CN111793771A - 一种低铁损低时效高强度50w800无取向硅钢及其制造方法 - Google Patents

一种低铁损低时效高强度50w800无取向硅钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢及其制造方法，属于硅钢制备技术领域；(1)冶炼钢水，其成分重量百分比为：C 0～0.005％，Si 0.4～1.3％，Mn 0.10～0.80％，P 0.02～0.16％，O 0.002～0.03％，Al≤0.005％，S≤0.006％，N≤0.008％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质；炼钢工艺流程：铁水预处理‑转炉炼钢‑RH精炼‑连铸成230mm断面的板坯；(2)将连铸板坯加热，加热至1100～1180℃，热轧820～880℃终轧，650～720℃卷取；(3)酸洗后，进行冷轧，冷轧变形量60～85％；(4)SACL快速短时高温退火，退火温度在860‑900℃间，然后冷却清洗后，再进行涂层工艺；最终获得铁损P1.5/50≤4.2w/kg、时效铁损P1.5/50劣化率≤5％、屈服强度在240‑300MPa，低铁损、低时效、加工性能优越的无取向硅钢。

Description

一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及冷轧无取向硅钢及其制备方法，特别涉及一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢及其制造方法，属于硅钢制备技术领域。
背景技术
硅钢主要用于压缩机、电机铁芯的制造，随着家电行业的快速发展，为提高压缩机和电机效率、缩小体积、减轻重量，对电工钢基板的电磁性能要求越来越高，要求更低的铁损值和较高的磁感强度。另外，为延长电机、压缩机的使用寿命，明确提出磁时效性能要求(“低时效铁损”产品)的用户也逐渐增多，即要求硅钢制成的铁芯在长时间运转时，特别是在温度升高的坏境中，铁损升高值在规定范围内，铁损劣化率小于等于5％。该技术指标主要受材料中的C、N元素影响，需要尽可能降低钢水中的C、N元素，这在炼钢领域是一难题；另外可通过固化材料中的C、N元素减轻磁时效，一般可用Nb、Ti等元素固化，但对于硅钢而言，Nb、Ti元素与N、C结合所形成析出物为细小夹杂物，对电磁性能不利，故不能采用添加Nb、Ti等杂质元素固化。因此，要降低磁时效就需要降低钢水中的C、N元素。为提高电磁性能，有钢厂通过增加Al、稀土元素或采用常化工艺等通过控制晶粒大小和夹杂物尺寸来改善电磁性能，但增加成本较多，成本也是市场关注的关键指标。因此，如何在不增加成本的前提下，生产出“低铁损”、“低时效”、具有良好的加工性能和低成本产品，是低牌号无取向硅钢一直以来的发展趋势。
为获得低铁损无取向硅钢，通常采用增加Si、Al含量的方法，以提高材料的电阻率，降低无取向硅钢的总损耗。专利CN 103834858 A公开了一种低铁损无取向硅钢的制造方法，(1)冶炼和浇铸后得到板坯，其化学成分为：Si 2.0-4.5％，Al 0.005-2.5％，Mn0.10-2.5％，P≤0.2％等；(2)热轧；(3)连续退火常化；(4)酸洗；(5)冷轧；(6)退火：退火炉内张力满足：2.05+0.1s-(2.91+0.0165s)*10-3t≤lgT≤2.15+0.0087s-(1.473+0.0087s)*10-3t；(7)退火后酸洗。该发明通过提高Si、Al含量，大幅度降低了铁损值，但同时磁感强度也降低到1.7T以下。同时，该发明采用常化工艺，增加了工艺流程及其成本。
专利CN 106048390 A公开了一种薄板坯连铸连轧生产无取向硅钢50W800的生产方法，包括：1)铁水预处理；2)转炉冶炼；3)吹氩：在转炉出钢时加入复合脱氧剂，并在转炉出钢过程中全程吹氩；4)RH精炼：将钢水送入真空RH精炼炉冶炼；5)铸造；6)酸洗冷轧；7)脱脂清洗、脱碳退火；8)涂层。产品电磁性能P15/50≤5.6w/kg，磁感强度B50≥1.74T。该产品P15/50≤5.6w/kg的铁损将被市场所淘汰，目前市场对提出高电磁性能的要求。
