CN108286021A

CN108286021A - 一种高磁感无取向硅钢板的制备方法

Info

Publication number: CN108286021A
Application number: CN201810255530.9A
Authority: CN
Inventors: 刘海涛; 安灵子; 陈冬梅; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-07-17
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: CN108286021B

Abstract

一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，包括以下步骤：(1)冶炼钢水，成分按质量百分比含Si 0.7～1.1％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.1～0.4％，S 0.001～0.006％，N≤0.005％，P≤0.1％，O≤0.003％，C≤0.005％，Sn 0～0.2％，Sb 0～0.2％，余量为Fe；连铸制成连铸坯；(2)加热至1100～1200℃保温后进行热轧，终轧温度为780～840℃，卷取温度为550～630℃；(3)进行罩式退火或连续退火；(4)冷轧获得冷轧板；(5)在保护气氛中进行最终退火。本发明的方法不仅对低硫无取向硅钢的磁性能有较好的改善作用，对硫含量较高的无取向硅钢的磁性能也有着十分明显的改善作用。

Description

一种高磁感无取向硅钢板的制备方法

技术领域

本发明属于电工钢板制造领域，特别涉及一种高磁感无取向硅钢板的制备方法。

背景技术

节能降耗已成为我国政府以及各大企业高度重视的热点问题；而无取向硅钢作为一种重要的节能金属功能材料，在电力、电子和军事工业中占有非常重要的地位，主要用于制造各种电机的铁芯。如今，机电产品正朝着小型化、高精度化、高效率化方向发展，因此高磁感无取向硅钢的开发显得尤为重要。

武钢2001年发明了一种高磁感系列无取向电工钢及生产方法，采用了P和Sn/Sb的复合添加，且S含量需要控制在0.003％以下，实现了高磁感无取向硅钢的制备；首钢2011年发明了一种低铁损高磁感无取向电工钢的制造方法，采用不含Al或含0.005-0.60％Al的低碳低硅电工钢铸坯，要求终轧温度为900～970℃，通过调整优化常化、冷轧和退火等工艺匹配，生产出P_15/50＝3.1～3.8W/Kg、B₅₀＝1.69～1.81T的全工艺无取向电工钢；北京科技大学和清华大学2011年发明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，在(Si+Al)＝1.1～1.3％的冷轧无取向硅钢中加入了适量的铜元素，利用热轧带中析出含铜化合物来促进钢中有利织构组分{110}的形成，生产的最终成品板的磁感B₅₀大于1.7T，铁损P_1.5/50小于4.0W/kg；武钢2013年发明了一种无需常化的高磁感低铁损耐酸蚀无取向硅钢及生产方法，通过Sn和Cu的复合添加，生产的无取向硅钢最终成品板的磁感B₅₀达到1.70T以上、铁损P_1.5/50小于4.70W/kg，并具有较好耐酸腐蚀性能；已有的研究工作中有一些是通过钢液的纯净化以及微合金元素的添加设计来实现高磁感无取向硅钢的制备，但是该方法提高了生产成本和冶炼难度；还有一些是通过较高终轧温度的控制来实现高磁感无取向硅钢的制备，其不足之处在于要保证如此高的终轧温度，实施起来较为困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，通过控制热轧工艺来调控热轧钢板内部晶粒的长径比以获得较低的形变储存能，然后再通过罩式退火或连续退火形成粗大的晶粒组织，再经冷轧和最终退火后得到粗大的晶粒组织以及有利的织构组分，显著改善无取向硅钢的磁性能。

本发明的方法包括以下步骤：

(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按质量百分比含Si 0.7～1.1％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.1～0.4％，S 0.001～0.006％，N≤0.005％，P≤0.1％，O≤0.003％，C≤0.005％，Sn 0～0.2％，Sb 0～0.2％，余量为Fe；将钢水经连铸机连铸制成连铸坯，厚度60～250mm；

(2)将连铸坯加热至1100～1200℃并保温0.5～2h，然后进行热轧，开轧温度1100～1200℃，终轧温度为780～840℃，卷取温度为550～630℃，卷取后空冷至室温，得到厚度2～4mm的热轧板；

