CN111690870A - 一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法,其组分及重量百分比含量为:C≤0.0030%,Si:2.65~3.85%,Mn:0.05~0.15%,Al≤0.015%,P≤0.05%,S≤0.0020%,Sn:0.04~0.06%,N≤0.0030%,并且2.75%≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85%,其余为Fe及不可避免的杂质;该成分钢种经冶炼、精炼、连铸、热轧,热轧出口厚度1.80~2.10mm,再经酸洗常化,然后在五机架连轧机组上轧制到成品厚度0.27~0.30mm,最后经高温连续退火涂层制造出高磁感薄规格无取向硅钢产品。厚度0.27mm、P1.0/400≤13.00W/kg、B5000≥1.67T,厚度0.30mm、P1.0/400≤13.5W/kg、B5000≥1.69T的产品,采用冷连轧法生产比单机可逆轧机工序成本降低40~50%。
Description
技术领域
本发明属于材料加工与制造领域,具体涉及新能源汽车电机用高磁感薄规格电工钢的生产方法,所述新能源汽车电机用高磁感薄规格电工钢是一种具有高磁导率、低矫顽力、薄规格、低铁损等优异性能的软磁材料。。
背景技术
目前,电工钢产业中低牌号产能过剩,各大钢厂都在降低生产成本以提高竞争力。而对于高效高牌号硅钢来说,未来存在着巨大需求增量,尤其是薄规格的产品,如新能源汽车电机用硅钢与高端的变频压缩机用硅钢,在未来会有爆发式的增长。
随着新能源汽车电机和空调压缩机向小型、高效化方向发展,其使用的电机频率也向高频化方向发展,要求电机使用铁芯材料在高频下铁损要低,因此有必要增加Si和Al含量。但是,Si和Al含量的增加,钢板明显变硬,冷轧薄规格产品变的非常困难。
新能源汽车电机所使用的牌号主要规格集中在0.27mm~0.35mm的薄规格产品,该品种规格生产难度大、产品质量(板型、表面)要求高,目前均采用单机架六辊可逆轧机和单机架二十辊轧机可逆轧机生产;经试验对比,采用冷连轧生产其工序成本比单机架可逆轧机低50%。
经检索:中国专利公开号为CN1380908A的文献,公开了一种无取向电工钢板及其制造方法。其含有质量%为:C≤0.005%,Si:1.5~3.0%,Mn:0.05~1.5%,P≤0.05%,S≤0.02%,Al:0.1~2%,N≤0.005%,Cr:0.4~1.4%,其余基本为铁的无取向电工钢板,具有优良的冲片加工性能和疲劳性能,而且在1000Hz频率下的应力退火前后铁损低,适用于电动汽车用电机和空调用电机的铁芯材料。但是,该文献得到的材料磁感偏低(B5000≤1.68T)。
中国专利公开号为CN103173678A的文献,公开了一种转子用无取向硅钢及其制造方法。含有质量%为:C:0.001~0.004%,Si:2.5~4.0%,Al:0.5~1.5%,Mn:0.1~1.5%,P≤0.02%,S≤0.001%,N≤0.002%,B≤0.005%,其余铁和不可避免的杂质;精炼工序先Si后Al脱氧,最后进行Ca处理,该方法主要问题是冶炼难度大,而且需要温轧,成本高,并且0.5mm厚度材料磁性指标偏低(B5000≥1.64T),实物质量也只有1.67T。
中国专利公开号为CN201410545379.4的文献,公开了《一种变频高效压缩机用无取向硅钢及其生产方法》,其组分及重量百分比含量为:C:≤0.0050%,Si:3.1~3.4%,Mn:0.03~0.1%,Als≤0.01%,P≤0.05%,S不超过0.0025%,Cu≤0.06%,Sn:0.04~0.06%,N≤0.0025%,其余为Fe及不可避免的杂质;并满足Mn/S在20~80,Als含量不为零。采用二十辊可逆冷轧机一次冷轧生产的产品厚度0.35mm,磁性能为磁感B50≥1.69T,铁损P1.0/400≤17.5W/kg。
日本公开的专利文献《一种磁性和冲片加工性优良的压缩机用无取向电工钢》(JP20040072045),其加入Sn:0.01%~0.40%、Cu:0.1%~1.0%、Ca:0.001%~0.03%、REM(稀土):0.001%~0.02%。该文献要求控制加工硬化指数N值在0.25以下、下屈服强度/抗拉强度在0.635以上。消除应力退火后P15/50为2.6~2.8(W/kg),B50为1.71(T),冲片加工性优良的性能指标。其存在铁损较高问题。
