CN115433877B - 一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢及其生产方法，包括以下化学成分：C≤0.0025％、Si、Mn、Als，N≤0.0015％、Ti≤0.0020％，其余为Fe及不可避免的杂质，且杂质中的V+Nb+Mo≤0.006％，并需要满足[Al]＝1.628‑0.3013×[Si]，[Ti]×[N]×[C]≤3.5×10^‑9；本发明在不添加贵重金属、不增加生产工序的条件下，通过合理的工艺措施，生产出Si含量在2.9～3.4％、Al含量在0.30～1.0％之间的一种低磁场下低铁损无取向硅钢方法，且产品表面硬度HV1控制在200～250之间，屈强比在0.75～0.78，可以较好的满足冲片加工要求。

Description

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢及其生产方法

技术领域

本发明属于无取向硅钢技术领域，具体涉及一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢及其生产方法。

背景技术

大型水电由于其发电机功率大，基本在MW级别，甚至百万MW级别，转速通常较低，在5000r/min以下，电机设计饱和磁感应强度范围窄，Bm通常在0.8T～1.2T左右，因此，与常规中小电机(Bm在1.5T左右)对无取向硅钢的性能要求也不尽相同，除了要求常规的P15/50、B50铁损指标外，对P1.0/50、P1.0/60、B10、B25都提出了要求。

现有技术公开的低磁场条件下高磁感应强度无取向硅钢均只关注到了无取向硅钢在低磁场条件下的磁感应强度，对于低磁场下的铁损均没有提出明显的改善方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢及其生产方法，在不添加贵重金属、不增加生产工序的条件下，通过合理的工艺措施，生产出Si含量在2.9～3.4％、Al含量在0.30～1.0％之间的一种低磁场下低铁损无取向硅钢方法，且产品表面硬度HV1控制在200～250之间，屈强比在0.75～0.78，可以较好的满足冲片加工要求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，所述无取向硅钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.0025％、Si 2.9～3.4％、Mn 0.10～0.30％、Als 0.30～1.0％，P≤0.05％，S≤0.0010％，N≤0.0015％、Ti≤0.0020％，O≤0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质，且杂质中的V+Nb+Mo≤0.006％；并需要满足[Al]＝1.628-0.3013×[Si]，[Ti]×[N]×[C]≤3.5×10^-9。

所述无取向硅钢的金相组织为铁素体。

所述无取向硅钢的P_1.0/50≤1.05W/kg，P_1.5/50≤2.50W/kg，B₁₀≥1.46T，B₂₅≥1.55T，B₅₀≥1.65T，屈强比0.76～0.78，表面硬度HV1 200～250。

所述低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢的生产方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼、浇铸、热轧、常化处理、酸洗、冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层并固化。

所述连续退火步骤中，在氮氢混合气氛中，以5～10℃/s升温速率升至920～950℃，均热保持70～110s，然后以3～5℃/s的升温速率升温至970～1000℃，均热保持25～50s，露点控制在-10℃以下。

所述热轧步骤中，铸坯加热温度控制在1050～1150℃，较低的加热温度有利于铁损的降低和析出物的回溶，但会增加热轧控制的难度，加热时间控制在150～230min；将150～250mm铸坯粗轧后经7机架精轧，轧成1.8～2.8mm厚的热轧板，终轧温度控制在840～880℃，卷取温度控制在620～690℃。

所述常化处理步骤中，常化温度830～930℃，经此温度常化处理后能够获得80～100μm粗大的(100)和(110)位向的晶粒组织，常化后晶粒不能太大，晶粒过大，不利于冷轧，易发生断裂，太小不利于性能，因为组织织构具有遗传性，该织构类型有利于无取向硅钢的铁损降低和磁感的升高。

所述酸洗步骤中，在酸洗出口通过电磁感应加热，使带钢保持在60℃以上的温度，然后进行冷轧。由于本发明提供的低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢中的Si含量较高，钢质脆性增加，而酸洗后带钢的温度仅30～50℃，如果酸洗后不进行温度补偿则温度较低，若直接冷轧，易边裂，甚至断带。

所述冷轧步骤中，一次冷轧至0.50mm。

所述连续退火步骤中，退火过程中施加1.0～3.0N/mm²的张力；氮氢混合气氛中氮气和氢气的体积比为7:3。

本发明提供的低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢成分中，各成分作用及控制如下：

Si：Si是增加电阻元素，是电工钢最重要的合金元素，为获得低的铁损，需要提高Si含量，但Si含量增加，会增加钢的强度，导致冷加工过程中钢因脆性变形而断带，因此控制Si 2.9～3.4％；

