CN113846265B - 一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢及生产方法 - Google Patents

一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢，其化学成分及wt%为：C：≤0.0025%、Si：2.4~2.8%、Mn：0.35~0.65%、Al：0.5~0.8%、S：≤0.0020%、N：≤0.0025%、P：≤0.03%、Sb或Sn：0.03~0.08%；生产方法：冶炼浇注；对铸坯加热；粗轧；精轧；卷取；常化；经酸洗后冷连轧；退火；涂敷及精整。本发明产品性能既保证产品磁性能又提高生产效率、提高成材率和降低生产成本的效果，五机架连轧机只需要一次轧过即可，且连轧机相比单机架轧机减少了来回轧制的带头带尾切废量，因而可提高成材率，生产效率和成材率提高，自然降低生产成本。

Description

一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种无取向硅钢及生产方法，确切地属于变频压缩机用无取向硅钢及生产方法，特别适用于生产一级能效变频压缩机铁芯用的无取向硅钢及生产方法。
背景技术
近年来，随着更高的节能技术要求及变频技术的普及，传统的定频压缩机已开始迅速退出市场，变频压缩机由于其节能降耗及环保舒适的优势开始占领市场，这对用于制造压缩机铁芯的无取向硅钢提出了更高的磁性能要求，随着频率范围的扩大，不仅有常规P15/50、B5000的要求，更提出了400HZ下的铁损性能即P10/400的要求。新的国家标准《房间空气调节器能效限定值及能效等级》(GB 21455-2019)正式实施，对空气调节器能效等级指标亦提出了更高的要求。根据国内某主流变频压缩机生产厂家设计测算，新一级能效变频压缩机铁芯用材性能要求如下：P15/50≤2.35W/kg，P10/400≤18W/kg，B5000≥1.67T。
传统变频压缩机用无取向高牌号硅钢通常采用提高硅含量或提高硅、铝合金总含量的方法以降低铁损，但同时磁感也较低，用其制造的变频压缩机达不到新一级能效等级的要求；为提高磁感，也有采取增强对磁性有利的织构的技术措施，比如通过提高常化温度、采用二次冷轧等工艺措施实现，但这一系列措施不仅增加成本，材料的强度、硬度、脆性亦增加，加大了冷轧难度，使得冷轧只能采用单机架轧机进行，且生产过程中很容易产生边裂断带从而进一步降低成材率和生产效率。
中国专利公开号为CN101333620的文献，公开了《一种高牌号无取向硅钢及其制造方法》，其采用添加B元素的技术，并控制B/(C+N)＝0.5～2.0(最好0.8～1.5)，此高牌号无取向硅钢可进行低温短时退火处理，得到性能优良的电工钢板，因而可以减少炉辊结瘤的发生，降低生产能耗和成本。但此种无取向高牌号硅钢Si、Al含量高，冷轧难度大，同时磁感偏低，仍不能完全满足一级能效变频压缩机的性能要求。
中国专利公开号为CN102676916的文献，公开了《一种高磁感变频压缩机用无取向硅钢及其制备方法》，其以含量较高的Si、Al加Sn的化学成分组成；经过一系列优化热轧及后续方案，可以提高硅钢的磁性能，满足一级能效变频压缩机的使用要求。但是由于Si、Al含量较高，Si+Al含量在3.4～3.9％之间，且常化温度高达950～1000℃，保温时间为4～6分钟，使常化组织晶粒必然粗大，这将大大增加冷轧难度，其仍不适宜采用多机架轧机进行冷连轧，仍导致生产效率低的不足。
中国专利公开号为CN104328342的文献，公开了《一种变频高效压缩机用无取向硅钢及生产方法》，其采用高Si加Sn的成分，并将Als作为有害的元素加以控制，即控制Als≤0.01％，且越低越好，控制Mn/S之比在20～80之间，且Mn在0.03～0.1％范围内，通过采用一次冷轧法，生产出能同时满足变频压缩机铁芯性能、冲片和自动铆接要求的无取向硅钢。其由于Si含量高达3.1～3.4％，导致脆性大。在现有设备能力和工艺技术条件下，同样无法采用多机架轧机进行冷连轧。
