CN109763071B - 一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其化学成分wt%包括：0.01~0.04%的C、0~0.06%的Si、0.30~0.45%的Mn、0~0.05%的Cr、0~0.04%的Cu、0~0.04%的Ni、0~0.008%的Mo、0~0.008%的V、0~0.0050%的Nb、0~0.0050%的As、0.005~0.015%的Al、0~0.025%的P、0~0.010%的S、0~0.0008%的B、0~0.005%的Ti、0~0.004%的N，余量为Fe和不可避免的杂质元素。从上述组分可知，本发明的一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法，本发明根据化学成分对电机爪极磁性的影响，本申请的高磁性能电机爪极用钢对主要化学元素、细化晶粒元素和残余元素进行了科学合理的设计，从而大大改善了电机爪极的磁性能，提高了汽车电机的发电量。

Description

一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高磁性能汽车电机爪极用钢的技术领域，具体涉及一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法。

背景技术

随着工程机械重型化、长寿命等方面要求的不断提高，对其所用钢材提出了更高的要求，用于开发重型化、长寿命工程机械所需要的特种钢棒材，有的在国内市场很难找到，有的因强度低、韧性差、热处理工艺性差等质量问题而难以满足使用要求，仍然需要进口，不能满足逐渐大型化要求。

履带式工程机械往往用于较恶劣的工况，它直接与土壤、坚硬石头及泥水等介质直接接触，在不平坦的路面运行、负荷大、磨损严重和受到强烈的冲击等，这就要求履带底盘轮体用钢具有较高的强度、良好的韧性、良好耐磨性、良好的热处理工艺性。因此，开发高强韧性、良好的热处理工艺性的新型履带底盘轮体用钢，符合工程机械重型化、长寿命等方面要求的不断提高。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法，通过设计合理的化学成分、工艺路线、冶炼和轧制工艺。在化学成分设计时，控制对磁性能影响较大的元素含量，特别是对于磁性能影响较大的残余元素加以限制，在保证力学性能满足要求的情况下，尽可能降低碳和硅含量；在工艺路线制定时，考虑到该钢种特点和相关化学成分的控制要求，将真空处理工序放在钢包精炼前；在冶炼时，控制转炉下渣、两段式真空处理、渣面扩散脱氧和喂入丝线变性处理，合理控制软吹时间，促进非金属夹杂物上浮；在轧制工艺方面，保证加热二段和均热段在炉时间以及钢材高温入坑缓冷，缓冷时间＞72小时和出坑温度≤150℃。该专利发明钢种具残余元素低、高纯净度和高均质性，用该发明钢种加工的汽车电机爪极具有较高的磁性能，其生产工艺操作简单，生产成本低，适应性强，可在本行业推广使用。

本发明所采取的技术方案是：

一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其化学成分wt%包括：0.01~0.04 %的C、0~0.06%的Si、0.30~0.45%的Mn、0~0.05%的Cr、0~0.04%的Cu、0~0.04%的Ni、0~0.008%的Mo、0~0.008%的V、0~0.0050%的Nb、0~0.0050%的As、0.005~0.015%的Al、0~0.025%的P、0~0.010%的S、0~0.0008%的B、0~0.005%的Ti、0~0.004%的N，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

C：碳能够增加钢中珠光体比例，而珠光体比例较高对于磁性能不利，同时对于大多数普通钢厂来说，保证钢水纯净度的条件下，现有设备想要将碳控制在很低的范围比较困难。所以C含量取0.01~0.04%。

Si：硅对爪极的磁导率和降低矫顽力有利，但硅含量的增加会使饱和磁感应强度降低，同时碳和硅相互作用才能有利磁性能，低碳时，硅含量的增加不利于磁性能，综合考虑，本钢种将Si含量确定为0~0.06%。

Mn：能提高强度和硬度，且对材料的塑性影响较小；当Mn含量低于1.8%时，随着其含量增加，钢材强度不断增加，而对韧性不会有显著危害。所以Mn含量确定为0.30~0.45%。

