CN102747291A - 一种高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高频低铁损磁性优良的0.10～0.25mm无取向硅钢薄带，按重量%计含有C 0.001～0.005、Si 2.05～3.75、Als 0.150～0.850、N≤0.003、S≤0.005、P≤0.02、Mn 0.15～0.30，Sn 0.01～0.08、Cr 2.5～3.5、Cu 0.05～0.1、Ti≤0.003其余为Fe及不可避免的杂质组成，酸溶铝、硅含量控制范围：2.2＜Als(%)+Si(%)＜4.6；该发明降低了中、高频尤其是1000Hz或以上超高频率服役条件下的铁芯损耗并且要稳定该工作状态下的磁性，降低中高频或高频状态下铁损，提高薄带材产品机械强度，优化板形、叠片系数、冲片性。

Description

一种高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带及生产方法

技术领域

本发明涉及硅钢的生产技术领域，特别是涉及到无取向硅钢薄带的生产方法。 

背景技术

无取向硅钢片的生产，以往和现在生产的工频、中频电机转子铁芯主要还是以0.50mm和0.35mm厚度为基本规格，随着电机有微型化和高效化的趋势以及全世界呼吁节能减排降耗的大环境下，这些规格的无取向硅钢片已经日益不能满足高性能电机和其他精密磁性材料的制造和研发。为了提高无取向硅钢片在中、高频工作状态下的性能，日本专利特开平6-188115曾提出按重量%计，控制C含量0.001，Mn0.1～1.5，Si+Al=1.0～4.5等为基本元素的无取向薄带材0.3mm规格以及日本专利特开平6-73511提出的控制P≤0.20，Mn0.1～0.5，Al≤0.004其他成分相对不变的生产无取向薄带材0.3mm规格的办法，其400Hz中、高频下铁损P_1.0/400较常规厚度0.35mm厚无取向硅钢片下降约2.5～3.5W/Kg，磁感B₂₀₀₀提高0.1～0.2T，材料抗拉强度也有所提升，但是在更高频率如1000Hz下的服役性能还有待于提高。

发明内容

本发明目的就是为了降低中、高频尤其是1000Hz或以上超高频率服役条件下的铁芯损耗并且要稳定该工作状态下的磁性，降低中高频或高频状态下铁损，提高薄带材产品机械强度，优化板形、叠片系数、冲片性，改良热轧精轧过程的再结晶及AlN析出，且厚度为0.1-0.25mm的无取向硅钢薄带。

本发明的另一个发明目的就是要提供一种生产该种无取向硅钢薄带的生产方法。

本发明的一种高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带，按重量%计含有C 0.001～0.005、Si2.05～3.75、Als0.150～0.850、N≤0.003、S≤0.005、P≤0.02、Mn0.15～0.30，Sn0.01～0.08、Cr2.5～3.5、Cu0.05～0.1、 Ti≤0.003其余为Fe及不可避免的杂质组成，酸溶铝、硅含量控制范围：2.2＜Als(%)+Si(%)＜4.6 ；无取向硅钢薄带厚度为：0.10～0.25mm。

另一优选酸溶铝、硅含量控制范围：3.4＜Als(%)+Si(%)＜4.4  。

优选Sn0.04～0.08。优选Cr2.2～2.8、 Cu0.03～0.06。优选Mn0.21～0.27。

  一种高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带，所述硅钢薄带按重量%计含有C 0.002、Si3.02、Als0.852、N≤0.003、S≤0.005、P≤0.02、Mn0.27、Sn0.08、Cr2.8、Cu0.08、 Ti≤0.001其余为Fe及不可避免的杂质元素总量低于0.003。

一种生产高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带的生产方法，包括步骤：

①将炼钢后连铸成230mm板坯, 所述的板坯经1120℃～1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧到39mm～45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板；

②然后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取；

③轧板经高温850～1000℃常化处理酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～950℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm；

