CN113897543A

CN113897543A - 无取向电工钢以及制造方法

Info

Publication number: CN113897543A
Application number: CN202111012116.3A
Authority: CN
Inventors: 贺立红; 乔军; 谢霞
Original assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Current assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明提供了一种无取向电工钢，包括：C 0.001～0.010％，Si 0.5～4.0％，Mn 0.05～0.8％，Al 0.2～1.5％，P≤0.002％，S≤0.0015％，O≤0.002％，N≤0.0015％，各成分均为质量百分比；还提供一种无取向电工钢制造方法，包括：冶炼钢水、薄带连铸、常化酸洗、冷轧以及退火涂层。本发明中，在冶炼钢水时，控制钢水中C、Si、Mn、Al、P、S、O以及N几种成分的含量，且通过常化工艺，可以有效控制无取向电工钢成品的产品质量，具有较低的铁损以及较高的电磁性能，另外整体制造流程比较短，能够达到节能环保的目的，而通过冷连扎，有利于提高产品的质量、成材率和生产效率。

Description

无取向电工钢以及制造方法

技术领域

本发明涉及无取向电工钢制造，尤其涉及一种无取向电工钢以及制造方法。

背景技术

无取向电工钢的传统工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→(常化)→酸洗→冷轧→退火→涂层。

备注：()内的工序仅适用于高牌号和高磁感无取向电工钢品种。

无取向电工钢的性能主要从化学成分、晶粒尺寸、织构三个方面进行改善。

化学成分：无取向电工钢中的最主要功能合金元素为Si和Al，二者均可以提高电阻率和铁素体稳定性，并促进成品晶粒长大，减少晶界从而降低铁损。Si含量在＜4.5％时，随着含量提高，钢的抗拉强度和屈服强度显著增加，并在3.5～4.0％时达到最大值；与此同时，当Si含量＞2.5％时伸长率和面缩率急剧下降，并在＞4.5％的时候迅速降低到零，此时屈服强度和抗拉强度而已急剧下降，变得既硬又脆而无法冷加工。而且，Si原子不能被磁化，所以随着Si含量的提高，电工钢的饱和磁感强度降低，因此冷轧电工钢一般硅含量不超过4.0％。

钢中的C、N、O、P和S等夹杂元素一般通过弥散析出或晶界偏聚的方式阻碍成品退火时晶粒的长大，并进而提升磁滞损耗；同时，S元素还会由于具有热脆效应使得铸坯在热轧时开裂。因此，在实际生产时，通常要求无取向电工钢钢质纯净化，目前，纯净钢水的冶炼已经做得很好，提升的空间非常有限。

晶粒尺寸：如果钢中晶粒的尺寸大，则晶界总面积小，由于晶界处的点阵是畸变的，空位和位错多，内应力大，磁致损耗P_h降低；但是另一方面，晶粒尺寸大，则磁畴增大，涡流损耗P_e和反常损耗P_a也相应增加，故为了降低P_T，含有不同Si含量的无取向电工钢通常存在最佳晶粒尺寸范围，如，Si含量为0.5～1.5％S的无取向电工钢最佳晶粒尺寸为50～120μm，硅含量3％的高牌号无取向电工钢最佳晶粒尺寸为～150μm。

织构：无取向电工钢一般用于制作各类电机。电机在运转状态下工作，铁芯是由带齿圆形冲片叠成的定子和转子组成，要求电工钢板为磁各向异性。最适合旋转磁场的织构{100}<0vw>织构，或称{100}面织构，其磁晶各向异性能最低，{110}面织构次之，而{111}的最高，而磁晶各向异性能越低，其磁滞损耗越低，且磁感应强度越高，因此增强{100}面织构组分，减少{111}面织构组分，既是提高各向异性的方法，也是同时降低铁损，提高磁感的方法。传统流程无取向电工钢铸坯厚度为150～300mm，热轧过程的变形量大于90％，形成大量的{111}织构，其具有较强的遗传性，会增强后续冷轧和退火后的{111}织构。通过采用常化处理还是不能显著削弱成品板中的{111}织构的比例。

