CN104480383B - 0.35mm厚高效电机用高磁感无取向硅钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

0.35mm厚高效电机用高磁感无取向硅钢，其组分及wt%为：C≤0.0030%，Si：0.5~1.0%，Mn：0.5~1.5%，S≤0.0060%，N≤0.0060%，P：0.01~0.05%；生产步骤：1）常规冶炼、连铸成坯后进行常规热轧；卷取；常化；经常规酸洗后对钢板加热；在80~260℃下冷轧；成品退火并常规涂层；去应力退火；自然冷却至室温。本发明磁感应强度较高,尤其是B₂₅₀₀≥1.71T,B₅₀₀₀≥1.78T，同时铁损P_1.0/50≤1.60W/kg，P_1.5/50≤3.00W/kg。相对于普通无取向电工钢来说，B₂₅₀₀高0.02‑0.04T，铁损P_1.5/50低0.3‑0.5W/kg，实现了高磁感和低铁损的配合；并且合金元素少，含量低，容易控制；常化、成品退火和去应力退火温度低，时间短，也有利于降低成本。

Description

0.35mm厚高效电机用高磁感无取向硅钢的生产方法

技术领域

本发明涉及一种无取向硅钢及生产方法，具体地属于一种高效电机用无取向硅钢及生产方法，特别适用于生产厚度为0.35mm的高效电机用高磁感无取向硅钢及生产方法。

背景技术

随着人们低碳、节能、环保意识的增强，越来越需要电机能够实现高效、小型、静音。因此高效电机钢已是近年来无取向电工钢领域的研究重点和热点之一。

提高电机效率的措施之一是将低损耗。电机的损耗主要包括两个部分，一是铁损，即铁芯损耗，另一个是铜损，即导线电阻所引起的损耗。在总损耗中，两者所占的比例与电机的功率有极大的关系，功率越小，铜损所占的比例越大，如≤1.5kW电机中，铜损约占80%，铁损约占20%；20kW的电机中，铜损占60%，铁损占40%。因此，在小电机中对铜损的重视程度要大于铁损。铜损=I²R，I为激磁电流，R为导线电阻。初级线圈中激磁电流引起的铜耗与电工钢的磁感应强度有直接关系。B₅₀高，I降低使得电机总损耗降低，功率因数和效率提高；同时如果提高B_m，铁芯长度可以减少，缩小电机体积，降低制造成本。因此，为了使激磁电流小，铁芯材料必须有较高的感应强度。

目前，无取向电工钢存在铁损高，磁感低的问题。用户虽经应力退火后铁损虽然降低，但磁感却随之发生了恶化，仍不能满足要求。为充分满足高效电机节能、环保、轻型化的要求，人们在成分上追求相对高的Si+Al含量，在进行高纯净度严格控制杂质含量的同时，还加入Ni、Cu、Sn、Sb、B、稀土等一种或几种元素，导致冶炼难度和成本增加。在加工工艺方面，在热轧板晶粒上追求高的常化温度和退火温度以获得粗大的晶粒组织，但内氧化和内氮化严重，而且增加了成本。半工艺法生产无取向硅钢虽然再结晶退火温度低（650-800℃），但增加了平整（临界压下）工序，生产周期变长，其成材率降低。半工艺的产品多没有涂层，如果防锈不好容易生锈，影响用户的发蓝氧化效果，导致绝缘效果变差。这些方法的使用在一定范围内提高了磁导率，改善了产品的磁性，但另一方面增加了工艺难度和成本。

高效电机即效率更高的电机，相对于普通电机其效率平均高2%-4%。美国政府规定高效电机必须采用B₂₅≥1.67T, B₅₀≥1.75T, P_1.0/50≤1.90W/kg, P_1.5/50≤3.50W/kg电工钢制作。因此，高效电机不仅要求无取向电工钢铁损低，而且要求磁感应强度高，实现铁损和磁感的相互协调。

经检索，中国专利公开号为CN101306434A的文献，其公开了一种低碳低硅无铝半工艺无取向电工钢的制备方法。其铸坯化学成分为： C≤0.005%, Si 0.1%-1.0%, Mn≤0.35%，S≤0.01%, N≤0.0080%, P≤0.08%, O≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺为：铸坯经热轧、酸洗和冷轧后进行中间退火，临界变形冷轧以及用户消除应力退火得到半工艺无取向电工钢。产品的磁性：P_1.5/50=3.45-5.05W/kg，磁感B₅₀=1.69-1.76T，其磁性较低，不能满足更高效的电机的要求。

