CN103882293B - 无取向电工钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无取向电工钢，其化学成分质量百分比为：C≤0.005％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.30～1.2％，Al：0.2～0.4％，P：0.02～0.1％，S≤0.01％，N≤0.008％，O≤0.015％，B≤0.002％，Sn：0.04～0.12％，Sb≤0.003％，Nb≤0.003％，Ti≤0.003％，Ce：0.005～0.016％，余量为Fe和其他微量元素。本发明还公开了一种生产上述无取向电工钢的方法，本发明在传统Si<1%的无取向电工钢的成分中复合添加Ce和Sn元素，发挥了两元素各自的作用，有效的解决了提高磁感和降低铁损之间的矛盾，然后经连铸、热轧、酸洗、冷轧退后等工艺，在相同Si+Al含量下，不进行热轧板常化处理，铁损降低0.4-0.8w/kg，同时磁感提高0.01-0.02T。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁材料生产技术领域，特别涉及一种无取向电工钢及其生产方法。
背景技术
电工钢是含碳很低的硅铁软磁合金，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要材料。据统计,2000年全世界电工钢的总产量为671.4万吨，到2005年已经超过了800万吨。目前国内市场的消费量已远超过300万吨。其中，无取向硅钢是在旋转磁场中工作的电动机和发电机转子的铁芯材料，要求良好的磁性能和工艺性能。近年来，随着电机高速化和小型化的发展，对无取向硅钢的性能要求提出了更高的要求，如在高频下具有低铁损和高磁感强度等。
传统的提高Si≤1％无取向电工钢磁磁性能的方法有：a、降低C、N、S、O、Ti等杂质元素的含量，减少细小夹杂物数量，从而降低铁损，增加磁感，但随炼钢纯净技术完善,这一方法提高性能已相当有限；b、添加合金元素Sn，Sd，通过元素的偏聚，改善再结晶织构，增加磁感，但同时增加合金成本，偏聚也存在一定的不稳定性，且不均匀的表面偏聚容易使涂层脱落；c、对热轧板进行常化处理，改善热轧板组织与织构，同时也增加了工艺成本；d、以铝代硅，在降低铁损的同时尽量少的降低磁感。但铝对无取向硅钢磁性能有双重作用，一方面，铝可以增加电阻、缩小奥氏体相区、促进晶粒长大，因而有一定的有利作用。但是铝的作用要受硅钢中氮含量的影响，铝跟氮易形成AlN析出相，使硅钢片的磁性能下降。当析出的AlN颗粒尺寸小于0.5μm时，它们钉扎晶界，阻碍晶粒长大，因而增加铁损。但当析出的AlN颗粒尺寸大于1μm时，它们对晶界的钉扎作用很轻，因此对磁性能影响很小。以上所有方法，都是在单一的改进铁损或磁感性能，在一个性能改进的同时，另一个性能将有所损失或保持相当，很难再同时大幅改进磁感和铁损性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高现有无取向电工钢磁感的同时还能降低铁损的无取向电工钢及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明的一个方面，提供了一种无取向电工钢，其化学成分质量百分比为：C≤0.005％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.30～1.2％，Al：0.2～0.4％，P：0.02～0.1％，S≤0.01％，N≤0.008％，O≤0.015％，B≤0.002％，Sn：0.04～0.12％，Sb≤0.003％，Nb≤0.003％，Ti≤0.003％，Ce：0.005～0.016％，余量为Fe和其他微量元素。
本发明的另一个方面，提供了一种生产上述无取向电工钢的生产方法，包括：将钢水通过精炼后连铸获得板坯；
将所述板坯进行加热，加热温度为1000～1150℃，再经过粗轧、精轧获得热轧板，开轧温度为1000～1020℃，终轧温度为870℃～920℃，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗后通过冷轧获得冷硬卷，所述酸洗的温度为70～90℃，酸洗时间为200～700s；
将所述冷硬卷经过连续退火处理后获得成品。
进一步地，所述卷取温度为680℃～730℃。
进一步地，所述热轧板的厚度为2.0～2.6mm。