Mn：锰与硫形成MnS，可防止沿晶界形成低熔点的FeS所引起的热脆现象，因此要保证一定量的锰来改善热轧塑性，但在高Si成分体系下，Mn含量不能太高，一方面会影响冷轧的顺行，另一方面会降低磁感，因此控制Mn 0.10～0.30％。

Al：铝与硅的作用相似，提高ρ值、缩小γ区和促使晶粒长大，降低铁损同时也会增加钢的强度，但Als含量增加，会增加钢的强度，导致冷加工过程中钢因脆性变形而断带，因此控制Als 0.30～1.0％。由于Si和Al都是增加材料脆性的主要元素，为了同时满足产品较低的铁损以及冷轧不断带，Si和Al的配比，需满足[Al]＝1.628-0.3013×[Si]的关系。

N：与Al易形成细小AlN质点抑制晶粒长大，但是N＞0.0015％时，铁损明显增高，因此控制N≤0.0015％。

S：除了与Mn结合形成MnS，S还会与钢中残余的Cu形成细小Cu_xS析出相，因此S含量控制在0.0010％以下为佳，同时要满足Mn/S≥10，确保磁感。

Ti：Ti会与C、N形成细小尺寸的Ti(CN)，阻碍退火过程的晶粒长大，因此控制Ti≤0.0020％；为确保为防止Ti的氮化物和碳化物复合析出，需控制[Ti]*[N]*[C]≤3.5*10^-9。

无取向硅钢的铁损主要由涡流损耗和磁滞损耗构成，磁滞损耗来源于畴壁移动和磁畴转动的不可逆变化，与外加磁场大小有关，当逐渐增加磁场时，磁化矢量与磁场方向最靠近的那些磁畴通过畴壁移动吞并相邻磁畴而长大；低磁场下(B＝1.0时)磁滞损耗与畴壁移动过程密切相关，而强磁场下(B＝1.5时)的磁感应强度与磁畴转动过程有关，因此，要保证低磁场下的铁损，退火工序晶粒的长大和均匀性极为重要。

由于高Si含量高牌号的退火温度一般较高，为防止退火过程中细小析出物，Ti的氮化物和碳化物析出，本发明中Ti、C、N的质量百分数需满足[Ti]*[N]*[C]≤3.5*10^-9的关系。同时退火工艺也不同于常规的快速升温至均热温度，而是将冷轧得到的带钢先以5～10℃/s升温速率升至950℃，均热时间保持70～110s，使晶粒完成再结晶，同时使晶粒均匀化，然后以3～5℃/s升温至970～1000℃，均热时间保持25～50s，使晶粒充分长大，且均匀化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在不需要添加贵重金属，不增加生产工序的条件下，通过合理的工艺措施，即可生产出Si含量在2.9～3.4％、Al含量在0.50～1.0％之间的一种低磁场下低铁损无取向硅钢，且产品表面硬度HV1控制在200～220之间，屈强比在0.76～0.78，可以较好的满足冲片加工要求。

附图说明

图1为实施例1中的无取向硅钢的金相组织图；

图2为对比例1中的无取向硅钢的金相组织图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

各实施例及对比例中的无取向硅钢的化学成分及重量百分比如表1所示，其余为Fe及不可避免的杂质，且杂质中的V+Nb+Mo≤0.006％。

表1化学成分，wt％

序号	C	Si	Mn	S	Als	N	Ti	O
									实施例1	0.0020	2.90	0.25	0.0008	0.75	0.0010	0.0015	0.0010
实施例2	0.0018	3.10	0.22	0.0010	0.70	0.0007	0.0019	0.0009
									实施例3	0.0017	3.25	0.25	0.0008	0.65	0.0010	0.0016	0.0008
实施例4	0.0022	3.40	0.25	0.0009	0.60	0.0009	0.0016	0.0010
									对比例1	0.0020	2.95	0.25	0.0008	0.75	0.0010	0.0015	0.0010
对比例2	0.0026	3.05	0.22	0.0010	0.70	0.0015	0.0029	0.0009
									对比例3	0.0022	3.20	0.25	0.0008	0.55	0.0018	0.0018	0.0008
对比例4	0.0025	3.45	0.25	0.0009	0.60	0.0009	0.0036	0.0010

