CN113584404A - 一种含Cu无取向硅钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含Cu无取向硅钢的生产方法，转炉炼钢，真空处理过后连铸成坯；铸坯化学成分：1.0≤Si/Cu≤3.0,3.0≤S i+Cu≤5.5％，S≤0.0015％，(Mn+Cu)/S≥3000，其他为Fe,Al s,P以及不可避免的杂质元素；对铸坯进行粗轧；粗轧后的中间坯采用热卷机进行强制卷取，开卷后中间坯进入保温箱，控制保温箱内冷却速度≤5℃/s；进入保温箱的中间坯温度T1满足：1000‑(S i+Cu)×103≤T1≤1100‑(Si+Cu)×103；高压除鳞，精轧，层流冷却，卷取；连续酸洗；冷轧到目标厚度，成品退火，涂层；成品卷进行时效处理。成品卷具有较低的中高频铁损，高磁感和高屈服强度。

Description

一种含Cu无取向硅钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及无取向硅钢的生产技术领域，尤其涉及一种含Cu无取向硅钢及其生产方法。
背景技术
随着电气驱动技术的发展，转子在向高速化方向发展，要求转子用无取向硅钢板具有高的屈服强度。因此，为满足新能源汽车行业的发展需求，需要开发低铁损、高磁感、高强度的无取向硅钢。在冷轧钢板中，一般采用固溶强化、析出强化、相变强化、细晶强化、位错强化等方法来提高强度，同时考虑到高转速下铁芯损耗急剧增加，材料的中高频铁损也要尽可能降低，而较高的启动转矩要求材料也要具备较高的磁感水平。
目前有很多关于含Cu高强度无取向硅钢的技术报道，其核心点在于利用纳米Cu析出强化的作用，使纳米Cu析出的数量增多、尺寸减小，在几乎不影响磁性能的同时使强度大幅度提高。
关于含Cu无取向硅钢的生产方法，国内外相关技术如下：
东北大学专利CN106282781A公开了一种“基于纳米Cu析出强化制备高强度无取向硅钢的方法”，通过添加0.5％～2.0％Cu和0.3％～2.0％Ni以及经过薄带铸轧工艺生产的高强度无取向硅钢性能如下：磁感强度B5000为1.67～1.74T,铁损P1.0/400为22.5～31.5W/kg,屈服强度Rp0.2为640～750MPa,抗拉强度为700～850MPa，虽然此专利的力学性能和磁感强度较高，但高频铁损较高以及薄板铸轧技术在目前工业生产中难以实现。
北科大专利《一种高强度含铜冷轧无取向硅钢及制造方法》(申请号CN107130169A)提供一种高强度含铜冷轧无取向硅钢及制造方法，该硅钢成分为：0.001～0.0015wt％C、2.5～3.0wt％Si、0.8～1.0wt％Al、0.5～0.8wt％Mn、1.5～2.0wt％Cu、0.75～1.5wt％Ni、Nb≤0.005wt％，余为Fe及不可避免的不纯物，通过控制二次冷轧压下量、退火工艺以及时效工艺，从而使无取向硅钢的磁感强度、铁损以及屈服强度达到平衡。该发明开发的钢种经过上述冷轧、退火及时效工艺处理后，磁感强度B5000为1.641.66T，铁损P1.0/50为2.53.5W/kg，P1.0/400为20.04 25.04W/kg，下屈服强度ReL为750～810MPa，抗拉强度Rm为800～870MPa，延伸率为15％～20％，其热轧卷常化采用980～1030℃的高温，其Si、Cu含量较高，在采用980～1030℃常化后表层氧化铁皮更加难以酸洗。
新日铁专利《时效热处理用无方向性电磁钢板及其制造方法》(JP2012-201850)涉及一种屈服强度500MPa以上的无取向硅钢及其制造方法，其组成成分：Si：0～0.5％、Mn≤0.2％、Cu：1.5～2.5％，Al:2.0～3.5％、Ni:0.1～1.3％，热轧板在600～900℃均热10s进行常化处理，冷轧后进行退火的得到成品，其主体要问题为Al含量过高会导致连续浇铸困难，堵塞结晶器水口，且Si％过低其铁损会偏高，Cu％达到1.5％以上时其热轧板常化后同样会导致酸洗困难。
