CN110592481A - 一种磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁性能优良的无取向电工钢板,其化学成分按质量百分比计为:C:0~0.003%,Si:0.1~1.6%,Mn:0.15~0.5%,S:0~0.0045%,Al:0.001~0.6%,O:0~0.01%,Nb:0~0.001%,V:0~0.001%,Ti:0~0.001%,Ca:0.0003~0.0035%,其中,Si和Al的总含量为0.2~1.6%,Nb、V和Ti的总质量百分比不大于0.0025%,余量为Fe及不可避免的夹杂物;其制造方法如下:转炉冶炼,RH精炼,连铸,热轧,酸洗,连轧,退火,其中在连铸坯冷却过程中,需要在1100℃~1300℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在0~10℃/min,且在600℃~800℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在20~40℃/min。本发明的中间产品尺寸精度高,最终成品的磁性能优良,且生产效果高和生产稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法。
背景技术
近年来,作为电力、电子行业不可或缺的软磁材料之一,电工钢实物质量的改善一直是人们追求的目标,在这方面对于各类中小型电机铁芯、EI铁芯等原器件更为重要,这些原器件采用的电工钢绝大多数为中低牌号的无取向电工钢,在要求保持很高磁感的同时,铁损要尽可能的低,例如,对于高端用户的市场而言,B50A1300牌号的电磁性能中,铁损的需求已经达到6.0W/Kg或以下的要求,磁感的需求也已经达到1.75T或以上的要求,电工钢的电磁性能主要取决于化学成分设计、有利的晶体织构控制和适宜的成品带钢晶粒尺寸,而在化学成分设计、热轧工艺制度、连续退火工艺制度明确的前提下,成品带钢的晶体织构和晶粒尺寸基本确定,成品带钢的电磁性能控制效果主要取决于钢的杂质元素和有效夹杂物控制效果,合适的杂质元素含量和有害夹杂物控制效果可以大幅度改善成品带钢的电磁性能,除此之外,还需要把控中间产品的尺寸精度,但是在无取向电工钢的制造过程中,中间产品的尺寸精度难以控制,容易出现超宽或者超窄的现象,导致生产效果差和生产稳定性低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法,无取向电工钢板的中间产品钢质洁净度高、尺寸精度高,最终成品的磁性能优良,同时制造方法保证生产效果高和生产稳定性高。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种磁性能优良的无取向电工钢板,所述的磁性能优良的无取向电工钢板的化学成分按质量百分比计为:C:0~0.003%,Si:0.1~1.6%,Mn:0.15~0.50%,S:0~0.0045%,Al:0.001~0.6%,O:0~0.01%,Nb:0~0.001%,V:0~0.001%,Ti:0~0.001%,Ca:0.0003~0.0035%,其中,Si和Al的总含量为0.2~1.6%,Nb、V和Ti的总质量百分比不大于0.0025%,余量为Fe及不可避免的夹杂物。
优选地,复合夹杂物占所有夹杂物的质量百分比应满足为50~85%。
优选地,定义Ca元素的氧化物类夹杂物的改善指数为:C改=Ca/(O+1/2*S),其中,0.11≤C改≤0.71。
一种磁性能优良的无取向电工钢板的制造方法,包括如下步骤:转炉冶炼,RH精炼,连铸,热轧,酸洗,连轧,退火,其中在连铸坯的冷却过程中,需要在1100℃~1300℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在0~10℃/min,且在600℃~800℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在20~40℃/min。
优选地,控制浇铸速度为0.6~1.6m/min。
本发明的有益效果如下:在本无取向电工钢板的制造过程中,本无取向电工钢板的制造方法有意识地控制着Nb、V和Ti元素的总含量,减少Nb、V和Ti的C、N夹杂物,避免晶粒长大受到阻碍和钢的磁性受到恶化,保证最终成品具备优良的磁性能,且成本低廉;本无取向电工钢板的中间连铸坯宽度方向尺寸精度高,目标控制范围精度不大于10mm;本无取向电工钢板的制造方法简单易操作,不需要进行常化处理,也不需要进行罩式炉中间退火,有利于夹杂物控制、晶粒尺寸长大以及形成有利织构,使所制得的无取向电工钢板的铁损和磁感能够达到目标的生产需求。
附图说明
图1是杂质元素Nb、V和Ti含量对磁感应强度的影响关系图。
