CN115522127A - 一种超薄无取向电工钢及其制造方法 - Google Patents

一种超薄无取向电工钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超薄无取向电工钢及其制造方法，成分：C：0.001‑0.005％、Si：2.0‑3.0％、Mn：0.1‑0.5％、Al：0.02‑1.00％、P：≤0.02％、S：≤0.005％、Sn：0.03‑0.10％，余量为铁和不可避免的杂质，余量为铁和不可避免的杂质。厚度：0.120‑0.140mm；P1.0/50：1.95‑2.21W/kg，B50＝1.72‑1.74T，W1.0/400＝9.5‑11.5W/Kg。与现有技术相比，不需要较高Si含量及较薄的热轧终轧厚度，并通过添加Sn提高磁感，使无取向电工钢具有较薄厚度的同时，拥有更优的磁性能。

Description

一种超薄无取向电工钢及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域，特别是电工钢领域，具体为一种超薄无取向电工钢及其制造方法，该电工钢具有超薄的厚度，还具有较好的磁性能。
背景技术
随着新能源汽车用电机、微电机等高端行业的发展，要求电机小型化、高效率、高转矩，这就对无取向电工钢的性能提出新的要求。电机在高速运转过程中会产生涡流损耗，对高速马达用无取向电工钢特别要求具有低的高频铁损，而减少涡流损耗最有效的方法是减薄板厚，因此新能源汽车内的电机都是采用厚度较薄的高牌号高效无取向电工钢。
低牌号电工钢减薄后的铁损依然较高，不适用于高速电机，多以高牌号为主。高牌号电工钢的Si含量较高，不利于磁感的提高，且会给轧制带来困难，如何综合高的Si含量与钢板减薄的矛盾，是研究的重点。目前超薄无取向电工钢的产品较少，电机主要使用0.35mm、0.5mm的高牌号无取向电工钢，0.3mm、0.27mm厚度的无取向电工钢还在开发应用阶段。
2018年9月7日公开的公开号为CN 108504926 A的专利，公开了新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法，采用3.0-4.0％Si、1.0-2.0％Al、[Si+Al]≥4.5％、1.0-2.0％Mn的成分体系，将热轧板精轧至0.8-1.0mm，通过二次冷轧法加中间退火轧至0.20-0.25mm厚度，成品磁性能P1.0/400：13.15-14.02W/kg，B50：1.669-1.681T。但是较高的Si含量给轧制带来困难，钢板容易出现边裂等缺陷。
2018年9月7日公开的公开号为CN 108504952 B公开了薄板坯连铸连轧生产新能源汽车用无取向电工钢的方法，采用2.5-4.0％Si、0.1-1.5％Al、0.1-1.5％Mn,成分体系，热轧板精轧至0.3-0.5mm，一次冷轧至0.15-0.25mm，成品磁性能P1.0/400：11.75-13.81W/kg，B50：1.662-1.681T。该方法将热轧板精轧至0.3-0.5mm，对热轧要求较高，且较薄热轧板经过常化酸洗后表面缺陷难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超薄无取向电工钢及其制造方法，具有超薄的厚度0.120-0.140mm，还具有较好的磁性能；本发明通过降低Si含量提高钢板加工性，添加Sn提高磁感，随后进行冶炼、连铸、热轧、常化、二次冷轧、退火，最终得到磁性能优良的超薄无取向电工钢。
本发明具体技术方案如下：
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：
C：0.001-0.005％、Si：2.0-3.0％、Mn：0.1-0.5％、Al：0.02-1.00％、P：≤0.02％、S：≤0.005％、Sn：0.03-0.10％，余量为铁和不可避免的杂质。
所述超薄无取向电工钢，晶粒尺寸90-110μm，晶粒尺寸过大不利于磁感应强度的提高，过小铁损偏高；
所述超薄无取向电工钢，厚度：0.120-0.140mm；P1.0/50：1.95-2.21W/kg，B50＝1.72-1.74T，W1.0/400＝9.5-11.5W/Kg。
本发明提供的一种超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
所述连铸，控制连铸时拉速为1.0-2.0m/min；
所述热轧，热轧加热温度T控制在1000-1100℃，在炉时间200-300min，无取向硅钢需要控制夹杂物，加热温度高，夹杂物溶解，轧制时析出形成小夹杂，不利于磁性能的提高，温度低，轧制困难。因此，本发明控制加热炉温度控制在1000-1100℃。
所述热轧，终轧温度750-900℃，卷曲温度600-700℃，热轧板厚度h热为1.0-1.5mm。
所述常化酸洗，常化温度850-930℃，保温时间1-4min。常化主要改善热轧组织，使晶粒均匀，有利于提高成品磁感应强度和铁损，提高钢板塑性，方便后续冷轧。
所述一次冷轧，采用单机架6辊轧机，一次冷轧至0.2-0.4mm。
所述中间退火，退火温度850-950℃，保温时间1-3min，中间退火有利于消除一次冷轧产生的应力以及加工硬化，变形晶粒再结晶，提高了晶粒均匀性。
所述二次冷轧，采用单机架6辊轧机，二次冷轧至冷轧板厚度h冷控制在0.120-0.140mm；
进一步的，二次冷轧后，冷轧板厚度
Figure BDA0003872436090000031
其中，h冷为冷轧板厚度，单位mm；
Si+Al为钢中Si、Al含量之和，单位％，冷轧板厚度与(Si+Al)含量呈反比，(Si+Al)含量越高，钢板轧制越困难，冷轧板越厚；
T为热轧加热温度，单位℃；h热为热轧板厚度，单位mm。
综合考虑影响轧制厚度的各个因素，通过因素相关性计算，确定(Si+Al)含量、热轧加热温度T、热轧板厚度h热对最终成品厚度(冷轧板厚度h冷)的影响，获得以上公式。以上公式计算时，带入以上单位前的数值即可。
所述连续退火，温度850-1000℃，保温时间1-3min。
本发明设计构思在于：
C：C含量过高会降低钢板韧性，且C无论以固溶体形式还是渗碳体形式存在都会损害钢板的磁性能，本发明将C含量限定在0.001-0.005％。
Si：Si含量提高，钢板的强度升高，磁感降低，增加钢板脆性，不利于轧制及热轧板卷表面质量控制，因此本发明应降低钢中Si含量，本发明Si含量2.0-3.0％。
Mn：Mn有利于提高电工钢的电阻率，降低铁损。但Mn可以通过固溶强化提高强度，强度太高不利于后期的轧制工作。因此本发明提高Mn含量设定为0.1-0.5％。
Al：Al含量提高，钢板强度升高，磁感提高，但Al含量过高易导致钢水发黏，因此本发明控制Al含量为0.02-1.10％。
P：P受Sn的促进作用产生偏聚，细化晶粒、提高强度、改善织构，但Fe3P偏析会使钢板脆化，降低韧性，因此本发明控制P≤0.020％。
S：S与钢中Mn可形成塑性MnS夹杂，减轻热脆现象，但会导致带钢形成带状组织，降低钢板韧性和成型性，且S对磁性能影响很大，本发明控制S含量≤0.005％。
Sn：Sn在热轧过程中会在原始晶界处偏聚，并促进P的偏聚，由于Sn、P偏聚会改善织构，有利于磁感的提高，本发明控制Sn的含量≤0.10％。
与现有技术相比，不需要较高Si含量及较薄的热轧终轧厚度，并通过添加Sn提高磁感，使无取向电工钢具有较薄厚度的同时，拥有更优的磁性能。
附图说明
图1为本发明实施例1组织图，晶粒尺寸95.7μm。
具体实施方式
实施例1
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表1实施例1连铸坯化学成分单位：wt％
实施例 C Si Al Mn P S Sn
1 0.003 2.65 0.60 0.49 ≤0.01 0.002 0.043
实施例1超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1095℃，在炉时间260min，终轧温度840℃，卷曲温度650℃，热轧板厚度h热为1.2mm；常化温度860℃，保温3min，一次冷轧至0.35mm，中间退火温度950℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷0.132m，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为960℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢，晶粒尺寸95.7μm，P1.0/50＝2.03W/kg，磁感B50＝1.725T，W1.0/400＝11.32W/Kg。
实施例2
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表2所示，表2没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表2实施例2连铸坯化学成分单位：wt％
实施例 C Si Al Mn P S Sn
2 0.002 2.40 0.46 0.45 ≤0.01 0.001 0.032