进一步地，在所述酸洗过程中，酸洗溶液为浓度为4%的硫酸溶液。
进一步地，所述冷轧后冷轧卷钢板的厚度为0.47～0.51mm。
进一步地，所述退火温度为810～860℃，退火时间为120～300s。
进一步地，所述退火的气氛为H2和N2的混和气体。
进一步地，所述退火的气氛中，H2的比例为10～40％。
本发明提供的一种无取向电工钢及其生产方法，在传统Si<1%的无取向电工钢的成分中复合添加Ce和Sn元素，发挥了两元素各自的作用，有效的解决了提高磁感和降低铁损之间的矛盾，然后经连铸、热轧、酸洗、冷轧退后等工艺，在相同Si+Al含量下，不进行热轧板常化处理，铁损降低0.4-0.8w/kg，同时磁感提高0.01-0.02T。
具体实施方式
本发明提供了一种无取向电工钢，其化学成分质量百分比为：C≤0.005％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.30～1.2％，Al：0.2～0.4％，P：0.02～0.1％，S≤0.01％，N≤0.008％，O≤0.015％，B≤0.002％，Sn：0.04～0.12％，Sb≤0.003％，Nb≤0.003％，Ti≤0.003％，Ce：0.005～0.016％，余量为Fe和其他微量元素。
与经传统的工艺制备的同等Si含量无取向电工钢相比，本发明添加了Sn，Ce元素。Sn是常用于提高磁感的元素，主要通过偏聚增加有利织构的组份，一般添加Sn都要经过热轧板的常化来达到Sn在热轧晶界的偏聚，从而发挥其增加磁感的作用；Ce是常用的降低铁损的稀土元素，主要用于高牌号，通过促进MnS和AlN的型核，减少<1um的夹杂物的数量，促进晶粒长大，减少磁滞损耗，降低磁感。Ce，Sn的复合添加，可以在热轧过程中就促进Sn的偏聚，未经热轧板的常化也能发挥其增加磁感的作用，Ce对夹杂物粗化的作用并没有受到Sn偏聚的影响。可以在增加磁感的同时降低铁损。
当Sn的含量<0.04%时，添加量太少，无法在热轧晶界处充分偏聚，起不到提高磁感的作用，当Sn含量>0.12%，偏聚量过大，冷轧退火后表面偏聚严重，影响涂层得附着性，所以本发明实施例中Sn含量控制在0.04～0.12％。
当Ce的含量<0.005时，添加太少，不能起到粗化夹杂物的作用，Ce的含量>0.016，降低铁损效果不明显，所以本发明实施例中Ce含量控制在0.005～0.016％。
本发明还提供了一种生产上述无取向电工钢的生产方法，包括：
步骤S1：将钢水通过精炼后连铸获得板坯；
步骤S2：将所述板坯进行加热，加热温度为1000～1150℃，再经过粗轧、精轧获得热轧板，开轧温度为1000～1020℃，终轧温度为870℃～920℃，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷，所述卷取温度为680℃～730℃，所述热轧板的厚度为2.0～2.6mm。
本发明实施例加热温度控制在1000～1150℃,低温板坯加热,防止夹杂物固溶,减少夹杂物析出,增加晶粒尺寸，降低铁损。卷取温度为680℃～730℃，较高温度卷取，有利于Sn的偏聚，提高磁感。
步骤S3：将所述热轧卷进行酸洗后通过冷轧获得冷硬卷，所述酸洗的温度为70～90℃，酸洗时间为200～700s，在所述酸洗过程中，酸洗溶液为浓度为4%的硫酸溶液。合适的侵蚀温度、浓度和时间，适用于此Si含量的电工钢，使钢板即能有效除去铁锈的，也不会过度侵蚀。所述冷轧后冷轧卷钢板的厚度为0.47～0.51mm，满足使用要求。
步骤S4：将所述冷硬卷经过连续退火处理后获得成品。所述退火的温度为810～860℃，退火时间为120～300s。合适温度和时间，达到适中的晶粒尺寸，优化铁损。所述退火的气氛为H2和N2的混和气体。所述退火的气氛中，H2的比例为10～40％，保证一定的还原性气氛，有利于磁感，同时有利于表面质量。
本发明提供的一种无取向电工钢及其生产方法，在传统Si<1%的无取向电工钢的成分中复合添加Ce和Sn元素，发挥了两元素各自的作用，有效的解决了提高磁感和降低铁损之间的矛盾，然后经连铸、热轧、酸洗、冷轧退后等工艺，在相同Si+Al含量下，不进行热轧板常化处理，铁损降低0.4-0.8w/kg，同时磁感提高0.01-0.02T。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例一：
本发明实施例提供的无取向电工钢，其连铸坯的化学成分百分比（％）为如表1中的实验组所示，