美国专利US20090202383文献,公开了一种无取向硅钢及其制造方法。其通过添加Cu、Ni、Cr、Mo、W等元素、进行基体固溶强化和第二相析出强化来提高屈服强度,但该文献磁性较差,成本较高。
日本专利文献特开2011-89204,公开了新能源汽车驱动马达用高强度无取向电工钢板,其特点是在钢中添加Nb,冷轧时引入大量位错,热处理时控制再结晶面积比率使大量的位错残存在钢的组织内,从而获得优良磁性和机械性能。其成品厚度为0.35mm,屈服强度达到670MPa,抗拉强度达到780MPa,但存在再结晶比例过低,会导致磁性能恶化,磁感下降,尤其是高频铁损大幅上升,其成品铁损P1.0/400高达35W/kg,磁感B5000最好的也只有1.64T,差的达到1.62T,磁感太低,铁损偏高。
因此,用现有的专利方法生产高磁感薄规格无取向硅钢,磁感低、中高频铁损高,不能满足新能源汽车用硅钢片的要求,并且采用单机可逆轧机生产,产量低,成本高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法,厚度0.27mm、P1.0/400≤13.00W/kg、B5000≥1.67T,厚度0.30mm、P1.0/400≤13.5W/kg、B5000≥1.69T的产品,采用冷连轧法生产比单机可逆轧机工序成本降低40~50%。
实现上述目的的措施:
一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法,其组分及重量百分比含量为:C≤0.0030%,Si:2.65~3.85%,Mn:0.05~0.15%,Al≤0.015%,P≤0.05%,S≤0.0020%,Sn:0.04~0.06%,N≤0.0030%,并且2.75%≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85%,其余为Fe及不可避免的杂质;厚度0.27mm、P1.0/400≤13.00W/kg、B5000≥1.67T,厚度0.30mm、P1.0/400≤13.5W/kg、B5000≥1.69T的产品,采用冷连轧法生产比单机可逆轧机工序成本降低40~50%。
一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法,其步骤:
1)S纯净钢冶炼并精炼;
2)成坯,铸坯等轴晶比例≥55%;
3)连铸坯进行加热,控制其均热温度在1120~1160℃,加热及保温时间在:3~5个小时;
4)轧:控制精轧入口厚度为30~32mm、精轧入口温度为960~980℃,终轧温度为800~830℃,终轧厚度1.8~2.1mm,采用工艺润滑轧制;
5)取并冷却至室温:卷取温度控制在680~720℃,钢卷自然冷却至室温;
6)洗常化:常化均热温度在950℃~1000℃,酸液HCI浓度3~8%、HCI温度94~96℃铁分≤100克/升,通板速度为30~35m/min;
7)连轧:在连轧机入口,由快速加热装置将钢带加热至100~150℃,五机架冷连轧轧制;对于1.8mm的带钢连轧轧制到0.27±0.005mm,总压下率~85%;对于2.1mm的带钢连轧轧制到0.30±0.005mm,总压下率~86%,轧制出口速度≥800m/min;
7)常规H2和N2混合气或全H2气干式气氛中进行成品退火,退火温度在930~980℃,通板速度为60~120m/min;
8)常规进行冷却、涂层及精整。
本发明各组分含量及制备方法中工艺参数控制原理阐述如下:
本发明无取向硅钢的成分及制备工艺主要围绕高磁感薄规格、冷连轧性能设计。本发明中各元素及主要工序的作用:
C在0.003%以下。C是对磁性有害的成分,希望越低越好,退火工序可以不脱C,改善产品冲片性,因此规定其含量在0.003%以下,最好在0.002%以下。
Si在2.65~3.85%。Si是提高电阻率、改善铁损的有效添加元素。
Mn在0.05~0.15%。Mn是不可避免的杂质,不需要添加。Mn对板坯加热时固溶的S量有减低效果,防止热脆性和提高基体疲劳强度,Mn含量必须在0.05%以上;另一方面,其含量如果超过0.15%,容易产生细小MnS,会导致磁性的恶化,而且磁感下降。为避免生成MnS和改善疲劳强度,防止热脆,因此规定其含量范围定为0.05~0.15%。