新日铁专利《抑制缺陷发生，生产性强的低铁损高强度的细小Cu析出的无取向电磁钢板》(JP2018-111865A)提供了一种低铁损高强度的细小Cu析出的无取向电磁钢板的生产方法，其表面无明显缺陷，且生产加工性较好，其化学成分：Si:1.0～4.0％、Mn:0.05～1.5％、Al:0.1～2.0％、Cu:0.5～2.5％、S:≤0.004％、Cr：0.1～4.0％。板坯热轧加热温度1000～1180℃，卷取温度500℃以下，热轧板厚1.6-2.7mm，热轧板常化温度750～1100℃，均热时间10s～5min，其通过成品退火的冷却速度控制Cu粒子的析出物尺寸及数量，从而提高强化效果，通过控制热轧加热温度和Cr含量控制热轧板表面氧化层，随着Cr含量的提高，热轧板表面氧化有所减轻但Cr过高会明显降低饱和磁感，同时Cr的析出物也会钉轧晶界恶化铁损。
JFE专利《低铁损高强度无方向性电磁钢板及其制造方法》(JP2005-240150A)涉及一种低铁损高强度无方向性电磁钢板及其制造方法，Si:≤4.5％，Cu:0.35～4.0％，其热轧后直接进行冷轧，然后进行成品退火，最后进行时效热处理，由于其不经过常化工艺，在Si、Cu合金含量较高的情况下成品表面容易出现瓦楞状等缺陷，且其未针对热轧卷酸洗质量给出相应说明和改善措施。
综上所述，待解决的技术问题为：
现有含Cu高强度冷轧无取向硅钢及制造方法中，当Si含量较高，Cu含量在1％以上时，往往面临表面氧化铁皮严重的问题，尤其是经过高温常化处理后，氧化铁皮加重，酸洗更佳困难，氧化铁皮压入会严重损害热轧板表面质量并可能遗传到冷轧板，导致成品钢板表面产生夹杂等缺陷，另外，Si,Cu过高会导致磁感强度急剧下降，而Ni的添加会导致合金成本显著增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含Cu无取向硅钢及其生产方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含Cu无取向硅钢的生产方法，包括如下步骤:
S100、转炉炼钢，真空处理过后连铸成坯；
铸坯化学成分：1.0≤Si/Cu≤3.0,3.0≤Si+Cu≤5.5％，S≤0.0015％，(Mn+Cu)/S≥3000，其他为Fe,Als,P以及不可避免的杂质元素；
S200、对铸坯进行粗轧；
S300、粗轧后的中间坯采用热卷机进行强制卷取，开卷后中间坯进入保温箱，控制保温箱内冷却速度≤5℃/s；
进入保温箱的中间坯温度T1满足：
1000-(Si+Cu)×103≤T1≤1100-(Si+Cu)×103；
温度T1单位为℃；
S400、出保温箱后高压除鳞，进入精轧机进行精轧，层流冷却，卷取；
S500、热轧卷不经常化处理直接进行连续酸洗；
S600、热轧卷冷轧轧到目标厚度，成品退火，涂层；
S700、成品卷进行时效处理。
进一步，进入保温箱的中间坯温度T1满足：
1030-(Si+Cu)×103≤T1≤1070-(Si+Cu)×103；
温度T1单位为℃。
进一步，保温箱采用钢结构框架，内衬为高温岩棉，保温箱四壁均匀分布的烧嘴，使用自动点火设计对温降进行控制。
一种含Cu无取向硅钢，由上述生产方法制得。
1、化学成分设计
Si能增加电阻率，其为降低铁损的最重要元素，其固溶对屈服强度的贡献也很明显，但是Si过高会降低饱和磁感，同时增加轧制难度。
Mn是常见的合金元素，极易与S形成MnS，MnS能抑制钢中FeS的析出，提高热轧板的加工性能，但弥散分布的细小MnS会恶化无取向硅钢的磁性能，无取向硅钢中Mn、S含量的控制，应尽量增大铸坯中MnS的粒径，以避免热轧过程中MnS细小弥散析出，阻碍晶粒的再结晶和长大，适当增加无取向硅钢中的Mn含量，可以提高MnS的开始析出温度，促使铸坯中形成较大尺寸的MnS夹杂，降低MnS对晶粒的抑制作用，进而增强成品钢的磁性能。
