CN109112268A

CN109112268A - 一种改善无取向硅钢磁性能的方法

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Publication number: CN109112268A
Application number: CN201811299308.5A
Authority: CN
Inventors: 刘海涛; 陈冬梅; 王超; 刘光军; 安珍珍; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2038-11-02
Also published as: CN109112268B

Abstract

一种改善无取向硅钢磁性能的方法，包括以下步骤：(1)冶炼钢水，其成分含Si 0.1～1.2％，Al 0.1～0.5％，Mn 0.05～0.4％，P≤0.2％，S≤0.003％，N≤0.005％，C≤0.005％，Sb 0～0.2％，Sn 0～0.2％，其余为Fe；钢水连铸制成连铸坯；(2)加热到1100～1200℃并保温1～2h后热轧，控制终轧温度(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃；热轧完成后卷取；(3)开卷后常化处理；(4)酸洗后冷轧；(5)在保护气氛条件下进行退火处理，随炉冷却至400～500℃后空冷至室温，涂覆绝缘膜。本发明冷轧前晶粒尺寸达到120～200μm，经冷轧与退火，有利织构提高，不利织构组分显著降低，从而使铁损降低的同时，磁感应强度明显提高。

Description

一种改善无取向硅钢磁性能的方法

技术领域

本发明属于无取向电工钢制造技术领域，具体涉及一种改善无取向硅钢磁性能的方法。

背景技术

无取向硅钢主要用于制作电机的铁芯材料，是以控制磁性能为目标的产品。随着家电产品正朝着小型化、高精度化、和高效率化方向发展，对无取向硅钢的磁性能的要求也越来越高。改善无取向硅钢磁性不仅能有效提高电机效率，还可以降低能耗，保护环境。由于无取向硅钢的生产厂家众多，市场竞争激烈，迫切需要实现高磁感化。所以，研发低成本、高磁感无取向硅钢制造技术成为了国内外研究的热点。

新日本制铁株式会社专利号CN1047207C，公开了一种高磁感冷轧无取向硅钢的成分及其生产工艺，其成分特征是将Mn元素提高到1％，严格控制C、N、S元素含量低于0.003％，工艺特征为终轧温度在(Ar₃+50)相区，在(Ar₁-50)℃～(Ar₁+Ar₃)/2范围内卷取并退火，磁性能B₅₀为1.79～1.80T，但其铁损P_1.5/50>5.0W/kg，磁感高的同时铁损也较高。

浦项中国专利CN101346484B公开了一种具有改进的磁性能的无取向电工钢板机器制造方法，其特点在于控制Mn/S比例，使Mn满足公式：0.10+100*S(wt.％)≤Mn(wt.％)≤0.21+200*S(wt.％)，通过控制MnS等细小析出物来改善磁性能；工艺特点为控制热轧板退火温度为：771+165000*S(wt.％)≤热轧板退火温度≤851+195000*S(wt.％)。最终得到的铁损很低，P_1.5/50为2.0～2.5W/kg，但磁感也较低B₅₀为1.65～1.67T。

武钢专利号CN1370850A，公开了一种高磁感系列无取向电工钢及生产万法。其成分特征为Si≤2.0％，Mn 0.15～0.8％，Al≤0.008％，(P+Sb/Sn)0.08～0.45％为复合添加；工艺特征为采用低温热轧，按T_Am＝786.83K+61.04Si(％)确定退火均热温度。P_1.5为2.70～13.00W/kg，B₅₀达1.76～1.82T，但(P+Sb/Sn)0.08～0.45％复合添加量较高，生产成本较高。

中国专利号CN2009 10083999.X，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；其成分特征为(Si+Al)＝1.1～1.3％，Mn 0.5～0.6％和Cu 0.1～0.4％，其磁感应强度B₅₀>1.7T，铁损P_1.5/50<4.0W/kg；由于(Si+Al)总量偏低，导致磁性能较差；其加入了0.5～0.6％的锰，增大了热轧难度；加入0.1～0.4％的铜也会抑制成品板晶粒长大。

