CN110004381B - 一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法。其技术方案是：所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分是：Si为3.0～3.5wt％，Al为0.5～1.0wt％，Mn为0.1～1.0wt％，Cu为1.0～2.0wt％，Cr为0.5～1.0wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。按所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分进行冶炼，在1400～1550℃条件下浇铸成板坯，在1100～1200℃条件下热轧至厚度为0.8～1.5mm的热轧板；再将所述热轧板进行常化处理，常化处理后在室温条件下冷轧至0.1～0.3mm，即得无取向硅钢薄带；然后将所述无取向硅钢薄带进行再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带。本发明具有工艺简单和成本低的特点，所制备的高强度无取向硅钢薄带的强度大、铁损低和磁感高。

Description

一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法
技术领域
本发明属于高强度无取向硅钢技术领域。具体涉及一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法。
技术背景
随着经济与社会高速发展，对新能源汽车的性能要求也越来越高。一般来说，要求驱动电机的定子有良好的磁性能，转子具有高强度的机械性能。而转子的生产要求精密加工，会使铁芯生产成本大幅上升。从降低成本的角度看，使用同种硅钢板冲压加工定子和转子铁芯比较合适，这就需要开发出磁性能和机械性能兼顾的无取向硅钢板。
作为驱动电机用无取向硅钢板，当其厚度越薄，则铁损越低，这样可以保证电机在高速旋转时温度不会超过规定值，并且能耗降低；而当无取向硅钢板具有高磁感时，则可以提高电机效率，以减轻电机重量和体积。因此，开发低铁损、高磁感的无取向硅钢片以提高电机的效率和启动转矩，实现电机的高密度、小体积和轻量化设计，也有利于控制电机的发热和温升，提高电机的寿命。而随着电气驱动技术的发展，转子在向高速化方向发展，要求转子用无取向硅钢板具有高的屈服强度。因此，为满足新能源汽车行业的发展需求，需要开发低铁损、高磁感、高强度的无取向硅钢薄带。在冷轧钢板中，一般采用固溶强化、析出强化、相变强化、细晶强化、位错强化等方法来提高强度。但对于硅钢而言很难同时兼顾磁性能和力学性能，因此，高强度无取向硅钢的成分与工艺设计至关重要，这也决定了其强化手段的选择。
“电动汽车驱动电机用无取向硅钢及其制备方法”(CN105950960B)专利技术，通过控制Si、Al、Mn的合理配比，并控制不完全再结晶退火的均热时间、均热温度来调整再结晶，获得屈服强度达500MPa的半工艺无取向硅钢带，用于制作转子，同时将半工艺无取向硅钢带进行去应力退火后用来制作电机定子和转子。该方法的成分体系较简单，未添加其他合金元素。虽得到的转子强度较高和定子的磁性能较佳，但是定子用的无取向硅钢带还要采用额外的去应力退火。并且用于转子的无取向硅钢带为了获得高强度只是采用不完全再结晶退火，虽然该专利技术中未公开转子用无取向硅钢带的磁性能，但由于其再结晶不完全，可以推测其磁性能不佳。
“磁性优良的电动汽车驱动电机用无取向硅钢及生产方法”(CN107587039A)专利技术，通过粗轧、精轧、常化、一次冷轧和退火，获得磁性能优良的无取向硅钢带，但是并未公开其力学性能。
“一种新能源汽车驱动电机用高强度无取向硅钢的制造方法”(CN106435358B)专利技术，通过铸轧法制备高强度无取向硅钢，但其成分除了无取向硅钢中基础合金元素Si、Mn、Al外，还添加了C、Ni、Cr、Nb，成分体系较复杂，对冶炼及各工序的要求也更高。
“一种驱动电机用高强度冷轧无取向硅钢及制造方法”(CN107746941A)专利技术，通过控制二次冷轧压下量和退火工艺，虽使所制备的无取向硅钢的磁感应强度、铁损与屈服强度达到平衡，但该方法主要是利用位错强化，因此退火试样为位错重排的特殊微观组织。也就是说，退火试样中晶粒并未完全长大，因此，其磁性能不佳，P1.0/400为18.8～32.12W/kg。这表明该方法采用位错强化虽然强度达到了要求，但在一定程度上恶化了磁性能。