(3)将热轧板进行罩式退火或连续退火；罩式退火时，先进行酸洗，然后进行罩式退火，退火温度700～800℃，时间1～5h，退火气氛为氢气气氛，然后随炉冷却至室温，得到退火板；连续退火时，退火温度850～1100℃，时间1～5min，随炉冷却至室温，然后进行酸洗，得到退火板；

(4)将退火板进行冷轧，获得厚度0.5mm冷轧板；

(5)将冷轧板在保护气氛中进行最终退火，温度850～1000℃，时间1～5min，最后涂覆绝缘膜，制成高磁感无取向硅钢板。

上述热轧板内部晶粒的平均长径比为1.5～5.0。

上述的步骤(5)中，保护气氛为H₂和N₂混合气氛，其中H₂的体积百分比为10～95％。上述的高效电机用高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀为1.754～1.791T，铁损P_1.5/50≤4.40W/kg。

上述的方法中，钢水的优选成分按质量百分比含Si 0.7～1.1％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.1～0.4％，S 0.001～0.003％，N≤0.005％，P≤0.1％，O≤0.003％，C≤0.005％，Sn 0～0.2％，Sb 0～0.2％，余量为Fe；制成的高效电机用高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.782～1.791T，铁损P_1.5/50≤3.75W/kg。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

通过控制热轧工艺来调控热轧板内部的组织状态(即钢板内部晶粒的平均长径比为1.5～5.0)，以获得较低的形变储存能；随后热轧板进行退火时，由于储存能较低不易发生再结晶，却有利于通过形变诱导晶界迁移而获得粗大的晶粒组织；一方面，这种粗大的晶粒在随后的冷轧过程中获得的累积变形储存能较少，抑制了不利γ(<111>∥ND)织构的发展；另一方面，这种粗大的晶粒在随后的冷轧过程中易于形成大量的晶内剪切带，有利于退火过程中Goss({110}<001>)和λ(<001>∥ND)再结晶织构的形核和长大；所以，经过最终退火后，可以显著提高Goss和λ有利织构、降低γ不利织构，并且，显著提高晶粒尺寸，从而使磁性能大幅度提升。

本发明的方法不仅对低硫无取向硅钢的磁性能有较好的改善作用，对硫含量较高(S的质量百分比在0.003～0.006％)的无取向硅钢的磁性能也有着十分明显的改善作用。

附图说明

图1为本发明的高磁感无取向硅钢板的制备方法流程示意图；

图2为本发明实施例1中进行最终退火后的板材的金相组织图；

图3为本发明实施例1中进行最终退火后的板材的的ODF截面图；

图4为本发明对比例1中进行最终退火后的板材的金相组织图；

图5为本发明对比例1中进行最终退火后的板材的的ODF截面图；

图中，S＝1.0是指表层处，S＝0.5是指距表层距离为板材厚度1/4处，S＝0是指距表层距离为板材厚度1/2处。

具体实施方式

本发明实施例中的流程如图1所示。

本发明实施例中磁性测量采用如下方式：按与轧向成0°和90°分别在最终退火后的板材上选取三个试样，每个试样厚度为0.5mm，长度为100mm，宽度为30mm；测量在单片测试仪上进行，测量每个试样0°和90°两个方向上的B₅₀和P_1.5/50，并对测量结果取平均值；其中B₅₀表示在5000A/m磁场下的磁感应强度，单位为T；P_1.5/50表示磁感应强度为1.5T时，在50Hz交变磁场下的铁损，单位为W/kg。

本发明实施例中材料磁感应强度和铁损的测量依据《单片电工钢片(带)磁性测量法》(GB/T 13789-1992)进行；采用MATS-2010M硅钢磁性能测量装置进行磁性能测量。