专利CN 1888111 A公开无取向电工钢及其制造方法，组成元素的重量百分比为：C：0.006-0.010％，N≤0.0030％，SI 0.80-1.30％，Mn 0.70-1.30％，P≤0.030％，S≤0.005％，Al 0.50-1.00％，Sb：0.0050％-0.050％，B 0.0005-0.0050％,Ca或REM：0.0010-0.0050％，其余为铁和不可避免的夹杂。制造方法工艺步骤为：铁水预处理、冶炼、二次精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、成品退火及绝缘膜涂敷，在热轧阶段采用800-840℃的低温终轧、≥700℃高温卷取。其Al含量较高，同时添加了Sb、B等合计成分，成本增加太高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢及其制造方法，该产品的铁损P1.5/50≤4.2w/kg、时效铁损P1.5/50劣化率≤5％、屈服强度在240-300MPa，具有良好的电磁性能、加工性能，适用于制造高效率的家用压缩机、电机。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明采用超低碳硅铝镇静钢的成分设计，充分利用Si、Al等对铁损和磁感的影响规律，及C、N成分对磁时效的影响，获得性能优越、成本低廉的无取向硅钢冷轧带钢。
本发明的无取向硅钢冷轧带钢，其成分重量百分比为：C0～0.005％，Si0.4～1.3％，Mn0.10～0.80％，P0.02～0.16％，O0.002～0.03％，Al≤0.005％，S≤0.006％，N≤0.008％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质；
上述的钢板成分中，C含量为0～0.002％，以重量百分比计；
上述的钢板成分中，N含量为0～0.002％，以重量百分比计；
上述的钢板成分中，Si含量为0.8～1.2％，以重量百分比计；
上述的钢板成分中，P含量为0.06～0.12％，以重量百分比计；
上述的钢板成分中，O含量为0.003～0.012％，以重量百分比计；
上述的钢板成分中，S≤0.003％，以重量百分比计；
在本发明钢化学成分设计中：
C、N：电工钢在高温下碳和氮的固溶度高，从高温较快冷却时多余的碳、氮等原子来不及析出而形成过饱和的固溶体，当铁芯在长期运转时，温度升高，过饱和的碳、氮等原子就以弥散第二相质点析出。第二相粒子的析出会抑制铁素体畴壁运动，导致矫顽力上升，从而导致电工钢性能磁下降，即影响磁时效。若用Nb、Ti等杂质元素固定C、N元素，将产生较多细小的析出物，细小的析出物钉扎在晶界，阻碍晶粒长大，对磁性能不利。因此，只能通过降低钢水中N、C元素来降低材料中的C、N含量，减小磁时效。另一方面，C、N为有害元素，有害元素过高时容易形成尺寸细小的C、N化合物，阻碍磁畴转动和晶粒长大，对电磁性能不利。经大量数据的摸索探究，时效铁损劣化率在5％以内，需要将C和N含量设定在0.002％以下。
Si：Si可提高电阻率，促使晶粒粗话，减少晶界，从而铁损降低，但与此同时，磁感强度也将降低，因此将Si设定在0.8-1.1％范围内。
P：P含量过高会使电磁性能劣化，同时容易产生冷脆，本说明中，添加适当P含量是为了增加强度，在后续退火工序为降低铁损同时保证加工性能提供条件，设定为0.06-0.12％范围内。
S：S高易形成不利的MnS夹杂物，其含量尽量控制在较低的水平。
O：氧为有害元素，但在本发明中，氧并非越低越好，本发明为不含Al钢，脱氧效果较含Al钢差，自由氧含量较高，易与Si、Al、Mn形成氧化物夹杂物，氧含量越高，氧化物生产越早、越多，更容易聚合长大上浮去除，留在钢水中的细微夹杂物就越少，对电磁性能有利。因此，O元素在合适的范围内，有利于提高电磁性能，设定在0.005～0.015％。
本发明的低铁损低时效高强度无取向硅钢的制造方法，包括如下步骤：
(1)冶炼、浇铸
按以上成分要求进行冶炼，工艺流程包括：铁水预处理脱硫；转炉炼钢；通过RH处理，将C脱至0.002％以下；连铸成230mm断面的板坯；全流程搅拌、密封等气体均采用氩气，将N含量控制在0.002％以下；
(2)热轧
将连铸板坯加热至1100～1180℃保温40min左右，该过程避免高温长时，以防溶解过多的细小夹杂物；然后进行轧制，终轧温度为820～880℃，650～720℃卷取；
(3)酸连轧
将热卷在空气中冷却至70℃以下后酸洗，进行冷轧，冷轧变形量60～85％；
(4)SACL连续退火