实施例2超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1055℃，在炉时间280min，终轧温度790℃，卷曲温度700℃，热轧板厚度h热为1.2mm；常化温度900℃，保温3min，一次冷轧至0.25m，中间退火温度920℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷0.127mm，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为940℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢的P1.0/50＝2.11W/kg，磁感B50＝1.730T，W1.0/400＝10.69W/Kg。
实施例3
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表3所示，表3没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表3实施例3连铸坯化学成分单位：wt％
实施例 C Si Al Mn P S Sn
3 0.003 2.25 0.30 0.35 ≤0.01 0.001 0.039
实施例3超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1060℃，保温270min，终轧温度890℃，卷曲温度700℃，热轧板厚度h热为1.0mm；常化温度930℃，保温3min，一次冷轧至0.20m，中间退火温度950℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷0.126mm，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为930℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢的P1.0/50＝2.21W/kg，磁感B50＝1.740T，W1.0/400＝10.15W/Kg。
实施例4
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表4所示，表4没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表4实施例4连铸坯化学成分单位：wt％
实施例 C Si Al Mn P S Sn
4 0.003 2.68 0.02 0.33 ≤0.01 0.001 0.085
实施例4超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1100℃，保温270min，终轧温度850℃，卷曲温度680℃，热轧板厚度h热为1.4mm；常化温度930℃，保温3min，一次冷轧至0.40m，中间退火温度900℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷0.123mm，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为960℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢的P1.0/50＝2.01W/kg，磁感B50＝1.735T，W1.0/400＝9.90W/Kg。
实施例5
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表5所示，表5没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表5实施例5连铸坯化学成分单位：wt％
实施例 C Si Al Mn P S Sn
5 0.002 2.89 0.31 0.25 ≤0.01 0.001 0.035
实施例5超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1050℃，保温280min，终轧温度800℃，卷曲温度650℃，热轧板厚度h热为1.3mm；常化温度930℃，保温3min，一次冷轧至0.35m，中间退火温度860℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷0.130mm，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为960℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢的P1.0/50＝1.98W/kg，磁感B50＝1.729T，W1.0/400＝9.85W/Kg。
实施例6
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表6所示，表6没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表6实施例6连铸坯化学成分单位：wt％
实施例 C Si Al Mn P S Sn
6 0.002 2.95 1.00 0.49 ≤0.01 0.001 0.058
实施例6超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1020℃，保温270min，终轧温度900℃，卷曲温度630℃，热轧板厚度为h热为1.2mm；常化温度930℃，保温3min，一次冷轧至0.20m，中间退火温度950℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷0.139mm，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为950℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢的P1.0/50＝2.09W/kg，磁感B50＝1.723T，W1.0/400＝10.36W/Kg。
对比例1
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表6所示，表6没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表7对比例1连铸坯化学成分单位：wt％
对比例 C Si Al Mn P S Sn
1 0.002 <u>3.30</u> <u>1.50</u> 0.49 ≤0.01 0.001 0.058
对比例1超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1050℃，保温270min，终轧温度900℃，卷曲温度630℃，热轧板厚度为h热为1.2mm；常化温度930℃，保温3min，一次冷轧至0.20m，中间退火温度950℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷 0.149mm，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为950℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢的P1.0/50＝1.97W/kg，磁感B50＝1.713T，W1.0/400＝9.56W/Kg。
对比例2
一种超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：如表6所示，表6没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表8对比例2连铸坯化学成分单位：wt％
对比例 C Si Al Mn P S Sn
2 0.002 2.30 0.05 0.49 ≤0.01 0.001 0.058
对比例2超薄无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
具体为：铁水预处理后，经过冶炼和连铸，合金微调站后，RH精炼，拉速1.4m/min，铸坯厚度230mm，热轧加热温度T为1030℃，保温270min，终轧温度900℃，卷曲温度630℃，热轧板厚度为h热为1.2mm；常化温度930℃，保温3min，一次冷轧至0.20m，中间退火温度950℃，保温1.5min，二次冷轧至冷轧板厚度h冷0.150mm，冷轧后的钢卷经保护气体为60％氮气和40％氢气高温管式退火炉，退火温度为950℃，保温1.5min，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的超薄无取向电工钢的P1.0/50＝2.24W/kg，磁感B50＝1.725T，W1.0/400＝11.76W/Kg。
根据实施例可以得到，按照本发明成分和工艺生产，能够得到厚度：0.120-0.140mm，P1.0/50：1.95-2.21W/kg，B50＝1.72-1.74T，W1.0/400＝9.5-11.5W/Kg；对比例不按照本发明要求的成分或者工艺参数生产，得到的产品性能不如本发明实施例，不能达到本发明要求。

