CN1131333C - 高磁感系列无取向电工钢及生产方法 - Google Patents

高磁感系列无取向电工钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高磁感系列无取向电工钢及生产方法,具体说是一种铁损P1.5与现行普通冷轧无取向硅钢低、中、高全系列牌号相当,而磁感B5000则较各对应牌号高0.12T以上的高磁感低铁损系列冷轧无取向电工钢的成分及生产方法。通过调整主合金元素含量,降低气体夹杂及氮化物形成元素含量,添加偏析元素,采用低温热轧、一次法冷轧、按TAnn=786.83K+61.04Si确定退火均热温度、在干气或增湿气氛中进行成品退火,使0.50mm产品P1.5为2.70~13.00W/kg,而B5000达1.76~1.82T,具有良好铁损和磁感配合。本系列电工钢适宜作各类大、中、小型普通电机及高效率电机铁芯。

Description

高磁感系列无取向电工钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种高磁感系列无取向电工钢及生产方法,具体地说就是铁损P1.5与现行普通冷轧无取向硅钢低、中、高全系列牌号相当,而磁感B5000则较各对应牌号高0.12T以上的高磁感低铁损系列冷轧无取向电工钢的成分及生产方法。
背景技术
在本发明前,市场大量使用的是普通无取向硅钢,其Si、Al含量高,虽然铁损低,但磁感也低,且热加工尤其是后工序需进行脱[C]处理时极易产生表面氧化,恶化铁损和磁感,其磁性难以满足机电产品小型化、高精度化和高效率化要求。近年来,开发高磁感无取向硅钢的研究有许多报道。例如:新日铁专利特开平8-143960“磁感高铁损低的无取向电工钢板制造方法”,要求Ti<0.003%、Nb<0.005%,热轧后在700℃以上、A1温度以下卷取,其不足之处在于成分中Ti、Nb等含量控制严格,一般炼钢原料难以满足要求,且热轧卷取温度高、范围窄,控制也困难。还有新日铁公开的特开平10-60531“控制精轧生产高磁感无取向硅钢”及特开平10-605311“控制精轧生产低硅高磁感无取向硅钢板”等要求热轧精轧时,至少有1道次应变速度在150s-1以上,并且至少有一组机架间的张力在1.5kgf/mm2以上,精轧终了温度在750℃或(Ar3+Ar1)/2左右,或实施700℃以上Ac1以下再结晶退火,其不足之处在于热轧工艺条件苛刻,通常的热轧设备难以实现。同时,上述技术产品均没有形成系列,不利于生产厂和用户生产组织及产品系列化。
发明内容
本发明的目的是提供一种低、中、高牌号高磁感系列无取向电工钢及生产方法,使0.50mm厚成品P1.5在2.70~13.00W/kg范围,B5000高达1.76~1.82T。
为达到本发明的目的,设计了一种高磁感系列无取向电工钢,其特征在于铸坯化学成分按重量百分数计为:C≤0.005、Si残量~2.00、Mn 0.15~0.80、Alsol≤0.008、B≤0.0005、P+Sn/Sb 0.08~0.45、S≤0.0030、N≤0.0020,余量为Fe及不可避免的夹杂。为了达到本发明的最佳效果,本发明铸坯化学成分中C的最佳范围<0.0028%、Alsol的最佳范围<0.005%、B的最佳范围<0.0003%、N的最佳范围<0.0015%,P+Sn/Sb 0.08%~0.45%且必须是复合添加。
本发明电工钢的成分设计原则如下:
C:对磁性有害,C间歇在α-Fe中使晶格畸变,增加铁损、降低磁感,常温下C还随时间推移缓慢脱溶析出,使磁性恶化而引起磁时效。C含量高时,脱碳时间延长降低生产能力,提高增湿水温增加成品钢板表层内氧化,同时还可能发生α→γ相变,恶化性能。本发明C≤0.005%,最佳范围C<0.0028%。
Si:能溶于铁素体形成置换固溶体,增加电阻率,降低涡流损失,但同时也使导磁性能变差,磁感下降,当Si含量达一定水平时,降低铁损作用明显减弱,恶化磁感作用显著增加。本发明中Si为残量~2.00%,大于2.00%时B5000难以达到高磁感要求。
Mn:溶于铁素体形成置换式固溶体,有降低铁损的作用。同时Mn还与不可避免的夹杂物S形成稳定的MnS,消除S对磁性的危害,本发明中Mn为0.15%~0.80%,低于0.15%有利作用不明显,高于0.80%时,Ac1温度降低,再结晶温度低,热处理易发生α→γ相变,破坏再结晶织构。
Al:的作用与Si相似,提高基体电阻率、降低铁损,但同时也恶化磁感,且易造成成品钢板表层内氧化。当Alsol在0.008%~0.14%范围,易形成细小弥散AlN,阻碍成品再结晶及晶粒长大,对磁性极为不利,当Alsol含量高于0.14%时,钢水发粘,不利于浇铸,也不利于降低成本;本发明Alsol≤0.008%,最佳效果范围为Alsol<0.005%。
B:易与N形成细微BN而阻碍成品退火时再结晶及再结晶晶粒长大,其微量存在亦对磁性性能十分有害,本发明中B≤0.0005%,最佳范围为<0.0003%。
S:在钢中呈不均匀分布,对加工性及磁性均有害,其与Mn形成细小的MnS质点强烈阻碍成品退火晶粒长大,严重恶化磁性,与Fe形成低熔点FeS及FeS2或共晶体,易造成热加工脆性。本发明中规定S≤0.0030%。
N:为有害元素,成品退火过程中极易形成AlN、BN等细小弥散氮化物,会阻碍再结晶及再结晶晶粒长大,室温下α-Fe中N的析出要引起磁时效,严重恶化磁性。本发明要求N≤0.0020%,最佳范围N<0.0015%。
P、Sn/Sb:均是对磁性十分有利的元素,其中P提高电阻率,降低铁损的作用比Si还强烈,且不明显降低磁感,同时P还是正偏析元素,能促进再结晶,增加有利织构,P还能强化铁素体,有利于改善钢的冲片性能;Sn、Sb是活化元素,在表层或表层晶界处偏聚时,可减少表层内氧化、防止活性氧沿晶界向钢基渗透,其改善织构、降低铁损、提高磁感的效果十分显著。本发明规定P、Sn/Sb为复合添加,P+Sn/Sb复合添加量为0.08%~0.45%。P+Sn/Sb小于0.08%效果不明显,大于0.45%要发生加工困难;Sb可替代Sn,但Sb有明显抑制C由基体向表面扩散作用,不利于脱C的进行,当以Sb代Sn时,必须控制铸坯C<0.0028%。
为了达到本发明的目的,本发明还设计了一种高磁感系列无取向电工钢的生产方法,按通常无取向电工钢方法冶炼,浇铸,铸坯经≤1150℃均热轧制,酸洗后用一次法冷轧到成品厚度,冷轧钢带进行成品再结晶退火或成品脱碳再结晶退火,当C<0.0028%时退火气氛用干气,当C为0.0028%~0.005%时退火气氛用室温~60℃增湿,退火气氛中H2/N2流量比为0.34~3.0,其特征在于:铸坯化学成分按重量百分数计为:C≤0.005、Si残量~2.00、Mn 0.15~0.80、Alsol≤0.008、B≤0.0005、P+Sn/Sb 0.08~0.45、S≤0.0030、N≤0.0020,余量为Fe及不可避免的夹杂,铸坯经热轧、酸洗、冷轧,冷轧后钢带成品再结晶退火或成品脱碳再结晶退火均热温度按TAnn=786.83K+61.04Si计算确定,K=1.00~1.05,Si为铸坯中Si百分数含量。