本发明实施例中观测金相组织采用的设备为Leica金相显微镜。

本发明实施例中使用金相显微镜得到低倍数的金相组织照片后，采用IPWIN60进行晶粒尺寸测量，并计算长径比。

本发明实施例中宏观织构的检测设备为Bruker D8Discover型X射线衍射仪，并采用取向分布函数(ODF)分析试样的宏观织构。

实施例1

制备方法包括以下步骤：

按设定成分冶炼钢水，其成分按质量百分比含Si 1.041％，Mn 0.2％，Al 0.24％，S 0.0058％，N 0.0024％，P 0.015％，O 0.0015％，C 0.0036％，余量为Fe；将钢水经连铸机连铸制成连铸坯，厚度70mm；

将连铸坯加热至1150℃并保温1h，然后进行7道次热轧，终轧温度为830℃，卷取温度为620℃，卷取后空冷至室温，得到厚度2.35mm的热轧板；热轧板内部晶粒的平均长径比为2.5；

将热轧板先进行酸洗，然后进行罩式退火，退火温度720℃，时间1.5h，退火气氛为氢气气氛，然后随炉冷却至室温，得到退火板；

将退火板进行冷轧，获得冷轧板，厚度0.5mm；

将冷轧板在保护气氛中进行最终退火，保护气氛为H₂和N₂混合气氛，其中H₂的体积百分比为50％，温度890℃，时间3min，最后涂覆绝缘膜，制成高磁感无取向硅钢板；磁感应强度B₅₀＝1.763T，铁损P_1.5/50＝4.30W/kg；金相组织如图2所示，平均晶粒尺寸为40.6μm；的ODF截面图如图3所示，可见有利的Goss织构和λ织构较强，而不利的γ织构较弱。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含Si 1.024％，Mn 0.2％，Al 0.26％，S 0.0057％，N0.0022％，P 0.016％，O 0.0018％，C 0.0033％，余量为Fe；连铸坯厚度240mm；

(2)连铸坯在1200℃保温0.5h，热轧终轧温度为800℃，卷取温度为580℃，热轧板厚度3.8mm，内部晶粒的平均长径比为3.2；

(3)罩式退火温度710℃，时间1.5h；

(4)最终退火温度900℃，时间2min，保护气氛中H₂的体积百分比为10％；高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.754T，铁损P_1.5/50＝4.39W/kg。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含Si 1.028％，Mn 0.22％，Al 0.25％，S 0.0053％，N0.0022％，P 0.015％，O 0.0018％，C 0.0036％，余量为Fe；连铸坯厚度120mm；

(2)连铸坯在1100℃保温2h，热轧终轧温度为790℃，卷取温度为560℃，热轧板厚度2.82mm，内部晶粒的平均长径比为2.8；

(3)将热轧板进行连续退火，退火温度950℃，时间3min，随炉冷却至室温，然后进行酸洗，得到退火板；

(4)最终退火温度980℃，时间1min，保护气氛中H₂的体积百分比为95％；高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.758T，铁损P_1.5/50＝4.32W/kg。

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含Si 1.039％，Mn 0.20％，Al 0.25％，S 0.0024％，N0.0023％，P 0.015％，O 0.0016％，C 0.0038％，余量为Fe；连铸坯厚度80mm；

(2)连铸坯在1150℃保温1h，热轧终轧温度为820℃，卷取温度为620℃，热轧板厚度2.4mm，内部晶粒的平均长径比为2.7；

(3)罩式退火温度800℃，时间1h；

(4)最终退火温度890℃，时间3min，保护气氛中H₂的体积百分比为60％；高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.782T，铁损P_1.5/50＝3.72W/kg。

实施例5

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含Si 0.725％，Mn 0.11％，Al 0.10％，S 0.0017％，N0.0033％，P 0.020％，O 0.0019％，C 0.0045％，Sn 0.16％，Sb 0.04％，余量为Fe；连铸坯厚度130mm；

(2)连铸坯在1200℃保温0.5h，热轧终轧温度为840℃，卷取温度为630℃，热轧板厚度2.78mm，内部晶粒的平均长径比为1.9；

(3)将热轧板进行连续退火，退火温度850℃，时间5min，随炉冷却至室温，然后进行酸洗，得到退火板；

(4)最终退火温度850℃，时间5min，保护气氛中H₂的体积百分比为35％；高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.791T，铁损P_1.5/50＝3.75W/kg。

