CN110396642A - 具有{100}织构的无取向电工钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有{100}织构的无取向电工钢及其制备方法，涉及特殊钢制造领域。其中制备方法包括以下步骤：钢液经真空感应熔炼后浇注至浇铸模具中，冷却后得到铸锭；将铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷，然后进行线切割，获得铸坯板；将铸坯板进行冷轧，再进行相变退火，即得到具有{100}织构的无取向电工钢。本申请解决了现有无取向电工钢中{100}织构的比例较低、铁损高和磁感低的问题，实现了低铁损、高磁感的{100}织构柱状晶组织无取向电工钢的制备。

Description

具有{100}织构的无取向电工钢及其制备方法
技术领域
本申请涉及特殊钢制造领域，具体涉及一种具有{100}织构的无取向电工钢及其制备方法。
背景技术
电工钢亦称硅钢片，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。无取向电工钢是含碳很低的硅铁软磁合金，是在旋转磁场中工作的电动机和发电机转子的铁芯材料，要求具有良好的磁性能和工艺性能。近年来，随着电机高速化和小型化的发展，对无取向硅钢的性能要求提出了更高的要求，如在高频下具有低铁损和高磁感强度等。而传统无取向电工钢的磁性能，特别是中高牌号高铁损、低磁感的性能已经很难满足人们的需要。同时，传统无取向电工钢生产的技术壁垒并不高，同质化竞争尤为严重，在钢铁行业整体产能过剩和节能降耗降本的大趋势下，研究与开发新一代低铁损高磁感无取向电工钢已成为科技人员和生产者的紧迫任务。
工业大生产中，一般采用净化钢水、减少杂质和获得均匀的晶粒尺寸等方法来提高无取向电工钢的磁性能，但该方法很难突破无取向电工钢高铁损、低磁感的“瓶颈”。初始柱状晶组织在现代钢铁生产的铸锭、铸坯及连铸坯中广泛存在，由于其在凝固过程中的取向择优生长，往往表现出{100}织构；同时，由于具有两个易磁化方向，{100}织构能够同时降低铁损并提高磁感。然而，目前的制备方法在无取向电工钢中形成{100}织构的比例较低，无取向电工钢仍存在铁损高和磁感低的问题，且由于工期长、工艺复杂、设备要求高等一系列的劣势，使得{100}织构无取向电工钢的生产到目前为止还很难应用于社会化大生产。因此，只有制备低铁损、高磁感的强{100}织构无取向电工钢，才能真正解决目前无取向电工钢进一步发展所面临的窘境。
发明内容
本申请实施例通过提供一种具有{100}织构的无取向电工钢及其制备方法，解决了现有无取向电工钢中{100}织构的比例较低、铁损高和磁感低的问题，实现了低铁损、高磁感的{100}织构柱状晶组织无取向电工钢的制备。
为达到上述目的，本申请主要提供如下技术方案：
一方面，本申请实施例提供了一种具有{100}织构的无取向电工钢的制备方法，包括以下步骤：
钢液经真空感应熔炼后浇注至浇铸模具中，冷却后得到铸锭；
将铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷，然后进行线切割，获得铸坯板；
将铸坯板进行冷轧，再进行相变退火，即得到具有{100}织构的无取向电工钢。
作为优选，所述钢液的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si≤0.5％、0.4％≤Mn≤0.6％、Al≤0.005％、S≤0.01％、P≤0.01％，余量为铁及不可避免的夹杂物组成。
作为优选，所述浇铸模具为孔型模具，模具型腔的尺寸满足以下要求：长度≥2*宽度≥6*高度。
作为优选，所述浇铸模具需要在浇铸前进行预热，预热温度为200℃～300℃。
作为优选，对所述铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷时采用铣削机加工的方式，且去除铸锭表面厚度3～5mm。
作为优选，将所述铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷后，以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，得到厚度为1～5mm的铸坯板。
作为优选，将所述铸坯板去除表面油污后再进行冷轧，保证最终厚度为0.5mm。
作为优选，所述相变退火在纯氢气气氛中进行，加热温度为950℃～1050℃。
作为优选，在进行相变退火加热时，采用加热炉达到预设温度后直接入炉快速加热法进行加热。
作为优选，在进行相变退火时，保温时间为5min，保温后冷却至830℃。
作为优选，在进行相变退火时，保温后冷却并控制冷却速率为150℃/h～750℃/h。
