板免常化生产，要求炼钢过程添加REM、Mg和Ca的一种或两种以上，同时严格控制Ti≤0.003％，热轧时要求在950℃以上终轧，700℃以下卷取。其不足之处在于热轧生产工艺条件苛刻，终轧温度高，实际生产操作和控制难度很大。
热轧板省略退火的专利还有日本专利特开2008-260980，该专利要求成分体系，仍旧属于含Si较高钢种，其要求Si含量在1.5％～3.5％，(％Si+％Al)≥1.9％，热轧时，板坯加热温度很高，1230～1320℃，终轧温度也在1050℃以上，同时要求700℃以下卷取，其不足之处在于热轧板坯加热温度高，在热轧过程中MnS和AlN易细小弥散析出，恶化磁性能，难以除鳞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性优良的高效无取向硅钢制造方法，在保证磁性能的前提下，通过炼钢过程有利织构元素的添加、有害元素的成分控制，以及热轧过程空冷时间控制和高温卷取的配合，实现低成本的高效电工钢的生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种磁性优良的高效无取向硅钢制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、浇铸
无取向硅钢的化学成分重量百分比为：C≤0.0040％，Si：0.1％～0.8％，Al：0.002～1.0％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.2％，Sb：0.04％～0.08％，S≤0.0030％，N≤0.0020％，Ti≤0.0020％，余铁和不可避免杂质；按上述成分冶炼、浇铸成铸坯；
2)热轧、酸洗
板坯加热温度1100℃～1150℃，终轧温度860℃～920℃；轧后空冷，空冷时间：(2+30×Sb％)s≤t≤7s；在≥720℃条件下进行卷取；
3)冷轧
以70～78％压下率轧制成目标厚度的冷轧板；
4)退火
冷轧板以≥15℃/s的加热速度升温到800～1000℃，保温时间10s～25s。
进一步，退火气氛为(体积比30％～70％)H2+(体积比70％～30％)N2，露点控制在-25℃～-40℃。
在本发明的成分设计中：
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，但是Si恶化磁感，当Si含量达到一定水平时，其含量继续增加，降低铁损作用减弱，本发明Si含量为0.1～0.8％，大于0.8％，B50难以达到高磁感要求。
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1.5％将使冶炼浇注困难，磁感降低，且加工困难。
Mn：与Si、Al一样可以增加钢的电阻率，降低铁损，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。因此有必要添加0.1％以上的含量。本发明Mn为0.10％～1.50％，Mn含量低于0.1％有利作用不明显，高于1.50％，Acl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：0.2％以下，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≤0.003％以下，超过0.003％将使MnS等S化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。本发明最佳控制范围S≤0.002％。
C：对磁性有害，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Acl点，对结晶组织起细化作用，引起铁损增加。本发明C≤0.004％，最佳范围C≤0.0020％。
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≤0.002％以下，超过0.002％将使AlN等N化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。
Sb：活化元素，在表层或表层晶界处偏聚时，可以减少表层内氧化，防止活性氧沿晶界向钢基渗透，改善织构，促使(100)和(110)组分增加，(111)组分减少，提高B50效果十分显著。本发明研究Sb在0.04～0.08％范围改善磁性能效果最显著。
在高效电机钢的研究中发现，将金属Sb加入电工钢时，它能提高{100}＜uvw＞织构组分，是提高电工钢磁性的有效元素。由于金属Sb将晶界隔离并且有选择地影响再结晶铁素体晶粒长大，削弱(111)晶粒长大的速度，随着Sb的加入，轧材中的(111)晶粒数逐渐消失。
本发明深入研究了热轧工艺对Sb晶界偏析的影响，研究发现Sb改善有利织构的作用与热轧后的冷却过程密不可分，为了充分发挥Sb的有益作用，应在700℃左右进行缓冷，或者在700℃附近某一温度下保温一段时间。而700℃附近正是Sb在无取向电工钢中发生强烈晶界偏聚的温度。
参见图1、图2，基本成分为0.26％Si、0.52％Al、0.65％Mn、0.08％P、0.055％Sb、＜0.0030％C、＜0.0020％N的钢坯，经过热轧、采用不同的空冷时间，然后720℃高温卷取，冷轧，860℃退火，可以看到，空冷时间的范围在3.5～7S之间，磁性能处于较好水平。
参见图3、图4，热轧板卷取温度与磁性能密切相关，高温卷取可以使得热轧板中心部纤维组织减少，边部再结晶层增厚。本发明发现Si含量为0.1～0.8％的热轧板，经过720℃以上的卷取，热轧板中间的纤维状组织基本消失。
本发明的有益效果
与传统无取向高效硅钢制造工艺相比，本发明采用热轧板不常化的方法，能够获得与传统工艺相当的磁性能。铁损可以达到4.5W/kg以下，磁感可以达到1.78T以上。同时添加偏析元素Sb，按照(2+30×Sb％)s≤t≤7s的轧后空冷时间进行生产，大量减少了热轧层流冷却水的用量。本发明的应用不仅能够做到缩短钢种的制造周期，同时还可以减少高效电工钢的制造成本。