本发明为防止铸态的硫化物、氮化物在热轧过程中重新固溶及弥散析出,热轧均热温度≤1150℃,热轧钢带经退火或不退火处理,酸洗、用一次法冷轧到成品厚度。
本发明冷轧钢带成品再结晶退火或成品脱碳再结晶退火的均热温度根据铸坯实际成分中Si含量进行选择,其方法按:
TAnn(℃)=786.83K+61.04Si(%)式计算确定。
其中K为系数,其取值范围1.00~1.05,当采用快速升温且钢中Si含量偏低时,K值取中上限;当采用慢速升温且Si含量偏高时,K值取中下限。
成品退火均热温度低于上述TAnn温度范围时,或再结晶速度慢,或再结晶组织不完善,难以实现高磁感低铁损;成品退火均热TAnn温度高于上述温度范围要产生α-γ相变,破坏再结晶组织,恶化磁性。当C<0.0028%时,退火气氛用干气,可保证成品钢带碳含量达无磁时效状态;当C为0.0028%0.005%时,退火气氛用室温~60℃增湿,增湿温度低于室温不能将C降到无磁时效水平,增湿温度高于60℃易产生表层内氧化。
本发明高磁感系列无取向电工钢具有如下明显优点:1、本发明高磁感系列无取向电工钢P1.5在2.70~13.00W/kg范围,磁感高达1.76~1.82T,与现行普通冷轧无取向硅钢各对应牌号比较P1.5相当,B5000则分别比对应牌号高0.12T以上。2、本发明高磁感系列无取向电工钢成分设计合理、生产方法简单、性能稳定,且成分一生产方法—磁性能系列化,易于生产组织和品质管理及用户使用。3、本发明高磁感系列无取向电工钢较普通无取向电工钢Si、Al等主合金含量低,有利于降低成本。
具体实施方式
本发明用实施例进一步加以说明。
实施例1:用50kg真空炉冶炼本发明高磁感系列无取向电工钢及对比例普通无取向电工钢,铸坯成分见表1。
                  实施例化学成分(%)                                                                   表1
    序号                                           成分   备注
   C   Si   Mn   Alsol   B     P+Sn/Sb   S   N
    1    0.006   0.39   0.54   0.21   0.0005     0.024   0.007   0.0031 比较例
2 0.0024 0.46 0.25 0.04 0.0026 0.036 0.006 0.0019
    3   0.0050   1.26   0.26   0.23   0.0006     0.018   0.004   0.0027
    4   0.0056   2.47   0.82   0.027   0.0047     0.108   0.0044   0.0040
    5   0.0062   2.68   0.33   0.51   0.0009   0.0105   0.0036   0.0028
    6   0.0025   2.85   1.05   0.452   0.0023     0.099   0.0025   0.0024
    7   0.0050   0.19   0.70   0.005   0.0003     0.32   0.0025   0.0016 本发明
    8   0.0049   0.27   0.74   0.005   0.0003     0.28   0.0027   0.0014
    9   0.0027   0.75   0.75   0.005   0.0004     0.23   0.0029   0.0018
    10   0.0025   1.19   0.70   0.006   0.0005     0.20   0.0022   0.0015
    11   0.0026   1.76   0.28   0.007   0.0005     0.21   0.0028   0.0017
    12   0.0028   1.93   0.23   0.007   0.0005     0.18   0.0028   0.0018
铸坯经开坯后热轧轧成1.9~2.2mm厚钢带,经退火或不退火处理、酸洗后用一次法冷轧到成品厚度0.50mm,冷轧钢带经再结晶退火或脱碳再结晶退火至成品。表2为表1中(序号对应)的化学成分钢采用本发明的生产方法及成品艾仆斯坦试片磁性比较。
                                    实施例生产方法、磁性                                          表2
    序号 热轧 冷轧 成品退火均热温度(℃)     退火气氛   P1.5W/kg   B5000T 备注
均热温度(℃) 冷轧法 试验选定/按TAnn=786.83K+61.04Si(%)计算 温度(℃) 增湿水温 H2/N2
    1 1150 一次法 试验选定     860 室温     0.34   6.73     1.70 比较例
2 1150 一次法 试验选定 860 干气 0.34 6.45 1.70
    3 1150 一次法 试验选定     880 室温     0.34   5.63     1.69
    4 1100 一次法 试验选定     920 室温     1.00   4.31     1.69
    5 1100 一次法 试验选定     950 室温     1.50   3.31     1.65
    6 1100 一次法 试验选定     980 干气     1.00   2.96     1.64
    7 1150 一次法 按公式计算K:1.041     830 室温     0.34   5.78     1.82 本发明
8 1150 一次法 按公式计算K=1.041 835 室温 1.00 5.03 1.81
    9 1150 一次法 按公式计算K=1.028     855 干气     1.00   3.74     1.80
    10 1100 一次法 按公式计算K=1.028     881 干气     1.00   2.75     1.79
    11 1100 一次法 按公式计算K=1.023     912 干气     1.00   2.68     1.78
    12 1100 一次法 按公式计算K=1.023     923 干气     1.50   2.57     1.78
从表2可见,本发明系列电工钢铁损P1.5覆盖目前普通冷轧无取向硅钢低、中、高牌号全系列铁损范围,而磁感B5000高达1.76~1.82T,比同牌号铁损普通冷轧无取向硅钢高0.12T以上。本系列电工钢适宜作各类大、中、小型普通电机及高效率电机铁芯。

