CN115198187A - 400MPa级热轧磁极钢及其制造方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶炼及轧制工艺技术领域，涉及一种400MPa级热轧磁极钢及其制造方法和应用。本发明的400MPa级热轧磁极钢通过C、Si、Mn、P、S、Nb、Al、N的配合，经过转炉冶炼，LF精炼、轧制、平整、横切，钢板的屈服强度≥400MPa，磁性能B50≥1.63T。制造方法的步骤是：Ⅰ转炉冶炼；ⅡLF精炼，微调钢中成分，出LF工位前进行喂Si‑Ca线1.3‑1.9m/t，钢水达到要求出钢；Ⅲ连铸，长水口保护浇注，温度控制在1535‑1550℃；Ⅳ轧制，铸坯加热1230‑1290℃保温，精轧终轧温度为880‑940℃，轧后层流冷却每组上、下水比控制在1∶3，卷取温度为530‑630℃；Ⅴ平整，延伸率控制在1.0‑2.5％；Ⅵ横切，制成400MPa级磁极钢板。本发明制造的热轧磁极钢尺寸精度高，不平度≤1.5mm/m，同板差≤0.06mm。

Description

400MPa级热轧磁极钢及其制造方法和应用
技术领域
本发明属于冶炼及轧制工艺技术领域，涉及一种400MPa级热轧磁极钢及其制造方法和应用，尤其涉及一种水轮发电机转子体用屈服强度400MPa级热轧磁极钢及其制造方法。
背景技术
磁极钢应用于水轮发电机转子体关键部件，通过磁轭连接在水轮发电机转子体轴上，与磁轭钢板叠合成高度为2000-4000毫米、直径为十几米的大环件，直接在50-100高斯的磁场下工作，同时还承受着巨大的转动惯量。因此，磁极钢必须具有较高的尺寸精度和足够的强度，以保证机组高速运行的平衡和稳定；同时又必须具有优良的磁通密度，以减少机组涡流损失，提高运行效率。
中国发明专利CN100419108C、CN100392133C、CN100392134C、CN1101871076B、CN104294151A分别公开了250MPa级、350MPa级、450MPa、550MPa和600MPa级冷轧磁极钢的生产方法，其生产工艺均为热轧+酸洗+冷轧+退火，其缺点是工序多、生产周期长，环境污染高。中国发明专利CN105624556A公开了一种热轧磁极钢及其制造方法，其生产过程热轧后需增加罩式炉退火，对热轧磁极钢关键技术指标同板差未提出控制方法，且钢板不平度2mm/m，不能满足水轮发电机组对高精产品的使用需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种400MPa级热轧磁极钢及其制造方法和应用。
具体的，本发明提供的400MPa级热轧磁极钢，重量百分比计，包括：C0.02％-0.09％，Si 0.01％-0.15％，Mn 0.90％-1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Nb0.005％-0.040％，Al 0.01％-0.08％，N≤0.008％，其余为Fe与不可避免的杂质。
上述的400MPa级热轧磁极钢，按重量百分比计，包括：C 0.03％-0.07％，Si0.05％-0.15％，Mn 1.10％-1.60％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb0.010％-0.030％，Al0.02％-0.06％，N≤0.006％，其余为Fe与不可避免的杂质。
上述的400MPa级热轧磁极钢，按重量百分比计，包括：C 0.045％-0.055％，Si0.06％-0.08％，Mn 1.30％-1.40％，P≤0.012％，S≤0.005％，Nb0.015％-0.025％，Al0.02％-0.04％，N≤0.005％，其余为Fe与不可避免的杂质。
另一方面，本发明还提供了上述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，依次包括：转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序、轧制工序及平整工序；
其中，所述轧制工序中，铸坯加热温度为1230-1290℃；精轧终轧温度为880-940℃；卷取温度为530-630℃。
上述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，所述轧制工序中，精轧F1轧制压力控制在1550-1780吨，F2弯辊力控制在100-230吨。
