CN113512635A - 一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及其生产方法 - Google Patents

一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及其生产方法，所述生产方法包括以下步骤：钢水连续浇铸成板坯—热轧—正火—酸洗—冷轧—连续退火—涂绝缘涂层并固化；所述冷轧步骤中，采用六辊单机架往复式轧机经5道次一次冷轧至目标厚度，冷轧过程中前三道次采用变速异步轧制方法，使钢板表层在剪应力作用下位错密度增加，这样在退火后表层晶粒尺寸细化而心部晶粒粗大，通过本发明的方法可生产得到心部为粗大等轴晶粒，表层为纳米级细等轴晶粒的电工钢产品，该产品的铁损P1.5/50≤2.35W/kg，P1.0/400≤14.0W/kg。

Description

一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及其生产方法
技术领域
本发明属于电工钢技术领域，具体涉及一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及其生产方法。
背景技术
随着变频技术的发展，调速变频化日益成为电机发展的主要方向，受工作环境影响电机需要在不同速度和频率范围内运行，对于高转速要求的电机需要在较高频率下进行长时间运行。无取向电工钢片作为制作电机铁芯重要的软磁材料，在制作高转速电机时不仅要求工频(50Hz)条件下具有较低的铁损，同时要求在高频率工况下具有较低的铁损性能。受无取向电工钢材料属性限制，想要同时获得工频和高频工况下低铁损性能十分困难。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及其生产方法，该电工钢在工频和高频工况下的铁损均较低，其P1.5/50≤2.40W/kg，P1.0/400≤14.0W/kg。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：钢水连续浇铸成板坯—热轧—正火—酸洗—冷轧—连续退火—涂绝缘涂层并固化；
所述冷轧步骤中，采用六辊单机架往复式轧机经5道次一次冷轧至目标厚度，冷轧过程中前三道次采用变速异步轧制方法，使钢板表层在剪应力作用下位错密度增加，这样在退火后表层晶粒尺寸细化而心部晶粒粗大，这样在高频率条件下产生的感应电流，会因集肤效应在电工钢表层受到的电阻增加，涡流损耗降低，高频下无取向电工钢总损耗降低。
冷轧过程中前三道次上下工作辊线速度比为1.20～1.50。如果线速度比低于1.20时表层金属受到剪应力作用较小，退火后无法形成细小晶粒。线速度比超过1.50时表层金属受剪应力作用较大，位错密度增加，易产生裂纹等加工缺陷；
所述冷轧总压下率在85％以上。
连续浇铸过程中，结晶器全程使用电磁搅拌，以获得较高比例的等轴晶粒。
所述热轧步骤中，连铸后的板坯进入加热炉加热，加热炉的温度在1020～1200℃，为减少板坯中液析氮化物夹杂固溶而影响电工钢的磁性，加热保温时间不超过3h，然后经6道次粗轧和7道次精轧轧制成热轧板；热轧过程采用低温短时间加热，避免钢坯中大尺寸液析夹杂物固溶。
所述热轧步骤中，热轧的终轧温度在750～850℃，卷取温度在550～680℃。
为避免板坯因受热不均出现热裂纹问题，连铸后的板坯进入加热炉之前的温度应控制在200℃～400℃。
所述正火步骤中，正火温度820～930℃，正火时间2～5min，正火过程优先采用低温工艺以改善钢卷组织，提高冷加工性能。
所述酸洗步骤中，为确保酸洗后钢板表面质量提高酸洗效率，酸洗在紊流式酸槽内进行。
所述连续退火步骤中，连续退火温度950～1050℃，退火时间150～350s退火，炉内以采用H2和N2混合气体保护，H2总含量在40％以上，防止钢卷次表面氧化和氮化提高成品电工钢板磁滞损耗。
所述绝缘涂层固化的条件为350～600℃保温35～70s，涂覆的绝缘涂层要保证钢板双面层间电阻为150～800Ω·mm2，涂层厚度控制在0.3～1.0μm。
所述板坯的厚度为200～280mm，所述热轧板的厚度为1.8～2.3mm；成品的厚度为0.30mm。
本发明还提供了根据上述生产方法生产得到的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢。采用上述方法制成的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢产品心部为粗大等轴晶粒，表面为纳米级细等轴晶粒，铁损性能为：铁损P1.5/50≤2.35W/kg，P1.0/400≤14.0W/kg。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；铁损P1.0/400为频率400Hz交变磁场，磁极化强度在1.0T下测得的比总损耗。
所述的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢，包括如下重量百分比的化学成分：Si：2.0％～3.0％；Als：0.40％～1.0％；Mn：0.10％～0.50％；P：0.01％～0.20％；C：≤0.005％；S：≤0.02％；N：≤0.02％；Ti：≤0.005％；C+S+N+Ti：≤90ppm，余量为铁及不可避免的杂质。
优选为包括如下重量百分比的化学成分：Si：2.40％～2.80％；Als：0.50％～0.80％；Mn：0.20％～0.40％；P：0.02％～0.10％；C：≤0.003％；S：≤0.01％；N：≤0.01％；Ti：≤0.003％；C+S+N+Ti：≤80ppm，余量为铁及不可避免的杂质。
所述的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢的成分中，Si、Mn和Als三者均属于无取向电工钢中的合金元素，随着总含量的增加电工钢电阻率增加、铁损降低；C、S、N和Ti在电工钢中四种元素均属于有害元素，含量增加导致无取向电工钢铁损大幅升高，原则上C、Ti含量越低越好。
与现有技术相比，本发明存在以下有益效果：
1.本发明在冷轧工艺中采用六辊单机架往复式轧机经5道次一次冷轧至目标厚度，冷轧过程中前三道次采用变速异步轧制方法，这样的轧制方法使得钢板表层在剪应力作用下位错密度增加退火后表层晶粒尺寸细化，这样当电工钢在高频率条件下使用时，在高频率条件下产生的感应电流，因集肤效应在电工钢表层晶界密度增加受到的电阻增加，涡流损耗降低，高频下无取向电工钢总损耗降低。