表1连铸坯的主要化学成分（％）
| 实验组 | C | Si | Al | Mn | S | P | N | B | Ce |
| A-1 | 0.0018 | 0.52 | 0.27 | 0.61 | 0.0038 | 0.057 | 0.0041 | 0.0006 | 0.015 |
| A-2 | 0.0016 | 0.51 | 0.30 | 0.54 | 0.0027 | 0.064 | 0.0037 | 0.0008 | 0.012 |
| A-3 | 0.0020 | 0.55 | 0.31 | 0.58 | 0.0022 | 0.080 | 0.0040 | 0.0008 | 0.010 |
| A-4 | 0.0014 | 0.58 | 0.30 | 0.62 | 0.0032 | 0.078 | 0.0032 | 0.0007 | 0.006 |
| O | Sn | Sb | Nb | Ti | 其余 | |
| A-1 | ＜0.005 | 0.11 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0015 | Fe及杂质 |
| A-2 | ＜0.005 | 0.09 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0011 | Fe及杂质 |
| A-3 | ＜0.005 | 0.10 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0018 | Fe及杂质 |
| A-4 | ＜0.005 | 0.09 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0020 | Fe及杂质 |
本发明实施例提供的生产上述无取向电工钢的方法，具体包括以下几个步骤：
（1）将实验组的连铸坯送入加热炉加热，加热温度1150℃；
（2）热轧，热轧的精轧开轧温度为1020℃，终轧温度为870℃；
（3）卷取，卷取的温度为710℃，然后得到热轧板，其中，热轧板的厚度为2.3mm；
（4）酸洗，用浓度为4%的硫酸溶液进行酸洗，洗净所述热轧板的表面氧化铁皮；
（5）冷轧，对经酸洗后的热轧板进行冷轧，将钢板轧至厚度0.50mm；
（6）退火，经过820℃×120s的退火，退火气氛为H2、N2混和气体，H2的比例为25％，要求以冷却速度50℃/h冷却至500℃，然后随炉冷却至室温后既得。
四组成品样进行磁性测量，典型磁性能见表2。
表2实验工艺及磁性能
| 试样号 | 成品厚 | P15/50（W/Kg） | B5000（T） |
| 度（mm） | ||||
| A-1 | 0.50 | 3.52 | 1.785 | 发明例 |
| A-2 | 0.50 | 3.75 | 1.780 | 发明例 |
| A-3 | 0.50 | 3.60 | 1.783 | 发明例 |
| A-4 | 0.50 | 3.82 | 1.788 | 发明例 |
在相同工艺下，Si+Al含量为0.8%的无取向电工钢产品一般铁损性能4～4.5W/Kg，磁感性能1.76～1.77，本发明例较一般产品铁损降低0.4-0.8W/Kg，磁感提高0.01～0.02T。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例提供的生产上述无取向电工钢的方法，具体包括以下几个步骤：
（1）将实验组的连铸坯送入加热炉加热，加热温度1120℃；
（2）热轧，热轧的精轧开轧温度为1010℃，终轧温度为890℃；
（3）卷取，卷取的温度为690℃，然后得到热轧板，其中，热轧板的厚度为2.5mm；
（4）酸洗，用浓度为4%的硫酸溶液进行酸洗，酸洗的温度为90℃，酸洗时间为300s洗净所述热轧板的表面氧化铁皮；
（5）冷轧，对经酸洗后的热轧板进行冷轧，将钢板轧至厚度0.48mm；
（6）退火，经过820℃×120s的退火，退火气氛为H2、N2混和气体，H2的比例为35％，要求以冷却速度50℃/h冷却至500℃，然后随炉冷却至室温后既得。
其他地方与实施例一完全一致。
实施例三：
本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例提供的生产上述无取向电工钢的方法，具体包括以下几个步骤：
（1）将实验组的连铸坯送入加热炉加热，加热温度1080℃；
（2）热轧，热轧的精轧开轧温度为1000℃，终轧温度为880℃；