Al在0.015%以下。传统观点认为Al含量不能低于0.1%,否则会导致钢中存在细小AlN,阻碍晶粒长大,磁性变坏。经本发明验证,Al在0.015%以下时,钢中不存在细小AlN,而且发现Al越低,产品铁损越低,磁感越高。因此限定Al在0.015%以下,希望越低越好。
P在0.05%以下。P是不可避免的杂质,不需要添加。P通过固溶强化而提高钢板硬度,可有效提高疲劳强度,但对高牌号无取向硅钢来说,超过0.05%会显著恶化钢的冷延性,冲片性能恶化,因此其含量定在0.05%以下。
本发明规定:2.75%≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85%。因为随着Si+Al+P+Mn/2含量提高,铁损P1.0/400降低,疲劳强度提高,但磁感B5000也降低,冲压加工性变差,而且冷轧难度增大,容易发生边裂和脆断,生产加工性也变差。
S在0.002%以下。S是钢中夹杂物成分的重要组成部分,其硫化物的形成会恶化钢的磁性,因此其含量必须控制在0.002%以下。
N在0.003%以下。N在钢中容易形成AlN、TiN等细小的夹杂物,对铁损有害。因此,N含量超过0.003%就会导致铁损的恶化,其含量在0.003%以下为好。
为了磁性进一步改善,还含有Sn:0.04~0.06%。
在本发明中,Sn可防止成品表面的氮化,改善磁性能。Sn含量不足0.04%,则改善磁性的效果差,超过0.06%时容易引起成品高温度退火时产品结瘤,还可能对晶粒的长大有影响,同时也会引起合金成本增加,因此,Sn的含量限定为0.04~0.06%。
为了改善钢板的综合性能,简化工序,降低生产成本,本发明采用五机架冷连轧法。
炼钢:按常规的洁净钢的生产方法进行。精炼工序脱碳完成后采用先Al后Si脱氧是保证低Al含量的关键技术,也是本发明的重要生产技术之一。
热轧:控制精轧入口厚度为30~32mm、精轧入口温度为960~980℃,终轧温度为800~830℃,终轧厚度1.8~2.1mm,采用工艺润滑轧制;为防止热轧时析出物的细小化,板坯采用低温加热以抑制板坯中的析出物重新固溶;精轧入口厚度为30~32mm、精轧入口温度为960~980℃、终轧温度为800~830℃,并采用工艺润滑轧制,是保证终轧厚度1.8~2.1mm的必要条件;同时采取680~720℃高温卷取技术使析出物进一步长大。卷取温度太低,回复效果不好,而过高则难以保证温度的均匀性。
常化酸洗:常化是改善成品织构所必须的关键工序过程。在热轧板连续退火时,常化温度控制在950~1000℃,通板速度为30~50m/min。如果温度过低则达不到改善织构的效果,如果温度超过1000℃,则晶粒长得过大,会造成冷轧困难;常化时间过短则得不到改善磁性的效果,而过长会造成生产效率低下;在常化酸洗机组上酸洗,通板速度低(30~50m/min),对于硅含量较高的带钢,可以保证高的酸洗质量;
冷轧:在连轧机入口,由快速加热装置将钢带加热至100~150℃,是减少断带、提高冷加工性的必要措施;五机架冷连轧轧制;对于1.8mm的带钢连轧轧制到0.27±0.005mm,总压下率~85%;对于2.1mm的带钢连轧轧制到0.30±0.005mm,总压下率~86%,轧制出口速度≥800m/min,是提高产量、降低工序能耗的必要措施;
成品退火:成品退火温度在930~980℃,通板速度为60~120m/min较为合适,温度如果小于930℃,则晶粒无法充分长大,磁性能较差,而温度如果超过980℃,晶粒过大,导致疲劳强度变差。
本发明与现有技术相比,轧制成本低、磁感高、中高频铁损低,满足了新能源汽车电机和空调压缩机向小型化、高效化、高频化的要求。
附图说明
图1为本发明的0.27mm成品硅钢板的金相组织图;
图2为本发明的0.30mm成品硅钢板的析出相图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实例一、本发明的方法包括如下步骤:
(1)按低S纯净钢冶炼并精炼,其组分及重量百分比含量为:C:0.0027%;Si:3.25%;Mn:0.09%;Al:0.08%;P:0.03%;S:0.002%;Sn:0.04%;N:0.0030%;(Si+Al+P+Mn/2)=3.405%;