上述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，所述轧制工序中，轧后层流冷却每组上、下水比为1∶3。
上述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，，所述LF精炼工序中，钢包出LF工位前进行喂Si-Ca线1.3-1.9m/t，且底吹氩弱搅拌8分钟以上。
上述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，所述连铸工序中，采用长水口保护浇注，浇注温度控制在1535-1550℃，拉速0.90-1.30m/min。
上述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，所述平整工序中，在保证延伸率在1.0％-2.5％的前提下，调整平整压力为300-450吨。
又一方面，本发明还提供了上述的400MPa级热轧磁极钢在制备水轮发电机转子体中的应用。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的400MPa级热轧磁极钢制造方法，可以提高热轧磁极钢不平度、同板差控制精度，省去酸洗、冷轧、退火环节，降低污染，降低能耗；
(2)本发明的400MPa级热轧磁极钢，可以实现强度、磁性的良好匹配：屈服强度410～520MPa，抗拉强度530～630MPa，延伸率25～33％，磁感性能B50：1.64～1.75T，B100：1.80～1.90T，不平度≤1.5mm/m，同板差≤0.06mm，可以满足大型水轮发电机转子体对热轧磁极用钢高精度产品的使用需求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为本发明的400MPa级热轧磁极钢开平板；
图2为本发明的400MPa级热轧磁极钢经冲切后制成的磁极片。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本文使用的术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
具体的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种400MPa级热轧磁极钢，按重量百分比计，包括：C 0.02％-0.09％，Si 0.01％-0.15％，Mn0.90％-1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Nb 0.005％-0.040％，Al 0.01％-0.08％，N≤0.008％，其余为Fe与不可避免的杂质。
下面对本发明的400MPa级热轧磁极钢中各成分的作用及其含量的优选范围、最优选范围作详细介绍。
碳是钢中不可缺少的元素之一，碳含量过低，会降低钢的基体强度，碳含量过高又会损害钢的磁性能。本发明通过将碳含量限定在0.02％-0.09％，在保证钢强度的同时，又能获得良好的磁性能。优选的，碳含量为0.03％-0.07％，最优选为0.045％-0.055％。
在400MPa级热轧磁极钢中，硅含量过高，热连轧板卷表面易产生红色条纹，影响表面质量；硅含量限制过低，炼钢时无法加入改善钢水质量的硅钙线，起不到提高钢质纯净度、夹杂物变性的有益效果。优选的，硅含量为0.05％-0.15％，最优选为0.06％-0.08％。
锰是提高材料强度的重要元素之一，但锰含量过高会损害磁性能，易产生中心偏析，恶化韧性。优选的，锰含量为1.10％-1.60％，最优选为1.30％-1.40％。
磷、硫元素过高对磁性能、材料韧性产生不利影响。本发明应尽量减少磷、硫元素含量，降低对性能的不利影响。
微量的铌能显著细化晶粒，与Ti相比，炼钢过程更容易稳定回收，有利于提高钢的性能稳定性。优选的，铌含量为0.010％-0.030％，最优选为0.015％-0.025％。
铝主要作用是脱去钢水中的氧，当铝含量大于本发明的最大值时，会降低钢水的流动性；当铝含量小于本发明的最小值时，则钢中脱氧不充分，铸坯容易形成皮下气泡。优选的，铝含量为0.02％-0.06％，最优选为0.02％-0.04％。
氮含量增加会降低钢的塑性和韧性，使冷脆性加剧。优选的，氮含量≤0.006％，最优选为≤0.005％。
在本发明的400MPa级热轧磁极钢中，通过特定含量的各特定元素之间发挥协同作用，不仅保证了钢的纯净度，还使钢的基体强度、磁性能及性能稳定性达到理想状态。