利用本方法生产的高效电机钢性能稳定，与中国专利CN1288070相比，本发明成分中不涉及Sn的添加，与其专利中的磁性能相比本发明类似钢种的铁损比其低0.2～1.5W/Kg，磁感比其高至少20～100高斯。与现行的普通冷轧无取向电工钢类似成分相比铁损低0.1～0.2W/kg，磁感则比对应高0.1T以上。
附图说明
图1为0.26％Si，0.055％Sb热轧后空冷时间与磁性能的关系。
图2为0.26％Si，0.055％Sb热轧后空冷时间与磁性能的关系。
图3为0.26％Si，0.055％Sb热轧板在卷取温度650℃下的金相组织照片。
图4为0.26％Si，0.055％Sb热轧板在卷取温度720℃下的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
按表1的组分冶炼，铸坯经加热、粗轧、精轧、高温卷取、酸洗、70～78％压下率一次冷轧到0.5mm的成品厚度、冷轧带钢经不同温度的最终退火至成品。表2为表1中化学成份钢种采用本发明生产方法及成品爱泼斯坦方圈测量的结果。
表1实施例化学成份(％)
  C   Si   Mn   P   S   Al   N   Ti   Sb
  实施例1   0.0009   0.23   0.60   0.071   0.0020   0.45   0.0019   0.0010   0.055
  实施例2   0.0015   0.43   1.34   0.110   0.0015   0.69   0.0016   0.0009   0.042
  实施例3   0.0028   0.61   0.82   0.052   0.0020   0.88   0.0024   0.0017   0.061
  实施例4   0.0025   0.74   0.44   0.005   0.0012   1.06   0.0018   0.0016   0.079
  实施例5   0.0030   0.80   1.02   0.03   0.0018   0.002   0.0013   0.0015   0.025
  比较例1   0.0010   0.22   0.54   0.073   0.0024   0.45   0.0018   0.0006   -
  比较例2   0.0012   0.44   1.2   0.110   0.0018   0.61   0.0019   0.0008   -
  比较例3   0.0018   0.68   0.78   0.055   0.0015   0.79   0.0025   0.0015   -
  比较例4   0.0026   0.75   0.42   0.005   0.0012   0.98   0.0012   0.0012   -
  比较例5   0.0017   0.80   1.06   0.034   0.0020   0.002   0.0023   0.0017   -
表2实施例生产方法及磁性结果
Figure BDA0000029353960000061
从表2可以看出：在相同的终轧温度、卷取温度和退火温度下，与没有添加Sb且不进行轧后空冷的比较例钢种相比，实施例中各成分的磁性能优良，铁损明显要其比低0.1～0.4W/Kg，B50要比其高0.2T以上。
将实施例中表1成分按照表3所示的工艺处理进行磁性测量，磁性检测结果如表3所示。
表3实施例生产方法及磁性结果
Figure BDA0000029353960000062
Figure BDA0000029353960000071
从上表可以看出，没有采用高温卷取的比较例1～4的成品磁性能要显著低于经高温卷取的实施钢种。
将表1中实施例1成分按照表4所示的工艺处理进行磁性测量，磁性检测结果如表4所示。
表4实施例生产方法及磁性结果
Figure BDA0000029353960000072
从上表中可以看出，轧后空冷时间的控制是影响成品磁性能的一个重要指标，空冷时间过短或者过长对成品的磁性能均不利。本发明轧后空冷时间控制在(2+30×Sb％)s≤t≤7s这个范围内，成品磁性能发挥最佳。
综上所述，本发明涉及一种优良磁性能的高效无取向电工钢的制造方法，其特点是炼钢过程中添加一定含量的晶界偏析元素Sb、热轧后按照空冷时间(2+30×Sb％)s≤t≤7s控制热轧板的空冷过程，同时利用高温卷取替代热轧板常化，获得性能优良的高效电机钢，从而解决了传统工艺生产高效无取向电工钢常化成本高、制造周期长等问题。

Claims (2)

1.一种磁性优良的高效无取向硅钢制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、浇铸
无取向硅钢的化学成分重量百分比为：C≤0.0040％，Si：0.1％～0.8％，Al：0.002～1.0％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.2％，Sb：0.04％～0.08％，S≤0.0030％，N≤0.0020％，Ti≤0.0020％，余铁和不可避免杂质；按上述成分冶炼、浇铸成铸坯；
2)热轧、酸洗
板坯加热温度1100℃～1150℃，终轧温度860℃～920℃；轧后空冷，空冷时间：(2+30×Sb％)s≤t≤7s；在≥720℃条件下进行卷取；
3)冷轧
以70～78％压下率轧制成目标厚度的冷轧板；
4)退火
冷轧板以≥15℃/s的加热速度升温到800～1000℃，保温时间10s～25s。
2.如权利要求1所述的磁性优良的高效无取向硅钢制造方法，其特征是，退火气氛为(体积比30％～70％)H2+(体积比70％～30％)N2，露点控制在-25℃～-40℃。
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