CN104294185B - 一种高效电机用无取向电工钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高效电机用无取向电工钢，其化学组分及重量百分比为：C：≤0.0030%，Si：1.9～2.1%，Mn：0.28～0.32%，Al：0.10～0.60%，P：0.01～0.06%，S≤0.0050%，Cu：0.10～0.30%，Sb：0.02～0.05%，N≤0.0030%；生产工艺：冶炼；开坯；反复锻打成方坯；加热；热轧；常化；酸洗；冷轧；热处理。本发明通过控制主合金元素(Si+Al+Mn)总量及辅助元素(Cu+P+Sb)，充分发挥各元素在物理冶金中的有利作用；通过研究(Cu+P+Sb)元素对硅钢组织结构和磁性的复合作用，故采取以(Cu+P)替代部分(Si+Al)，其一方面可以提高常化板反弯次数；另一方面提高成品板的冲片性，开发出一种磁性能优良、冲片效果好的高效电机用无取向电工钢。

Description

一种高效电机用无取向电工钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种无取向电工及生产方法，具体地属于一种高效电机用无取向电工钢及生产方法。

背景技术

电工钢是制造电机、变压器和镇流器铁芯以及各种电器元件的最重要的金属功能材料，是发展电力、家用电器、电讯、国防等工业不可缺少的铁芯材料。

提高电机效率的传统方法通常是：①多用铜、铁材料，降低磁通密度；②使用薄规格、低铁损，板型好、带绝缘涂层硅钢片，降低空载损耗。

高效电机对无取向电工钢的性能要求，主要包括以下几个方面。

低铁损、高磁感：降低能耗、提高效率。

低、高场的导磁性良好：可降低磁化电流和铜耗。

低频和高频铁损低：可降低温升、提高效率、改善起动性能。

各向同性好：可降低电机工作中的旋转损耗而提高效率。

磁化曲线中的线性段范围宽：可降低非线性磁化引起的谐波损耗。

皮膜薄、耐温、绝缘效果好：皮膜减薄能降低铁芯内的气隙率

屈强比高：可改善冲片加工性并降低边缘磁性恶化

可见，电机的高效节能化将使无取向电工钢的性能由低牌号向中牌号甚至高牌号方向发展，因此，开发磁性能好的高效电机用无取向电工钢是非常必要的。

经检索：中国专利申请号为CN200910083999.X的专利文献，其公开了一种高效电机用高磁感低铁损冷轧无取向硅钢及制造方法。其在控制(Si+A1)＝1.1～1.3％(重量百分数)的冷轧无取向硅钢中加入了0.5～0.6％的锰和0.1～0.4％的铜，其磁感应强度B₅₀＞1.7T，铁损P_1.5＜4.0W/kg。由于(Si+A1)总量偏低，导致磁性能较差；其加入0.5～0.6％的锰，一方面增加了成本，另一方面也增大了热轧难度；加入0.1～0.4％的铜也要增加成本，但也会造成抑制成品晶粒长大的效果。总之，这些元素的添加虽然能起到改善部分织构的作用，也会带来一些不良效果。

中国专利申请号为CN200710159089.6的专利文献，其公开了一种高磁感无取向电工钢，其化学成分为：C≤0.010％、Si：0.8％～2.0％、Mn：0.2％～1.2％、P≤0.03％、S≤0.01％、Als≤0.002％、N≤0.003％，其余为铁。该文献虽然减少了热轧板常化工序，降低了生产成本，改善了成品织构，但因为热轧板没有经过常化会造成组织不均匀和轧制性能波动等不利影响，并且成品性能也比经过常化的性能要差。

中国专利专利申请号为CN200510027404.0的专利文献，其公开了一种低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法，其成分为：C≤0.0050％，Si≤2.50％，Al≤1.0％，且Si+2Al≤2.50％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.20％，S≤0.005％，N≤0.0025％，可添加Sn、Sb中的一种或两种，总量不超过0.2％，其余为铁和不可避免杂质。热轧板进行常化处理：以5～15℃/s的加热速度升高到Ac1以上、1100℃以下温度进行均热，均热时间：10s≤t≤90s；冷却，采用两阶段冷却：以≤15℃/s将钢带冷却到650℃以下，然后以保证板型前提下的速度冷却到80℃以下。该文献重点在于对常化工艺的控制，没有具体性能指标。

中国专利专利申请号为CN00115993.3的专利文献，其公开了一种高效电机铁芯用系列电工钢，具体说是一种极高磁感低铁损冷轧无取向系列电工钢成分及生产方法。通过调整主合金元素含量，降低气体夹杂，添加偏析元素，采用低温热轧、一次法冷轧、干气或增湿气氛成品退火，使0.50mm产品P_1.5为2.30～10.00W/kg，而B₅₀₀₀达1.73～1.82T，比普通冷轧无取向硅钢对应牌号分别高0.10T以上，最适宜作各类高效率电机铁芯。该文献涵盖范围广，没有考虑Cu元素的影响，影响到热轧板的轧制性能和成品板的冲片性能。