Claims (10)

1.一种超薄无取向电工钢，其特征在于，所述超薄无取向电工钢，包括以下质量百分比成分：
C：0.001-0.005％、Si：2.0-3.0％、Mn：0.1-0.5％、Al：0.02-1.00％、P：≤0.02％、S：≤0.005％、Sn：0.03-0.10％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的超薄无取向电工钢，其特征在于，所述超薄无取向电工钢，厚度：0.120-0.140mm。
3.根据权利要求1或2所述的超薄无取向电工钢，其特征在于，所述超薄无取向电工钢的P1.0/50：1.95-2.21W/kg，B50＝1.72-1.74T，W1.0/400＝9.5-11.5W/Kg。
4.一种权利要求1-4任一项所述的超薄无取向电工钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下工艺流程：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→RH精炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火→精整→包装。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述热轧，加热炉温度控制在1000-1100℃，在炉时间200-300min；终轧温度750-900℃，卷曲温度600-700℃，热轧板厚度1.0-1.5mm。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述常化酸洗，常化温度850-930℃，保温时间1-4min。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述一次冷轧，冷轧至0.2-0.4mm。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述中间退火，退火温度850-950℃，保温时间1-3min。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，二次冷轧后，冷轧板厚度
Figure FDA0003872436080000021
其中h冷为冷轧板厚度，单位mm；
Si+Al为钢中Si、Al含量之和，单位％；
T为热轧温度，单位℃；
h热为热轧板厚度，单位mm。
10.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述连续退火，温度850-1000℃，保温时间1-3min。
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