2.本发明在板坯连续浇铸过程结晶器全程使用电磁搅拌，以获得较高比例的等轴晶粒，并经过本发明后续的热轧、正火、酸洗、冷轧、连续退火、涂绝缘涂层并固化后可生产得到心部为粗大等轴晶铁素体组织，表层为纳米级细等轴晶铁素体组织的电工钢产品，心部铁素体平均晶粒尺寸80～130μm、表层铁素体平均晶粒尺寸在0.1～30μm，该产品的铁损P1.5/50≤2.35W/kg，P1.0/400≤14.0W/kg。
3.本发明在现有炼钢、连铸、热轧、常化酸洗、冷轧、退火等生产工艺条件下，通过对轧制工艺调整、配合其他工艺参数，在保证电工钢在工频工况下的电磁性能的同时提高了无取向电工钢高频工况下电磁性能。
附图说明
图1为实施例1中的无取向电工钢的金相组织图，图中的上部分晶粒比较细的为无取向电工钢的表面组织，下部分晶粒粗大为无取向电工钢的中部组织。
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
一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢的生产方法，具体包括以下步骤：
1)将真空冶炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程结晶器使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：2.65％；Als：0.58％；Mn：0.25％；P：0.06％；C+S+N+Ti：75ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
2)将板坯经步进式加热炉升温，出炉温度1140℃，时间150min，然后经6道次粗轧和7道次精轧至2.0mm厚度，终轧温度840℃，经水冷和空冷后在温度为600℃时卷取；
3)热轧板正火温度为890℃，时间为150s，正火后的钢卷在紊流式酸槽内用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
4)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.30mm，总压下率85％，五道次工作辊各道次上下工作辊线速度比分别为1.4、1.35、1.2、1、1，各道次钢板表面所受剪应力方向保持一致；
5)冷轧板经980℃，310s进行退火处理，炉内保护气氛为45％H2+55％N2；
6)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经530℃*40s固化。
经上述工艺制造的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢表面质量优良，其心部为粗大等轴晶铁素体组织，表层为纳米级细等轴晶铁素体组织，成品的工频铁损P1.5/50为2.33W/kg，P1.0/400为13.72W/kg。
实施例2
一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢的生产方法，具体包括以下步骤：
1)将真空冶炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程结晶器使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：2.80％；Als：0.63％；Mn：0.30％；P：0.05％；C+S+N+Ti：80ppm，且各元素含量均≤30ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
2)将板坯经步进式加热炉升温，出炉温度1080℃，时间150min，然后经6道次粗轧和7道次精轧至2.2mm厚度，终轧温度840℃，经水冷和空冷后在温度为600℃时卷取；
3)热轧板正火温度为890℃，时间为150s，正火后的钢卷在紊流式酸槽内用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
4)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.30mm，总压下率86.4％，五道次工作辊各道次上下工作辊线速度比分别为1.5、1.3、1.2、1、1，各道次钢板表面所受剪应力方向保持一致；
5)冷轧板经980℃，310s进行退火处理，炉内保护气氛为45％H2+55％N2；
6)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经530℃*40s固化。
经上述工艺制造的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢表面质量优良，其心部为粗大等轴晶铁素体组织，表层为纳米级细等轴晶铁素体组织，成品的工频铁损P1.5/50为2.31W/kg，P1.0/400为13.56W/kg。
实施例3
一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及加工方法，具体包括以下步骤：
1)将真空冶炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程结晶器使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：2.58％；Als：0.64％；Mn：0.28％；P：0.03％；C+S+N+Ti：75ppm，且各元素含量均≤30ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
2)将板坯经步进式加热炉升温，出炉温度1150℃，时间150min，然后经6道次粗轧和7道次精轧至2.2mm厚度，终轧温度840℃，经水冷和空冷后在温度为600℃时卷取；
3)热轧板正火温度为890℃，时间为150s，正火后的钢卷在紊流式酸槽内用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
4)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.30mm，总压下率86.4％，五道次工作辊各道次上下工作辊线速度比分别为1.38、1.3、1.2、1、1，各道次钢板表面所受剪应力方向保持一致；