（3）卷取，卷取的温度为720℃，然后得到热轧板，其中，热轧板的厚度为2.2mm；
（4）酸洗，用浓度为4%的硫酸溶液进行酸洗，酸洗的温度为80℃，酸洗时间为500s洗净所述热轧板的表面氧化铁皮；
（5）冷轧，对经酸洗后的热轧板进行冷轧，将钢板轧至厚度0.50mm；
（6）退火，经过850℃×200s的退火，退火气氛为H2、N2混和气体，H2的比例为15％，要求以冷却速度50℃/h冷却至500℃，然后随炉冷却至室温后既得。
其他地方与实施例一完全一致。
实施例四:
本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例提供的无取向电工钢，其连铸坯的化学成分百分比（％）为如表3中的实验组所示，
表3连铸坯的主要化学成分（％）
| 实验组 | C | Si | Al | Mn | S | P | N | B | Ce |
| A-1 | 0.0038 | 0.22 | 0.20 | 0.41 | 0.0058 | 0.037 | 0.004 | 0.0006 | 0.014 |
| A-2 | 0.0026 | 0.31 | 0.35 | 0.34 | 0.0047 | 0.054 | 0.0053 | 0.0008 | 0.013 |
| A-3 | 0.0010 | 0.45 | 0.21 | 0.88 | 0.0052 | 0.090 | 0.0030 | 0.0008 | 0.011 |
| A-4 | 0.0044 | 0.48 | 0.33 | 1.12 | 0.0022 | 0.088 | 0.0022 | 0.0007 | 0.008 |
| O | Sn | Sb | Nb | Ti | 其余 | |
| A-1 | ＜0.005 | 0.05 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0015 | Fe及杂质 |
| A-2 | ＜0.005 | 0.06 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0011 | Fe及杂质 |
| A-3 | ＜0.005 | 0.07 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0018 | Fe及杂质 |
| A-4 | ＜0.005 | 0.08 | ＜0.003 | ＜0.003 | 0.0020 | Fe及杂质 |
其他地方与实施例一完全一致。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种生产无取向电工钢的方法，其特征在于，包括：
将钢水通过精炼后连铸获得板坯,所述板坯的化学成分质量百分比为：C≤0.005％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.30～1.2％，Al：0.2～0.4％，P：0.02～0.1％，S≤0.01％，N≤0.008％，O≤0.015％，B≤0.002％，Sn：0.04～0.12％，Sb≤0.003％，Nb≤0.003％，Ti≤0.003％，Ce：0.005～0.016％，余量为Fe和其他微量元素；
将所述板坯进行加热，加热温度为1000～1150℃，再经过粗轧、精轧获得热轧板，开轧温度为1000～1020℃，终轧温度为870℃～920℃，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷，所述卷取温度为680℃～730℃；
将所述热轧卷进行酸洗后通过冷轧获得冷硬卷，所述酸洗的温度为70～90℃，酸洗时间为200～700s；
将所述冷硬卷经过连续退火处理后获得成品，所述退火的气氛为H2和N2的混和气体，所述退火的气氛中，H2的比例为25～40％，所述退火温度为810～860℃，退火时间为120～300s。
2.根据权利要求1所述的无取向电工钢的方法，其特征在于：
所述热轧板的厚度为2.0～2.6mm。
3.根据权利要求1所述的无取向电工钢的方法，其特征在于：
在所述酸洗过程中，酸洗溶液为浓度为4％的硫酸溶液。
4.根据权利要求1所述的无取向电工钢的方法，其特征在于：
所述冷轧后冷轧卷钢板的厚度为0.47～0.51mm。
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