综上所述，常规工艺通过优化化学成分、晶粒尺寸、织构来提升无取向电工钢性能目前已经达到了极限，进一步提高性能难度非常大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种无取向电工钢以及制造方法，以促进生产过程节能环保，并提高产品性能。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种无取向电工钢，包括：C 0.001～0.010％，Si 0.5～4.0％，Mn 0.05～0.8％，Al 0.2～1.5％，P≤0.002％，S≤0.0015％，O≤0.002％，N≤0.0015％，各成分均为质量百分比。

进一步地，C为0.0028％，Si为3.28％，Mn为0.25％，Al为0.80％，P为0.0010％，S为0.0011％，O为0.0012％，N为0.0010％。

本发明实施例还提供一种无取向电工钢制造方法，包括以下步骤：

冶炼钢水，钢水的成分包括：C 0.001～0.010％，Si 0.5～4.0％，Mn 0.05～0.8％，Al 0.2～1.5％，P≤0.002％，S≤0.0015％，O≤0.002％，N≤0.0015％，各成分均为质量百分比；

薄带连铸，将钢水引入结晶辊，获得铸带，其等轴晶不少于40％，且铸带平均晶粒尺寸为60μm～500μm，出结晶辊后的铸带经冷却再进行1～3机架热轧，热轧后冷却至500℃～700℃，卷取得到热轧带；

常化酸洗，热轧带在常化酸洗机组上进行常化酸洗处理，先进行抛丸除磷处理，再采用HCl酸洗，得到常化酸洗带；

冷轧，将常化酸洗带在4～7机架六辊连轧机上进行冷连轧，获得冷轧板；

退火涂层，将冷轧板进行可控气氛退火处理，退火结束后涂覆绝缘层，卷取后获得无取向电工钢成品。，

进一步地，在对冷轧板进行退火处理时，在冶炼终点碳含量＜0.003％时，退火气氛为在N₂+H₂，H₂含量为0～50％，退火温度850～1000℃，保温时间10～40s；在碳含量为0.003～0.010％时，气氛为H₂+N₂+H₂O，且合理控制H₂O和H₂的分压，使得

在0.10～0.30之间。

进一步地，在进行常化酸洗处理时，常化处理气氛为N₂，控制氧含量不超过0.05％，常化温度为750～1050℃，常化时间为50～300s，冷却过程中，在钢带温度≥600℃时，控制冷却速度为5～15℃/s，在钢带温度＜600℃时，控制冷却速度为15～45℃/s。

进一步地，将钢水引入双辊型结晶辊时，浇铸温度为1510～1570℃，结晶辊速度为20m/min～100m/min，获得厚度0.8～4.0mm×宽度500～1500mm的铸带。

进一步地，热轧的终轧温度为800～950℃，总压下量10～50％。

进一步地，冷轧的总压下率为40～90％，获得0.20mm～0.50mm厚度的冷轧板。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，在冶炼钢水时，控制钢水中C、Si、Mn、Al、P、S、O以及N几种成分的含量，通过这种设置可以有效控制无取向电工钢成品的产品质量，具有较低的铁损以及较高的电磁性能，另外在制造过程中，整个生产流程明显短于传统流程，即实现了短流程制备，达到节能环保的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的无取向电工钢制造方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种无取向电工钢，包括：C 0.001～0.010％，Si 0.5～4.0％，Mn 0.05～0.8％，Al 0.2～1.5％，P≤0.002％，S≤0.0015％，O≤0.002％，N≤0.0015％，各成分均为质量百分比。