④最后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。

本发明者详细研究了C，Si，Als，S，Mn，N等主成分对最终成品磁性的影响，以及合金元素Ti，Sn，Cr，Cu对铁损和物理性能的影响。发现                                                

Ti对磁性有很坏的影响，需要在炼钢阶段尽量去除，因为Ti会在钢中形成针状细小并且稳定的TiC和TiN，在退火再结晶发生时强烈阻碍晶粒长大，晶粒不均匀，铁损会升高，应尽量控制重量（%）计0.005以下，最好控制在0.003以下。Sn可以防止热轧板酸洗前高温常化过程中形成内氧化层或者是增氮，并且在中间消除应力退火保护气氛中防止表层形成细晶，从而可以降低铁损，但是加入Sn同时要求有极低的C含量，因为Sn有固定钢中C的作用，如果C量过高>50ppm，会在脱碳时发生脱碳困难，所以Sn量控制在0.01～0.08，而C量要控制在50ppm以下，最好控制在20ppm。

Cr可以提高冷轧带抗生锈性能，但是只添加Cr会造成成品磁感下降，如果同时加入一定量的Cu，则可以使磁性不降低而抗生锈性能得到很大提升，Cr量最好不要超过3.5，而Cu量则控制在0.1以内。

Si和Als都是磁性特征元素，是无取向硅钢磁性能的基本核心成分，Si过低，磁性不良，Si过高，冷轧有困难。为了使硅钢薄带的屈服强度有所提高，钢中必须有一定量的Mn，而Mn的加入和Si同时作用，必然使热轧板冷轧性能降低，所以Si含量不要超过3.75和Mn含量则不要超过0.3，为了弥补磁性上的不足，要加入足量的Al，Als过高会导致钢水发粘浇铸困难，太低则起不到作用，所以尽量控制在0.15～0.85。

N元素是无取向硅钢中的杂质元素，尤其当钢坯在加热炉中时，N与Als结合形成AlN，而AlN过度固溶会造成热轧终轧Ar₃温度时析出过多针状AlN，会强烈抑制冷轧退火时晶粒长大，导致磁性变坏，铁损上升。所以在炼钢阶段要尽量控制N量在30ppm以下，尤其是含Si量3.0以上时，最好控制在20ppm以下。⑥S元素也是无取向硅钢中的杂质元素，是热轧板边裂产生的主要原因，而且S与Cu结合在热轧后期再结晶容易析出细小Cu₂S质点，这会在冷轧后退火强烈阻碍晶粒均匀化，所以最好越低越好，最好控制在30ppm以下。

附图说明

图1 通过继续细化配方成分并且逐渐减薄厚度，无取向硅钢薄带高频铁损的变化。

图2无取向硅钢薄带高频状态下磁感相应的变化。

图3本发明常化工艺对不同厚度的磁性影响分布图。

图4本发明两段式脱碳退火对不同厚度的磁性的影响。

下面结合附图作进一步的说明：本发明者还重点发现了，当成品厚度在0.35mm以及0.50mm的常规规格下，产品的高频铁损P_0.5/1000已经难以下降，而通过继续细化配方成分并且逐渐减薄厚度，其高频铁损有可以逐步降低的趋势，见图1；

由图1表可知:

    1)随着Si+Al含量的不断增加,无取向硅钢的高频(1000HZ)铁损失都有逐步下降的趋势,但是在常规厚度0.35mm和0.50mm规格产品已经难以降低。

 2）Si+Al量不足2.2（本发明），无论哪一种厚度的无取向硅钢产品的高频铁损都维持在一个较高的水平。

 3) Si+Al量超过4.0后，高频铁损又有所恶化。

 4）厚度从0.25mm逐渐降低到0.10mm的过程中，0.15mm厚度的性能出现极优值。

5）历史极优值处①成分如下：(本发明)C0.OO2wt%、Mn0.27wt%、S0.0016wt%、P0.07wt%、N0.003wt%、Als0.852%、Sn0.08wt%、Ti0.001wt%、Cr2.8%、Cu0.08%,除Fe外其他不可避免杂质元素总量低于0.003wt%。