5)冷轧板经980℃，310s进行退火处理，炉内保护气氛为45％H2+55％N2；
6)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经530℃*40S固化。
经上述工艺制造的宽频率低铁损变频电机用无取向电工钢表面质量优良，其心部为粗大等轴晶铁素体组织，表层为纳米级细等轴晶铁素体组织，成品的工频铁损P1.5/50为2.38W/kg，P1.0/400为13.64W/kg。
对比例1
一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及加工方法，具体包括以下步骤：
1)将真空冶炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程结晶器使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：2.60％；Als：0.70％；Mn：0.32％；P：0.01％；C+S+N+Ti：80ppm，且各元素含量均≤30ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
2)将板坯经步进式加热炉升温，出炉温度1150℃，时间150min，然后经6道次粗轧和7道次精轧至2.1mm厚度，终轧温度840℃，经水冷和空冷后在温度为600℃时卷取；
3)热轧板正火温度为860℃，时间为150S，正火后的钢卷在紊流式酸槽内用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
4)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.30mm，总压下率85.7％，五道次工作辊各道次上下工作辊线速度均保持一致，即线速度比均为1；
5)冷轧板经980℃，310s进行退火处理，炉内保护气氛为45％H2+55％N2；
6)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经530℃*40s固化。
经此比较例制造的宽频率低铁损变频电机用无取向电工钢表面质量优良，其心部和表层均为等轴铁素体组织，平均晶粒尺寸不存在差异，成品的工频铁损P1.5/50为2.28W/kg，P1.0/400为14.6W/kg。
对比例2
其他同实施例1，只是在步骤4)中，五道次工作辊各道次上下工作辊线速度均保持一致，即线速度比均为1。
经此比较例制造的宽频率低铁损变频电机用无取向电工钢表面质量优良，其心部和表层均为同级别的等轴晶铁素体组织，成品的工频铁损P1.5/50为2.32W/kg，P1.0/400为14.8W/kg。
对比例3
其他同实施例1，只是在步骤4)中，五道次工作辊各道次上下工作辊线速度比分别为1.60、1.55、1.1、1、1。
经此比较例制造的宽频率低铁损变频电机用无取向电工钢表面粗糙度增加，部分区域出现显微裂纹，其心部为粗大等轴晶铁素体组织，表层为极细的等轴晶铁素体晶粒，成品的工频铁损P1.5/50为2.29W/kg，P1.0/400为13.7W/kg。
对比例4
其他同实施例1，只是在步骤2)中，在加热炉内的加热时间为3.5h。
经此比较例制造的宽频率低铁损变频电机用无取向电工钢表面质量优良，其心部为粗大等轴晶铁素体组织，表层为纳米级等轴晶铁素体组织，成品的工频铁损P1.5/50为2.42W/kg，P1.0/400为14.3W/kg。
上述参照实施例对一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢及其生产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 (10)

1.一种适应高频率工况下低铁损无取向电工钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：钢水连续浇铸成板坯—热轧—正火—酸洗—冷轧—连续退火—涂绝缘涂层并固化；
所述冷轧步骤中，采用六辊单机架往复式轧机经5道次一次冷轧至目标厚度，冷轧过程中前三道次采用变速异步轧制方法。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，冷轧过程中前三道次上下工作辊线速度比为1.20～1.50；所述冷轧总压下率在85％以上。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，连续浇铸过程中，结晶器全程使用电磁搅拌。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述热轧步骤中，连铸后的板坯进入加热炉加热，加热炉的温度在1020～1200℃，加热保温时间不超过3h，然后热轧轧制成热轧板。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述正火步骤中，正火温度820～930℃，正火时间2～5min。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述酸洗步骤中，酸洗在紊流式酸槽内进行。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述连续退火步骤中，连续退火温度950～1050℃，退火时间150～350s退火，炉内以采用H2和N2混合气体保护，H2总含量在40％以上。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述绝缘涂层固化的条件为350～600℃保温35～70s。
9.如权利要求1-8任意一项所述的生产方法生产得到的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢。
10.如权利要求9所述的适应高频率工况下低铁损无取向电工钢，其特征在于，所述电工钢包括如下重量百分比的化学成分：Si：2.0％～3.0％；Als：0.40％～1.0％；Mn：0.10％～0.50％；P：0.01％～0.20％；C：≤0.005％；S：≤0.02％；N：≤0.02％；Ti：≤0.005％；C+S+N+Ti：≤90ppm，余量为铁及不可避免的杂质。
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