浦项专利200580044009.公开了一种通过钢的相变控制热轧织构来制造具有优良特性的电工钢板的技术；其成分特征为：Si 1.0～3.0％，Al 0.1～1.5％，Mn 0.1～2.0％，其中Mn和Al满足：-0.2<m(＝Mn－Al)<1.0，且加入Sb、Sn的一种或两种；热轧控制70％以上在两相区，终轧道次压下率很低，使热轧板晶粒全部为等轴晶；其铁损P_1.5/50为2.8～3.2W/kg，但是磁性能B₅₀为1.73～1.75T，铁损低的同时磁感也较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善无取向硅钢磁性能的方法，通过依据元素含量确定γ/α相变温度，进而通过调控终轧温度使热轧板中存在少量的未再结晶组织获得少量的形变储能，经常化处理获得粗大晶粒，改善无取向硅钢的磁性能。

本发明的方法包括以下步骤：

(1)按设定化学成分冶炼钢水，其成分按质量百分比含Si 0.1～1.2％，Al 0.1～0.5％，Mn0.05～0.4％，P≤0.2％，S≤0.003％，N≤0.005％，C≤0.005％，Sb 0～0.2％，Sn0～0.2％，其余为Fe和不可避免的杂质；将上述成分的钢水经连铸机制成连铸坯，厚度为200～250mm；

(2)将连铸坯加热到1100～1200℃并保温1～2h，然后进行热轧，控制终轧温度为T，且T＝(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃，其中Ar₁为γ/α相变温度，单位℃；热轧完成后卷取，卷取后空冷至室温，获得厚度2.5～3.0mm的热轧卷；其中Ar₁的计算公式为：Ar₁＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al]+24*[P])，公式中的[Si]、[Mn]、[Al]和[P]分别为钢水中Si、Mn、Al和P的质量百分数；

(3)将热轧卷开卷后在850～950℃进行常化处理，时间1～5min，获得常化板；

(4)将常化板酸洗去除表面氧化铁皮，然后冷轧制成冷轧板，厚度0.5mm；

(5)将冷轧板在保护气氛条件下进行退火处理，退火温度为800～900℃，时间为1～5min，然后随炉冷却至400～500℃，空冷至室温；最后涂覆绝缘膜，制成无取向硅钢板。

上述的步骤(2)中卷取温度为600～690℃。

上述的步骤(2)中，热轧卷的未再结晶组织体积分数占5～25％。

上述的步骤(5)中，保护气氛为N₂和H₂混合气氛，其中H₂的体积百分比为10～80％。

上述的无取向硅钢板的磁性能B₅₀＝1.785～1.802T，P_1.5/50≤4.6W/Kg。

上述的常化板的平均晶粒尺寸为120～200μm。

本发明的方法主要依据Si、Mn、Al、P元素的含量来得到γ/α相变温度，进而根据γ/α相变温度来调控终轧温度使热轧板内部存在少量的未再结晶组织，以获得少量的形变储能。随后热轧板进行常化处理时，较低的形变储能促进形变诱导晶界迁移来获得粗大的晶粒；这种粗大的晶粒在冷轧时易形成大量的晶内剪切带，在退火时有利于促进λ(<001>//ND)和Goss({110}<001>)织构的发展。此外，晶粒增大后原始晶界减少，抑制了γ(<111>//ND)织构的形核与长大；又因为组织、织构具有遗传性，经冷轧与退火后，成品板晶粒尺寸明显增大，且有利的λ和Goss织构组分增加，不利的γ织构组分减少，无取向硅钢磁性能得到明显改善。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过控制热轧工艺来调控热轧板内部的组织状态，即采用终轧温度与相变温度Ar₁相匹配的方法，使热轧卷中未再结晶组织体积分数占5～25％，经常化处理后获得粗大的晶粒组织；现有普通无取向硅钢(钢中Si含量低于1.2％)冷轧前晶粒尺寸大概为30～70μm，本发明冷轧前晶粒尺寸达到120～200μm，晶粒尺寸明显增大；由于组织、织构具有遗传性，经过冷轧与退火后，成品板晶粒尺寸显著提高，且有利织构提高，不利织构组分显著降低，从而使铁损降低的同时，磁感应强度明显提高。