Cr、Cu、Ni、Mo、V、Nb、As：在钢水含量较高时，在其他条件不变的情况下，在一定程度会恶化爪极磁性能，降低发电机发电量。因此Cr0~0.05%、Cu0~0.04%、Ni0~0.04%、Mo0~0.008%、V0~0.008%、Nb0~0.0050%、As0~0.0050%。

Al：能够将钢中氧含量控制在较低的水平；作为细化晶粒元素存在于钢种；但是Al含量过高，容易形成硬的Al₂O₃夹杂，恶化钢的冲击韧性。所以本发明对Al含量控制范围确定为0.005~0.015%。

P：增加钢的脆性，尤其是低温脆性，对钢材低温冲击功影响较大，且P为易偏析元素，造成钢严重偏析，对本钢种的使用来说，应该控制越低越好，根据生产保障能力，控制P≤0.025%。

B：采用B微合金化技术，利用在奥氏体中B原子的扩散更容易，有限形成粗大BN颗粒从而以及细小AlN的析出，减弱AlN细化奥氏体晶粒的作用以及细小AlN的析出强化作用，B的加入量控制在0~0.0008%

N、Ti：由于氮和钢水中的钛会结合形成氮化钛非金属夹杂物，而该非金属夹杂物是一种带有菱角的规则形状，影响电机爪极的磁性能，因此钢种设计时，Ti和N分别为≤0.0050%和≤0.0040%。

残余元素S等，上述元素都是作为杂质元素存在，允许不超过标准要求，这里不再一一叙述。

生产如上所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢的方法，包括下列步骤：

1）铁水脱硫处理：

冶炼该钢种的铁水必须经过KR脱硫处理，铁水硫含量控制在0.010%以内；

2）转炉冶炼：

以预处理铁水和自产废钢为原料在顶底复吹式转炉中进行冶炼，采用合适的拉碳0.04~0.10%范围进行操作，出钢温度1670~1700℃，出钢磷和硫分别≤0.020%和0.006%，出钢的时候加入预熔精炼渣、金属锰进行成分初调；钢水在调往RH炉前，氩气搅拌3~5分钟，保证所加入合金和渣料全部熔化；

3）RH真空脱气：

在低真空度下对钢水进行5~10分钟的处理，而后逐渐将提高到高真空度，在高真空度条件下对钢水进行10~15分钟的深度处理，最后通过料仓向钢水中添加铝粒，再在高真空度下处理5分钟左右；

4）LF精炼：

钢水到LF炉后添加生石灰调整炉渣，快速造高碱度渣，向渣面添加钢水促净剂对铁水进行扩散脱氧，强化脱硫和去除钢水中非金属夹杂物，添加金属锰进行锰含量微调；精炼结束后，向钢水中喂入100～150m的纯钙线，丝线的喂入速度必须控制在3~4m/s的范围内，软吹时间≥25min；

5）连铸：

在弧形连铸机进行浇铸，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸；

6）轧钢与精整：

采用冷装方坯入炉，钢坯在均热段和加热二段时间大于1小时，轧制过程中禁止使用任何设备对钢材进行冷却处理，钢材上冷床后快速步进，使得钢材高温入坑缓冷，出坑后对钢材表面质量和内部质量进行双探，检查和消除钢材表面缺陷。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，所述预熔精炼渣的加入量在300~400kg范围内，出钢采用滑板和挡渣锥双挡渣方式减少下渣，防止钢水回磷。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，所述低真空度的压强控制在2800p~3100pa左右，所述高真空度的压强＜100Pa；根据钢水中自由氧含量，所述铝粒的添加量在50~100kg范围内。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤4）中，所述碱度渣的碱度为R：12~16。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤4）中，软吹时间控制在20~30分钟。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2和步骤4）中，采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，控制过热度在20～30℃，拉速1.1~1.3m/min，选取此钢种专用配水表，保障生产的连铸方坯低倍质量。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，加热炉温对方坯进行分段式加热，相邻两段的加热温度递增，并且同一段加热过程中，炉内的下加热温度高于炉内的上加热温度。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，开轧温度控制1000~1060℃，钢材入坑温度400~500℃，钢材缓冷时间＞72小时且钢材表面温度≤150℃。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，表面探伤缺陷深度≤0.3mm，内部探伤缺陷按照Φ2mm平底孔当量控制。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明的一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法，根据化学成分对电机爪极磁性的影响，本申请的高磁性能电机爪极用钢对主要化学元素、细化晶粒元素和残余元素进行了科学合理的设计，从而大大改善了电机爪极的磁性能，提高了汽车电机的发电量。