实施例1

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。

所述低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢的生产方法包括以下步骤：

1)经铁水预处理后的试验钢进行转炉冶炼：冶炼过程中全程吹氩，废钢加入量35吨，出钢S含量25ppm；

2)将上述钢水在RH精炼炉进行真空处理，为控制N含量尽可能低，净循环时间8min；

3)将上述成分的钢水在保护浇铸下浇铸成230mm铸坯；

4)铸坯通过热装的方式进行加热热轧，加热均热温度1120℃，加热时间190min；

5)经7道次精轧，终轧温度860℃，卷取温度650℃，获得2.0mm厚的热轧板；

6)上述热轧板经过870℃常化处理，酸洗后在酸洗出口通过电磁感应加热，使带钢保持在60℃以上的温度，然后一次冷轧至0.5mm；

7)将冷轧后的带钢在7:3的氮氢混合气中进行退火：带钢由850℃先以5℃/s升温速率升温至950℃，保温75s，然后以3℃/s的升温速率升温至970℃高温下继续保持均热时间25s，露点在-10℃以下，获得需要的再结晶组织，退火过程中施加2.0N/mm²的张力。然后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经450℃的温度进行烘干固化，获得产品的性能如表2实施例1所示。

实施例2

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。

所述低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢的生产方法包括以下步骤：

1)经铁水预处理后的试验钢进行转炉冶炼：冶炼过程中全程吹氩，废钢加入量35吨，出钢S含量28ppm；

2)将上述钢水在RH精炼炉进行真空处理，为控制N含量尽可能低，净循环时间8min；

3)将上述成分的钢水在保护浇铸下浇铸成230mm铸坯；

4)铸坯通过热装的方式进行加热热轧，加热均热温度1095℃，加热时间200min；

5)经7道次精轧，终轧温度860℃，卷取温度650℃，获得2.0mm厚的热轧板；

6)上述热轧板经过870℃常化处理，酸洗后在酸洗出口通过电磁感应加热，使带钢保持在60℃以上的温度，然后一次冷轧至0.5mm；

7)将冷轧后的带钢在7:3的氮氢混合气中进行退火：带钢由820℃先以8℃/s升温速率升温至940℃，保温90s，然后以4℃/s的升温速率升温至980℃高温下继续保持均热时间35s，露点在-10℃以下，获得需要的再结晶组织，退火过程中施加2.0N/mm²的张力。然后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经450℃的温度进行烘干固化，获得产品的性能如表2实施例2所示。

实施例3

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。

所述低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢的生产方法包括以下步骤：

1)经铁水预处理后的试验钢进行转炉冶炼：冶炼过程中全程吹氩，废钢加入量35吨，出钢S含量25ppm；

2)将上述钢水在RH精炼炉进行真空处理，为控制N含量尽可能低，净循环时间9min；

3)将上述成分的钢水在保护浇铸下浇铸成230mm铸坯；

4)铸坯通过热装的方式进行加热热轧，加热均热温度1100℃，加热时间220min；

5)经7道次精轧，终轧温度860℃，卷取温度650℃，获得2.0mm厚的热轧板；

6)上述热轧板经过860℃常化处理，酸洗后在酸洗出口通过电磁感应加热，使带钢保持在60℃以上的温度，然后一次冷轧至0.5mm；

7)将冷轧后的带钢在7:3的氮氢混合气中进行退火：带钢由820℃先以10℃/s升温速率升温至945℃，保温96s，然后以4℃/s的升温速率升温至1000℃高温下继续保持均热时间45s，露点在-10℃以下，获得需要的再结晶组织，退火过程中施加2.0N/mm²的张力。然后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经450℃的温度进行烘干固化，获得产品的性能如表2实施例3所示。

实施例4

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。

所述低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢的生产方法包括以下步骤：

1)经铁水预处理后的试验钢进行转炉冶炼：冶炼过程中全程吹氩，废钢加入量35吨，出钢S含量25ppm；

2)将上述钢水在RH精炼炉进行真空处理，为控制N含量尽可能低，净循环时间8min；

3)将上述成分的钢水在保护浇铸下浇铸成230mm铸坯；

4)铸坯通过热装的方式进行加热热轧，加热均热温度1120℃，加热时间210min；

5)经7道次精轧，终轧温度860℃，卷取温度650℃，获得2.0mm厚的热轧板；

6)上述热轧板经过830℃常化处理，酸洗后在酸洗出口通过电磁感应加热，使带钢保持在60℃以上的温度，然后一次冷轧至0.5mm；

7)将冷轧后的带钢在7:3的氮氢混合气中进行退火：带钢由820℃先以6℃/s升温速率升温至950℃，保温103s，然后以5℃/s的升温速率升温至1000℃高温下继续保持均热时间50s，露点在-10℃以下，获得需要的再结晶组织，退火过程中施加2.0N/mm²的张力。然后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经450℃的温度进行烘干固化，获得产品的性能如表2实施例4所示。