“一种基于纳米Cu析出强化制备高强度无取向硅钢的方法”(CN106282781B)专利技术，利用纳米Cu析出强化的作用，同时添加较多的Ni，使纳米Cu析出的数量增多、尺寸减小，并添加0.2～0.5wt％的Cr来降低铁损，在几乎不影响磁性能的同时使强度大幅度提高，通过双辊薄带铸轧法制备了高强度无取向硅钢，屈服强度达到640～750MPa，但其铁损较高，P1.0/400达到22.5～31.5W/kg。
“一种高强度含铜冷轧无取向硅钢及制造方法”(CN107130169B)专利技术，也是通过添加Cu、Ni元素，采用二次冷轧法，通过控制二次冷轧压下量、退火工艺及时效工艺，得到的无取向硅钢屈服强度达到750～810MPa，B50为1.64～1.66T，P1.0/400为20.04～25.04W/kg。制备的无取向硅钢磁性能虽优于CN106282781B中所制备的无取向硅钢，但其铁损仍偏高，不能达到新能源汽车对无取向硅钢片的性能要求，且Ni元素价格昂贵，因此这两项专利技术的制备成本均较高。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、生产成本低的高强度无取向硅钢薄带的制备方法，用该方法制备的高强度无取向硅钢薄带铁损低、磁感高和强度大。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分是：Si为3.0～3.5wt％；Al为0.5～1.0wt％；Mn为0.1～1.0wt％；Cu为1.0～2.0wt％；Cr为0.5～1.0wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度无取向硅钢薄带的制备方法是：按所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分进行冶炼，在1400～1550℃条件下浇铸成板坯，将所述板坯在1100～1200℃条件下热轧至厚度为0.8～1.5mm的热轧板。再将所述热轧板进行常化处理，常化处理后的热轧板在室温条件下冷轧至0.1～0.3mm，即得无取向硅钢薄带。然后将所述无取向硅钢薄带进行再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带。
所述常化处理是在1000～1100℃条件下保温3～15min，再用水淬方式进行冷却。
所述再结晶退火是在800～1000℃条件下保温1～3h，再随炉冷却至室温。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：
本发明通过简单的冶炼、热轧、常化处理、冷轧和再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带，工艺简单和流程短；得到的高强度无取向硅钢薄带不仅强度高，且铁损低和磁感高，解决了现有高强度无取向硅钢薄带的制备工艺复杂、磁性能与力学性能难以兼顾的问题。
本发明通过合理的成分搭配，使简单的成分体系既能提高高强度无取向硅钢薄带强度又能提高磁性能。并且由于成分简单、冶炼过程易控制和后续制备过程简单。故通过轧制法制备高强度无取向硅钢薄带具有工艺简单和成本低的特点。
本发明通过添加微量Cu和Cr，不仅提高了高强度无取向硅钢薄带的强度，也提高了其塑韧性，有利于实现高强度无取向硅钢的轧制，同时能降低铁损，亦能实现电机设备的小型化和轻量化。且Cu的单质析出，能促进Goss织构的择优长大，有利于提高磁感。
本发明利用Cu在奥氏体中固溶度较大和在铁素体中固溶度较小的特点，在常化过程采用水淬，抑制了Cu单质的析出，有利于高强度无取向硅钢冷轧过程的轧制。成品退火过程，采用的是随炉冷却，能使Cu单质充分析出，起到了析出强化的效果，使高强度无取向硅钢薄带强度大。
本发明采用添加合金元素、常化和退火处理，不仅提高了无取向硅钢的磁性能，且在合适的时候获得充足的析出相，提高了高强度无取向硅钢薄带的磁性能。经退火后即可得到铁损低和磁感高的高强度无取向硅钢薄带，有效地兼顾了高强度无取向硅钢薄带的强度、可轧制性和磁性能。
本发明制备的高强度无取向硅钢薄带的磁性能及强度经检测：P1.0/400为12～16W/kg，B50为1.65～1.69T，Rp0.2为600～700MPa。