中国专利申请号为201210142261.8的文献，其公开了一种高磁感变频压缩机用无取向硅钢及其制备方法。其化学成分重量百分比分别为：Si 2.6-2.9%, Mn 0.4-0.55%, Al0.8-1.0%, S 0.001-0.0025%, N 0.001-0.002%, Sn 0.025-0.035%, P≤0.011%, C0.001-0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。工艺要求在970-990℃开轧，815-835℃终轧，960-980℃保温4.5-5.5min常化，常化酸洗后钢带进行100-140℃的预热，然后冷轧和成品退火，退火工艺960-980℃保温60s-120s。所获的产品，虽在中高频下磁性优异，但磁感较低，其钢带虽经冷轧前进行预热，但其目的只是软化钢板，防止轧钢断带，对磁性并不产生影响。

日本专利申请号为JP2002003944的文献，其公开了一种磁性特性优良的无取向电工钢及其制作方法。该文献在成分上要求Als≤0.02%, Si 1.0-4.0%，Mn 0.01-1.0%, S、N和O等元素≤0.003%，工艺上经过热轧、常化，一次或二次冷轧和成品退火得到0.35mm铁损低的磁性优良的无取向电工钢。为了得到低铁损，冷轧要求采用100-300℃温轧，且满足公式0.417R+50≤T≤0.167R+237，公式中R为工作辊直径（mm），T为温轧温度。其中一次冷轧时要求5道轧制，1-4道要求上式工艺轧制，最后一道在100℃一下进行，且压下率为10-30%。该文献只适用于Si含量为1.0%以上的中高牌号无取向电工钢，而且对轧机工作辊直径进行了限制，要求工作辊直径大于100mm以上，而且产品的性能与轧辊的直径密切相关，其并不适用于一般的轧机。

日本专利申请号为JP19990177541的文献，其公开了一种无取向电工钢，包括化学成分： C≤0.01%, Si0.1-1.3%, Al 0.001-0.006%, Mn<0.7%, P≤0.2%, S≤0.01%, N≤0.005%, Sn 0.001-0.1%, Cu 0.01-0.4%, Ni 0.01-0.2%, Cr 0.01-0.2%，其余为平衡铁。其中磁感强度B₅₀≥1.77T。此文献由于加入了大量的贵重元素如Cu、Ni、Sn以及Cr，导致增加了成本和炼钢控制难度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种通过提高在冷轧的轧制温度在以增加对钢板有利织构与不利织构点阵畸变储能差（Δλ），经过成品退火和去应力退火后获得织构取向好，强度高的显微组织，使B₂₅₀₀≥1.71T, B₅₀₀₀≥1.78T，P_1.0/50≤1.50W/kg，P_1.5/50≤3.00W/kg，且成本较低，工艺操作易控制的0.35mm厚高效电机用高磁感无取向硅钢及用CSP线生产方法。

实现上述目的的措施：

0.35mm厚高效电机用高磁感无取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：C≤0.0030%，Si： 0.5~1.0%，Mn：0.5~1.5%， S≤0.0060%， N≤0.0060%，P：0.01~0.05%，其余为Fe 和不可避免的杂质。

生产0.35mm厚高效电机用高磁感无取向硅钢的方法，其步骤：

1）常规冶炼、连铸成坯后进行常规热轧，控制热轧后钢板的厚度为2.0~3.0mm；

2）进行卷取，控制其卷取温度在550~650℃；

3）进行常化，控制其常化温度在860~960℃，并在此温度下保温30~180s；

4）经常规酸洗后对钢板进行加热，加热温度在80~260℃；

5）进行冷轧，在80~260℃下进行冷轧，轧制成0.35±0.001mm的薄板；

6）进行成品退火并常规涂层，控制成品退火温度在760~930℃，并保温60~180s；

7）进行去应力退火，去应力退火温度为680~850℃，并在此温度下保温0.1~2h；

8）自然冷却至室温。

本发明中各元素及主要工艺参数控制的原理

C，为有害元素，含量超过0.0030%时会产生磁时效导致使用中的铁损恶化，因此必须控制在≤0.0030%。

Si，能够增加电阻率，降低铁损；但是Si含量增加会恶化磁感应强度。因此，为保证高磁感需控制Si的含量，Si含量在0.5-1.0%之间。

Mn，改善热轧板组织和织构，促使（100）和（110）组分加强，（111）组分减弱，改善磁性；与S形成MnS，粗大的MnS有利于晶粒长大降低铁损，锰是γ相区形成元素，降低γ→α转变温度，从而降低成品退火温度不利于晶粒的长大。因此，Mn含量在0.5-1.5%。

P，0.01-0.05%。P可提高电阻及硬度，因而在低Si（≤1.0%）钢中，有利于降低铁损及提高冲片形，因此，P应比低于0.01%，但其P大于0.05%，会导致退火过程中的脆性。所以，控制在0.01-0.05%。

在本发明中，还通过S和N的减少达到高磁感和低铁损同时并存。S、N在热轧过程中板坯加热时有一部分再次固溶，热轧时MnS、AlN的细微析出物会抑制最终退火时晶粒的生长，从而恶化铁损，因此，其含量均须在0.0060%以下。