快速短时高温退火，退火温度在860-900℃间，使晶粒均匀长大；冷却清洗后，再进行涂层工艺。
最终获得铁损P1.5/50≤4.2w/kg、时效铁损P1.5/50劣化率≤5％、屈服强度在240-300MPa的无取向硅钢产品。
常规改善电磁性能技术，一般会通过添加Si、Al、稀土等合金或采用常化工艺等方法。
本发明的特点是：
在不增加合金成本、产线设备等前提下：
①采用不含Al、低Si成分体系，由于是无Al、低Si钢，脱氧效果相比含Al钢较弱，自由氧含量较高，易与Si、Al、Mn形成氧化物夹杂物，氧含量越高，氧化物生成越早、越多，聚合长大的概率就高，大尺寸夹杂物容易上浮除去，留在钢水中的细微夹杂物就越少，钢水纯净度越高，对电磁性能有利；
②控制有害元素S在较低水平，硫化物夹杂物在连铸坯中形成较少，同时热轧采用较低的出炉温度，以抑制MnS夹杂物的析出，成品中的硫化物夹杂物越少对电磁性能越有利；
③采用RH精炼脱C至0.002％以下；炼钢全流程搅拌、密封等气体均采用氩气，将N含量控制在0.002％以下。以降低材料中的C、N过饱和的固溶体，减轻磁时效；同时减少钢中尺寸细小的C、N化合物，改善电磁性能。
④添加适当的P，为退火工序中采用高温的退火工艺创造条件，得到低铁损、力学性能良好的无取向硅钢产品。
该产品的铁损P1.5/50≤4.2w/kg、时效铁损P1.5/50劣化率≤5％、屈服强度在240-300MPa，具有良好的电磁性能、加工性能，适用于制造高效率的家用压缩机、电机。
附图说明
图1为实施例6不同氧含量下金相、夹杂物对比图，1a为氧含量为0.003％的金相图，1b为氧含量为0.0091％的金相图，1c为氧含量为0.003％的夹杂物图，1d为氧含量为0.0091％的夹杂物图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，这些实施例仅用于说明本发明，并不限制本发明的保护范围。
一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢，各成分重量百分比为：
C 0～0.005％，Si 0.4～1.3％，Mn 0.10～0.80％，P 0.02～0.16％，O 0.002～0.03％，Al≤0.005％，S≤0.006％，N≤0.008％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢冶炼方法，该方法包括如下步骤：
(1)冶炼、浇铸
按如下成分要求进行冶炼：C 0～0.005％，Si 0.4～1.3％，Mn 0.10～0.80％，P0.02～0.16％，O 0.002～0.03％，Al≤0.005％，S≤0.006％，N≤0.008％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质，工艺流程包括：铁水预处理脱硫；转炉炼钢；通过RH处理，将C脱至0.002％以下；连铸成230mm断面的板坯；全流程搅拌、密封，气体均采用氩气，将N含量控制在0.002％以下；
(2)热轧
将连铸板坯加热至1100～1180℃保温35～45min，该过程避免高温长时，以防溶解过多的细小夹杂物；然后进行轧制，终轧温度为820～880℃，650～720℃卷取；
(3)酸连轧
将热卷在空气中冷却至70℃以下后酸洗，进行冷轧，冷轧变形量60～85％；
(4)SACL连续退火
快速短时高温退火，退火温度在860-900℃间，使晶粒均匀长大；冷却清洗后，再进行涂层工艺；
最终获得铁损P1.5/50≤4.2w/kg、时效铁损P1.5/50劣化率≤5％、屈服强度在240-300MPa的无取向硅钢产品。
各实施例的成分如表1：
表1给出了本发明实施例的化学成分。经冶炼、热轧、冷轧、退火后得产品，其热轧工艺、电磁性能、时效性能和力学性能情况如表2所示。通过表1、表2可得，本发明经过适当的工艺匹配，可得到铁损P1.5/50≤4.2w/kg、时效铁损P1.5/50劣化率≤5％、屈服强度在240-300MPa的无取向硅钢产品。
图1对比不同氧含量下金相和夹杂物，由图可知O含量越高，晶粒尺寸越大，夹杂物颗粒越大，铁损越低。
表1：各实施例的化学成分 单位：wt’％
实施例 C SI MN AL P S O N V NB TI
例1 0.0014 0.93 0.29 0.0011 0.069 0.0021 0.0091 0.0016 0.0009 0.0007 0.0001