根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种400MPa级热轧磁极钢的制备方法，依次包括：转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序、轧制工序及平整工序。
下面对本发明的400MPa级热轧磁极钢的制备方法各工序作详细介绍。
(1)转炉冶炼工序
采用转炉冶炼，转炉终点控制：C≥0.03wt％，P≤0.008wt％，S≤0.005wt％。
(2)LF精炼工序
采用LF精炼，对钢中成分进行微调。
优选的，钢包出LF工位前进行喂Si-Ca线1.3-1.9m/t，且底吹氩弱搅拌8分钟以上，借此，改善夹杂物形态，提高钢质纯净度。
优选的，钢水各成分的质量百分比达下述要求后出钢：C：0.03-0.07％，Si：0.05-0.15％，Mn：1.10-1.60％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb：0.010-0.030％，Al：0.02-0.06％，N≤0.007％，其余为Fe与不可避免的杂质。
(3)连铸工序
采用长水口保护浇注，减少连铸增氮。
优选的，浇注温度控制在1535-1550℃，拉速0.90-1.30m/min。
(4)轧制工序
优选的，在轧制前将铸坯加热至1230-1290℃，若加热温度较低，轧制薄规格磁极钢负荷大，且合金元素回溶不充分；加热温度过高，又易使晶粒过分粗大，不利于提高强度。因此，将连铸坯加热温度定为1230-1290℃。
优选的，采用多机架热连轧将铸坯轧至目标厚度(1.5-2mm)，精轧F1轧制压力控制在1550-1780吨之间，F2弯辊力控制在100-230吨之间，从而较好地实现了轧线板形控制，同板差≤0.06mm。
优选的，精轧终轧温度为880-940℃。一方面通过高温轧制降低轧制负荷，有利于提高板形质量；另一方面，高温终轧可以提高钢板表面氧化铁皮的致密性。
进一步优选的，轧后层流冷却每组上、下水比控制在1：3的弱冷方式，保持了轧线良好的板形，同时使钢带上、下表面沿板宽方向能够保持良好的冷却均匀性，避免强冷条件下，薄规格磁极钢板形恶化。
进一步优选的，卷取温度为530-630℃，在该温度下卷取，能够充分发挥铌的析出强化效果，温度过低，析出不充分，强度不足；温度过高，位错减少，晶粒粗大，降低强度。
(5)平整工序
优选的，钢卷平整时，侧面温度限制在50℃以下。高于此温度时，由于钢卷残余热应力大，导致后续横切板形差。
由于钢板不同部位的板形状况和强度存在一定的不均匀性，在一定的压力下，不能保证所有部分板形都满足要求。针对此情况，开发了延伸率控制模式，平整过程延伸率控制在1.0-2.5％，在保证延伸率的前提下，调整平整压力在300-450吨之间。通过此平整工艺，确保平整过程板形稳定，为横切成材率提高提供了保障。
本发明在平整工序中，通过限制钢卷平整温度，延伸率、压力相结合的平整工艺模式，获得良好的平整板形。
其中，本发明的400MPa级热轧磁极钢的制备方法还包括：
(6)横切工序
对平整后钢卷进行横切，制成400MPa级磁极钢板(如图1)。
其中，钢板不平度≤1.5mm/m，同板差≤0.06mm，可满足水轮发电机组对磁极钢高精产品的使用需求。
在一些优选的实施方式中，本发明的400MPa级热轧磁极钢的制备方法采用的工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→连铸→连铸坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→平整→横切。
根据本发明的第三方面，本发明还提供了所述的400MPa级热轧磁极钢在制备水轮发电机转子体中的应用。
将本发明的400MPa级热轧磁极钢冲切后可制成磁极片(如图2)，用于制备水轮发电机转子体。
经试验表明，本发明的屈服强度400MPa级热轧磁极钢可以实现强度、磁性的良好匹配：屈服强度410-520MPa，抗拉强度530-630MPa，延伸率25-33％，磁感性能B50：1.64-1.75T，B100：1.80-1.90T，不平度≤1.5mm/m，同板差≤0.06mm，可以满足大型水轮发电机转子体对热轧磁极用钢高精度产品的使用需求。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
