CN105803324B - 一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷轧磁极钢及其制造方法 - Google Patents

一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷轧磁极钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷轧磁极钢及其制造方法,该钢的化学成分质量百分比为:C:0.05~0.09%,Mn:0.75~1.15%,P≤0.025%,S≤0.01%,Al:0.015~0.05%,N≤0.01%,Nb:0.005~0.02%,Ti:0.05~0.09%,其余为Fe和不可避免的杂质,且须满足:Ti≥0.03%+3.43*N。本发明钢的化学成分简单,且添加廉价的Ti,大大降低了成本,并采用连续退火方式,显著提高了产品性能的均匀性,制造出的磁极钢的下屈服强度ReL≥450MPa,磁感应强度B50≥1.6T,钢板强度和磁感应强度配合良好,产品具有更加优良的综合性能。

Description

一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷轧磁极钢及其制造 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及冷乳磁极钢,具体涉及一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极 钢及其制造方法。
背景技术
[0002] 磁极是水轮发电机转子的关键部件,为保证机组高速运行的平衡和稳定,要求磁 极尺寸精度高和具有足够的强度,为了使机组减少涡流损失,磁极钢板又必须具有优良的 磁感。随着水电机组的发展,对磁极材料的强度、塑性、精度、耐磨性以及工艺性能等方面提 出更为严格的技术要求。目前,世界上只有少数发达国家如日本、德国、美国等能够生产优 质磁极板,中国在“八五”之前,磁极板100 %依赖进口。
[0003] 中国专利CN200610019773.X公开了一种450MPa级冷乳磁极钢的生产方法,该方法 采用罩式炉退火,生产时间长、成本较高;添加较多昂贵的Nb合金元素;材料磁性能有待进 一步提高。中国专利CN200910049782.7公开了一种屈服强度为500MPa级冷乳磁极钢的连续 退火方法,为满足高屈服强度要求其采用高^11、他、1^和¥合金,制造成本高,且51的添加 不利于热乳带钢的表面质量控制,易产生“红铁皮”缺陷,同时屈服强度500MPa级冷乳磁极 钢的磁性能远低于450MPa级磁极钢的性能。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁 极钢及其制造方法,该冷乳磁极钢的下屈服强度ReL
Figure CN105803324BD00041
450MPa,磁感应强度B5q
Figure CN105803324BD00042
:1.6T,钢板 强度和磁感应强度配合良好。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
[0006] —种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢,其化学成分质量百分比为:C: 0.05 〜0·09%,Μη:0·75 〜1.15%,
Figure CN105803324BD00043
,A1:0 · 015 〜0 · 05%
Figure CN105803324BD00044
, Nb:0.005〜0.02%,Ti :0.05〜0.09%,其余为Fe和不可避免的杂质,且上述成分含量必须 同时满足如下关系:
Figure CN105803324BD00045
[0007] 进一步,本发明所述冷乳磁极钢的化学成分还含有
Figure CN105803324BD00046
,以质量百分 比计。
[0008] 本发明所述冷乳磁极钢的微观组织为:铁素体+以碳化铌、碳化钛为主的析出物。
[0009] 再,所述冷乳磁极钢的下屈服强度
Figure CN105803324BD00047
,磁感应强度+
Figure CN105803324BD00048
,
[0010] 在本发明钢板的成分设计中:
[0011] C:本发明控制C含量主要是为了保证冷乳磁极钢的强度,但对磁极钢板而言,钢中 的C无论以固溶体形式还是渗碳体形式存在都会使铁损和磁时效增加,损害钢板的磁性能。 另一方面,高的C含量会使热乳钢卷的强度相应提高,冷乳乳机负荷增加。因此,本发明控制 C含量为0.05〜0.09%。
[0012] Si:随着Si含量增高,钢板的强度升高,电阻率P增加,钢带的铁损降低,但同时磁 感也降低。由于Si含量的增高,同时也会带来加工脆性增强,造成冷乳困难,热乳表面易形 成红色氧化铁皮,酸洗难以去除。因此,本发明控制Si含量在0.15 %以下。