另一方面，本申请实施例提供了按照上述制备方法制备得到的具有{100}织构的无取向电工钢。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例改变无取向电工钢常规的熔炼→浇铸→去除表面氧化皮→热轧→冷轧→相变退火的制备工艺，省掉其中的热轧工艺，直接将铸坯进行冷轧，再结合改进的相变退火工艺，获得了{100}织构柱状晶组织的无取向电工钢。本申请实施例有效利用了铸坯凝固初始组织的{100}织构的遗传和记忆作用，进一步优化最终相变{100}织构，从而在无取向电工钢中获得强{100}织构，显著的改善了产品的磁性能，能够同时降低铁损和提高磁感，最终产品的铁损P1.5最低达到5.166W/kg，磁感B50最高达到1.825T，能够满足电气设备高速化和高效化对于无取向电工钢磁性能的要求；本申请的制备方法相比于传统工艺，无需热轧处理工艺，工艺较简单，不仅成品具有高磁感、低铁损的优势，而且制备方法能够应用于批量生产，能够满足市场的生产需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
本申请实施例提供了一种具有{100}织构的无取向电工钢的制备方法，包括以下步骤：
钢液经真空感应熔炼后浇注至浇铸模具中，冷却后得到铸锭；
将铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷，然后进行线切割，获得铸坯板；
将铸坯板进行冷轧，再进行相变退火，即得到具有{100}织构的无取向电工钢。
本申请实施例改变无取向电工钢常规的熔炼→浇铸→去除表面氧化皮→热轧→冷轧→相变退火的制备工艺，省掉其中的热轧工艺，直接将铸坯进行冷轧，再结合改进的相变退火工艺，获得了{100}织构柱状晶组织的无取向电工钢。本申请实施例有效利用了铸坯凝固初始组织的{100}织构的遗传和记忆作用，进一步优化最终相变{100}织构，从而在无取向电工钢中获得强{100}织构，显著的改善了产品的磁性能，能够同时降低铁损和提高磁感，最终产品的铁损P1.5达到5.166W/kg，磁感B50达到1.825T，能够满足电气设备高速化和高效化对于无取向电工钢磁性能的要求；本申请的制备方法相比于传统工艺，无需热轧处理工艺，工艺较简单，不仅成品具有高磁感、低铁损的优势，而且制备方法能够应用于批量生产，能够满足市场的生产需求。
本申请实施例在制备具有{100}织构的无取向电工钢时，所采用的钢液的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si≤0.5％、0.4％≤Mn≤0.6％、Al≤0.005％、S≤0.01％、P≤0.01％，余量为铁及不可避免的夹杂物组成。本申请实施例所采用的钢液的化学组成不同于普通无取向电工钢的化学组成，通过减少Si含量和增加Mn含量来减少表面氧化对形成{100}织构的阻碍作用，从而有利于在无取向电工钢内形成{100}织构。
本申请实施例优选浇铸模具为孔型模具，模具型腔的尺寸满足以下要求：长度≥2*宽度≥6*高度。采用该尺寸的孔型模具，可以在铸锭内形成完整的初始组织，为通过利用铸锭凝固初始组织在无取向电工钢中获得强{100}织构提供了基本条件。
本申请实施例优选浇铸模具需要在浇铸前进行预热，预热温度为200℃～300℃。通过对浇铸模具进行预热，可减少浇铸过程中形成的表面缺陷。
本申请实施例优选对铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷时采用铣削机加工的方式，且去除铸锭表面厚度3～5mm。本申请实施例优选沿垂直于高度方向的平面去除铸锭表面氧化皮和表面缺陷。
本申请实施例优选将铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷后，以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，得到厚度为1～5mm的铸坯板。本申请通过对铸锭进行线切割得到铸坯板，可有效利用铸坯凝固初始组织的{100}织构，避免了传统工艺中热轧工艺对初始{100}织构柱状晶组织的破坏。其中以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，可以充分利用在铸坯中竖向生长的凝固初始组织，使最终制备得到的无取向电工钢获得强{100}织构。
本申请实施例优选将铸坯板去除表面油污后再进行冷轧，保证最终厚度为0.5mm。该厚度为无取向电工钢的常规厚度，其可根据实际需要进行调整。
本申请实施例优选在纯氢气气氛中进行相变退火，其中加热温度为950℃～1050℃，且在加热炉达到加热温度后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为150℃/h～750℃/h。在纯氢气氛中进行相变退火，可利用氢气的高导热速率特点，在铸坯板表面形成较大的温度梯度，从而诱导{100}织构柱状晶组织的形成。
实施例1
