CN109252102B - 一种提高低硅无取向硅钢磁性能的方法 - Google Patents

一种提高低硅无取向硅钢磁性能的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高低硅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 0.3～1.5％，Al 0.1～0.8％，Mn 0.1～0.5％，P≤0.15％，S≤0.003％，N≤0.003％，C≤0.005％，Sb 0～0.2％，Sn 0～0.2％，其余为Fe；钢水经连铸机制成连铸坯；(2)加热到1100～1200℃并保温1～2h后热轧，控制终轧温度＝(Ar1－110)～(Ar1－50)℃；热轧完成后卷取；(3)进行罩式退火处理；(4)开卷后酸洗再冷轧；(5)在保护气氛条件下进行退火处理，随炉冷却至400～500℃，空冷后涂覆绝缘膜。本发明冷轧前晶粒尺寸达到120～180μm，织构得到明显改善；冷轧和退火后有利织构增强，不利织构强度减弱，使无取向硅钢成品板的铁损降低，磁感升高。

Description

一种提高低硅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，特别涉及一种提高低硅无取向硅钢磁性能的方法。
背景技术
目前，随着环境污染问题的日益严重，节能降耗成为我国政府以及各大企业高度重视的热点问题。无取向硅钢作为一种重要的软磁材料，主要用于制造各种电机的铁芯，其产量占我国电工钢产量的80～90％。其中，低硅无取向硅钢又在无取向硅钢中占比很大。因此，提高低硅无取向硅钢磁性能可有效提高电机效率，节能降耗，保护环境。
无取向硅钢的磁性能主要包括铁损和磁感应强度。降低铁损可以降低电机能耗，提高能量转化效率。提高磁感可以在使用相同的铁芯时，形成的磁感应强度较强。一方面可以增大铁芯功率密度，提高工作效率；另一方面会使激励电流减小，降低铜耗和铁损，还有利于减小铁芯的截面积，节省材料，缩小体积。铁芯损耗是影响电机功率损失的主要因素之一，降低无取向硅钢铁损可以提高电机效率、延长机器工作时间，还可以简化机器的冷却装置。无取向硅钢的磁性能直接影响着电机的能效等级、实用性和可靠性，所以，提高无取向硅钢的磁性能显得尤为重要。但是大量研究发现铁损和磁感应强度通常是一对矛盾的性能指标，降低铁损的手段往往会导致产品磁感应强度也下降，提高磁感应强度的方法通常也会导致铁损上升，同时提高磁感和降低铁损是目前该类产品研究的重要方向。
发明内容
针对现有无取向硅钢板制备技术存在的上述问题，本发明提供一种提高低硅无取向硅钢磁性能的方法，根据钢的相变温度控制终轧温度，进而调控热轧板内部的组织状态，以获得较低的形变储能，经罩式退火获得粗大的晶粒。由于组织、织构具有遗传性，所以，成品板的有利织构强度提高、不利织构强度降低，成品板的晶粒尺寸及磁性能都显著提高。
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 0.3～1.5％，Al 0.1～0.8％，Mn 0.1～0.5％，P≤0.15％，S≤0.003％，N≤0.003％，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＝(Ar1－110)～(Ar1－50)℃，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])，公式中的[Si]、[Mn]、[Al]分别为Si、Mn、Al的质量百分数；
(3)将热轧卷进行罩式退火处理，罩式退火处理的温度为750～850℃，时间为0.5～5h；
(4)将罩式退火处理后的热轧卷开卷后，酸洗，再冷轧制成厚度0.5mm的冷轧板；
(5)将冷轧板在保护气氛条件下进行退火处理，退火温度850～950℃，时间1～5min，然后随炉冷却至400～500℃，空冷至室温；最后涂覆绝缘膜，得到无取向硅钢板。
上述的步骤(2)中卷取温度为550～680℃。
上述的步骤(2)中热轧卷的未再结晶晶粒的体积分数占5～30％。
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为：B50＝1.785～1.800T，P1.5/50≤4.8W/Kg。
上述的步骤(2)中罩式退火处理后的热轧卷的平均晶粒尺寸为120～180μm。
本发明的方法根据钢的相变温度控制终轧温度，进而调控热轧板内部的组织状态(即热轧板内部未再结晶组织体积分数为5～30％)，在进行罩式退火时，较低的形变储能促进形变诱导晶界迁移，从而使冷轧前的晶粒尺寸显著提高；另外，罩式退火升温缓慢，保温时间长，降温也非常缓慢，这些特点为获得粗大均匀的晶粒组织提供了设备条件；由于γ取向(<111>//ND)晶粒易于在原始晶界处形核长大，冷轧前的晶粒尺寸增大，原始晶界减少，抑制了不利的γ织构的形核与长大；又因为组织、织构具有遗传性，所以经冷轧和退火后，可提高成品板的有利织构强度、显著降低不利织构强度，并且显著提高成品板的晶粒尺寸，从而使磁性能大幅度提升。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用终轧温度与相变温度Ar1相配合的方法，使热轧板中存在少量的未再结晶组织，获得较低的形变储能；热轧卷内较低的形变储能经罩式退火处理后有利于促进形变诱导晶界迁移，获得粗大的热轧退火组织；现有普通无取向硅钢(钢中Si含量低于1.5％)冷轧前晶粒尺寸大概为40～70μm，本发明冷轧前晶粒尺寸达到120～180μm，晶粒尺寸明显增大，且织构得到明显改善；由于组织、织构具有遗传性，经冷轧和退火后，退火板的晶粒尺寸显著增加，且有利织构增强，不利织构强度减弱，从而使无取向硅钢成品板的铁损降低，磁感应强度升高。
附图说明
图1为本发明的提高低硅无取向硅钢磁性能的方法流程示意图；
图2为本发明实施例1中罩式退火处理后的热轧板的金相组织图；
图3为本发明实施例1中罩式退火处理后的热轧板的织构
Figure BDA0001851938800000021
的ODF截面图；
图4为本发明对比例3中罩式退火处理后的热轧板的金相组织图；
图5为本发明对比例3中罩式退火处理后的热轧板的织构
Figure BDA0001851938800000031
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 0.36％，Al 0.41％，Mn0.15％，P 0.103％，S 0.0015％，N 0.0019％，C 0.0015％，Sb 0.08％，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200mm；
将连铸坯加热到1100℃并保温2h，然后进行7道次热轧；热轧后卷取，Ar1的计算公式为：Ar1＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al])＝976.7℃，控制终轧温度T＝(Ar1－110)～(Ar1－50)℃＝866.7～926.7℃；实际终轧温度为890℃；卷取温度为570℃，卷取后空冷至室温，获得厚度2.6mm的热轧卷；热轧卷的未再结晶晶粒的体积分数占27.5％；
将热轧卷进行罩式退火处理，罩式退火处理的温度为750℃，时间为3h；
罩式退火处理后的热轧卷的金相组织如图2所示，平均晶粒尺寸为140μm，织构
Figure BDA0001851938800000032
的ODF截面图如图3所示，有利织构较强，不利织构很弱，几乎没有，织构强点在{100}<001>，f(g)为9.1；
将罩式退火处理后的热轧卷开卷后，酸洗，再冷轧制成厚度0.5mm的冷轧板；