[0013] Mn:板坯中加入Mn,形成置换固溶体,促进钢材下屈服强度和抗拉强度呈线性增 加,然而对于磁性而言,Mn含量在0.15-3.00 %时,磁感应强度随钢中的锰含量增加而降低, 因此要控制Mn含量不能太高,以免磁感应强度下降的过低;同时过高的Mn也会造成热乳钢 卷的强度提高,增加冷乳乳机的负荷。因此,本发明控制Mn含量为0.75〜1.15%。
[0014] Nb:钢中加入微合金元素Nb,使钢中形成的尺寸较细小的碳化物延迟再结晶,达到 细晶强化和析出强化目的,同时对钢磁性的影响要比固溶碳和渗碳体的影响要小,这样就 使钢板的强度指标得到提高,同时也保证了钢板的磁感应强度。Nb合金成本较高,本发明在 保证钢的强度和磁性能的同时,添加尽量少的Nb合金,因此本发明控制Nb含量为0.005〜 0.02%〇
[0015] Ti :在钢中入Ti的效果与Nb近似,TiC在钢中的析出同样能起到细化晶粒和阻碍位 错滑移的作用。但Ti元素会优先与钢中N元素结合生成TiN,因此钢中N元素含量过高,会削 弱Ti的强化效果。因此,本发明控制Ti含量为0.05〜0.09 %。
[0016] N:N在钢种为间隙固溶杂质元素,由于N与Ti结合能力强于C与Ti的结合能力。因此 N含量过高会影响Ti元素的强化效果。因此,本发明控制N含量为NS0.01%。
[0017] Al:在本发明中Al元素的添加主要作为钢的脱氧剂使用,0元素在钢中会严重影响 材料的塑形,使材料延伸率下降。添加Al后可与0形成Al2O3随保护渣排除钢水。因此,本发明 控制Al含量为0.015〜0.05%。
[0018] S: S对磁极钢的电磁性能影响很大,S与Mn结合形成MnS等有害杂质,减弱了钢中Mn 元素的强化作用,而且当形成细小的MnS时,可以强烈阻碍成品退火时的晶粒长大,磁感大 幅度下降、铁损大幅度提高。原则上钢中S含量越低越好,但从炼钢成本和可操作性的角度, 钢中的S含量控制在0.01%以下,即可满足本发明产品的需求。
[0019] P:P对无取向电工钢钢带的脆化作用较大,P沿晶界偏聚加大,导致最终退火时的 晶粒长大受阻,而且在阻碍{110}织构发展的基础上促进了 {222}织构发展,导致磁感降低。 因此,在磁极钢板的实际生产中,应控制P元素<0.025%为好。
[0020] 本发明为保证成品强度及磁性能,化学成分中Ti含量与N含量应满足如下关系:Ti 彡0.03%+3.43*N,公式中Ti、N代表相应元素的质量百分比。Ti在钢中的固溶度非常低,Ti 会优先与N元素结合,但TiC对晶格的畸变作用要高于TiN,因此较低的Ti含量将不能得到足 够体积分数的TiC来有效阻止晶粒粗化,材料的成品强度和磁性能就难以保证。因此,必须 保证成分中Ti在与N全部结合生成TiN后,仍有过剩Ti与C反应生成足量的TiC13TiN中Ti/N的 理想化学配比是3.43,因此本发明中Ti与N含量要求满足上公式时,钢种的Ti将以TiC质点 形式存在而显著阻止再结晶,起到析出强化的作用。
[0021] 本发明所述屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢的制造方法,其包括如下 步骤:
[0022] 1)冶炼、铸造
[0023] 按下述化学成分经冶炼、铸造后得板坯;所述化学成分的质量百分比为:C:0.05〜 0.09%,Mn:0.75〜1.15%,P<0.025%,S<0.01%,Al:0.015〜0.05%,N<0.01%,Nb: 0.005〜0.02 %,Ti : 0.05〜0.09%,其余为Fe和不可避免的杂质,且上述成分含量必须同时 满足如下关系:
Figure CN105803324BD00061
[0024] 2)加热:将板坯加热至1230〜1280°C ;
[0025] 3)热乳:终乳温度为830〜900°C,卷取温度为530〜590°C ;
[0026] 4)酸洗:将热乳钢卷冷却至60〜80°C进行酸洗;
[0027] 5)冷乳:冷乳压下率为41〜75 %;
[0028] 6)连续退火:均热段温度为790〜830°C,均热段时间为120〜200s;
[0029] 7)平整:采用0.3〜0.9 %平整延伸率进行平整,制成450MPa级冷乳磁极钢。
[0030] 进一步,步骤1)中所述化学成分还含有:
Figure CN105803324BD00062
,以质量百分比计。
[0031] 本发明所述冷乳磁极钢的下屈服强度1 „
Figure CN105803324BD00063
,磁感应强度
Figure CN105803324BD00064
[0032] 本发明所述冷乳磁极钢的微观组织为:铁素体+以碳化铌、碳化Ti为主的析出物。
[0033] 本发明是Nb、Ti复合强化的合金钢,Nb、Ti的析出物在连铸过程中已部分析出并长 大,无法取得最佳的细晶强化和析出强化效果,因此,本发明采用1230〜1280Γ的板坯加热 制度,使得已析出的Nb、Ti化物重新溶解,并通过后续工艺的控制,在成品钢中细小、弥散的 析出。
