CN111235462B - 一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢及其制造方法以及其制备的铁芯和铁芯的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢及其制造方法以及其制备的铁芯和铁芯的热处理方法，所述高效定频压缩机用易冲裁电工钢包括以下重量百分比的化学成分：Si：1.70％～2.30％；Als：0.10％～0.60％；Mn：0.20％～0.60％；P：0.02％～0.10％；C：≤0.005％；S：≤0.01％；N：≤0.01％；Ti：≤0.005％；且C+S+N+Ti：≤100ppm；余量为铁及不可避免的杂质；由于Si、Mn、Als三种合金元素比例调整以及热轧、常化、连退工艺的优化，成品硅钢板冲裁容错率明显提升，同一套模具单周期冲裁320万次以上，利用所述的电工钢加工成的铁芯经退火后性能满足压缩机效率85％的性能要求。

Description

一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢及其制造方法以及其制 备的铁芯和铁芯的热处理方法
技术领域
本发明属于无取向硅钢生产技术领域，具体涉及一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢及其制造方法以及其制备的铁芯和铁芯的热处理方法。
背景技术
定频压缩机是一种工作频率恒定、转速固定的压缩机类型，由于其结构简单、维护成本低、性价比高等特点，被广泛应用于家用空调、冰箱等制冷电器中，同时也是工业制冷压缩机的主要机型。高效定频压缩机铁芯材料一般采用Si含量在2.0％左右的无取向冷轧电工钢冲裁叠装而成，装配后的压缩机工作效率在85％左右。无取向电工钢在冲裁过程中，力学性能和冲裁工艺之间的不合理匹配以及模具磨损引起的冲裁工艺变化，都会使得冲裁后定转子单片出现翘曲、尺寸不良等加工缺陷。为保证定转子铁芯质量，定转子冲片出现加工缺陷后一般采用更换模具的方式来解决，导致压缩机生产效率和成本增加。
目前，为提高压缩机效率，无取向电工钢在开发和生产过程中主要考虑铁损的进一步降低和磁感的同步升高，对于力学性能以及力学性能与客户冲裁工艺的匹配性考虑较少。
公开号为CN103526001A的中国专利，公开了一种定频压缩机用冷轧无取向电工钢的制造方法，其成分含量为C≤0.01％，Si：0.7％～1.2％，Al：0.1％～0.4％，Mn：0.2％～0.5％，P：0.04％～0.10％，N：≤0.006％，Ti≤0.008％，S≤0.006％。该发明通过对C、Si、Al、Mn、P、N、Ti等元素合理的成分设计，配合热轧+冷轧的温度和压下工艺制度，获得P1.5/50≤4.3W/kg，磁感B50≥1.71T，磁各向异性≤15％的定频压缩机用冷轧无取向电工钢，该发明专利主要针对Si+Al含量小于2.0％无取向电工钢性能进行研究。对于Si含量在2.0％左右的高效定频压缩机用无取向电工钢以及电工钢力学性能与冲裁工艺的匹配未见报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢及其制造方法以及其制备的铁芯和铁芯的热处理方法，通过成分设计，连铸、加热、热轧、常化、冷轧和连续退火等工艺优化，实现0.50mm厚度规格效率85％的高效压缩机用无取向电工钢批量化稳定生产；利用所述的电工钢加工成的铁芯经热处理之后，铁损显著降低，进而提升了压缩机的效率。
本发明采取的技术方案为：
一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
(1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理；
(2)钢水连续浇铸成铸坯；
(3)热轧；
(4)热卷经900～1000℃，2～5min正火，采用高温正火工艺以改善电工钢的磁感；
(5)酸洗、冷轧；
(6)冷轧卷经820～950℃，100～250s退火，采用低温加热工艺以提高强度，降低屈强比，退火炉内采用N2保护；然后风冷至45℃以下，以使钢卷强度提高；
(7)涂敷绝缘涂料并固化。
进一步地，步骤(2)中，铸坯的尺寸为200～280mm。
步骤(3)中，铸坯在1050～1150℃加热100～230min，优先采用低温加热工艺以减少夹杂物在钢种固溶；经5道次粗轧至厚度32～45mm，后经7道次连轧至厚度1.8～2.8mm；终轧温度810～900℃；经层流冷却温度降至540～650℃进行卷取。
步骤(5)中，冷轧至目标厚度0.50mm，冷轧总压下率应控制在65％～87％之间，确保钢板充分变形为再结晶退火提供形核条件。
步骤(7)中，所述固化条件为400～650℃固化35～70s，保证钢板双面层间电阻为150～800Ω·mm2。
本发明还提供了按照所述的制造方法生产的高效定频压缩机用易冲裁电工钢。
所述高效定频压缩机用易冲裁电工钢包括以下重量百分比的化学成分：Si：1.70％～2.30％；Als：0.10％～0.60％；Mn：0.20％～0.60％；P：0.02％～0.10％；C：≤0.005％；S：≤0.01％；N：≤0.01％；Ti：≤0.005％；且C+S+N+Ti：≤100ppm；余量为铁及不可避免的杂质。
进一步地，所述高效定频压缩机用易冲裁电工钢优选为包括以下重量百分比的化学成分：Si：1.85％～2.15％；Als：0.10％～0.40％；Mn：0.20％～0.50％；P：0.02％～0.10％；C：≤0.005％；S：≤0.01％；N：≤0.01％；Ti：≤0.005％；且C+S+N+Ti：≤85ppm；余量为铁及不可避免的杂质。
上述各成分作用及控制如下：
Si、Mn和Als：三者属于无取向电工钢中的合金元素，随着三者总量增加，铁损P1.5/50有明显的降低，但磁感B5000性能也降低，屈服强度提高，屈强比增加，三种元素对磁性能和力学性能的影响不同，应按比例控制在合理范围之内；