第二、本发明的一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法，本申请将影响电机爪极的磁性能的组织通过化学成分和轧制工艺相结合的方式加以控制。

第二、本发明的一种高磁性能汽车电机爪极用钢及其生产方法，打破传统的工艺设计思路，制定出适宜于钢种冶炼、轧制和精整工艺路线，以合适的工艺路线来提高原材的品质，进而改善电机爪极磁性能。

附图说明：

图1为本申请的钢的化学成分表。

图2为本申请的轧钢钱的加热炉加热温度表。

图3为本申请得到的各实施例的钢的化学成分表。

图4为本申请得到的各实施例的钢的力学性能表。

图5为本申请得到的各实施例的钢的磁性能表。

具体实施方式：

本发明的化学成表如图1所示。

采用以下生产工艺制备：

1）铁水预处理：铁水采用KR脱硫处理（铁水硫含量0.03～0.06%），脱硫剂加入量450～600Kg，搅拌速度80r/min，搅拌时间8～10分钟。

2）转炉冶炼：在90吨或90吨以上的顶底复吹式转炉中冶炼（本发明采用90吨的顶底复吹式转炉），以铁水与自产废钢为原料按照10:1的质量比进行初炼，利用转炉副枪，按照出钢碳0.04～0.10%、磷≤0.020%、硫≤0.006%、出钢温度1670～1700℃控制转炉终点，出钢采用滑板和挡渣锥双挡渣方式防止下渣，转炉出钢加入预熔精炼渣350kg、金属锰3Kg/t进行造渣和合金化，钢水出完后开氩气大搅拌，保证合金和渣料熔化，随后向渣面上添加适量的碳化稻壳保温；

3）RH真空脱气：在真空度大约3000Pa处理钢水5～10分钟和在真空度＜100Pa处理钢水10～15分钟，随后通过真空室料仓向钢水条件铝粒大约50～100Kg，最后在真空度＜100Pa下继续处理钢水5分钟左右；

4）LF精炼：按照精炼渣二元碱度（氧化钙/二氧化硅）12～16控制石灰加入量，石灰加入量800Kg～1000Kg，精炼过程中向渣面少量多次添加钢水促净剂进行扩散脱氧，添加金属锰进行锰含量微调；精炼结束后，以3m/s的速度向钢水中喂入100～150m纯钙线对非金属夹杂物变性，软吹时间控制在20~30分钟；

5）连铸：采用弧型连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸，控制过热度在25℃、拉速为1.1m/min、选取此钢种专用配水表，保障生产的200mm×200mm连铸方坯低倍质量；

6）轧钢与精整：采用冷装方坯入炉、钢坯在均热段加热二段时间大于1小时，轧制过程禁止使用任何冷却方式对钢材表面冷却，加热温度按照如图2所示进行加热，开轧温度1000～1060℃，钢材在冷床快速步进，保证钢材入坑温度＞400℃，钢材缓冷时间＞72小时且出坑温度≤150℃，用13架连轧机和大压缩比轧制φ50mm；采用矫直、抛丸、倒棱、超声波探伤、漏磁探伤、人工检查修磨精整工艺检查和消除钢材表面缺陷。

以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。

所得汽车电机爪极用钢的实施例1、实施例2和实施例3的化学成分如图3所示，热轧状态力学性能如图4所示，磁性能测试结果如图5所示。

由图4和图5可知，实施例1~实施例3的磁性能非常好，而且力学性能也能够达到正常的使用要求，能够很好地作为高磁性能汽车电机爪极用钢进行应用。

Claims (8)