例2 0.001 1.15 0.25 0.0011 0.086 0.002 0.0072 0.0011 0.0004 0.0003 0.0001
例3 0.0009 0.99 0.25 0.0009 0.110 0.0026 0.0041 0.0009 0.0003 0.0002 0.0001
例4 0.0013 0.99 0.28 0.001 0.067 0.0021 0.0049 0.0012 0.0004 0.0002 0.0001
例5 0.0019 0.85 0.27 0.0014 0.077 0.0024 0.0066 0.0013 0.0009 0.001 0.0002
例6 0.001 1.02 0.25 0.0015 0.063 0.0019 0.003 0.001 0.0009 0.0004 0.0001
表2：热轧工艺与性能结果
Figure BDA0002532727880000071
Figure BDA0002532727880000081

Claims (8)

1.一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢，其特征在于：各成分重量百分比为：
C 0～0.005％，Si 0.4～1.3％，Mn 0.10～0.80％，P 0.02～0.16％，O0.002～0.03％，Al≤0.005％，S≤0.006％，N≤0.008％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低铁损低时效高强度无取向硅钢，其特征在于：所述的钢板成分中，C含量为0～0.002％，以重量百分比计。
3.根据权利要求1所述的低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢，其特征在于：所述的钢板成分中，N含量为0～0.002％，以重量百分比计。
4.根据权利要求1所述的低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢，其特征在于：所述的钢板成分中，Si含量为0.8～1.2％，以重量百分比计。
5.根据权利要求1所述的低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢，其特征在于：所述的钢板成分中，P含量为0.06～0.12％，以重量百分比计。
6.根据权利要求1所述的低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢，其特征在于：所述的钢板成分中，O含量为0.003～0.012％，以重量百分比计。
7.根据权利要求1所述的低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢，其特征在于：所述的钢板成分中，S≤0.003％，以重量百分比计。
8.一种低铁损低时效高强度50W800无取向硅钢冶炼方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)冶炼、浇铸
按如下成分要求进行冶炼：C 0～0.005％，Si 0.4～1.3％，Mn 0.10～0.80％，P 0.02～0.16％，O 0.002～0.03％，Al≤0.005％，S≤0.006％，N≤0.008％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质，工艺流程包括：铁水预处理脱硫；转炉炼钢；通过RH处理，将C脱至0.002％以下；连铸成230mm断面的板坯；全流程搅拌、密封，气体均采用氩气，将N含量控制在0.002％以下；
(2)热轧
将连铸板坯加热至1100～1180℃保温35～45min，该过程避免高温长时，以防溶解过多的细小夹杂物；然后进行轧制，终轧温度为820～880℃，650～720℃卷取；
(3)酸连轧
将热卷在空气中冷却至70℃以下后酸洗，进行冷轧，冷轧变形量60～85％；
(4)SACL连续退火
快速短时高温退火，退火温度在860-900℃间，使晶粒均匀长大；冷却清洗后，再进行涂层工艺；
最终获得铁损P1.5/50≤4.2w/kg、时效铁损P1.5/50劣化率≤5％、屈服强度在240-300MPa的无取向硅钢产品。
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