图2是化学成分Si和Al总含量与连铸坯宽度方向尺寸精度的关系图。
图3是连铸拉速与连铸坯宽度方向尺寸精度的关系图
图4是实验例1-11和对比例1-5的无取向电工钢板中各化学元素的质量百分比的表格图。
图5是实验例1-11和对比例1-5的无取向电工钢板制造方法的具体工艺参数的表格图。
图6是实验例1-11和对比例1-5的无取向电工钢板的磁性能测试结果的表格图。
图7是实验例无取向电工钢板中的夹杂物的SEM图。
图8是对比例无取向电工钢板中的夹杂物的SEM图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明实施例中的技术方案进行描述。
如图1、图2和图3所示,一种磁性能优良的无取向电工钢板,所述的磁性能优良的无取向电工钢板的化学成分按质量百分比计为:C:0~0.003%,Si:0.1~1.6%,Mn:0.15~0.5%,S:0~0.0045%,Al:0.001~0.6%,O:0~0.01%,Nb:0~0.001%,V:0~0.001%,Ti:0~0.001%,Ca:0.0003~0.0035%,其中,Si和Al的总含量为0.2~1.6%,Nb、V和Ti的总含量不大于0.0025%,余量为Fe及不可避免的夹杂物。
复合夹杂物占所有夹杂物的质量百分比应满足为50~85%。
定义Ca元素的氧化物类夹杂物的改善指数为:C改=Ca/(O+1/2*S),其中,0.11≤C改≤0.71。
一种磁性能优良的无取向电工钢板的化学成分设计原理如下:
C的质量百分比需控制在0.003%以下,C元素容易与Nb、Ti等元素结合,过多的C元素会引起铁损增加和产生磁时效;
Si的质量百分比为0.1~1.6%,当Si的质量百分比高于1.6%时,会增加钢的制造成本,容易降低钢的磁感性能,当Si的质量百分比低于0.1%时,会无法有效降低铁损;
Mn的质量百分比为0.15~0.5%,质量百分比为0.15%以上的Mn能够有效的减少热脆,而Mn的质量百分比高于0.5%时,材料的导热性会明显下降;
S的质量百分比为0~0.0045%,当S的质量百分比高于0.0045%时,会使S的Mn、Cu等有害析出物增加,强烈阻碍晶粒长大,恶化钢的磁性能;
Al的质量百分比为0.001~0.6%,Al的质量百分比高于0.6%时,会显著劣化钢的磁感;而低于0.001%时,会起不到有效降低铁损的作用;
O的质量百分比为0~0.01%,O的质量百分比为高于0.01%时,将使O的Al、Si、Ca等有害夹杂物大大增加,阻碍晶粒长大,恶化钢的磁性;
Nb的质量百分比为0~0.001%,Nb的质量百分比为高于0.001%时,将使Nb的C、N等有害析出物大大增加,阻碍晶粒长大,恶化钢的磁性;
V的质量百分比为0~0.001%,V的质量百分比为高于0.001%时,将使V的C、N等有害析出物大大增加,阻碍晶粒长大,恶化钢的磁性;
Ti的质量百分比为0~0.001%,Ti的质量百分比为高于0.001%时,将使Ti的C、N等有害析出物大大增加,阻碍晶粒长大,恶化钢的磁性;
Ca的质量百分比为0.0003~0.0035%,Ca的质量百分比为低于0.0003%时,起不到良好的氧化类夹杂物控制效果,Ca的质量百分比为高于0.0035%时,制造成本大大增加,阻碍晶粒长大,恶化钢的磁性;
Si和Al的总含量必须严格控制在0.2~1.6%,其原因在于Si+Al含量低于0.2%时,不能有效提高钢板的电阻率,从而降低钢板的铁损,而Si和Al的总含量高于1.6%时,钢板的磁感会大幅降低,较高的Si、Al含量还容易造成连铸浇铸困难、水口堵塞、连铸坯宽度尺寸精度低的问题;
由于当Nb、V、Ti的总含量超过0.0025%时,会使得Nb、V、Ti的C、N夹杂物大幅度地增加,强烈阻碍晶粒长大,恶化钢的磁性,因此在无取向电工钢板的制造过程中,操作人员需有意识地控制Nb、V和Ti元素的总含量,维持在0.0025%以下,这是现有的无取向电工钢板不具备的特点。
合适的钙处理效果可以有效地抑制钢中微细的硫化类夹杂物生成,改善钢中大颗粒的氧化类夹杂物组成和分布,进而可以确保连铸浇铸顺畅、稳定,电磁性能优良,研究表明,导致连铸浇铸出现异常,出现液面波动、水口堵塞的根本原因是钢液中存在着一定数量的大颗粒氧化类夹杂物,且以呈链条状、枝晶状的Al2O3类夹杂物为主,这类氧化物夹杂物致密、坚硬,熔点高、粘度大,在钢液浇铸过程中,随着钢液温度的降低、钢液粘度的增大,越来越不容易上浮、去除,而是悬浮、停留在钢液中,这类氧化类夹杂物会与浸入式水口壁相碰撞,从而被其捕获后逐渐导致水口壁内径逐渐缩小,进而造成钢液浇铸时的液面波动,或者钢液浇铸的不顺畅,严重时,会产生钢质表面质量缺陷,以及连铸浇铸生产中断等问题。