1.一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：其化学成分wt%包括：0.01 ~ 0.04 %的C、0.03 ~ 0.06%的Si、0.30 ~ 0.45%的Mn、0.02 ~ 0.05%的Cr、0.01 ~ 0.04%的Cu、0.01~ 0.04%的Ni、0.0027~ 0.008%的Mo、0.0012 ~ 0.008%的V、0.0010 ~ 0.0050%的Nb、0.0023~ 0.0050%的As、0.005 ~ 0.009%的Al、P≤0.025%、0.002~0.010%的S、0.0002~ 0.0008%的B、0.0007 ~ 0.005%的Ti、 N≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；

所述钢的制备方法，包括下列步骤：

1）铁水脱硫处理：冶炼该钢种的铁水必须经过KR脱硫处理，铁水硫含量控制在0.010%以内；

2）转炉冶炼：以预处理铁水和自产废钢为原料在顶底复吹式转炉中进行冶炼，采用合适的拉碳0.04~ 0.10%范围进行操作，出钢温度1670 ~ 1700℃，出钢磷和硫分别≤0.020%和0.006%，出钢的时候加入预熔精炼渣、金属锰进行成分初调；钢水在调往RH炉前，氩气搅拌3 ~ 5分钟，保证所加入合金和渣料全部熔化；

3）RH真空脱气：在低真空度下对钢水进行5 ~ 10分钟的处理，而后逐渐提高到高真空度，在高真空度条件下对钢水进行10 ~ 15分钟的深度处理，最后通过料仓向钢水中添加铝粒，再在高真空度下处理5分钟左右；所述低真空度的压强控制在2800Pa ~ 3100Pa，所述高真空度的压强＜100Pa；

4）LF精炼：钢水到LF炉后添加生石灰调整炉渣，快速造高碱度渣，向渣面添加钢水促净剂对铁水进行扩散脱氧，强化脱硫和去除钢水中非金属夹杂物，添加金属锰进行锰含量微调；精炼结束后，向钢水中喂入100～150m的纯钙线，丝线的喂入速度必须控制在3 ~ 4m/s的范围内，软吹时间≥25min；所述碱度渣的碱度为R：12~16；

5）连铸：在弧形连铸机进行浇铸，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸；

6）轧钢与精整：采用冷装方坯入炉，钢坯在均热段和加热二段时间大于1小时，轧制过程中禁止使用任何设备对钢材进行冷却处理，钢材上冷床后快速步进，使得钢材高温入坑缓冷，出坑后对钢材表面质量和内部质量进行双探，检查和消除钢材表面缺陷。

2.如权利要求1所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：所述步骤2）中，所述预熔精炼渣的加入量在300 ~ 400kg范围内，出钢采用滑板和挡渣锥双挡渣方式减少下渣，防止钢水回磷。

3.如权利要求1所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：所述步骤3）中，根据钢水中自由氧含量，所述铝粒的添加量在50 ~ 100kg范围内。

4.如权利要求1所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：所述步骤4）中，软吹时间控制在25 ~ 30分钟。

5.如权利要求1所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：所述步骤2和步骤4）中，采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触。

6.如权利要求1所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：所述步骤5）中，控制过热度在20～30℃，拉速1.1 ~ 1.3m/min，选取此钢种专用配水表，保障生产的连铸方坯低倍质量。

7.如权利要求1所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：所述步骤6）中，加热炉温对方坯进行分段式加热，相邻两段的加热温度递增，并且同一段加热过程中，炉内的下加热温度高于炉内的上加热温度。

8.如权利要求1所述的一种高磁性能汽车电机爪极用钢，其特征在于：所述步骤6）中，开轧温度控制1000 ~ 1060℃，钢材入坑温度400 ~ 500℃，钢材缓冷时间＞72小时且钢材表面温度≤150℃。

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