附图说明

图1为本发明的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2中常化板的金相组织图；

图3为本发明实施例2中常化板的织构的ODF截面图；

图4为本发明对比例2中常化板的金相组织图；

图5为本发明对比例2中常化板的织构的ODF截面图。

具体实施方式

本发明实施例中金相组织观测采用的设备型号为Leica金相显微镜。

本发明实施例中织构观测采用的设备型号为Bruker D8Discover型X射线衍射仪。

本发明实施例中检测磁性能采用的设备型号为MATS-2010M硅钢磁性能测量装置。

以下为本发明优选实施例。

实施例1

流程如图1所示；

按设定化学成分冶炼钢水，其成分按质量百分比含Si 0.45％，Al 0.19％，Mn0.31％，P0.142％，S 0.0021％，N 0.0019％，C 0.0023％，Sb 0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质；将上述成分的钢水经连铸机制成连铸坯，厚度为210mm；

将连铸坯加热到1100℃并保温2h，然后进行热轧，Ar₁＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al]+24*[P])＝952.1℃；控制终轧温度T＝(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃＝832.1～882.1℃，实际选用的终轧温度T为860℃；热轧完成后卷取，卷取温度为650℃，卷取后空冷至室温，获得厚度2.6mm的热轧卷；

热轧卷的未再结晶组织体积分数为9.7％；

将热轧卷开卷后在890℃进行常化处理，时间3min，获得常化板；常化板的平均晶粒尺寸为156μm；

将常化板酸洗去除表面氧化铁皮，然后冷轧制成冷轧板，厚度0.5mm；

将冷轧板在保护气氛条件下进行退火处理；保护气氛为N₂和H₂混合气氛，其中H₂的体积百分比为30％；退火温度为850℃，时间为3min，然后随炉冷却至400～500℃之间，空冷至室温；最后涂覆绝缘膜，制成无取向硅钢板，B₅₀＝1.797T，P_1.5/50＝4.45W/Kg。

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 0.35％，Al 0.31％，Mn 0.10％，P 0.107％，S0.0015％，N 0.0015％，C 0.0015％，Sn 0.08％；连铸坯的厚度为230mm；

(2)连铸坯加热到1200℃并保温1h后进行热轧，Ar₁＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al]+24*[P])＝987.3℃，T＝(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃＝867.3～917.3℃，实际终轧温度为890℃；卷取温度为630℃，获得厚度2.8mm的热轧卷；

(3)热轧卷的未再结晶组织体积分数为10.8％；

(4)常化处理温度870℃进行，时间5min；常化板的平均晶粒尺寸为188μm，其金相组织如图2所示，织构的ODF截面图如图3所示，有利织构较强，不利织构很弱,织构强点在{100}<001>，f(g)为7.1；

(5)保护气氛中H₂的体积百分比为50％；退火温度为820℃，时间为4min；无取向硅钢板的B₅₀＝1.802T，P_1.5/50＝4.53W/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 0.61％，Al 0.25％，Mn 0.26％，P 0.102％，S0.0016％，N 0.0014％，C 0.0036％，Sn 0.11％；连铸坯的厚度为220mm；

(2)连铸坯加热到1100℃并保温1.5h后进行热轧，Ar₁＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al]+24*[P])＝979.7℃，T＝(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃＝859.7～909.7℃，实际终轧温度为870℃，卷取温度为600℃，获得厚度2.5mm的热轧卷；

(3)热轧卷的未再结晶组织体积分数为24.7％；

(4)常化处理温度860℃进行，时间5min；常化板的平均晶粒尺寸为145μm；

(5)保护气氛中H₂的体积百分比为70％；退火温度为860℃，时间为5min；无取向硅钢板的B₅₀＝1.792T，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 1.02％，Al 0.36％，Mn 0.29％，P 0.106％，S0.0017％，N 0.0014％，C 0.0041％，Sb 0.07％；连铸坯的厚度为240mm；

(2)连铸坯加热到1150℃并保温1.5h后进行热轧，Ar₁＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al]+24*[P])＝1044.6℃，T＝(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃＝924.6～974.6℃，实际终轧温度为935℃，卷取温度为670℃，获得厚度2.7mm的热轧卷；