[0034] 同时对于本发明Nb、Ti复合强化的合金钢,终乳温度和卷取温度越高,热乳板晶粒 相对较大,在后期退火中的得到长大,成品得到相对较大的晶粒,电磁性能相对较好,强度 则有所降低。而如果终乳温度和卷取温度过低,在精乳及卷取过程中会产生大量弥散的析 出物,强度会有显著提高,但细小弥散的析出物会阻碍晶粒的长大,电磁性能会显著下降。 本发明控制热乳的终乳温度为830〜900°C,卷取温度为530〜590°C,目的为在单相区进行 终乳通过动态再结晶细化晶粒,同时低温卷取控制析出物在热卷中的析出,以便后续退火 过程中析出物在成品弥散析出。
[0035] 由于在热乳过程中使微合金化元素Nb、Ti化合物重新溶解,其热乳钢带的强度较 适宜冷乳乳制,从而有效减缓对乳机的负荷,因此可适当提高冷乳压下率,充分积聚变形畸 变能,使再结晶后的钢板强度指标达到要求。因此,本发明控制冷乳磁极钢冷乳压下率为41 〜75%,从而保证一定的表面质量和力学性能,板形控制良好。
[0036] 本发明采用连续退火方式,生产稳定,过程易于控制,使得产品的均匀性得到很大 提升,头尾性能差异减小,而且连续退火生产周期短,成本低,对批量生产高等级磁极钢十 分有利。退火炉均热段温度控制在790〜830°C,均热段保温时间需多120s,目的是得到细小 均匀的完全再结晶组织。如果均热段温度过高,晶粒尺寸过大,钢板强度降低;而均热段温 度过低或均热段保温时间不足,成分无法完全再结晶,强度偏高塑性下限,影响钢板冲压成 形,在本发明工艺下退火,可以达到控制再结晶晶粒尺寸并给予析出物充分析出的时间。
[0037] 本发明平整工艺中平整延伸率的确定与钢的化学成分、冶炼方式、成品规格和表 面粗糙度有关,合适的平整延伸率可以起到稳定产品性能,并可控制良好板形。本发明采用 0.3〜0.9 %平整延伸率进行平整,可以保证板形质量,且对提高磁极钢的磁性性能有利,同 时对提高钢板的强度有一定作用。
[0038] 本发明中板坯简洁的C、Si、Mn成分便于生产冶炼,热乳工艺生产操作简单易于控 制,减小了冷乳乳机的负荷,连续退火工艺成熟,易于大批量生产。另外,由于本发明钢化学 成分要求简单,生产工艺简单,因此生产成本低廉,具有显著的经济效益和强劲的市场竞争 力。
[0039] 本发明生产的产品集高磁感、低成本于一体,适用于制造大型水轮发电机转子体 磁极铁芯,既可以满足水轮发电机转子体磁极在强度上的要求,也满足了减少机组涡流损 失的要求。同时,本发明方法采用连续退火方式,大大提高了产品的均匀性,降低生产成本, 给生产厂家和用户带来了更大的经济效益和社会效益。
[0040] 本发明的有益效果:
[0041] 1)本发明对钢的化学成分进行了优化,添加适量微合金元素,保证了钢板的强度 和磁感应强度的要求,从而解决了高强度与高磁感应强度之间的矛盾,钢板强度和磁感应 强度配合良好,产品具有更加优良的综合性能。
[0042] 2)本发明所述制造方法生产周期短,机组产能高。尤其是,与罩式退火相比(罩式 炉退火周期在50〜80小时),本发明采用连续退火具有生产效率高、生产周期短(退火周期 不超过1.1小时)、能耗低及劳动定员少、产品性能均匀等优点。
[0043] 3)本发明制造出的磁极钢产品性能均匀,头尾性能差异小,磁感应强度B50
Figure CN105803324BD00071
1.60T,且由于采用连续退火,磁性能均匀(头尾性能差异小于0.02T);产品具有良好的机械 性能,其下屈服强度Rei
Figure CN105803324BD00072
:450MPa,抗拉强度Rm
Figure CN105803324BD00073
:550MPa,断裂伸长率A5q
Figure CN105803324BD00074
:18%,钢板的磁感 应强度和强度配合良好。
[0044] 4)本发明制造出的磁极钢产品板形良好,横向厚差小,同板差
Figure CN105803324BD00075
0.02mm,尺寸精度 高;产品表面质量好,综合成材率高。
附图说明
[0045] 图1为本发明实施例钢的典型微观组织照片。
具体实施方式
[0046] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0047] 表1为本发明实施例钢的成分,表2为本发明实施例钢的制造工艺,表3为本发明实 施例钢的力学性能和磁性能。
[0048] 本发明实施例的制造方法,具体步骤如下:
[0049] 1)板坯加热,加热温度为1230〜1280°C。
[0050] 2)热乳:终乳温度为830〜900°C;变形采用7道次乳制,钢坯由30mm最终乳成2〜 4_规格的薄钢板,乳制后采用喷射式水冷方式冷却至530〜590°C进行卷取。
[0051] 3)采用空冷方式冷却,将热乳钢卷冷却到60〜80°C进行酸洗。
[0052] 4)冷乳:冷乳压下率为41〜75%,冷乳成1〜2mm规格的薄钢板。
[0053] 5)在连续退火炉中以790〜830°C的均热段温度进行连续退火,均热段时间为120 〜200s。
[0054] 6)采用0.3〜0.9%平整延伸率进行平整,制成450MPa级的冷乳磁极钢。