钢液经真空感应熔炼后浇注至孔型模具中，模具孔的规格为480mm(长)×60mm(高)×200mm(宽)，浇注冷却后得到方坯，其中钢液的化学成分的重量百分比为：C：0.004％、Si：0.01％、Mn：0.58％、Al：0.003％、S：0.008％、P：0.007％，余量为铁及不可避免的夹杂物。将铸锭表面沿垂直于高度方向的平面铣削5mm去除氧化皮和表面缺陷，再以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，分别获得厚度为4mm、5mm的铸坯板；将所有不同厚度的铸坯板去除油污后冷轧至0.5mm，之后在纯氢气气氛下进行相变退火，加热温度为1050℃，在加热炉达到1050℃后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为150℃/h，最后从加热炉中取出进行空冷。
实施例2
钢液经真空感应熔炼后浇注至孔型模具中，模具孔的规格为480mm(长)×60mm(高)×200mm(宽)，浇注冷却后得到方坯，其中钢液的化学成分的重量百分比为：C：0.004％、Si：0.01％、Mn：0.58％、Al：0.003％、S：0.008％、P：0.007％，余量为铁及不可避免的夹杂物。将铸锭表面沿垂直于高度方向的平面铣削5mm去除氧化皮和表面缺陷，再以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，分别获得厚度为1mm、2mm、3mm的铸坯板；将所有不同厚度的铸坯板去除油污后冷轧至0.5mm，之后在纯氢气气氛下进行相变退火，加热温度为1050℃，在加热炉达到1050℃后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为450℃/h，最后从加热炉中取出进行空冷。
实施例3
钢液经真空感应熔炼后浇注至孔型模具中，模具孔的规格为480mm(长)×60mm(高)×200mm(宽)，浇注冷却后得到方坯，其中钢液的化学成分的重量百分比为：C：0.004％、Si：0.01％、Mn：0.58％、Al：0.003％、S：0.008％、P：0.007％，余量为铁及不可避免的夹杂物。将铸锭表面沿垂直于高度方向的平面铣削5mm去除氧化皮和表面缺陷，再以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，分别获得厚度为1mm、3mm、5mm的铸坯板；将所有不同厚度的铸坯板去除油污后冷轧至0.5mm，之后在纯氢气气氛下进行相变退火，加热温度为1050℃，在加热炉达到1050℃后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为750℃/h，最后从加热炉中取出进行空冷。
实施例4
钢液经真空感应熔炼后浇注至孔型模具中，模具孔的规格为480mm(长)×60mm(高)×200mm(宽)，浇注冷却后得到方坯，其中钢液的化学成分的重量百分比为：C：0.0035％、Si：0.06％、Mn：0.46％、Al：0.0024％、S：0.009％、P：0.0085％，余量为铁及不可避免的夹杂物。将铸锭表面沿垂直于高度方向的平面铣削5mm去除氧化皮和表面缺陷，再以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，分别获得厚度为1mm、2mm、4mm、5mm的铸坯板；将所有不同厚度的铸坯板去除油污后冷轧至0.5mm，之后在纯氢气气氛下进行相变退火，加热温度为950℃，在加热炉达到950℃后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为150℃/h，最后从加热炉中取出进行空冷。
实施例5
钢液经真空感应熔炼后浇注至孔型模具中，模具孔的规格为480mm(长)×60mm(高)×200mm(宽)，浇注冷却后得到方坯，其中钢液的化学成分的重量百分比为：C：0.0035％、Si：0.06％、Mn：0.46％、Al：0.0024％、S：0.009％、P：0.0085％，余量为铁及不可避免的夹杂物。将铸锭表面沿垂直于高度方向的平面铣削5mm去除氧化皮和表面缺陷，再以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，分别获得厚度为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm的铸坯板；将所有不同厚度的铸坯板去除油污后冷轧至0.5mm，之后在纯氢气气氛下进行相变退火，加热温度为950℃，在加热炉达到950℃后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为450℃/h，最后从加热炉中取出进行空冷。
实施例6
钢液经真空感应熔炼后浇注至孔型模具中，模具孔的规格为480mm(长)×60mm(高)×200mm(宽)，浇注冷却后得到方坯，其中钢液的化学成分的重量百分比为：C：0.0035％、Si：0.06％、Mn：0.46％、Al：0.0024％、S：0.009％、P：0.0085％，余量为铁及不可避免的夹杂物。将铸锭表面沿垂直于高度方向的平面铣削5mm去除氧化皮和表面缺陷，再以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，分别获得厚度为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm的铸坯板；将所有不同厚度的铸坯板去除油污后冷轧至0.5mm，之后在纯氢气气氛下进行相变退火，加热温度为950℃，在加热炉达到950℃后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为750℃/h，最后从加热炉中取出进行空冷。
