CN107794448B - 一种具有优异磁性能的高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

一种具有优异磁性能的高强度钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有优异磁性能的高强度钢板，按重量百分比计，部分化学成分为C：0.03～0.15，Si：≤0.15，Mn：1.00～1.80，P：≤0.025，S：≤0.010，Ti：0.08～0.18，Nb：0.03～0.07，N：≤0.010，其特征在于：余量的化学组分为Als：0.05～0.10，RE：0.10～0.20，V：0.03～0.07，O：≤0.005，其余为Fe及不可避免的夹杂。本发明所述具有优异磁性能的高强度钢板，可以实现高强度、高磁感性能的良好匹配：屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥11％，磁感性能B50≥1.70T，可以满足高单机容量的特大型水轮发电机转子磁轭用高强度高磁感性能钢的需求。

Description

一种具有优异磁性能的高强度钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及微合金化钢制造领域，具体地指一种适用于特大型水轮发电机转子磁轭部分所需的一种具有优异磁性能的高强度钢板及其制造方法。
背景技术
中国的水电和煤炭能源储备处于大体相同的水平，而水电资源是一种清洁无污染、可再生的资源，因而开发水电建设对于缓解我国电力紧张，实现可持续发展有着巨大的现实意义。随着党中央和国务院确定的“西部大开发”战略和“西电东送”战略的实施，以及按照国家发改委“大力开发水电”的指导方针，一大批三峡级的大型、巨型水电项目将在未来几十年内陆续开工建设，这些大型、巨型水电项目均需要单机容量80～100万千瓦级别的大型水轮发电机组，不仅对其转子磁轭部分用的的强度提出了更高要求，同时为提高发电效率，对磁感性能也提出了更高的要求。
在本发明申请之前，已有专利号为200710051251.2的发明专利记载了“C-Mn-Ti-Nb系热轧高强度高磁感性能钢及其制造方法”，其屈服强度为ReL≥700MPa，磁感性能B50≥1.5T，但实际值B50≤1.65T。申请号为201510921787.X的发明专利记载了“屈服强度≥750MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法”，其屈服强度≥750MPa，B50≥1.5T，但实际值B50≤1.63T。
以上发明专利中的钢板磁性能B50均在1.65T以下，而对于未来特大型水轮发电机组而言，磁感性能越高，发电效率也越高，因而急需研制和开发具有优异磁感性能的高强度磁轭钢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种具有优异磁性能的高强度钢板，适用于特大型水轮发电机转子磁轭部分所需的屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥11％，磁感性能B50≥1.70T。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种具有优异磁性能的高强度钢板，按重量百分比计，其中部分化学成分为C：0.03～0.15，Si：≤0.15，Mn：1.00～1.80，P：≤0.025，S：≤0.010，Ti：0.08～0.18，Nb：0.03～0.07，N：≤0.010，其特征在于余量的化学组分为Als：0.05～0.10，RE：0.10～0.20，V：0.03～0.07，O：≤0.005，其余为Fe及不可避免的夹杂。
优选地，本发明所涉及的具有优异磁性能的高强度磁轭钢，按重量百分比计，其化学成分为C：0.05～0.07，Si：≤0.15，Mn：1.61～1.72，P：≤0.015，S：≤0.010，Ti：0.12～0.15，Nb：0.04～0.06，N：≤0.010，Als：0.05～0.08，RE：0.10～0.20，V：0.04～0.06，O：≤0.005，其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述具有优异磁性能的高强度磁轭钢的制造方法，主要步骤依次为：铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理、浇注成板坯、热连轧机控轧控冷、卷取等。其中，热连轧控轧控冷是在热连轧机组进行，先将所浇注的板坯加热至1350～1400℃，然后粗轧，粗轧结束温度为≥1150℃；再然后精轧，终轧温度为940～980℃；钢板轧后采用层流冷却，终止冷却温度为550～650℃。
优选地，所浇注的板坯加热至1350～1380℃.
优选地，终止冷却温度为600～650℃。
本发明主要通过两种途径提高钢板磁性能，一种是通过添加稀土元素提高其自发磁化能力，稀土元素的原子内部有未填满的电子壳层，且原子间相互键合的作用对形成铁磁性有利。第二种是通过改善钢中内部显微结构，提高磁性能。钢板的磁性可以通过“磁畴”结构来解释，磁畴是磁矩方向一致的小区域，含有109～1015个原子，体积约10-9cm3(如图1)；各磁畴之间存在有一定宽度的畴壁；奥氏体晶界是阻碍磁畴运动的主要因素，同时畴壁含有沉淀相或杂质，对于畴壁运动也将起钉扎作用，结果会使磁导率下降，所以采用较高的加热温度，使原始奥氏体充分长大，降低晶界对磁畴运动的阻碍作用，从而提高磁感性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
首先，从组分含量上，本发明的钒(V)含量为0.03％～0.07％，V具有较强的细化晶粒和析出强化效果，同时可以促进稀土元素的固溶，提高钢板磁性能；稀土(RE)含量为0.10％～0.20％，稀土具有较好的磁性，可以有效提高钢板磁性能，同时，可以促进微合金元素的析出，增强析出强化效果，此外，通过扩散机制富集于晶界，减少杂质元素在晶界的偏聚，强化晶界；铝(Al)含量为0.05～0.10％，其主要作用是脱去钢水中的氧(O)，防止钛被氧化而失效，同时，Al可促进稀土元素的固溶，提高钢板磁性能；全氧(O)含量≤0.005％，主要是减少稀土与氧的结合，减少稀土夹杂物的产生，从而更好的发挥稀土的固溶及与微合金元素的交互作用。