[0055] 图1为本发明钢的典型微观组织照片,由图1可知,本发明制造的冷乳磁极钢的微 观组织为:铁素体+析出物,析出物以碳化铌+碳化钛为主。
[0056] 本发明实施例钢的力学性能和磁性能如表3所示。由表3可知,采用本发明方法生 产的冷乳磁极钢产品的下屈服强度Rei彡450MPa,抗拉强度Rm彡550MPa,磁感应强度B50彡 1.60T,断裂伸长率A5Q
Figure CN105803324BD00081
:18%。
[0057] 表1单位:质量百分比
Figure CN105803324BD00082
[0061]表3
Figure CN105803324BD00091

Claims (10)

1. 一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢,其化学成分质量百分比为:C: 0.05〜0.09%,Mn:0.75〜1.15%,P<0.025%,S<0.01%,Al:0.015〜0.05%,N<0.01%, Nb:0.005〜0.02%,Ti :0.05〜0.09%,其余为Fe和不可避免的杂质,且上述成分含量必须 同时满足如下关系:Ti彡0.03%+3.43*N; 所述屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢的制造方法,其包括如下步骤: 1) 冶炼、铸造 按所述化学成分经冶炼、铸造后得板坯; 2) 加热:将板坯加热至1232〜1280°C; 3) 热乳:终乳温度为830〜900°C,卷取温度为530〜590°C ; 4) 酸洗:将热乳钢卷冷却至60〜80°C进行酸洗; 5) 冷乳:冷乳压下率为41〜75 %; 6) 连续退火:均热段温度为790〜830°C,均热段时间为120〜200s; 7) 平整:采用0.3〜0.9%平整延伸率进行平整,制成450MPa级冷乳磁极钢。
2. 根据权利要求1所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢,其特征在于,所 述冷乳磁极钢的化学成分还含有:0<Si<0.15%,以质量百分比计。
3. 根据权利要求1或2所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢,其特征在 于,所述冷乳磁极钢的微观组织为:铁素体+以碳化铌、碳化钛为主的析出物。
4. 根据权利要求1或2所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢,其特征在 于,所述冷乳磁极钢的下屈服强度Ra彡450MPa,磁感应强度B5q彡1.6T。
5. 根据权利要求3所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢,其特征在于,所 述冷乳磁极钢的下屈服强度Ra彡450MPa,磁感应强度B5q彡1.6T。
6. —种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢的制造方法,其包括如下步骤: 1) 冶炼、铸造 按下述化学成分经冶炼、铸造后得板坯;所述化学成分的质量百分比为:C: 0.05〜 0.09%,Mn:0.75〜1.15%,P<0.025%,S<0.01%,Al:0.015〜0.05%,N<0.01%,Nb: 0.005〜0.02 %,Ti : 0.05〜0.09%,其余为Fe和不可避免的杂质,且上述成分含量必须同时 满足如下关系:Ti彡0·03%+3·43*Ν; 2) 加热:将板坯加热至1232〜1280°C; 3) 热乳:终乳温度为830〜900°C,卷取温度为530〜590°C ; 4) 酸洗:将热乳钢卷冷却至60〜80°C进行酸洗; 5) 冷乳:冷乳压下率为41〜75 %; 6) 连续退火:均热段温度为790〜830°C,均热段时间为120〜200s; 7) 平整:采用0.3〜0.9%平整延伸率进行平整,制成450MPa级冷乳磁极钢。
7. 根据权利要求6所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢的制造方法,其 特征在于,步骤1)中所述化学成分还含有:0<Si<0.15%,以质量百分比计。
8. 根据权利要求6或7所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢的制造方法, 其特征在于,所述冷乳磁极钢的微观组织为:铁素体+以碳化铌、碳化钛为主的析出物。
9. 根据权利要求6或7所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢的制造方法, 其特征在于,所述冷乳磁极钢的下屈服强度Ra彡450MPa,磁感应强度B5q彡1.6T。
10.根据权利要求8所述的屈服强度450MPa级高磁感低成本冷乳磁极钢的制造方法,其 特征在于,所述冷乳磁极钢的下屈服强度Ra彡450MPa,磁感应强度B5q彡1.6T。
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