下面以本实施例详细说明本发明的带钢的技术特征。本实施例的400MPa级热轧磁极钢化学成分的质量百分比为：
C：0.05％，Si：0.07％，Mn：1.20％，P≤0.010％，S≤0.004％，Nb：0.02％,Al：0.03％，N≤0.004％,其余为Fe与不可避免的杂质。
本实施例的磁极钢厚度1.5mm，宽度1000mm。钢板屈服强度450MPa，抗拉强度560MPa，延伸率30％，磁感性能B50：1.66T，B100：1.81T，不平度1.2mm/m，同板差0.04mm。
本400MPa级热轧磁极钢制造方法的实施例为下述依次的步骤：
(1)转炉冶炼
采用80吨转炉冶炼，入炉铁水S：0.002％，出钢成分P：0.006％，出钢S：0:005％，C:0.03％。
(2)LF精炼
采用LF炉精炼，对钢中成分进行微调，钢包出LF工位前进行喂Si-Ca线1.4m/t，底吹氩弱搅拌10分钟。钢水的成分的质量百分比达下述要求出钢：C：0.05％，Si：0.07％，Mn：1.20％，P≤0.010％，S≤0.004％，Nb：0.02％,Al：0.03％，N≤0.004％，其余为Fe与不可避免的杂质。
(3)连铸
采用长水口保护浇注，浇注温度控制在1540℃，拉速1.10m/min。
(4)轧制
将铸坯加热至1280℃，保温时间200min，采用1549热连轧机组将铸坯轧至1.5mm，终轧温度910℃；F1轧制压力1700吨，F2弯辊力200吨，同板差0.05mm；轧后带钢全长冷却方式，层流冷却每组上、下水比控制在1∶3，卷取温度600℃
(5)平整
平整钢卷侧面温度40℃，平整延伸率1.5％，平整压力350吨。
(6)横切
横切钢板不平度1.2mm/m，同板差0.04mm。可以满足大型水轮发电机转子体对热轧磁极用钢高精度产品的使用需求。
实施例2
下面以本实施例详细说明本发明的带钢的技术特征。本实施例的400MPa级热轧磁极钢化学成分的质量百分比为：
C：0.06％，Si：0.08％，Mn：1.40％，P≤0.0080％，S≤0.003％，Nb：0.025％,Al：0.04％，N≤0.005％，其余为Fe与不可避免的杂质。
本实施例的磁极钢厚度1.6mm，宽度1100mm。钢板屈服强度480MPa，抗拉强度600MPa，延伸率28％，磁感性能B50：1.68T，B100：1.84T，不平度1mm/m，同板差0.05mm。
本400MPa级热轧磁极钢制造方法的实施例为下述依次的步骤：
(1)转炉冶炼
采用80吨转炉冶炼，入炉铁水S：0.003％，出钢成分P：0.005％，出钢S：0:004％，C：0.04％。
(2)LF精炼
采用LF炉精炼，对钢中成分进行微调，钢包出LF工位前进行喂Si-Ca线1.5m/t，底吹氩弱搅拌11分钟。钢水的成分的质量百分比达下述要求出钢：C：0.06％，Si：0.08％，Mn：1.40％，P≤0.0080％，S≤0.003％，Nb：0.025％,Al：0.04％,N≤0.005％,其余为Fe与不可避免的杂质。
(3)连铸
采用长水口保护浇注，浇注温度控制在1545℃，拉速1.20m/min。
(4)轧制
将铸坯加热至1270℃，保温时间180min，采用1549热连轧机组将铸坯轧至1.6mm，终轧温度900℃；F1轧制压力1650吨，F2弯辊力180吨，同板差0.04mm；轧后带钢全长冷却方式，层流冷却每组上、下水比控制在1∶3，卷取温度590℃
(5)平整
平整钢卷侧面温度35℃，平整延伸率2.0％，平整压力400吨。
(6)横切
横切钢板不平度1mm/m，同板差0.05mm。可以满足大型水轮发电机转子体对热轧磁极用钢高精度产品的使用需求。
实施例3
下面以本实施例详细说明本发明的带钢的技术特征。本实施例的400MPa级热轧磁极钢化学成分的质量百分比为：
C：0.04％，Si：0.10％，Mn：1.15％，P≤0.006％，S≤0.005％，Nb：0.015％,Al：0.04％，N≤0.0030％，其余为Fe与不可避免的杂质。
本实施例的磁极钢厚度1.8mm，宽度900mm。钢板屈服强度420MPa，抗拉强度530MPa，延伸率32％，磁感性能B50：1.71T，B100：1.87T，不平度1.3mm/m，同板差0.06mm。
本400MPa级热轧磁极钢制造方法的实施例为下述依次的步骤：
(1)转炉冶炼
采用80吨转炉冶炼，入炉铁水S：0.004％，出钢成分P：0.007％，出钢S：0:002％，C:0.035％。
(2)LF精炼