本发明中，如果C含量控制在0.001％以下，C会阻碍晶粒长大造成铁损增加，还会引起产品服役过程中的磁时效，如果大于0.01％，则在退火时将需要长时间的脱碳处理，严重降低处理效率，因此本实施例中C含量为0.001～0.010％，优选控制在0.003％以下，如果碳的含量大于0.003％，则需在退火时进行脱碳。Si是电工钢中最重要的功能元素，能明显降低铁损，同时，可减小磁各向异性，使磁化容易，但硅含量大于4.0％，钢板脆且硬，冷轧变得异常困难，因此本实施例中Si含量为0.5～4.0％。Mn能提高钢板的电阻率，提高效果约为硅的1/2；另外Mn能扩大γ相区，使得γ→α相变速度减慢，改善热轧时的塑形和热轧板的组织；钢中的Mn与S可形成MnS，防止沿晶界形成低熔点的FeS所引起的热脆现象，且由于MnS固溶温度高，板坯加热温度可提高，便于热轧过程的进行，且Mn还能改善高Si+Al时冲片性能；Mn也会提高钢的强度，故Mn含量应控制在0.05～0.80％。Al与Si的作用类似，可显著提高电阻率和促进晶粒长大，而对强度和硬度的影响约是Si的1/3；Al是铁素体稳定元素，且作用强于Si；Al还可以促进{100}组分增加和{111}组分减少，使得夹杂物和析出物尺寸增大，减少晶粒长大的阻力；但是，在Al含量过高时，将使得钢水粘性增大，增加了稳定浇铸的难度，因此在本发明中将Al含量限制在0.2～1.5％内。P可明显提高电阻率、缩小γ相区，促进晶粒的长大，有利于降低铁损；P沿晶界偏聚可增加{100}组分和减少{111}组分，提高磁感；含有一定的P还可改善冲片性能；P还有阻碍碳化物析出和长大及减轻磁时效的作用；但是P含量大的时候，会恶化钢板的冷加工性，故应控制P的含量，具体是≤0.002％。S是钢中的有害元素，与钢中的Mn形成MnS析出物，可强烈阻碍退火时的晶粒长大，造成铁损升高；同时，S也是形成热脆的主要原因，应控制其含量≤0.0015％。O是钢中有害元素，易与钢中的元素形成SiO₂、Al₂O₃、MnO等夹杂物，强烈阻碍退火时的晶粒长大，应控制其含量O≤0.002％。N也是钢中有害元素，易与钢中Al形成AlN质点，显著抑制晶粒的长大，使铁损增加；N还是产生磁时效的元素，且由于室温下N在α-Fe的溶解度是C的1/10，故N比C对时效的影响更大，本发明中控制N≤0.0015％。

基于上述分析，通过这种钢水配比可以使得制备的电工钢产品质量非常好，具有较低的铁损以及较高的电磁性能。而在优选方案中，C为0.0028％，Si为3.28％，Mn为0.25％，Al为0.80％，P为0.0010％，S为0.0011％，O为0.0012％，N为0.0010％，制备的电工钢铁损只有2.67kW/kg，磁感应强度则有1.746T，显著优于传统电工钢性能。

本发明实施例还提供一种无取向电工钢制造方法，采用了上述配方的钢水进行冶炼，具体包括以下步骤：

冶炼钢水，钢水的成分(重量百分比)为：C 0.001～0.010％，Si 0.5～4.0％，Mn0.05～0.8％，Al 0.2～1.5％，P≤0.002％，S≤0.0015％，O≤0.002％，N≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的夹杂；

薄带连铸，将钢水引入双辊型结晶辊，浇铸温度为1510～1570℃，结晶辊速度为20m/min～100m/min，获得厚度0.8～4.0mm×宽度500～1500mm的铸带，其等轴晶不少于40％，使得常化后能获得全再结晶晶粒的钢板，铸带出结晶辊后在Ar和/或N₂气氛下冷却，控制冷却速度为15℃～25℃/s，以使得铸带平均晶粒尺寸为60μm～500μm，保证成品退火后能得到大小合适的晶粒；将铸带温度控制在900～1150℃，然后进行1～3机架热轧，终轧温度为800～950℃，总压下量10～50％，热轧后喷水冷却至500℃～700℃，冷却速度为15～35℃/s，以减少表面裂纹，然后卷取得到热轧带，这里的热轧要区别于传统的热轧工艺(需要先降温再加热)；