因此，本发明具有工艺简单和成本低的特点，所制备的高强度无取向硅钢薄带的强度大、铁损低和磁感高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分是：Si为3.0～3.1wt％；Al为0.7～0.8wt％；Mn为0.7～1.0wt％；Cu为1.7～2.0wt％；Cr为0.5～0.6wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度无取向硅钢薄带的制备方法是：按所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分进行冶炼，在1400～1450℃条件下浇铸成板坯，将所述板坯在1100～1130℃条件下热轧至厚度为1.0～1.2mm的热轧板。再将所述热轧板进行常化处理，常化处理后的热轧板在室温条件下冷轧至0.15～0.20mm，即得无取向硅钢薄带。然后将所述无取向硅钢薄带进行再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带。
所述常化处理是在1000～1020℃条件下保温12～15min，再用水淬方式进行冷却。
所述再结晶退火是在900～950℃条件下保温1.5～2h，再随炉冷却至室温。
本实施例制备的高强度无取向硅钢薄带的磁性能及强度经检测：P1.0/400为13～14W/kg，B50为1.66～1.67T，Rp0.2为600～640MPa。
实施例2
一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分是：Si为3.1～3.2wt％；Al为0.8～1.0wt％；Mn为0.5～0.7wt％；Cu为1.0～1.2wt％；Cr为0.9～1.0wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度无取向硅钢薄带的制备方法是：按所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分进行冶炼，在1450～1480℃条件下浇铸成板坯，将所述板坯在1130～1160℃条件下热轧至厚度为0.8～1.0mm的热轧板。再将所述热轧板进行常化处理，常化处理后的热轧板在室温条件下冷轧至0.1～0.15mm，即得无取向硅钢薄带。然后将所述无取向硅钢薄带进行再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带。
所述常化处理是在1020～1040℃条件下保温5～8min，再用水淬方式进行冷却。
所述再结晶退火是在950～1000℃条件下保温1～1.5h，再随炉冷却至室温。
本实施例制备的高强度无取向硅钢薄带的磁性能及强度经检测：P1.0/400为12～13W/kg，B50为1.65～1.66T，Rp0.2为660～680MPa。
实施例3
一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分是：Si为3.2～3.4wt％；Al为0.5～0.6wt％；Mn为0.3～0.5wt％；Cu为1.4～1.7wt％；Cr为0.6～0.7wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度无取向硅钢薄带的制备方法是：按所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分进行冶炼，在1480～1500℃条件下浇铸成板坯，将所述板坯在1160～1180℃条件下热轧至厚度为1.2～1.4mm的热轧板。再将所述热轧板进行常化处理，常化处理后的热轧板在室温条件下冷轧至0.2～0.25mm，即得无取向硅钢薄带。然后将所述无取向硅钢薄带进行再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带。
所述常化处理是在1040～1060℃条件下保温8～12min，再用水淬方式进行冷却。
所述再结晶退火是在850～900℃条件下保温2～2.5h，再随炉冷却至室温。
本实施例制备的高强度无取向硅钢薄带的磁性能及强度经检测：P1.0/400为14～15W/kg，B50为1.67～1.68T，Rp0.2为640～660MPa。
实施例4