在电工钢中添加Cu元素能增加电阻率，降低铁损，同时起到固溶强化的作用，Cu是奥氏体稳定化元素，可以有限扩大奥氏体相区，热轧过程中会形成大量(Mn，Cu)S析出物，当富Cu奥氏体在840℃左右转变为铁素体后，Cu在铁素体中的固溶度随着温度下降急剧降低；含Cu无取向硅钢退火涂层后通过在500℃左右的温度实施时效处理，从而生成微细的Cu析出相，强化钢Cu的析出物会能大幅提高成品的强度，Cu过低退火成品达不到固溶强化的效果，时效处理后也没有足够的Cu析出相，但是同Si相似，Cu过高还会导致轧制变形抗力增大，钢中加入Cu会引起热脆，因为Cu的熔点低，在1094℃就会出现液相，尤其是在氧化性气氛下，S和Cu同时在晶界偏聚时，就会在加热、热轧时沿晶产生液相，导致严重的表面裂纹，因此，为克服这一问题，要控制钢中的硫含量，不能超过0.0015％。
综上所述，考虑到含Cu无取向硅钢对磁性能，以及酸洗质量和成品表面质量的要求，本发明中限定1.0≤Si/Cu≤3.0，3.0％≤Si+Cu≤5.5％，S≤0.0015％，(Mn+Cu)/S≥3000，其他为Fe,Als,P以及不可避免的杂质元素。
2、生产工艺设计
粗轧后的中间坯由热卷机卷取后头尾，上下表面对换，使板坯各部位温度的均匀性较好，同时产生的变形热延缓了中间坯的温降，在开卷和卷取过程中，加热和粗轧过程中产生的氧化铁皮由于带钢的变形，大量的氧化铁皮从钢卷表面脱落，起到机械除鳞的作用，同时中间厚板坯在卷取和开卷大变形时对柱状晶也有一定的破除作用，特别是在不常化的情况下，可以减轻后续成品板出现瓦楞缺陷的机率。
传统粗轧机出口到精轧机入口一般会有50℃～100℃的温降，热卷机后的保温箱对热卷机出来的中间坯进行保温缓冷，促进热轧中间坯组织的高温动态回复，同时继续改善中间坯的温度和组织均匀性，进一步提高精轧机组的轧制温度，降低轧制负荷，间接提高了卷取温度，起到一定的常化作用。
保证入保温箱温度不低于1000-(Si+Cu)×103，控制保温箱内冷却速度≤5℃/s，促进热轧中间坯组织的高温动态回复，在取消常化的条件下为促进热轧卷的动态再结晶创造条件，进而改善成品磁性，入保温箱温度过高，也容易促进氧化铁皮的生成，同时Cu在高温下更易在表层偏聚，增大了后续酸洗的难度，因此入保温箱温度上限为1100-(Si+Cu)×103，进一步地，优选1030-(Si+Cu)×103≤T1≤1070-(Si+Cu)×103，从而更好地兼顾热轧卷酸洗质量和成品磁性。
以上热轧过程中采用“热卷机+保温箱”工艺，提高了热轧卷卷取温度，保证热轧卷在最终卷取前有足够的高温均热时间，间接起到了常化工艺的作用，同时通过中间坯在卷取和开卷过程中的大变形机械除鳞，极大减轻了含Cu板坯在加热和粗轧高温段形成的氧化铁皮缺陷，降低了后续酸洗难度，因此本发明的热轧工艺与成分优化相结合，改善了热轧酸洗和成品表面质量的同时，得到了磁性能和机械性能优异的无取向硅钢卷。
本发明的优点为：
针对铁损要求更低，强度要求更高的无取向硅钢，特别是针对高速电机转子用含Cu高强度无取向硅钢，本发明优化了Si、Mn和Cu含量，增加了粗轧后的热卷取，开卷和保温箱内的保温缓冷工序，取消了热轧卷常化热处理，降低了生产过程的能源消耗，在不采用常化工序的前下，保证了板面质量，在保证酸洗和成品板面质量的前提下，成品卷具有较低的中高频铁损，高磁感和高屈服强度，成品退火后采用合适的时效工艺处理，即可得到磁性优良的高强度无取向硅钢。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种含Cu无取向硅钢的生产方法，包括如下步骤:
S100、转炉炼钢，真空处理过后连铸成坯；
铸坯化学成分：1.0≤Si/Cu≤3.0,3.0≤Si+Cu≤5.5％，S≤0.0015％，(Mn+Cu)/S≥3000，其他为Fe,Als,P以及不可避免的杂质元素；
S200、对铸坯进行粗轧；
S300、粗轧后的中间坯采用热卷机进行强制卷取，开卷后中间坯进入保温箱，控制保温箱内冷却速度≤5℃/s；
进入保温箱的中间坯温度T1满足：
1030-(Si+Cu)×103≤T1≤1070-(Si+Cu)×103；
温度T1单位为℃；
S400、出保温箱后高压除鳞，进入精轧机进行精轧，层流冷却，卷取；
S500、热轧卷不经常化处理直接进行连续酸洗；
S600、热轧卷冷轧轧到目标厚度，成品退火，涂层；
S700、成品卷进行时效处理。
实施例1