综上所述，现有高效变频压缩机用无取向硅钢中的Si、Al特别是Si含量高，致使钢板的强度、硬度、脆性大，冷轧难度高，只能采用单机架轧机冷轧，而无法采用多机架轧机进行冷连轧，且断带率高，因而成材率及生产效率均受到约束，产能不高。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的Si、Al特别是Si含量高，致使钢板的强度、硬度、脆性大，冷轧难度高，只能采用单机架轧机冷轧，使生产效率低下的不足，提供一种在满足新一级能效变频压缩机铁芯用材性能P15/50≤2.35W/kg，P10/400≤18W/kg，B5000≥1.67T要求下，能采用多机架轧机进行冷连轧，且降低断带率至少50％，生产效率显著提高的高效变频压缩机用无取向硅钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：≤0.0025％、Si：2.4～2.8％、Mn：0.35～0.65％、Al：0.5～0.8％、S：≤0.0020％、N：≤0.0025％、P：≤0.03％、Sb或Sn：0.03～0.08％，其它为Fe及不可避免的夹杂，且同时满足Si+Al≤3.4％；成品磁性能P15/50≤2.35W/kg，P10/400≤18W/kg，B5000≥1.67T。
优选地：所述Si的重量百分比含量在2.51～2.76％。
优选地：所述Al的重量百分比含量在0.58～0.75％。
优选地：所述Sb或Sn的重量百分比含量在0.05～0.073％。
生产一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢的方法，其步骤：
1)冶炼浇注：采用洁净钢的冶炼方法进行冶炼，并连铸成坯；在连铸成坯时进行电磁搅拌，并控制铸坯中的等轴晶率不低于50％；
2)对铸坯加热，控制加热温度在1080～1160℃，并在此温度下保温0.5～1.2h；
3)进行常规粗轧，并控制粗轧总压下率不低于90％；
4)进行精轧，控制精轧终轧温度不低于820℃；
5)进行卷取，卷取温度控制在620～680℃；
6)进行常化：热轧卷自然冷却至室温后在N2气保护下进行常化，常化温度控制在900～950℃，常化时间在30～90s；
7)经酸洗后进行冷连轧：采用五机架轧机冷连轧至成品厚度；在冷连轧开轧前，先采用电磁感应加热的方式将钢板快速加热至80～150℃；并控制冷连轧各道次压下率不超过40％；
8)进行成品退火：采用卧式连续退火炉进行；炉内气氛为干式H2和N2混合气或全H2气；以不低于18℃/s的加热速度将冷轧板加热至930～990℃，并在此温度下保温15～30s；控制炉内钢带单位张力≤0.35kg/mm2；
9)按常规进行涂敷及精整。
本发明中各元素及主要工艺的作用及机理
Si：提高基体电阻率，降低铁损，是电工钢最重要的合金元素，但Si对钢强度、硬度及脆性的影响亦最明显，当Si含量超过2.8％或Si、Al总含量超过3.4％时，采用多机架轧机进行冷连轧将变得异常困难，所以将Si的含量限定在2.4～2.8％，优选地含量在2.51～2.76％。
Al：作用与Si相似，明显提高电阻率和使晶粒长大，降低铁损，同时可使{100}组分增高和{111}组分减少，改善织构，提高磁感；Al对钢强度和硬度的影响不像Si那样明显，按原子半径顺序：Al＜Fe＜Si，加Al使铁的晶格畸变比加Si更轻，脆性增加程度小，提高硬度程度相当于Si的1/3。因此适当提高Al含量，降低Si含量，既可保证硅钢磁性能，又可改善其冷轧加工性。但Al含量过高会加大冶炼浇注难度，并容易造成成品钢板表层内氧化，所以将Al限定在0.5％≤Al≤0.8％，优选地含量在0.58～0.75％。
Mn：可提高电阻率，提高程度相当于Si的1/2，Mn可与夹杂物S形成稳定的MnS，消减S对磁性的不利影响，还可防止热脆。Mn也提高钢的强度和硬度，但硬度提高程度小于Si和Al，同时Mn还可减轻Si+Al含量增高引起的冲片粘接现象。但Mn含量过高，会降低相变温度，这使退火温度降低，热处理时发生α-γ相变，劣化织构。所以将Mn限定在0.35％≤Mn≤0.65％。