(2)连铸成坯,铸坯等轴晶比例:60%;
(3)将连铸坯进行加热,均热温度在1150℃,加热及保温时间在4.5个小时;
(4)热轧:控制精轧入口厚度为32mm、精轧入口温度为975℃,终轧温度为820℃,终轧厚度2.08mm,采用工艺润滑轧制;
(5)卷取并冷却至室温:卷取温度713℃,钢卷自然冷却至室温;
(6)酸洗常化:常化均热温度960℃,酸液HCI浓度5%、HCI温度95℃,铁分79克/升,通板速度为33m/min;
(7)冷连轧:在连轧机入口,由快速加热装置将钢带加热至120℃,五机架冷连轧轧制;2.08mm的带钢连轧轧制到0.295mm,总压下率85.82%,轧制出口速度1080m/min;
(8)在常规H2和N2混合气氛中进行成品退火,退火温度在950℃,通板速度为80m/min;
(9)性能测试:采用艾普斯坦方圈样测试结果:厚度0.30mm,P1.0/400=12.9W/kg、B5000=1.71T,远高于国标GB/T34215-2017中30WDG1500牌号水平,即:P1.0/400≤15.0W/kg、B5000≥1.66T。
实例二、本发明的方法包括如下步骤:
(1)按低S纯净钢冶炼并精炼,其组分及重量百分比含量为:C:0.0025%;Si:3.30%;Mn:0.07%;Al:0.09%;P:0.023%;S:0.0015%;Sn:0.06%;N:0.0027%;(Si+Al+P+Mn/2)=3.448%;
(2)连铸成坯,铸坯等轴晶比例:60%;
(3)将连铸坯进行加热,均热温度在1135℃,加热及保温时间在4小时;
(4)热轧:控制精轧入口厚度为30mm、精轧入口温度为985℃,终轧温度为825℃,终轧厚度1.79mm,采用工艺润滑轧制;
(5)卷取并冷却至室温:卷取温度693℃,钢卷自然冷却至室温;
(6)酸洗常化:常化均热温度980℃,酸液HCI浓度6%、HCI温度95℃,铁分89克/升,通板速度为35m/min;
(7)冷连轧:在连轧机入口,由快速加热装置将钢带加热至145℃,五机架冷连轧轧制;1.79mm的带钢连轧轧制到0.265mm,总压下率85.20%,轧制出口速度1120m/min;
(8)在常规H2和N2混合气氛中进行成品退火,退火温度在960℃,通板速度为80m/min;
(9)性能测试:采用艾普斯坦方圈样测试结果:厚度=0.27mm,P1.0/400=12.5W/kg、B5000=1.69T,远高于国标GB/T34215-2017中27WDG1400牌号水平,即:P1.0/400≤14.0W/kg、B5000≥1.65T。
Claims (1)
1.一种冷连轧生产高磁感薄规格无取向硅钢方法,该方法包括以下步骤:
1、冶炼:所述冶炼步骤中,其组分及重量百分比含量为:C≤0.0030%,Si:2.65~3.85%,Mn:0.05~0.15%,Al≤0.015%,P≤0.05%,S≤0.0020%,Sn:0.04~0.06%,N≤0.0030%,并且2.75%≤(Si+Al+P+Mn/2)≤3.85%,其余为Fe及不可避免的杂质;
2、连铸成坯,铸坯等轴晶比例≥55%;
3、将连铸坯进行加热,控制其均热温度在1120~1160℃,加热及保温时间在:3~5个小时;
4、热轧:控制精轧入口厚度为30~32mm、精轧入口温度为960~980℃,终轧温度为800~830℃,终轧厚度1.8~2.1mm,采用工艺润滑轧制;
5、卷取并冷却至室温:卷取温度控制在680~720℃,钢卷自然冷却至室温;
6、酸洗常化:常化均热温度在950℃~1000℃,酸液HCI浓度3~8%、HCI温度94~96℃铁分≤100克/升,通板速度为30~35m/min;
7、冷连轧:在连轧机入口,由快速加热装置将钢带加热至100~150℃,五机架冷连轧轧制;对于1.8mm的带钢连轧轧制到0.27±0.005mm,总压下率~85%;对于2.1mm的带钢连轧轧制到0.30±0.005mm,总压下率~86%,轧制出口速度≥800m/min;
8、在常规H2和N2混合气或全H2气干式气氛中进行成品退火,退火温度在930~980℃,通板速度为60~120m/min;
9、按常规进行冷却、涂层及精整。
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