Claims (2)

1.一种高磁感系列无取向电工钢,其特征在于铸坯化学成分按重量百分数计为:C≤0.005、Si残量~2.00、Mn 0.15~0.80、Alsol≤0.008、B≤0.0005、P+Sn/Sb 0.08~0.45、S≤0.0030、N≤0.0020,余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.一种权利要求1所述的高磁感系列无取向电工钢的生产方法,按通常无取向电工钢方法冶炼,浇铸,铸坯经≤1150℃均热轧制,酸洗后用一次法冷轧到成品厚度,冷轧钢带进行成品再结晶退火或成品脱碳再结晶退火,当C<0.0028%时退火气氛用干气,当C为0.0028%~0.005%时退火气氛用室温~60℃增湿,退火气氛中H2/N2流量比为0.34~3.0,其特征在于:铸坯化学成分按重量百分数计为:C≤0.005、Si残量~2.00、Mn 0.15~0.80、Alsol≤0.008、B≤0.0005、P+Sn/Sb 0.08~0.45、S≤0.0030、N≤0.0020,余量为Fe及不可避免的夹杂,铸坯经热轧、酸洗、冷轧,冷轧后钢带成品再结晶退火或成品脱碳再结晶退火均热温度按TAnn=786.83K+61.04Si计算确定,K=1.00~1.05,Si为铸坯中Si百分数含量。
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