转炉炼钢，真空处理过后连铸成坯，铸坯主要化学成分见表1，剩余为Fe,Als和其他杂质，铸坯加热后进行热轧粗轧，中间坯采用热卷机进行强制卷取，开卷后中间坯进入保温箱，出保温箱后高压除鳞，精轧到2.1mm，层流冷却，卷取，酸洗后冷轧到0.35mm，最后进行退火和涂层处理，成品在N2保护气氛下进行500℃×1h时效热处理，时效后的性能，以及热轧酸洗质量见表2。
表1铸坯化学成分(wt,％)
Figure BDA0003161271140000081
表2工艺性能及酸洗质量
Figure BDA0003161271140000082
Figure BDA0003161271140000091
实施例2
采用实施例1的板坯A进行加热，加热后进行热轧粗轧，部分中间坯采用热卷机进行强制卷取，部分中间坯进入保温箱，后续进行高压除鳞，精轧到2.1mm，层流冷却，卷取，酸洗后冷轧到0.35mm，进行退火和涂层处理，最后成品在N2保护气氛下进行480℃×1.5h时效热处理，时效后的性能，以及热轧酸洗质量见表3。
表3工艺及成品性能
Figure BDA0003161271140000092
Figure BDA0003161271140000101
在表3中，入保温箱温度发明范围为960℃～1060℃，优选990℃～1030℃，发明例4～6入保温箱温度采用优选温度，其兼顾了热轧酸洗质量和成品磁性；比较例1～2由于未采用热卷机进行卷取和开卷操作，其热轧酸洗质量差；比较例3尽管采用了热卷机处理，但其入保温箱温度过高，导致后续高温卷取后板面难以酸洗；比较例5未采用保温箱进行保温缓冷处理，其精轧温度较低，成品磁性相对较差。
实施例3
采用实施例1的板坯F进行加热，加热后进行热轧粗轧，部分中间坯采用热卷机进行强制卷取，部分中间坯进入保温箱，后续进行高压除鳞，精轧到2.2mm，层流冷却，卷取，酸洗后冷轧到0.35mm，最后进行退火和涂层处理，成品最终性能和表面情况见表4。
表4工艺及成品性能
Figure BDA0003161271140000102
Figure BDA0003161271140000111
在表4中，入保温箱温度发明范围为946℃～1046℃，优选976℃～1016℃，发明例4～5入保温箱温度采用优选温度，其兼顾了热轧酸洗质量和成品磁性；比较例1～2由于未采用热卷机进行卷取和开卷操作，其热轧酸洗质量差；比较例3尽管采用了热卷机处理，但其入保温箱温度过高，导致后续高温卷取后板面难以酸洗；比较例4未对保温箱内的冷却速度进行合理控制，其成品磁性较差，而比较例5入保温箱温度过高，其成品磁性较差。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种含Cu无取向硅钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤:
S100、转炉炼钢，真空处理过后连铸成坯；
铸坯化学成分：1.0≤Si/Cu≤3.0,3.0≤Si+Cu≤5.5％，S≤0.0015％，(Mn+Cu)/S≥3000，其他为Fe,Als,P以及不可避免的杂质元素；
S200、对铸坯进行粗轧；
S300、粗轧后的中间坯采用热卷机进行强制卷取，开卷后中间坯进入保温箱，控制保温箱内冷却速度≤5℃/s；
进入保温箱的中间坯温度T1满足：
1000-(Si+Cu)×103≤T1≤1100-(Si+Cu)×103；
温度T1单位为℃；
S400、出保温箱后高压除鳞，精轧，层流冷却，卷取；
S500、热轧卷不经常化处理直接进行连续酸洗；
S600、热轧卷冷轧轧到目标厚度，成品退火，涂层；
S700、成品卷进行时效处理。
2.根据权利要求1一种含Cu无取向硅钢的生产方法，其特征在于：
进入保温箱的中间坯温度T1满足：
1030-(Si+Cu)×103≤T1≤1070-(Si+Cu)×103；
温度T1单位为℃。
3.根据权利要求1或2一种含Cu无取向硅钢的生产方法，其特征在于：保温箱采用钢结构框架，内衬为高温岩棉，保温箱四壁均匀分布的烧嘴，使用自动点火设计对温降进行控制。
4.一种含Cu无取向硅钢，其特征在于：由如权利要求1～3任一项所述生产方法制得。
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