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20％，退火温度850℃，时间5min，然后随炉冷却至400～500℃之间，空冷至室温，最后涂覆绝缘膜，得到无取向硅钢板，磁性能为：B50＝1.800T，P1.5/50＝4.58W/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 0.49％，Al 0.58％，Mn 0.26％，P 0.108％，S0.0014％，N 0.0025％，C 0.0024％，Sn 0.07％；连铸坯厚度240mm；
(2)将连铸坯加热到1100℃并保温1.5h然后热轧；Ar1的计算公式为：Ar1＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al])＝1011.3℃，热轧终轧温度T＝(Ar1－110)～(Ar1－50)℃＝901.3～961.3℃，实际终轧温度为935℃；卷取温度为680℃，获得厚度2.8mm的热轧卷；热轧卷的未再结晶晶粒的体积分数占11.8％；
罩式退火处理的温度为800℃，时间为2h；
罩式退火处理后的热轧卷的平均晶粒尺寸为155μm；
(3)保护气氛中H2的体积百分比为30％，退火温度870℃，时间5min；无取向硅钢板的磁性能为：B50＝1.796T，P1.5/50＝4.46W/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 0.73％，Al 0.41％，Mn 0.35％，P 0.12％，S0.0013％，N 0.0012％，C 0.0036％，Sn 0.08％；连铸坯厚度210mm；
(2)将连铸坯加热到1200℃并保温1h然后热轧；Ar1的计算公式为：Ar1＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al])＝989.4℃，热轧终轧温度T＝(Ar1－110)～(Ar1－50)℃＝879.4～939.4℃，实际终轧温度为900℃；卷取温度为600℃，获得厚度2.5mm的热轧卷；热轧卷的未再结晶晶粒的体积分数占23.7％；
罩式退火处理的温度为820℃，时间为1h；
罩式退火处理后的热轧卷的平均晶粒尺寸为131μm；
(3)保护气氛中H2的体积百分比为50％，退火温度900℃，时间3min；无取向硅钢板的磁性能为：B50＝1.790T，P1.5/50＝4.31W/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 1.06％，Al 0.15％，Mn 0.17％，P 0.087％，S0.0023％，N 0.0018％，C 0.0046％，Sn 0.12％；连铸坯厚度250mm；
(2)将连铸坯加热到1200℃并保温1h然后热轧；Ar1的计算公式为：Ar1＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al])＝996.3℃，热轧终轧温度T＝(Ar1－110)～(Ar1－50)℃＝886.3～946.3℃，实际终轧温度为915℃；卷取温度为650℃，获得厚度2.9mm的热轧卷；热轧卷的未再结晶晶粒的体积分数占16.2％；
罩式退火处理的温度为850℃，时间为0.5h；
罩式退火处理后的热轧卷的平均晶粒尺寸为172μm；
(3)保护气氛中H2的体积百分比为70％，退火温度930℃，时间3min；无取向硅钢板的磁性能为：B50＝1.785T，P1.5/50＝4.15W/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 0.35％，Al 0.21％，Mn 0.20％，P 0.11％，S0.0021％，N 0.0017％，C 0.0015％，Sb 0.12％；连铸坯厚度240mm；
(2)将连铸坯加热到1150℃并保温1.5h然后热轧；Ar1的计算公式为：Ar1＝872℃+1000(11*[Si]－14*[Mn]+21*[Al])＝926.6℃，热轧终轧温度T＝(Ar1－110)～(Ar1－50)℃＝816.6～876.6℃，实际终轧温度为840℃；卷取温度为620℃，获得厚度2.7mm的热轧卷；热轧卷的未再结晶晶粒的体积分数占19.6％；
罩式退火处理的温度为760℃，时间为5h；
罩式退火处理后的热轧卷的平均晶粒尺寸为155μm；
(3)保护气氛中H2的体积百分比为50％，退火温度920℃，时间3min；无取向硅钢板的磁性能为：B50＝1.798T，P1.5/50＝4.58W/Kg。
对比例1
方法同实施例1，不同点在于：
(1)实际终轧温度为840℃，不在(Ar1－110)～(Ar1－50)℃即866.7～926.7℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒的体积分数为41.5％；
(2)最终获得的无取向硅钢成品板的磁感应强度B50＝1.760T，铁损P1.5/50＝5.25W/Kg。
对比例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)实际终轧温度为950℃，不在(Ar1－110)～(Ar1－50)℃即866.7～926.7℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒的体积分数为0％；
(2)热轧卷不进行罩式退火处理，直接冷轧；
(3)最终获得的无取向硅钢成品板的磁感应强度B50＝1.766T，铁损P1.5/50＝5.08W/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960℃，不在(Ar1－110)～(Ar1－50)℃即879.4～939.4℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒的体积分数为0％；
(2)热轧卷不进行罩式退火处理，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
Figure BDA0001851938800000051
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7.2；
(3)最终获得的无取向硅钢成品板的磁感应强度B50＝1.762T，铁损P1.5/50＝4.65W/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850℃，不在(Ar1－110)～(Ar1－50)℃即879.4～939.4℃范围内，热轧卷内部未再结晶晶粒的体积分数为54.3％；
(2)最终获得的无取向硅钢成品板的磁感应强度B50＝1.757T，铁损P1.5/50＝4.72W/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罩式退火处理，直接冷轧；
(2)最终获得的无取向硅钢成品板的磁感应强度B50＝1.750T，铁损P1.5/50＝4.97W/Kg。
上述实施例的实际终轧温度均在(Ar1－110)～(Ar1－50)℃范围内，热轧卷中未再结晶晶粒的体积分数也在5～30％范围内。又因为罩式退火温度较高，在750～850℃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、2、3、4的实际终轧温度不在(Ar1－110)～(Ar1－50)℃范围内，导致热轧卷中未再结晶晶粒的体积分数不在5～30％范围内，最终得到的成品板磁性能劣化；对比例5的实际终轧温度在(Ar1－110)～(Ar1－50)℃范围内，热轧卷中未再结晶晶粒的体积分数也在5～30％范围内，但由于没有进行罩式退火处理，最终得到的成品板磁性能也劣化。