实施例7
钢液经真空感应熔炼后浇注至孔型模具中，模具孔的规格为480mm(长)×60mm(高)×200mm(宽)，浇注冷却后得到方坯，其中钢液的化学成分的重量百分比为：C：0.0035％、Si：0.06％、Mn：0.46％、Al：0.0024％、S：0.009％、P：0.0085％，余量为铁及不可避免的夹杂物。将铸锭表面沿垂直于高度方向的平面铣削5mm去除氧化皮和表面缺陷，再以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，分别获得厚度为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm的铸坯板；将所有不同厚度的铸坯板去除油污后冷轧至0.5mm，之后在纯氢气气氛下进行相变退火，加热温度为1000℃，在加热炉达到1000℃后直接入炉进行快速加热，均温保温时间为5min，之后冷却至830℃，控制冷却速率为450℃/h。
将本申请实施例制备的无取向电工钢进行磁性能测定，得到如表1所示的测定结果。从表1可以看出，本申请实施例制备的无取向电工钢的铁损P1.5均在5.896W/kg以下，且最低达到5.166W/kg，磁感B50均在1.781T以上，且最高达到1.825T，相比常规工艺制备的无取向电工钢5.912W/kg的铁损P1.5和1.771T的磁感B50，显著降低了铁损和提高了磁感，能够满足电气设备高速化和高效化对于无取向电工钢磁性能的要求。
表1.各实施例制备的无取向电工钢的磁性能
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.具有{100}织构的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
钢液经真空感应熔炼后浇注至浇铸模具中，冷却后得到铸锭；
将铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷，然后进行线切割，获得铸坯板；
将铸坯板进行冷轧，再进行相变退火，即得到具有{100}织构的无取向电工钢。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢液的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si≤0.5％、0.4％≤Mn≤0.6％、Al≤0.005％、S≤0.01％、P≤0.01％，余量为铁及不可避免的夹杂物组成。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浇铸模具为孔型模具，模具型腔的尺寸满足以下要求：长度≥2*宽度≥6*高度。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浇铸模具需要在浇铸前进行预热，预热温度为200℃～300℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷时采用铣削机加工的方式，且去除铸锭表面厚度3～5mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述铸锭去除表面氧化皮和表面缺陷后，以高度方向为线切割平面法向对铸锭进行线切割，得到厚度为1～5mm的铸坯板。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述铸坯板去除表面油污后再进行冷轧，保证最终厚度为0.5mm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相变退火在纯氢气气氛中进行，加热温度为950℃～1050℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行相变退火加热时，采用加热炉达到预设温度后直接入炉快速加热法进行加热。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行相变退火时，保温时间为5min，保温后冷却至830℃。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行相变退火时，保温后冷却并控制冷却速率为150℃/h～750℃/h。
12.具有{100}织构的无取向电工钢，其特征在于，所述无取向电工钢根据权利要求1-11任一项所述的制备方法制备得到。
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