第二，为了充分发挥稀土及细化晶粒等对磁性能的改善作用，本发明中在制造方法上，热连轧控轧控冷步骤通过超高温度加热，使钢中奥氏体晶粒尽量粗化，减少奥氏体晶界对磁畴壁的阻碍作用，同时使原始奥氏体组织均匀；然后高温粗轧，使奥氏体晶粒充分再结晶；再然后精轧。高温终轧尽量减少粗大的含Ti第二相粒子析出；在卷取阶段；钢板轧后采用层流冷却，使更多的Ti以纳米级尺寸的粒子形式析出，而纳米级析出物对磁性能几乎无不利影响，同时还可以得到显著的析出强化效果。
总体上，本发明的适用于特大型水轮发电机转子磁轭部分所需的一种具有优异磁性能的高强度钢板，可以实现高强度、高磁感性能的良好匹配：屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥11％，磁感性能B50≥1.70T，可以满足高单机容量的特大型水轮发电机转子磁轭用高强度高磁感性能钢的需求。
附图说明
图1为磁畴示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1-10
实施例1-10所述的具有优异磁性能的高强度钢板，其化学成份(wt％)具体如表1所示。
表1
成分 C Mn Si P S Als Ti Nb V RE O N
实施例1 0.03 1.80 0.02 0.015 0.006 0.05 0.08 0.05 0.07 0.20 0.002 0.006
实施例2 0.05 1.72 0.06 0.013 0.004 0.07 0.15 0.07 0.05 0.14 0.003 0.005
实施例3 0.07 1.74 0.03 0.012 0.006 0.10 0.12 0.06 0.04 0.12 0.003 0.006
实施例4 0.09 1.61 0.15 0.015 0.008 0.06 0.18 0.03 0.06 0.13 0.004 0.005
实施例5 0.10 1.23 0.10 0.015 0.005 0.07 0.13 0.04 0.03 0.10 0.002 0.010
实施例6 0.15 1.00 0.08 0.011 0.010 0.08 0.08 0.06 0.05 0.18 0.003 0.005
实施例7 0.05 1.60 0.07 0.013 0.002 0.05 0.12 0.04 0.04 0.12 0.002 0.004
实施例8 0.06 1.65 0.08 0.012 0.003 0.06 0.13 0.05 0.05 0.14 0.005 0.005
实施例9 0.07 1.70 0.05 0.015 0.004 0.07 0.15 0.06 0.04 0.15 0.003 0.005
实施例10 0.08 1.72 0.04 0.011 0.001 0.06 0.13 0.05 0.06 0.19 0.003 0.004
对比例1 0.02 0.95 0.18 0.18 0.015 0.01 0.04 0.01 0 0 0.010 0.011
对比例2 0.16 1.90 0.20 0.17 0.014 0.14 0.20 0.10 0.10 0.30 0.008 0.012
上述实施例1-10所述的具有优异磁性能的高强度钢板的制造方法如下：在炼钢厂80吨转炉上进行顶底复合吹炼，采用铁水深脱硫技术，使铁水中的S≤0.005％，钢水经过吹氩气后，再经过真空处理，使钢中的化学成份满足表1的要求，余量为Fe及不可避免的夹杂；再将满足表1要求的钢水浇注成200～300mm×900～1550mm断面的板坯；然后，将该板坯分别送至热连轧厂，在2250mm热连轧机上采用控轧控冷处理的热连轧生产工艺，将其轧制成热轧板。
其中，采用控轧控冷处理的热连轧生产工艺时，为充分发挥微合金元素在钢中的作用和保证钢板的尺寸规格、表面质量，最好利用大功率轧机的设备能力，减少轧制道次，提高道次压下率，先将板坯加热至1350～1400℃，粗轧累计压下率为80～90％，粗轧结束温度为≥1150℃；然后精轧，终轧温度为940～980℃；钢板轧后采用层流冷却，终止冷却温度为550～650℃，然后卷取，制得热轧板卷。实施例1-10所述的具有优异磁性能的高强度钢板的制造方法具体工艺参数和试验结果如表2所示。
表2
Figure BDA0001459634840000041
试验按热轧板工艺生产，从表2反映出的性能来看，各成分的3～6mm热轧板都能满足屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥11％，磁感性能B50≥1.70T的需求；而对比例1、2无法满足该性能要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种具有优异磁性能的高强度钢板的制造方法，主要步骤主要包括：铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理、浇注成板坯、热连轧机控轧控冷、卷取；其特征在于：热连轧控轧控冷是在热连轧机组进行，先将所浇注的板坯加热至1350～1380℃，然后粗轧，粗轧结束温度为≥1150℃；再然后精轧，终轧温度为940～980℃；钢板轧后采用层流冷却，终止冷却温度为600～650℃；
所述具有优异磁性能的高强度钢板，按重量百分比计，部分化学成分为C：0.03～0.15，Si：≤0.15，Mn：1.00～1.80，P：≤0.025，S：≤0.010，Ti：0.08～0.18，Nb：0.03～0.07，N：≤0.010，余量的化学组分为Als：0.05～0.10，RE：0.10～0.20，V：0.03～0.07，O：≤0.005，其余为Fe及不可避免的夹杂；
所述具有优异磁性能的高强度钢板，其屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥11%，磁感性能B50≥1.70T。
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