Claims (1)

1.一种提高低硅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 0.35~0.36%，Al 0.21~0.41%，Mn 0.15~0.20%，P≤0.11%，S≤0.0021%，N≤0.0019%，C≤0.0015%，Sb 0.08~0.12%，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200~240mm；
（2）将连铸坯加热到1100~1150℃并保温1.5~2h，然后进行热轧，控制终轧温度为T，且T=（Ar1－110）~（Ar1－50）℃，其中Ar1为γ/α相变温度，单位℃；热轧完成后卷取，卷取温度为570~620℃；卷取后空冷至室温，获得厚度2.6~2.7mm的热轧卷；其中Ar1的计算公式为：Ar1 =872℃ + 1000 (11*[Si]－14*[Mn]+ 21*[Al])，公式中的[Si]、[Mn]、[Al]分别为Si、Mn、Al的质量百分数；热轧卷的未再结晶晶粒的体积分数占19.6~27.5%；
（3）将热轧卷进行罩式退火处理，罩式退火处理的温度为750~760℃，时间为3~5h；罩式退火处理后的热轧卷的平均晶粒尺寸为140~155μm；
（4）将罩式退火处理后的热轧卷开卷后，酸洗，再冷轧制成厚度0.5mm的冷轧板；
（5）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20~50%，退火温度850~920℃，时间3~5min，然后随炉冷却至400~500℃，空冷至室温；最后涂覆绝缘膜，得到无取向硅钢板；所述的无取向硅钢板的磁性能为：B50=1.798~1.800T，P1.5/50≤4.58W/Kg。
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