6)极优值处工艺如下:炼钢后连铸成230mm板坯，板坯经1120℃80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧至45mm，6道次精轧成2.2mm厚的热轧板。之后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600~650℃进行卷取。热轧板经过950℃3min常化处理，然后酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45mm，经过820~850℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含以道次临界轧制最终至0.15mm，然后通过870~850×300s中间两端式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含第一道次临界轧至最终至0.15mm，然后通过870~950×240s N₂、H₂气氛下进行1~3Mpa张力拉升平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300~500℃涂层烘干，完成最终成品。

7)由此可知，本发明对于提高无取向硅钢薄带的高频铁损效果显著。

而其高频状态下的磁感也有相应的变化，图2由标图可知：

1)随着Si+Al含量的不断增加,无取向硅钢的高频(1000HZ)磁感都有逐步上升的趋势，但是在常规厚度0.35mm和0.50mm规格产品已经难以上升。

2)随着钢带不断减薄，通过优化工艺，可以将高频状态下硅钢片磁感控制在一个较理想的水平，处为极优值，其相应厚度为0.15mm。

3）随着Si+Al含量超过一定数值，各种厚度的磁感都有反而下降的趋势。

4)0.35mm的最佳高频磁感数值为1.33T，0.50mm的最佳高频磁感为1.28T。

5)图上虚线圆圈范围为本发明较理想范围，由此可知，对于0.25mm厚度以下的无取向硅钢薄带材料，本发明效果显著。

图3本发明常化工艺对不同厚度的磁性影响，分布图以820～1050℃常化磁性最佳。

图4发明两段式脱碳退火对不同厚度的磁性的影响，随着脱碳量的逐步降低，成品磁性有所增强，所以脱碳量要越低越好。

两段式脱碳退火（本发明）：

820～860℃×300sN₂、H₂气氛下二段式脱碳退火，前段快速加热180s75%N₂、25%H₂湿气氛集中脱碳，后段干气氛80%N₂、20%H₂120S促使再结晶。

从图4表可以看出，对于0.15mm厚度的无取向硅钢薄带，不论是常规脱碳，还是两段式脱碳退火从820℃以上进行脱碳反应对磁性有良好影响。

所以本发明者以生产薄带为主要出发点，通过优化成分和冷轧退火工艺不断地改善薄带材的性能。

本发明者还发现在热轧过程中控制薄板坯厚度对改善精轧开轧温度、以及终轧命中Ar₃点以上20℃和初次晶粒再结晶以及抑制AlN细小析出有直接的作用。板坯太薄，不利于蓄热和保证开轧温度，板坯太厚，精轧咬钢有困难，易造成轧废事故，所以尽量控制中间薄板坯在35～50mm厚度，可以保证板形、温度和初次动态再结晶状况，对于终轧和卷取的控制都有利。在酸洗冷轧前，进行高温800～1050℃常化，使热轧板组织更均匀，增多再结晶晶粒，同时使晶粒和析出物粗化，加强（100）和（110）组分减弱（111）组分，可以使磁性明显提高，并且易于冷轧。在冷轧阶段，初次热轧板厚度先经一次冷轧至0.35～0.50mm，然后经过一道中间消除应力退火或根据钢带C量进行一次两段式微脱碳退火，经过二次冷轧最终至0.10～0.25mm厚度。消除应力退火，对于晶粒的长大均匀性及二次冷轧软化带材均有好处，并以最后一道次临界压下率轧制改善板形。

具体实施方式

例1：以C0.003wt%、Si2.85wt%、Mn0.24wt%、S0.002wt%、P0.015 wt%、N0.003wt%、Als0.506wt%、Cr2.8wt%、Cu0.05wt%、Sn0.035 wt%、Ti0.002 wt%为基本成分，其余为Fe及不可避免组成制成的230mm板坯，板坯经a.1120℃，b.1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧到