一种高强度无取向硅钢薄带及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分是：Si为3.4～3.5wt％；Al为0.6～0.7wt％；Mn为0.1～0.3wt％；Cu为1.2～1.4wt％；Cr为0.7～0.9wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述高强度无取向硅钢薄带的制备方法是：按所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分进行冶炼，在1500～1550℃条件下浇铸成板坯，将所述板坯在1180～1200℃条件下热轧至厚度为1.4～1.5mm的热轧板。再将所述热轧板进行常化处理，常化处理后的热轧板在室温条件下冷轧至0.25～0.3mm，即得无取向硅钢薄带。然后将所述无取向硅钢薄带进行再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带。
所述常化处理是在1060～1100℃条件下保温3～5min，再用水淬方式进行冷却。
所述再结晶退火是在800～850℃条件下保温2.5～3h，再随炉冷却至室温。
本实施例制备的高强度无取向硅钢薄带的磁性能及强度经检测：P1.0/400为15～16W/kg，B50为1.68～1.69T，Rp0.2为680～700MPa。
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：
本具体实施方式通过简单的冶炼、热轧、常化处理、冷轧和再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带，工艺简单和流程短；得到的高强度无取向硅钢薄带不仅强度高，且铁损低和磁感高，解决了现有高强度无取向硅钢薄带的制备工艺复杂、磁性能与力学性能难以兼顾的问题。
本具体实施方式通过合理的成分搭配，使简单的成分体系既能提高高强度无取向硅钢薄带强度又能提高磁性能。并且由于成分简单、冶炼过程易控制和后续制备过程简单。故通过轧制法制备高强度无取向硅钢薄带具有工艺简单和成本低的特点。
本具体实施方式通过添加微量Cu和Cr，不仅提高了高强度无取向硅钢薄带的强度，也提高了其塑韧性，有利于实现高强度无取向硅钢的轧制，同时能降低铁损，亦能实现电机设备的小型化和轻量化。且Cu的单质析出，能促进Goss织构的择优长大，有利于提高磁感。
本具体实施方式利用Cu在奥氏体中固溶度较大和在铁素体中固溶度较小的特点，在常化过程采用水淬，抑制了Cu单质的析出，有利于高强度无取向硅钢冷轧过程的轧制。成品退火过程，采用的是随炉冷却，能使Cu单质充分析出，起到了析出强化的效果，使高强度无取向硅钢薄带强度大。
本具体实施方式采用添加合金元素、常化和退火处理，不仅提高了无取向硅钢的磁性能，且在合适的时候获得充足的析出相，提高了高强度无取向硅钢薄带的磁性能。经退火后即可得到铁损低和磁感高的高强度无取向硅钢薄带，有效地兼顾了高强度无取向硅钢薄带的强度、可轧制性和磁性能。
本具体实施方式制备的高强度无取向硅钢薄带的磁性能及强度经检测：P1.0/400为12～16W/kg，B50为1.65～1.69T，Rp0.2为600～700MPa。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和成本低的特点，所制备的高强度无取向硅钢薄带的强度大、铁损低和磁感高。

Claims (2)

1.一种高强度无取向硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分是：Si为3.0～3.5wt％，Al为0.5～1.0wt％，Mn为0.1～1.0wt％，Cu为1.0～2.0wt％，Cr为0.5～1.0wt％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述高强度无取向硅钢薄带的制备方法是：按所述高强度无取向硅钢薄带的化学成分进行冶炼，在1400～1550℃条件下浇铸成板坯，将所述板坯在1100～1200℃条件下热轧至厚度为0.8～1.5mm的热轧板；再将所述热轧板进行常化处理，常化处理后的热轧板在室温条件下冷轧至0.1～0.3mm，即得无取向硅钢薄带；然后将所述无取向硅钢薄带进行再结晶退火，即得高强度无取向硅钢薄带；
所述常化处理是在1000～1100℃条件下保温3～15min，再用水淬方式进行冷却；
所述再结晶退火是在800～1000℃条件下保温1～3h，再随炉冷却至室温。
2.一种高强度无取向硅钢薄带，其特征在于所述高强度无取向硅钢薄带是根据权利要求1所述的高强度无取向硅钢薄带的制备方法所制备的高强度无取向硅钢薄带。
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