实施例6

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含Si 0.933％，Mn 0.29％，Al 0.40％，S 0.0015％，N0.0028％，P 0.019％，O 0.0021％，C 0.0041％，Sn 0.08％，Sb 0.15％，余量为Fe；连铸坯厚度190mm；

(2)连铸坯在1100℃保温2h，热轧终轧温度为780℃，卷取温度为550℃，热轧板厚度3.6mm，内部晶粒的平均长径比为4.3；

(3)将热轧板进行连续退火，退火温度1100℃，时间1min，随炉冷却至室温，然后进行酸洗，得到退火板；

(4)最终退火温度1000℃，时间1min，保护气氛中H₂的体积百分比为80％；高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.785T，铁损P_1.5/50＝3.73W/kg。

对比例1

方法同实施例1，不同点在于：

(1)热轧板不进行退火，直接冷轧；

(2)获得的硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.722T，铁损P_1.5/50＝4.99W/kg；显微组织如图4所示，平均晶粒尺寸为35.9μm；的ODF截面图如图5所示，γ织构较为强烈，且有利的Goss织构和λ织构含量极其微弱。

对比例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)热轧时终轧温度890℃，卷取温度700℃；内部晶粒的平均长径比为1.2；

(2)获得的硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.741T，铁损P_1.5/50＝4.46W/kg。

对比例3

方法同实施例1，不同点在于：

(1)热轧时终轧温度750℃，卷取温度530℃；内部晶粒的平均长径比为5.4；

(2)获得的硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.714T，铁损P_1.5/50＝4.68W/kg。

对比例4

方法同实施例4，不同点在于：

(1)热轧板不进行退火，直接冷轧；

(2)获得的硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.758T，铁损P_1.5/50＝4.25W/kg。

对比例5

方法同实施例4，不同点在于：

(1)热轧时终轧温度750℃，卷取温度540℃；内部晶粒的平均长径比为5.4；

(2)获得的硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.747T，铁损P_1.5/50＝4.03W/kg。

由对比例可见，当热轧终轧温度不在设定范围内时，内部晶粒的平均长径比不能控制在设计范围内，当热轧和冷轧之间没有进行退火处理时，产品的磁性能均有明显恶化；无论是高硫系列无取向硅钢还是低硫系列无取向硅钢，本发明实施例中的磁性能都显著优于对比例。

Claims

1.一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按质量百分比含Si 0.7～1.1％，Mn 0.1～0.3％，Al0.1～0.4％，S 0.001～0.006％，N≤0.005％，P≤0.1％，O≤0.003％，C≤0.005％，Sn 0～0.2％，Sb 0～0.2％，余量为Fe；将钢水经连铸机连铸制成连铸坯，厚度60～250mm；

(4)将退火板进行冷轧，获得厚度0.5mm冷轧板；

(5)将冷轧板在保护气氛中进行最终退火，温度850～1000℃，时间1～5min，最后涂覆绝缘膜，制成高效电机用高磁感无取向硅钢板。

2.根据权利要求1所述的一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，其特征在于步骤(2)中的热轧板内部晶粒的平均长径比为1.5～5.0。

3.根据权利要求1所述的一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，其特征在于步骤(5)中，保护气氛为H₂和N₂混合气氛，其中H₂的体积百分比为10～95％。

4.根据权利要求1所述的一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，其特征在于所述的高磁感无取向硅钢板磁感应强度B₅₀为1.754～1.791T，铁损P_1.5/50≤4.40W/kg。

5.根据权利要求1所述的一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，其特征在于所述的钢水的优选成分按质量百分比含Si 0.7～1.1％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.1～0.4％，S 0.001～0.003％，N≤0.005％，P≤0.1％，O≤0.003％，C≤0.005％，Sn 0～0.2％，Sb 0～0.2％，余量为Fe；制成的高磁感无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.782～1.791T，铁损P_1.5/50≤3.75W/kg。