30mm33mm

39mm

45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板。之后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取。热轧板经高温850～1000℃常化处理酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～950℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm，然后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。实验条件及磁性结果示于表1，比较例No1～4，因薄板坯厚度不同铁损P_0.5/1000及磁性B₂₀₀₀的差大，而本发明No5～8的差值小。

实例2：以C0.002wt%、Si2.92wt%、Mn0.25wt%、S0.0018wt%、P0.017 wt%、N0.002wt%、Als0.685wt%、Cr2.4wt%、Cu0.06 wt%、Sn0.030 wt%、Ti0.001 wt%为基本成分，其余为Fe及不可避免组成制成的230mm板坯，板坯经a.1120℃，b.1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板。之后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取。

热轧板不经常化处理

热轧板经过750℃3min常化处理

热轧板经过820℃3min常化处理

热轧板经过950℃3min常化处理，然后酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～950℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm，然后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。实验条件及磁性结果示于表2，比较例No1～6，因常化处理不同铁损P_0.5/1000及磁性B₂₀₀₀的差大，而本发明No5～8的差值小。本发明常化工艺对不同厚度的磁性影响分布图，见图3。

实例3：以C0.005wt%、Si3.12wt%、Mn0.26wt%、S0.0025wt%、P0.014 wt%、N0.0018wt%、Als0.654wt%、Cr2.2wt%、Cu0.05 wt%、Sn0.020 wt%、Ti0.001 wt%为基本成分，其余为Fe及不可避免组成制成的230mm板坯，板坯经a.1120℃，b.1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板。之后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取。热轧板经过950℃3min常化处理，然后酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过

820～860℃×300sN₂、H₂湿气氛下常规脱碳退火，

820～860℃×300sN₂、H₂气氛下二段式脱碳退火，前段180sN₂、H₂湿气氛集中脱碳，后段加热不脱碳促使晶粒均匀长大。消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm，然后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。实验条件及磁性结果示于表3，比较例No3～4，因脱碳方式不同铁损P_0.5/1000及磁性B₂₀₀₀的差明显，而本发明No5～8的差值小。本发明两段式脱碳退火对不同厚度的磁性的影响见图4。脱碳量对成品磁性的影响见表3-2，

成品含碳量C0.0032wt%，

成品含碳量C0.0025wt%，成品含碳量C0.0020wt%，

成品含碳量C0.0015wt%。随着脱碳量的逐步降低，成品磁性有所增强，所以脱碳量要越低越好。

 ，

。

实例4：以C0.003wt%、Si3.25wt%、Mn0.24wt%、S0.002wt%、P0.019 wt%、N0.002wt%、Als0.586wt%、Cr2.3wt%、Cu0.08 wt%、Ti0.001 wt%为基本成分，添加

Sn0.001 wt%

Sn0.005 wt%

Sn0.04 wt% Sn0.08wt%，其余为Fe及不可避免组成制成的230mm板坯，板坯经a.1120℃，b.1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板。之后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取。热轧板经过950℃3min常化处理，然后酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～850℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm，然后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。实验条件及磁性结果示于表4，比较例No1～4，因添加Sn元素不同铁损P_0.5/1000及磁性B₂₀₀₀有所不同，而本发明No5～8的差值小。

。

实例5：以C0.002wt%、Si3.02wt%、Mn0.27wt%、S0.0016wt%、P0.017wt%、N0.003wt%、Als0.552wt%、Sn0.08wt%、Ti0.001 wt%为基本成分，添加 不添加Cr、Cu

 Cr1.5wt%、Cu0.01 wt%

 Cr2.2wt%、Cu0.03 wt%

 Cr2.8wt%、Cu0.06 wt%，其余为Fe及不可避免组成制成的230mm板坯，板坯经a.1120℃，b.1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板。之后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取。热轧板经过950℃3min常化处理，然后酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～850℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm，然后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。实验条件及磁性结果示于表4，比较例No1～4，因添加Cr、Cu不同铁损P_0.5/1000及磁性B₂₀₀₀的有略微差异，可抗生锈能力显著不同，本发明No5～8的差值小。