P：P元素可以有效缩小电工钢γ相区，促进晶粒长大，若含量超过0.1％，使得材料脆化作用增强，影响冷轧及后续冲裁性能，降低弯曲次数，因此P含量应控制在0.02％～0.10％；
C、S、N和Ti：在电工钢中四种元素均属于有害元素，C含量超过0.005％时铁损升高显著，磁时效明显；S和N在电工钢中易形成MnS、Cu2S和AlN等第二相夹杂，强烈阻碍晶粒长大，铁损升高；Ti元素对无取向电工钢电磁性能的影响尤为强烈，析出的TiC和TiN夹杂，严重阻碍晶粒长大，铁损大幅升高，原则上Ti含量越低越好。
采用本发明生产的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢为单相铁素体组织，晶粒度评级为4.5级，平均晶粒尺寸为67μm，其磁性能如下：
铁损P1.5/50≤3.6W/kg；B5000≥1.70T；屈服强度Rp0.2≥380MPa，屈强比≤55％，满足高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢需求。其中：铁损P1.5/50为频率50Hz交变磁场，磁极化强度在1.5T下测得的比总损耗；磁感B5000为磁场强度为5000A/m条件下测得的磁极化强度；屈强比＝屈服强度/抗拉强度。
本发明还提供了利用所述的高效定频压缩机用易冲裁电工钢制备的铁芯，其可用于高效定频压缩机中。
本发明还提供了所述的铁芯的热处理方法，铁芯在700～780℃范围内保持120～180min，炉内采用DX气体保护，使冲裁过程中定转子铁芯边部发生塑性变形的晶粒产生回复和再结晶、毛刺烧钝，同时使铁芯材料内部晶粒长大、铁损降低，压缩机效率提升，铁芯退火后性能满足压缩机效率85％的性能要求。
所述DX气体是以甲烷/丙烷等天然气为原料，在高温下与空气进行不充分燃烧，分解生产含N2、H2、CO、CO2的混合气体。
采用本发明的技术方案生产的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢产品，相对于现有成分和工艺电工钢产品，由于Si、Mn、Als三种合金元素比例调整以及热轧、常化、连退工艺的优化，成品硅钢板冲裁容错率明显提升，同一套模具单周期冲裁320万次以上，铁芯退火后性能满足压缩机效率85％的性能要求，实现了电工钢力学性能的改善、冲裁工艺容错率提升、冲裁模具更换周期提高。
附图说明
图1为实施例2中的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢及制造方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：1.98％；Als：0.31％；Mn：0.30％；P：0.04％；C+S+N+Ti：72ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1050℃，时间190min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.6mm厚度，终轧温度850℃，经层流冷却至温度为590℃时卷取；
4)热轧板正火温度为930℃，时间为150s，正火后用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为80.7％；
6)冷轧板经860℃，220s进行退火处理，炉内保护气氛为氮气保护；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经550℃×40s固化，即可得到所述高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢。
经上述工艺制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢力学性能优良，屈服强度Rp0.2为385MPa，屈强比53％，同一模具单周期冲裁320万次以上未出现不良片。
本实施例制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢经冲裁叠装后的铁芯，在780℃范围内保持130min，炉内采用DX气体保护，铁芯退火后铁损2.18W/kg，压缩机效率84.7％。
实施例2
一种高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢及制造方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：2.04％；Als：0.34％；Mn：0.28％；P：0.03％；C+S+N+Ti：84ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1050℃，时间190min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.6mm厚度，终轧温度860℃，经层流冷却至温度为590℃时卷取；
4)热轧板正火温度为940℃，时间为150s，正火后用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为80.7％；
6)冷轧板经880℃，220s进行退火处理，炉内保护气氛为氮气保护；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经550℃×40s固化，即可得到所述高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢。
经上述工艺制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢力学性能优良，屈服强度Rp0.2为380MPa，屈强比55％，同一模具单周期冲裁320万次以上未出现不良片。
本实施例制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢经冲裁叠装后的铁芯，在750℃范围内保持130min，炉内采用DX气体保护，铁芯退火后铁损2.16W/kg，压缩机效率84.9％。