采用LF炉精炼，对钢中成分进行微调，钢包出LF工位前进行喂Si-Ca线1.7m/t，底吹氩弱搅拌12分钟。钢水的成分的质量百分比达下述要求出钢：C：0.04％，Si：0.10％，Mn：1.15％，P≤0.006％，S≤0.005％，Nb：0.015％，Al：0.04％，N≤0.0030％，其余为Fe与不可避免的杂质。
(3)连铸
采用长水口保护浇注，浇注温度控制在1538℃，拉速0.95m/min。
(4)轧制
将铸坯加热至1260℃，保温时间210min，采用1549热连轧机组将铸坯轧至1.8mm，终轧温度890℃；F1轧制压力1560吨，F2弯辊力160吨，同板差0.06mm；轧后带钢全长冷却方式，层流冷却每组上、下水比控制在1∶3，卷取温度560℃
(5)平整
平整钢卷侧面温度45℃，平整延伸率1.2％，平整压力320吨。
(6)横切
横切钢板不平度1.3mm/m，同板差0.06mm。可以满足大型水轮发电机转子体对热轧磁极用钢高精度产品的使用需求。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种400MPa级热轧磁极钢，其特征在于，按重量百分比计，包括：C0.02％-0.09％，Si0.01％-0.15％，Mn 0.90％-1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Nb0.005％-0.040％，Al0.01％-0.08％，N≤0.008％，其余为Fe与不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的400MPa级热轧磁极钢，其特征在于，按重量百分比计，包括：C0.03％-0.07％，Si 0.05％-0.15％，Mn 1.10％-1.60％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb0.010％-0.030％，Al 0.02％-0.06％，N≤0.006％，其余为Fe与不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的400MPa级热轧磁极钢，其特征在于，按重量百分比计，包括：C0.045％-0.055％，Si 0.06％-0.08％，Mn 1.30％-1.40％，P≤0.012％，S≤0.005％，Nb0.015％-0.025％，Al 0.02％-0.04％，N≤0.005％，其余为Fe与不可避免的杂质。
4.权利要求1-3任一项所述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，其特征在于，依次包括：转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序、轧制工序及平整工序；
其中，所述轧制工序中，铸坯加热温度为1230-1290℃；精轧终轧温度为880-940℃；卷取温度为530-630℃。
5.根据权利要求4所述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，其特征在于，所述轧制工序中，精轧F1轧制压力控制在1550-1780吨，F2弯辊力控制在100-230吨。
6.根据权利要求4所述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，其特征在于，所述轧制工序中，轧后层流冷却每组上、下水比为1∶3。
7.根据权利要求4所述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，其特征在于，所述LF精炼工序中，钢包出LF工位前进行喂Si-Ca线1.3-1.9m/t，且底吹氩弱搅拌8分钟以上。
8.根据权利要求4所述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，其特征在于，所述连铸工序中，采用长水口保护浇注，浇注温度控制在1535-1550℃，拉速0.90-1.30m/min。
9.根据权利要求4所述的400MPa级热轧磁极钢的制备方法，其特征在于，所述平整工序中，在保证延伸率在1.0％-2.5％的前提下，调整平整压力为300-450吨。
10.权利要求1-9任一项所述的400MPa级热轧磁极钢在制备水轮发电机转子体中的应用。
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