常化酸洗，在常化酸洗机组上完成，通过常化退火处理，可以使组织发生再结晶，防止瓦楞状缺陷，同时使晶粒长大、析出物粗化，加强{100}组分以及减弱{111}组分，明显改善铁损和磁感，尤其可大幅提高磁感。常化处理气氛为N₂，并控制氧含量不超过0.05％，以减少钢带表面氧化层的形成，常化温度为750～1050℃，保温时间为50～300s，冷却过程中，在钢带温度≥600℃时，控制冷却速度为5～15℃/s，以控制好良好的板形，在钢带温度＜600℃时，控制冷却速度为15～45℃/s；然后进行抛丸除磷至表面清洁度为Sa2.0以上并以5～15％HCl酸洗60～150s，得到内部组织完善、表面清洁的常化酸洗带；

冷轧，将常化酸洗带在4～7机架六辊连轧机上进行冷连轧，总压下率为40～90％，获得0.20mm～0.50mm厚度的冷轧板；

退火涂层，将冷轧板进行可控气氛退火处理，在冶炼终点碳含量＜0.003％时，退火气氛为在N₂+H₂，H₂含量为0～50％，退火温度850～1000℃，保温时间10～40s；在碳含量为0.003～0.010％时，需进行脱碳处理，气氛为H2+N2+H2O，且合理控制H₂O和H₂的分压，使得

在0.10～0.30之间，退火温度800～950℃，保温时间为40～250s，退火结束后涂覆绝缘层，卷取后获得无取向电工钢成品。

在上述过程中，整体制备流程明显短于传统的制造流程，为短流程制造，能源消耗低。而在冷轧步骤中采用了冷连扎，有利于提高产品的质量、成材率和生产效率。当然基于上述的制造方法，可以获取低铁损高电磁性能的电工钢。

以下就三个实施例进行说明：

通过三个上述实施例，进一步表明通过本发明提供的无取向电工钢制造方法，可以性能优异的电工钢。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无取向电工钢，其特征在于，包括：C 0.001～0.010％，Si 0.5～4.0％，Mn 0.05～0.8％，Al 0.2～1.5％，P≤0.002％，S≤0.0015％，O≤0.002％，N≤0.0015％，各成分均为质量百分比。

2.如权利要求1所述的无取向电工钢，其特征在于，C为0.0028％，Si为3.28％，Mn为0.25％，Al为0.80％，P为0.0010％，S为0.0011％，O为0.0012％，N为0.0010％。

3.一种无取向电工钢制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

冶炼钢水，钢水的成分包括：C 0.001～0.010％，Si 0.5～4.0％，Mn 0.05～0.8％，Al0.2～1.5％，P≤0.002％，S≤0.0015％，O≤0.002％，N≤0.0015％，各成分均为质量百分比；

退火涂层，将冷轧板进行可控气氛退火处理，退火结束后涂覆绝缘层，卷取后获得无取向电工钢成品。

4.如权利要求3所述的无取向电工钢制造方法，其特征在于，在对冷轧板进行退火处理时，在冶炼终点碳含量＜0.003％时，退火气氛为在N₂+H₂，H₂含量为0～50％，退火温度850～1000℃，保温时间10～40s；在碳含量为0.003～0.010％时，气氛为H₂+N₂+H₂O，且合理控制H₂O和H₂的分压，使得

在0.10～0.30之间。

5.如权利要求3所述的无取向电工钢制造方法，其特征在于：在进行常化酸洗处理时，常化处理气氛为N₂，控制氧含量不超过0.05％，常化温度为750～1050℃，常化时间为50～300s，冷却过程中，在钢带温度≥600℃时，控制冷却速度为5～15℃/s，在钢带温度＜600℃时，控制冷却速度为15～45℃/s。

6.如权利要求3所述的无取向电工钢制造方法，其特征在于：将钢水引入双辊型结晶辊时，浇铸温度为1510～1570℃，结晶辊速度为20m/min～100m/min，获得厚度0.8～4.0mm×宽度500～1500mm的铸带。

7.如权利要求3所述的无取向电工钢制造方法，其特征在于：热轧的终轧温度为800～950℃，总压下量10～50％。

8.如权利要求3所述的无取向电工钢制造方法，其特征在于：冷轧的总压下率为40～90％，获得0.20mm～0.50mm厚度的冷轧板。