其中,为了确保连铸浇铸顺畅,就必须确保钙处理之后的钢液中有合适的氧化类夹杂物,这些氧化类夹杂物中以Al2O3、SiO2、MgO链状、枝晶状复合形式为主,尺寸大、熔点高、形状不规则,因此,危害极大,除此之外,钙处理之后,还容易生成部分CaS类有棱角的、高熔点硫化类夹杂物,它们可以单独存在,也可以和上述氧化类夹杂物复合共存,同样会造成连铸浇铸浸入式水口的堵塞。因此,为了定量的衡量钙处理之后,钢液中的氧化类夹杂物控制效果,定义Ca元素的氧化物类夹杂物的改善指数为C改=Ca/(O+1/2*S),其中,0.11≤C改≤0.71。这里,从实际控制效果出发,考虑到了Ca与S的相互作用,从其结合效果上讲,S的折算系数定义为1/2,当C改值低于0.11时,说明Ca元素的加入量不足,弱钙处理条件下,Ca元素无法对这些呈链状、枝晶状的Al2O3、SiO2、MgO复合氧化类夹杂物有效变性,减少其尺寸,降低其熔点;相反,当C改值高于0.71时,说明Ca元素的加入量太高,强钙处理条件下,钢液中的氧化类夹杂物会以CaO·Al2O3和2CaO·Al2O3为主,加之过量的Ca会与S结合,生成为数众多的硫化类夹杂物CaS,所以,也不能从根本上解决连铸浇铸浸入式水口的堵塞问题。
一种磁性能优良的无取向电工钢板的制造方法,包括如下步骤:转炉冶炼,RH精炼,连铸,热轧,酸洗,连轧,退火,控制浇铸速度为0.6~1.6m/min,其中,在连铸坯的冷却过程中,需要在1100℃~1300℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在0~10℃/min,该期间会优先析出MnS,之所以限制了比较低的冷却速率,主要是为了尽可能充分的生成尺寸粗大的MnS夹杂物,可以避免后续低熔点、小尺寸的硫化物充分析出,并且缓冷条件下,MnS夹杂物也更容易粗化、长大,且保持良好的球形或者椭球形,这种球形或者椭球形夹杂物,不容易形成更为有害的楔形畴,因此,磁化更容易,磁性能优良;还需要在600℃~800℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在20~40℃/min,也就是说,该期间需要进行强冷、快冷,主要目的是让低熔点Cu2S夹杂物来不及充分析出,析出的数量少则对磁性能控制有利,而少量能够析出的这种夹杂物,则以MnS为核心进行析出,夹杂物的尺寸更大,危害更小。
实施例
图4表示为实验例1-11和对比例1-5的无取向电工钢板中各化学元素的质量百分比,图5表示为实验例1-11和对比例1-5的无取向电工钢板制造方法的具体工艺参数,根据图4和图5的表格数据,采用如下步骤制取无取向电工钢板:将铁水、废钢按照图4中各化学元素的质量百分比通过铁水预处理和转炉冶炼;RH精炼;连铸,获得厚度为170mm~250mm,宽度为800mm~1400mm的连铸坯;热轧;酸洗和连轧;退火。
对上述制得的无取向电工钢板的磁性能进行测试,测试结果如图6所示,由图6可知,实验例1-11的无取向电工钢板的铁损P15/50为5.5W/kg以下,磁感B50为1.755T以上,对比图7和图8,实验例1-11的无取向电工钢板的夹杂物含量更少,本无取向电工钢板能充分满足现阶段的铁损需求和磁感需求,具备优良的磁性能。
Claims (5)
1.一种磁性能优良的无取向电工钢板,其特征在于所述的磁性能优良的无取向电工钢板的化学成分按质量百分比计为:C:0~0.003%,Si:0.1~1.6%,Mn:0.15~0.5%,S:0~0.0045%,Al:0.001~0.6%,O:0~0.01%,Nb:0~0.001%,V:0~0.001%,Ti:0~0.001%,Ca:0.0003~0.0035%,其中,Si和Al的总含量为0.2~1.6%,Nb、V和Ti的总含量不大于0.0025%,余量为Fe及不可避免的夹杂物。
2.根据权利要求1所述的磁性能优良的无取向电工钢板,其特征在于复合夹杂物占所有夹杂物的质量百分比应满足为50~85%。
3.根据权利要求2所述的磁性能优良的无取向电工钢板,其特征在于定义Ca元素的氧化物类夹杂物的改善指数为:C改=Ca/(O+1/2*S),其中,0.11≤C改≤0.71。
4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的磁性能优良的无取向电工钢板的制造方法,其特征在于包括如下步骤:转炉冶炼,RH精炼,连铸,热轧,酸洗,连轧,退火,其中在连铸坯的冷却过程中,需要在1100℃~1300℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在0~10℃/min,且在600℃~800℃的温度范围内,将连铸坯的冷却速率限制在20~40℃/min。
5.一种根据权利要求4所述的制造方法,其特征在于控制浇铸速度为0.6~1.6m/min。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191220 |