中国专利专利申请号为CN200510027401.7的专利文献，其公开了一种具有高磁感的高牌号无取向电工钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C≤0.0050％、N≤0.0030％、Si1.50％～2.50％、Al0.80％～1.30％、Mn0.20％～0.50％、P≤0.030％、S≤0.005％、Sb0.03％～0.10％、Sn0.05％～0.12％、B0.0005％～0.0040％、其余为铁和不可避免的夹杂；其中Sb和Sn选择其中一种。该文献由于成分中含Sn，而Sn的熔点低，在成品退火时极易产生结瘤现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种电磁性能与机械加工性能更加优良，采取添加少量(Cu+P)替代部分(Si+Al)，使其既可以提高常化板反弯次数改善冷轧性能，又能提高成品板的屈强比，改善冲片性能的高效电机用无取向电工钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种高效电机用无取向电工钢，其化学组分及重量百分比为：C：≤0.0030%，Si：1.9～2.1%，Mn：0.28～0.32%，Al：0.10～0.60%，P：0.01～0.06%，S≤0.0050%，Cu：0.10～0.30%，Sb：0.02～0.05%，N≤0.0030%，其余为Fe及不可避免的杂质；同时要满足：主合金元素之和：A₁=（Si+Al+Mn）在2.0～3.0%，辅助元素之和：A₂=(Cu+P+Sb)在0.16～0.40%，并且A₁/A₂在6～18。

优选地：C的重量百分比含量控制在≤0.002%。

优选地：P的重量百分比含量控制在0.032～0.06%。

优选地：A₁=（Si+Al+Mn）在2.4～3.0%。

生产一种高效电机用无取向电工钢的方法，其步骤：

1）冶炼：按上述成分采用真空感应炉进行冶炼，并铸成25kg钢锭；

2）开坯：将钢锭加热到800～1000℃，保温0.5～1h后取出；

3）经反复锻打，成30mm×100mm×L方坯；然后沿长度方向锯切成约200mm长的方块；

4）进行加热，其加热温度控制在1100～1150℃，保温时间在55～65min；

5）进行热轧，终轧温度控制在800～880℃；热轧至板厚2.0～2.5mm；

6）进行常化：常化加热温度控制在900～1000℃，保温3～5min；

7）酸洗：酸液温度控制在80～100℃，酸洗时间为3～10min，将钢板表面氧化铁皮清洗干净；

8）进行冷轧：冷轧压下率控制在76～80%，成品厚度为0.50±0.01mm；

9）进行热处理：在H₂和N₂混合气或全H₂气氛中进行，温度控制在900～1000℃，保温时间为3～5min。

优选地：钢锭加热温度为850～950℃。

本发明中各元素及主要工序的作用

硅、铝和锰：其三者是本发明的主合金元素，是保证成品磁性能的必要条件。之所以将主合金元素之和A₁=（Si+Al+Mn）限定在2.0～3.0%范围内，是因为硅、铝和锰一方面能降低铁损，使得P_1.5/50≤3.3w/kg；另一方面也降低磁感，使得B₅₀₀₀<1.73T，主合金元素之和A₁高于或低于所限定范围，均不能保证磁性能（P_1.5/50≤3.3w/kg，B₅₀₀₀≥1.73T）；优选地：A₁=（Si+Al+Mn）在2.4～3.0%。

铜、磷和锑：其三者是本发明的辅助元素，也是保证磁性能的有利元素。因为铜能扩大γ相区，从而有利于提高硅含量。同时，在1000℃开始就析出大量细小的Cu₂S，这非常有利于提高塑性、改善轧制性能；

磷明显增大电阻率，缩小γ相区，促进晶粒粗大和改善织构；优选地：P的重量百分比含量控制在0.032～0.060%。

锑在晶界偏聚阻碍{111}晶粒生核，可改善磁性；

之所以将辅助元素之和A₂=(Cu+P+Sb)限定在0.16～0.40%范围内，如果其之和量大于0.40%，不仅成本高，而且对磁性能产生不利影响，比如，Cu过量则会析出大量细小的Cu₂S，阻碍成品晶粒长大；P过量则会在再结晶退火时发生磷脆现象；如果其之和小于0.16%，则对磁性能贡献不大。

为了到达磁性能目标（P_1.5/50≤3.3w/kg，B₅₀₀₀≥1.73T），就必须做到主合金元素与辅助元素的匹配，因此要求将A₁/A₂限定在6～18范围内。

C、S、N等杂质元素对磁性有害，应严格控制在要求范围内。

之所以将钢锭的开坯加热温度设计为800～1000℃、保温时间控制在0.5～1h，主要考虑的是一方面要将钢锭烧透（加热到800℃以上、保温0.5h以上）；另一方面尽量减少烧损（温度控制在1000℃以以下、保温1h以内）。

之所以将钢锭加热温度控制在1100～1150℃，保温55～65min，主要是因为低于1100℃，轧制压力大，难以轧到目标厚度；高于1150℃，容易析出MnS、AlN和Cu₂S等第二相粒子，对产品性能不利；保温时间控制在55～65min，主要是为了便于各成分的对比和热轧需要；之所以将终轧温度控制在800～880℃，主要是因为低于800℃，轧制压力大造成板型不好；高于880℃易产生氧化铁皮，不利于酸洗；优选地：钢锭加热温度为850～950℃。