实施例3
一种高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢及制造方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：1.95％；Als：0.37％；Mn：0.34％；P：0.02％；C+S+N+Ti：85ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1050℃，时间190min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.6mm厚度，终轧温度850℃，经层流冷却至温度为590℃时卷取；
4)热轧板正火温度为950℃，时间为180s，正火后用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为80.7％；
6)冷轧板经900℃，200s进行退火处理，炉内保护气氛为氮气保护；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经550℃×40s固化，即可得到所述高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢。
经上述工艺制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢力学性能优良，屈服强度Rp0.2为385MPa，屈强比55％，同一模具单周期冲裁320万次以上未出现不良片。
本实施例制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢经冲裁叠装后的铁芯，在780℃范围内保持120min，炉内采用DX气体保护，铁芯退火后铁损2.14W/kg，压缩机效率85.0％。
对比例1
一种高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢及制造方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：2.05％；Als：0.35％；Mn：0.35％；P：0.04％；C+S+N+Ti：85ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1180℃，时间190min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.6mm厚度，终轧温度850℃，经层流冷却至温度为590℃时卷取；
4)热轧板正火温度为930℃，时间为140s，正火后用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为80.7％；
6)冷轧板经970℃，220s进行退火处理，炉内保护气氛为氮气保护；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经560℃×40s固化；
经上述工艺制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢力学性能优良，屈服强度Rp0.2为365MPa，屈强比64％，同一模具单周期冲裁250万次后出现不良片，模具侧面存在划伤，铁芯退火后铁损2.32W/kg，压缩机效率84.2％。
经上述工艺制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢力学性能优良，屈服强度Rp0.2为365MPa，屈强比64％，同一模具单周期冲裁250万次以上未出现不良片，模具侧面存在划伤。
本对比例制造的高效定频压缩机用易冲裁无取向电工钢经冲裁叠装后的铁芯，在780℃范围内保持120min，炉内采用DX气体保护，铁芯退火后铁损2.32W/kg，压缩机效率84.2％。
上述参照实施例对一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢及其制造方法以及其制备的铁芯和铁芯的热处理方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高效定频压缩机用易冲裁电工钢，其特征在于，所述高效定频压缩机用易冲裁电工钢包括以下重量百分比的化学成分：Si：1.85%~2.15%；Als：0.10%~0.40%；Mn：0.20%~0.50%；P：0.02%~0.10%；C：≤0.005%；S：≤0.01%；N：≤0.01%；Ti：≤0.005%；且C+S+N+Ti：≤85ppm；余量为铁及不可避免的杂质；
所述高效定频压缩机用易冲裁电工钢的制造方法包括以下步骤：
(1) 铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理；
（2）钢水连续浇铸成铸坯；
(3) 热轧；
(4) 热卷经900~1000℃，2~5min正火；
(5) 酸洗、冷轧；
(6) 冷轧卷经820~950℃，100~250s退火，退火炉内采用N2保护；然后风冷至45℃以下；
（7）涂敷绝缘涂料并固化；
步骤（2）中，铸坯的尺寸为200~280mm；
步骤（3）中，铸坯在1050~1150℃加热100~230min；经5道次粗轧至厚度32~45mm，后经7道次连轧至厚度1.8~2.8mm；终轧温度810~900℃；经层流冷却温度降至540~650℃进行卷取；
步骤（5）中，冷轧至目标厚度0.50mm，冷轧总压下率应控制在65%~87%之间；
步骤（7）中，所述固化条件为400~650℃固化35~70s。
2.一种利用权利要求1所述的高效定频压缩机用易冲裁电工钢制备的铁芯。
3.如权利要求2所述的铁芯的热处理方法，其特征在于，铁芯在700~780℃范围内保持120~180min，炉内采用DX气体保护。
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