Sb或Sn：其均为晶界偏聚元素，在低C、低S硅钢中加Sb或Sn使{111}组分减弱，{100}组分加强，并促使晶粒长大。因为最终退火时{111}晶粒在原晶界处生核，而Sb或Sn在晶界处偏聚可阻碍{111}晶粒形成。同时，加Sb或Sn还可防止消除应力退火时钢板氧化和渗氮，改善磁性效果更明显。但添加量过高，则容易引起晶界偏析严重，导致常化温度不能提高，从而使磁性得不到提高，也容易引起冷轧断带，同时绝缘涂层的附着性也会变差。所以将Sb或SN限定在Sb或Sn控制在0.03～0.08％之间，优选地重量百分比含量在0.05～0.073％。
C：对磁性有害，是强烈阻碍晶粒长大的元素，对结晶组织起细化作用，引起铁损增加，同时考虑到其对磁时效的影响，所以限定C≤0.0025％。
N：容易形成AlN、TiN等细小弥散的夹杂物，阻碍晶粒长大，不利于降低铁损，所以限定N≤0.0025％。
P：可提高电阻率，缩小γ区，促使晶粒长大，降低铁损；P沿晶界偏聚可提高{100}组分和减少{111}组分，利于提高磁感。P比Fe和Si的原子半径大，所以可提高硬度和改善冲片性。但P含量过高，特别是在C含量很低的情况下，冷加工性变坏，产品发脆，所以限定P≤0.03％。
S：对加工及磁性均有害，其与Mn形成细小MnS时可强烈阻碍成品退火时的晶粒长大，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。为获得优良的磁性能，所以限定S≤0.0020％。
常化：本发明中常化的主要目的是使热轧板组织更均匀，使再结晶晶粒增多，防止瓦楞状缺陷，同时使晶粒和析出物粗化，加强{100}和{110}组分以及减弱{111}组分，提高磁性。本发明采用连续退火炉进行常化，常化温度控制在900～950℃，常化时间为30～90秒，温度过低或时间过短则达不到改善织构和粗化晶粒的效果，如果温度过高或时间过长，则晶粒长得过大，容易造成断带，增加冷轧难度，从而无法实现冷连轧，同时会增加能源消耗或降低生产效率。
酸连轧：酸连轧机组由连续酸洗机组和五机架六辊冷连轧机组共同组成，酸洗机组主要作用是对常化板进行酸洗，去除钢板表面的氧化铁粉，而冷连轧机组的主要作用则是将钢板轧制到成品厚度，并保证成品表面质量。酸连轧生产节奏快，生产效率高，成材率也高，为实现连轧机连续、高速轧制，对原料的冷轧加工性能要求也更高，强度、硬度过高，脆性过大，常化板组织晶粒过大等都有可能造成断带。因此需严格控制Si、Al含量及常化工艺，同时为进一步保证冷连轧顺利进行，开轧前采用电磁感应加热的方式将钢板快速加热至80～150℃，并控制各道次压下率≤40％。
成品退火：主要作用是进行再结晶和晶粒长大，以获得优良的成品磁性能。本发明成品退火温度930～990℃，退火时间15～30秒，退火温度过低或退火时间过短，则晶粒无法充分长大，铁损达不到目标要求；退火温度过高，则容易造成钢板表面氧化、炉底辊结瘤等问题，同时增加能源消耗，影响炉窑寿命等；退火时间过长，则影响生产效率。退火时，在保证良好板形和顺利通板的前提下，炉内单位张力控制≤0.35kg/mm2，以降低横向铁损，减小磁各向异性，张力过大，钢带沿轧向变形，残余有内应力，对于铁损不利。
本发明与现有技术相比，通过控制Si、Al合金总量，降低了产品的强度、硬度和脆性，使其可以通过多机架轧机进行冷连轧；同时，适当增加了Mn含量，添加适量的Sb或Sn，并优化热轧、常化及成品退火工艺，使产品性能符合高效变频压缩机的要求，达到既保证产品磁性能又提高生产效率、提高成材率和降低生产成本的效果，即高牌号无取向硅钢一般需要五道次冷轧，单机架轧机需要来回轧制五次，而五机架连轧机只需要一次轧过即可，因此五机架连轧机生产效率约为单机架轧机的5倍，且连轧机相比单机架轧机减少了来回轧制的带头带尾切废量，因而可提高成材率，生产效率和成材率提高，自然降低生产成本。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例与对比例的化学组分取值列表；