之所以将常化加热温度控制在900～1000℃，保温3～5min，主要是因为温度低于900℃和保温时间小于3min，不能达到组织均匀化；温度高于1000℃和保温时间大于5min，既容易析出第二相粒子又造成能源浪费。

之所以将冷轧压下率控制在76～80%，主要受来料厚度和成品厚度约束。压下率太小，对热轧的负担较重；压下率较大，不利于形成对磁性能有利的冷轧变形织构。

之所以将热处理温度控制在900～1000℃，保温3～5min，主要是因为温度低于900℃和保温时间小于3min，不能达到再结晶效果；温度高于1000℃和保温时间大于5min，对成品的冲片性不利。

本发明通过控制主合金元素A₁=(Si+Al+Mn)总量及添加适量的辅助元素A₂=(Cu+P+Sb)，是为了充分发挥各元素在物理冶金中的有利作用；通过研究(Cu+P+Sb)元素对硅钢组织结构和磁性的复合作用，故可以采取以(Cu+P)替代部分(Si+Al)作用的新思路。其一方面可以提高常化板反弯次数；另一方面提高成品板的冲片性，开发出一种磁性能优良、冲片效果好的高效电机用无取向电工钢。

附图说明

附图1为本发明的金相组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）冶炼：按上述成分采用真空感应炉进行冶炼，并铸成25kg钢锭；

2）开坯：将钢锭加热到800～1000℃，保温0.5～1h后取出；

3）经反复锻打，成30mm×100mm×L方坯；然后沿长度方向锯切成约200mm长的方块；

4）进行加热，其加热温度控制在1100～1150℃，保温时间在55～65min；

5）进行热轧，终轧温度控制在800～880℃；热轧至板厚2.0～2.5mm；

6）进行常化：常化加热温度控制在900～1000℃，保温3～5min；

7）酸洗：酸液温度控制在80～100℃，酸洗时间为3～10min，将钢板表面氧化铁皮清洗干净；

8）进行冷轧：冷轧压下率控制在76～80%，成品厚度为0.50±0.10mm；

9）进行热处理：在H₂和N₂混合气或全H₂气氛中进行，温度控制在900～1000℃，保温时间为3～5min。

表1本发明各实施例及对比例的取值列表（wt%）

表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表（一）

表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表（二）

注：表1及表2数据并非对应关系。

表3本发明各实施例及对比例性能检测情况列表

试样的制作：在将经常化后的钢板制做成30×300mm反弯试样和力学拉伸试样；成品板制取30×300mm磁性能标准测试样和力学拉伸试样；

磁性能测量采用标准磁导计测量试样的磁性能P_1.5/50和B₅₀₀₀；

将上述制取的反弯试样和力学拉伸试样对应进行反弯实验和拉伸实验；成品板进行拉伸实验及冲片后毛刺测量。

从表3可以看出，实施例可满足磁性能目标（P_1.5/50≤3.3w/kg，B₅₀₀₀≥1.73T）要求，而对比例不能达到目标要求。从常化板的反弯情况可以看出，实施例具有相对较高的反弯次数，说明常化板韧性好，有利于改善后工序的冷轧性能。从成品板的冲片情况看，因为屈强比高，有利于提高冲片质量，所以毛刺小、冲片性效果好。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.生产一种高效电机用无取向电工钢的方法，所述无取向电工钢的化学组分及重量百分比为：C：≤0.0030%，Si：1.9～2.1%，Mn：0.28～0.32%，Al：0.10～0.60%，P：0.01～0.06%，S≤0.0050%，Cu：0.10～0.30%，Sb：0.02～0.05%，N≤0.0030%，其余为Fe及不可避免的杂质；同时要满足：主合金元素之和：A₁=（Si+Al+Mn）在2.0～3.0%，辅助元素之和：A₂=(Cu+P+Sb)在0.16～0.40%，并且A₁/A₂在6～18；其步骤：

1）冶炼：按上述组分采用真空感应炉进行冶炼并铸成25kg钢锭；

2）开坯：将钢锭加热到800～1000℃，保温0.5～1h后取出；

3）经反复锻打，成30mm×100mm×L方坯；然后沿长度方向锯切成200mm长的方块；

4）进行加热，其加热温度控制在1100～1150℃，保温时间在55～65min；

5）进行热轧，终轧温度控制在800～880℃；热轧至板厚2.0～2.5mm；

6）进行常化：常化加热温度控制在900～1000℃，保温3～5min；

7）酸洗：酸液温度控制在80～100℃，酸洗时间为3～10min，将钢板表面氧化铁皮清洗干净；

8）进行冷轧：冷轧压下率控制在76～80%，成品厚度为0.50±0.10mm；

9）进行热处理：在H₂和N₂混合气或全H₂气氛中进行，温度控制在900～1000℃，保温时间为3～5min。

2.如权利要求1所述的生产一种高效电机用无取向电工钢的方法，其特征在于：钢锭加热温度为850～950℃。