在本发明中，之所以在860-960℃下进行保温30-180s的常化，以使热轧板完成再结晶、晶粒尺寸均匀和粗大化；并使析出物（MnS、AlN等）进一步聚集粗化，减少退火时对晶粒长大的抑制；同时可以使磁性有利的（100）、（110）织构增加，不利的γ织构组分减弱，提高产品的磁性。在低于860℃的温度下进行退火，温度低晶粒细小，对磁性不利；高于960℃对退火炉要求高，增加成本。

之所以控制卷取温度在560-660℃，是因为当低于560℃卷取钢带会变硬，卷取张力较大；若高于660℃，则因氧化严重使得酸洗困难。

之所以将冷轧温度提高到80-260℃进行轧制，以使有利织构<100>的点阵畸变储能γ_<100>高于<111>的点阵畸变储能γ_<111>，其储能差△γ大于零。

在中国专利申请号201210142261.8公开了一种高磁感变频压缩机用无取向硅钢及其制备方法，要求冷轧前先对常化板进行80-140℃的预热然后冷轧。但该专利没有说明其温轧对磁性的影响，仅是软化钢质，防止断带。

本发明要求常化板在80-260℃的温度下进行冷轧。温轧温度对产品组织和磁性的影响，发明者做了大量的实验。经过研究发现温轧温度通过影响冷轧板织构的点阵畸变储能，如果有利织构<100>的点阵畸变储能γ_<100>高于<111>的点阵基变储能γ_<111>，其储能差△γ大于零，则经过成品退火则易获得强度高、位向准的有利织构，从而提高磁感，同时减低铁损。

冷轧板温度与点阵畸变储能关系见图1，其中γ=

式中：γ—表示点阵畸变储能，单位为J/cm²；

ε—表示点阵畸变；

Ｅ—表示杨氏模量，单位为MPa；

μ—表示泊松比。

从图1中可见，在一定温度下的冷轧，使得<100>与<111>之间的储能差△γ成为正值。严格控制的预热温度为80℃-260℃，低于80℃储能差△γ较小成品退火后对织构不利，磁性能较差；大于260℃△γ减小，且会发生氧化，冷轧板板型较差。

本发明与现有技术相比，其通过适当的成分配比和较高纯净度的冶炼，然后经过热轧、常化及在80-260℃进行冷轧，在经过成品退火和去应力退火后获得了具有较高磁感应强度的高效电机用无取向电工钢薄板，其磁感应强度较高尤其是B₂₅₀₀≥1.71T, B₅₀₀₀≥1.78T，同时铁损P_1.0/50≤1.60W/kg，P_1.5/50≤3.00W/kg。相对于普通无取向电工钢来说，B₂₅₀₀高0.02-0.04T，铁损P_1.5/50低0.3-0.5W/kg，实现了高磁感和低铁损的配合；并且合金元素少，含量低，容易控制；常化、成品退火和去应力退火温度低，时间短，也有利于降低成本。

附图说明

图1为本发明冷轧温度与点阵畸变储能γ关系图。

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组分取值列表；

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磁性能检验结果。

本发明各实施例用按照以下步骤生产：

1）常规冶炼、连铸成坯后进行常规热轧，控制热轧后钢板的厚度为2.0~3.0mm；

2）进行卷取，控制其卷取温度在550~650℃；

3）进行常化，控制其常化温度在860~960℃，并在此温度下保温30~180s；

4）经常规酸洗后对钢板进行加热，加热在温度80~260℃；

5）进行冷轧，在80~260℃下进行冷轧，轧制成0.35±0.001mm的薄板；

6）进行成品退火并常规涂层，控制成品退火温度在810~930℃，并保温60~180s；

7）进行去应力退火，去应力退火温度为680~850℃，并在此温度下保温0.1~2h；

8）自然冷却至室温。

表1 本发明各实施例及对比例的组分取值列表（wt.%）

表2 本发明各实施例及对比例主要工艺

表3 本发明各实施例及对比例磁性能检验结果

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 (1)

1.生产0.35mm厚高效电机用高磁感无取向硅钢的方法，其步骤：

1）按照组分及重量百分比含量为：C≤0.0030%，Si 0.5~1.0%，Mn 0.5~1.5%， S≤0.0060%， N≤0.0060%，P：0.01~0.05%，其余为 Fe 和不可避免的杂质进行常规冶炼、连铸成坯后进行常规热轧，控制热轧后钢板的厚度为2.0~3.0mm；

2）进行卷取，控制其卷取温度在550~650℃；

3）进行常化，控制其常化温度在860~920℃，并在此温度下保温30~180s；

4）经常规酸洗后对钢板进行加热，加热温度在80~260℃；

5）进行冷轧，在80~260℃下进行冷轧，轧制成0.35±0.001mm的薄板；

6）进行成品退火并常规涂层，控制成品退火温度在810~930℃，并保温60~180s；

7）进行去应力退火，去应力退火温度为680~750℃或810~850℃，并在此温度下保温0.1~2h；

8）自然冷却至室温。