表2为本发明各实施例与对比例关键工艺参数取值列表；
表3为本发明各实施例与对比例磁性能检测结果列表。
本发明各实施例均按以下步骤生产：
1)冶炼浇注：采用洁净钢的冶炼方法进行冶炼，并连铸成坯；在连铸成坯时进行电磁搅拌，并控制铸坯中的等轴晶率不低于50％；
2)对铸坯加热，控制加热温度在1080～1160℃，并在此温度下保温0.5～1.2h；
3)进行常规粗轧，并控制粗轧总压下率不低于90％；
4)进行精轧，控制精轧终轧温度不低于820℃；
5)进行卷取，卷取温度控制在620～680℃；
6)进行常化：热轧卷自然冷却至室温后在N2气保护下进行常化，常化温度控制在900～950℃，常化时间在30～90s；
7)经酸洗后进行冷连轧：采用五机架轧机冷连轧至成品厚度；在冷连轧开轧前，先采用电磁感应加热的方式将钢板快速加热至80～150℃；并控制冷连轧各道次压下率不超过40％；
8)进行成品退火：采用卧式连续退火炉进行；炉内气氛为干式H2和N2混合气或全H2气；以不低于18℃/s的加热速度将冷轧板加热至930～990℃，并在此温度下保温15～30s；控制炉内钢带单位张力≤0.35kg/mm2；
9)按常规进行涂敷及精整。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表(wt％)
Figure BDA0003257310940000071
Figure BDA0003257310940000081
表2本发明各实施例与对比例关键工艺参数取值
Figure BDA0003257310940000082
表3本发明各实施例与对比例性能检测结果列表
Figure BDA0003257310940000083
Figure BDA0003257310940000091
综合表1、2、3可见，按照本发明提供的成分和工艺，可以顺利采用冷连轧的方法制备出磁性能符合一级能效变频压缩机用材要求的无取向硅钢。对比例1、2、3分别由于Si含量、Al含量、Si+Al总含量过高而导致在冷连轧过程中发生断带，无法进行后续生产；对比例4由于Si、Al含量过低，导致铁损值偏高，对比例5由于没有添加晶界偏聚元素Sb或Sn，整体磁性能偏差，不能满足一级能效变频压缩机的使用要求；对比例6、对比例8分别由于常化温度过高、常化时间过长，导致常化晶粒尺寸过大，冷连轧发生断带；对比例10冷轧前没有采用电磁感应加热，对比例11第二道次压下率超过40％，在冷连轧过程中均发生了边裂断带；对比例7、对比例9虽然冷连轧过程顺利，但却分别由于常化温度过低、常化时间过短，没有完全达到改善织构和粗化晶粒的效果，铁损和磁感均变差；对比例12退火温度过低、对比例13退火时间过短，成品晶粒得不到充分长大，铁损变差，对比例14成品退火炉内张力过大，磁各向异性增加，并残余有内应力，导致整体磁性能偏差，不能满足一级能效变频压缩机的使用要求。
以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。

Claims (3)

1.一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢的生产方法，其步骤：
1）冶炼浇注：采用洁净钢的冶炼方法进行冶炼，并连铸成坯；在连铸成坯时进行电磁搅拌，并控制铸坯中的等轴晶率不低于50%；
2）对铸坯加热，控制加热温度在1080~1160℃，并在此温度下保温0.5~1.2h；
3）进行常规粗轧，并控制粗轧总压下率不低于90%；
4）进行精轧，控制精轧终轧温度不低于820℃；
5）进行卷取，卷取温度控制在620~680℃；
6）进行常化：热轧卷自然冷却至室温后在N2气保护下进行常化，常化温度控制在945℃，常化时间在35s；
7）经酸洗后进行冷连轧：采用五机架轧机冷连轧至成品厚度；在冷连轧开轧前，先采用电磁感应加热的方式将钢板快速加热至130℃；并控制冷连轧各道次压下率≤40%；