。

实例6：以C0.003wt%、Si3.12wt%、

Mn0.10wt%

Mn0.12wt%

Mn0.21wt%

 Mn0.27wt%、S0.002wt%、P0.015wt%、N0.0028wt%、Als0.568wt%、Cr2.5wt%、Cu0.06 wt%、Sn0.06wt%、Ti0.001 wt%为基本成分，其余为Fe及不可避免组成制成的230mm板坯，板坯经a.1120℃，b.1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板。之后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取。热轧板经过950℃3min常化处理，然后酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～850℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm，然后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。实验条件及磁性结果示于表4，因Mn量不同铁损P_0.5/1000及磁性B₂₀₀₀的变化微差异，添加足量的Mn后，成品屈服强度提高显著，本发明No5～8的差值小。

，

发明的效果:由实验对比情况结果看，本发明的效果显著，具有巨大的工业价值。

上述实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。 

Claims (10)

1.一种高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带，按重量%计含有C 0.001～0.005、Si2.05～3.75、Als0.150～0.850、N≤0.003、S≤0.005、P≤0.02、Mn0.15～0.30，Sn0.01～0.08、Cr2.5～3.5、Cu0.05～0.1、 Ti≤0.003其余为Fe及不可避免的杂质组成，所述的酸溶铝、硅含量控制在下式范围：2.2＜Als(%)+Si(%)＜4.6 ；所述的无取向硅钢薄带厚度为：0.10～0.25mm。

2.如权利要求1所述的无取向硅钢薄带，其特征为：所述的酸溶铝、硅含量控制在下式范围：

3.4＜Als(%)+Si(%)＜4.4  。

3.如权利要求1或2所述的无取向硅钢薄带，其特征为：所述的Sn0.04～0.08。

4.如权利要求1或2所述的无取向硅钢薄带，其特征为：所述的Cr2.2～2.8、 Cu0.03～0.06。

5.如权利要求1或2所述的无取向硅钢薄带，其特征为：所述的Mn0.21～0.27。

6.一种高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带，所述硅钢薄带按重量%计含有C 0.002、Si3.02、Als0.852、N≤0.003、S≤0.005、P≤0.02、Mn0.27，Sn0.08、Cr2.8、Cu0.08、 Ti≤0.001其余为Fe及不可避免的杂质元素总量低于0.003。

7.一种生产高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带的生产方法，包括步骤：

①将炼钢后连铸成230mm板坯, 所述的板坯经1120℃～1130℃的温度80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧到39mm～45mm，6道次轧成2.2mm厚的热轧板；

②然后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取；

③热轧板经高温850～1000℃常化处理酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～1050℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm；

④最后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。

8.如权利要求7所述的无取向硅钢薄带的生产方法，所述中热轧板经过950℃3min常化处理。

9.如权利要求7或8所述的无取向硅钢薄带的生产方法，所述的两段式脱碳退火为820～860℃×300sN₂、H₂气氛下二段式脱碳退火，前段快速加热180s75%N₂、25%H₂湿气氛集中脱碳，后段干气氛80%N₂、20%H₂120S促使再结晶。

10.一种生产高频低铁损磁性优良的无取向硅钢薄带的生产方法，包括步骤：

①炼钢后连铸成230mm板坯，板坯经1120℃80min均热后，开始直接热轧，经过5道次粗轧至45mm，6道次精成2.2mm厚的热轧板；

②然后，热轧终了后空冷3s后用水冷却到600～650℃进行卷取；

③热轧板经过950℃3min常化处理，然后酸洗以压下率约80%第一次冷轧至0.45 mm，经过820～850℃×300s中间两段式脱碳退火，消除加工硬化后以压下率约为67%第二次冷轧含一道次临界轧制最终至0.15mm；

④最后通过870～950℃×240sN₂、H₂气氛下进行1～3Mpa张力拉伸平整处理，涂布绝缘涂层并在N₂的保护气中通过300～500℃涂层烘干，完成最终成品。

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