对比例1

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的对比例1所示。

所述无取向硅钢的生产方法其他同实施例1，只是在连续退火时，带钢由850℃直接升温至970℃保温80s，露点在-10℃以下，获得需要的再结晶组织，退火过程中施加2.0N/mm²的张力。然后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经450℃的温度进行烘干固化，获得产品的性能如表2对比例1所示。

对比例2

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的对比例2所示，其成分不满足[Ti]×[N]×[C]≤3.5×10^-9。

所述无取向硅钢的生产方法同实施例1，获得产品的性能如表2对比例2所示。

对比例3

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的对比例3所示，其成分不满足[Al]＝1.628-0.3013×[Si]，且不满足[Ti]×[N]×[C]≤3.5×10^-9。

所述无取向硅钢的生产方法同实施例1，获得产品的性能如表2对比例3所示。

对比例4

一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其化学成分及重量百分比如表1中的对比例4所示，其成分不满足[Ti]×[N]×[C]≤3.5×10^-9。

所述无取向硅钢的生产方法其他同实施例1，只是在连续退火时，带钢由850℃直接升温至1000℃保温100s，露点在-10℃以下，获得需要的再结晶组织，退火过程中施加2.0N/mm²的张力。然后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经450℃的温度进行烘干固化，获得产品的性能如表2对比例4所示。

表2产品性能

从表中可以看出：

对比例1成分虽然满足本发明要求，但退火工艺不满足本发明要求，P1.5/50常规磁场强度下铁损性能尚佳，但产品低磁场强度下铁损偏高。

对比例2和对比例3虽然工艺满足本发明要求，但成分不满足本发明要求，导致产品性能恶化，低磁场强度下铁损偏高。

对比例4成分不满足[Ti]×[N]×[C]≤3.5×10^-9退火工艺也不满足本发明要求，导致产品性能恶化，且低磁场强度下铁损偏高。

上述参照实施例对一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅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 (7)

1.一种低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其特征在于，所述无取向硅钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.0025％、Si 2.9～3.4％、Mn 0.10～0.30％、Als0.30～1.0％，P≤0.05％，S≤0.0010％，N≤0.0015％、Ti≤0.0020％，O≤0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质，且杂质中的V+Nb+Mo≤0.006％；并需要满足[Al]＝1.628-0.3013×[Si]，[Ti]×[N]×[C]≤3.5×10^-9；

所述低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢的生产方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼、浇铸、热轧、常化处理、酸洗、冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层并固化；

所述连续退火步骤中，在氮氢混合气氛中，以5～10℃/s升温速率升至920～950℃，均热保持70～110s，然后以3～5℃/s的升温速率升温至970～1000℃，均热保持25～50s，露点控制在-10℃以下；退火过程中施加1.0～3.0N/mm²的张力；

所述酸洗步骤中，在酸洗出口通过电磁感应加热，使带钢保持在60℃以上的温度，然后进行冷轧；

所述无取向硅钢的P_1.0/50≤1.05W/kg，P_1.5/50≤2.50W/kg，B₁₀≥1.46T，B₂₅≥1.55T，B₅₀≥1.65T，屈强比0.76～0.78，表面硬度HV1 200～250。

2.根据权利要求1所述的低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢，其特征在于，所述无取向硅钢的金相组织为铁素体。

3.如权利要求1或2所述的低磁场下高牌号低铁损无取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼、浇铸、热轧、常化处理、酸洗、冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层并固化。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述热轧步骤中，铸坯加热温度控制在1050～1150℃，加热时间控制在150～230min；将150～250mm铸坯粗轧后经7机架精轧，轧成1.8～2.8mm厚的热轧板，终轧温度控制在840～880℃，卷取温度控制在620～690℃。

5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述常化处理步骤中，常化温度830～930℃。

6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述冷轧步骤中，一次冷轧至0.50mm。

7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述退火过程中，氮氢混合气氛中氮气和氢气的体积比为7:3。