8）进行成品退火：采用卧式连续退火炉进行；炉内气氛为干式H2和N2混合气或全H2气；以不低于18℃/s的加热速度将冷轧板加热至940℃，并在此温度下保温28s；控制炉内钢带单位张力0.32kg/mm2；
9）按常规进行涂敷及精整；
所述适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢的化学成分及重量百分比含量为：C：0.002%、Si：2.75%、Mn：0.48%、Al：0.60%、S：0.0013%、N：0.0018%、P：0.021%、Sb或Sn：0.048%，其它为Fe及不可避免的夹杂，且同时满足Si+Al≤3.4%；成品磁性能。
2.一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢的生产方法，其步骤：
1）冶炼浇注：采用洁净钢的冶炼方法进行冶炼，并连铸成坯；在连铸成坯时进行电磁搅拌，并控制铸坯中的等轴晶率不低于50%；
2）对铸坯加热，控制加热温度在1080~1160℃，并在此温度下保温0.5~1.2h；
3）进行常规粗轧，并控制粗轧总压下率不低于90%；
4）进行精轧，控制精轧终轧温度不低于820℃；
5）进行卷取，卷取温度控制在620~680℃；
6）进行常化：热轧卷自然冷却至室温后在N2气保护下进行常化，常化温度控制在910℃，常化时间在60s；
7）经酸洗后进行冷连轧：采用五机架轧机冷连轧至成品厚度；在冷连轧开轧前，先采用电磁感应加热的方式将钢板快速加热至95℃；并控制冷连轧各道次压下率≤40%；
8）进行成品退火：采用卧式连续退火炉进行；炉内气氛为干式H2和N2混合气或全H2气；以不低于18℃/s的加热速度将冷轧板加热至980℃，并在此温度下保温22s；控制炉内钢带单位张力0.29kg/mm2；
9）按常规进行涂敷及精整；
所述适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢的化学成分及重量百分比含量为：C：0.0016%、Si：2.45%、Mn：0.60%、Al：0.75%、S：0.0015%、N：0.0015%、P：0.019%、Sb或Sn：0.055%，其它为Fe及不可避免的夹杂，且同时满足Si+Al≤3.4%；成品磁性能。
3.一种适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢的生产方法，其步骤：
1）冶炼浇注：采用洁净钢的冶炼方法进行冶炼，并连铸成坯；在连铸成坯时进行电磁搅拌，并控制铸坯中的等轴晶率不低于50%；
2）对铸坯加热，控制加热温度在1080~1160℃，并在此温度下保温0.5~1.2h；
3）进行常规粗轧，并控制粗轧总压下率不低于90%；
4）进行精轧，控制精轧终轧温度不低于820℃；
5）进行卷取，卷取温度控制在620~680℃；
6）进行常化：热轧卷自然冷却至室温后在N2气保护下进行常化，常化温度控制在936℃，常化时间在48s；
7）经酸洗后进行冷连轧：采用五机架轧机冷连轧至成品厚度；在冷连轧开轧前，先采用电磁感应加热的方式将钢板快速加热至120℃；并控制冷连轧各道次压下率≤40%；
8）进行成品退火：采用卧式连续退火炉进行；炉内气氛为干式H2和N2混合气或全H2气；以不低于18℃/s的加热速度将冷轧板加热至965℃，并在此温度下保温18s；控制炉内钢带单位张力0.32kg/mm2；
9）按常规进行涂敷及精整；
所述适合冷连轧的高效变频压缩机用无取向硅钢的化学成分及重量百分比含量为：C：0.0015%、Si：2.48%、Mn：0.52%、Al：0.70%、S：0.0018%、N：0.0018%、P：0.024%、Sb或Sn：0.053%，其它为Fe及不可避免的夹杂，且同时满足Si+Al≤3.4%；成品磁性能。
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