(3)热轧卷的未再结晶组织体积分数为17.3％；

(4)常化处理温度910℃进行，时间5min；常化板的平均晶粒尺寸为191μm；

(5)保护气氛中H₂的体积百分比为35％；退火温度为870℃，时间为5min；无取向硅钢板的B₅₀＝1.786T，P_1.5/50＝4.19W/Kg。

对比例1

方法同实施例2，不同点在于：

(1)实际终轧温度为850℃，不在(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃即867.3～917.3℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒体积分数为45.2％；

(2)最终获得的无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.761T，铁损P_1.5/50＝5.35W/Kg。

对比例2

方法同实施例2，不同点在于：

(1)实际终轧温度为960℃，不在(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃即867.3～917.3℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒体积分数为0％；

(2)热轧卷不进行常化处理，直接冷轧；热轧卷的金相组织如图4所示，平均晶粒尺寸为62μm，织构的的ODF截面图如图5所示，有利的{100}面织构明显减弱，织构强点在{100}<001>，f(g)降为6；

(3)最终获得的无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.768T，铁损P_1.5/50＝5.17W/Kg。

对比例3

方法同实施例3，不同点在于：

(1)实际终轧温度为950℃，不在(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃即859.7～909.7℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒体积分数为0％；

(2)热轧卷不进行常化处理，直接冷轧；

(3)最终获得的无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.764T，铁损P_1.5/50＝4.78W/Kg。

对比例4

方法同实施例3，不同点在于：

(1)实际终轧温度为840℃，不在(Ar₁－120)～(Ar₁－70)℃，即859.7～909.7℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒体积分数为51.6％；

(2)最终获得的无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.758T，铁损P_1.5/50＝4.86W/Kg。

对比例5

方法同实施例3，不同点在于：

(1)热轧卷酸洗后不进行常化处理，直接冷轧；

(2)最终获得的无取向硅钢板的磁感应强度B₅₀＝1.751T，铁损P_1.5/50＝5.02W/Kg。

上述实施例的实际终轧温度均在(Ar1－120)～(Ar1－70)℃范围内，热轧卷中未再结晶组织体积分数也在5～25％范围内，又因为常化温度较高，在850～950℃范围内，所以，最终得到的成品板铁损较低，磁感较高。

上述对比例1～4的终轧温度不在(Ar1－120)～(Ar1－70)℃范围内，导致热轧卷中未再结晶组织体积分数不在5～25％范围内，最终得到的成品板磁性能劣化；上述对比例5的终轧温度在(Ar1－120)～(Ar1－70)℃范围内，热轧卷中未再结晶组织体积分数也在5～25％范围内。但由于没有进行常化处理，最终得到的成品板磁性能也劣化。

Claims

1.一种改善无取向硅钢磁性能的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按设定化学成分冶炼钢水，其成分按质量百分比含Si 0.1～1.2％，Al 0.1～0.5％，Mn 0.05～0.4％，P≤0.2％，S≤0.003％，N≤0.005％，C≤0.005％，Sb 0～0.2％，Sn0～0.2％，其余为Fe和不可避免的杂质；将上述成分的钢水经连铸机制成连铸坯，厚度为200～250mm；

2.根据权利要求1所述的一种改善无取向硅钢磁性能的方法，其特征在于步骤(2)中卷取温度为600～690℃。

3.根据权利要求1所述的一种改善无取向硅钢磁性能的方法，其特征在于步骤(2)中，热轧卷的未再结晶组织体积分数占5～25％。

4.根据权利要求1所述的一种改善无取向硅钢磁性能的方法，其特征在于步骤(5)中，保护气氛为N₂和H₂混合气氛，其中H₂的体积百分比为10～80％。

5.根据权利要求1所述的一种改善无取向硅钢磁性能的方法，其特征在于所述的无取向硅钢板的磁性能B₅₀＝1.785～1.802T，P_1.5/50≤4.6W/Kg。

6.根据权利要求1所述的一种改善无取向硅钢磁性能的方法，其特征在于所述的常化板的平均晶粒尺寸为120～200μm。