CN115584437B - 一种高强度高磁感的热轧磁轭钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度高磁感的热轧磁轭钢及生产方法,成分:C:0.008‑0.02%、Si:0.05‑0.15%、Mn:0.80‑1.30%、P:≤0.020%、S:≤0.010%、Ti:0.01‑0.03%、Sn:0.10‑0.20%、Als:0.04‑0.10%,N:≤0.01%,余量为铁和不可避免的杂质。生产中,加热温度控制为:T=1200+(C+Mn+Ti+Sn‑1)×100;现有技术相比,通过降低C、Ti含量,添加适量Sn合金元素,配合热轧工艺,保证了钢板的强度和磁感的要求,从而解决了高强度与高磁感之间的矛盾,使热轧磁轭钢具有高强度的同时,还具有较高的磁感。
Description
技术领域
本发明属于合金领域,具体涉及一种高强度高磁感的热轧磁轭钢及生产方法。
背景技术
磁轭钢主要应用于大型水力发电设备的转子部分,对磁轭钢的高强度、高韧性、高磁感的要求相当严格。水轮发电机长时间与水接触,服务环境恶劣,更换困难,转子在使用过程中保证强度的同时,还要考虑到磁轭钢板的损耗,为了减少损耗,就要求磁轭钢具有高磁感。
2000年以前,550~750MPa级高强韧性磁轭钢全部依赖进口,价格昂贵,交货周期长。武钢从20世纪90年代末开始研制磁轭钢,是国内最先开始研制和开发磁轭钢的钢铁企业。武钢2016年3月23日公开的中国专利《一种屈服强度550MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法》,公开号为CN105420606A,其采用C-Mn-Ti系合金成分,其中板坯加热温度1170-1220℃,粗轧结束温度≥1000℃,精轧温度在780-830℃,卷曲温度为650-700℃,其屈服强度≥550MPa,-20℃冲击功KV2≥100J,B50≥1.50T。
2016年4月20日公开的公开号为CN105506466A的专利公开了《屈服强度≥650MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法》,采用C-Mn-Ti-Nb系合金成分,通过板坯加热温度1230-1280℃,粗轧结束温度≥1050℃,精轧温度在800-850℃,卷曲温度为600-650℃,开发了一种屈服强度≥650MPa,-20℃冲击功KV2≥80J,B50≥1.50T的高强度高韧性热轧磁轭钢。
2013年12月18日公开的公开号为CN103451532A的专利公开了《一种屈服强度≥750MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法》,采用C-Mn-Ti-Nb系合金成分,板坯加热温度1280-1350℃,粗轧结束温度≥1100℃,精轧温度在850-930℃,卷曲温度为550-640℃,屈服强度≥750MPa,B50≥1.50T。
2013年12月18日公开的公开号为CN103451533A公开了《一种屈服强度≥800MPa级高强度热轧磁轭钢及其生产方法》,其特征在于采用C-Mn-Ti-Nb-Mo系合金成分,板坯加热温度1280-1350℃,粗轧结束温度≥1100℃,精轧温度在850-930℃,卷曲温度为640-700℃,屈服强度≥800MPa,B50≥1.50T。
以上现有技术均是通过C-Mn-Ti系合金成分制备高强度磁轭钢,C、Ti微合金以第二相弥散分布,细化晶粒,可以显著提高钢板的强度和韧性,但C、Ti第二相会阻碍磁畴移动,对磁感损害较大,增加磁轭钢板使用过程中的损耗。
发明内容
本发明目的在于提供一种高强度高磁感的热轧磁轭钢及生产方法,通过降低C、Ti的含量,添加适量Sn元素,进行冶炼、铸造、获得屈服强度550MPa级且磁感优良的高强度高磁感热轧磁轭钢,屈服强度≥550MPa,B50≥1.67T,用于水轮发电机转子。
本发明具体技术方案如下:
一种高强度高磁感的热轧磁轭钢,包括以下质量百分比成分:
C:0.008-0.02%、Si:0.05-0.15%、Mn:0.80-1.30%、P:≤0.020%、S:≤0.010%、Ti:0.01-0.03%、Sn:0.10-0.20%、Als:0.04-0.10%,N:≤0.01%,余量为铁和不可避免的杂质。
所述高强度高磁感的热轧磁轭钢,其成分满足:Ti>C+N;Ti/N≥2。
本发明提供的高强度高磁感的热轧磁轭钢,厚度:2.00-4.00mm,屈服强度≥550MPa,抗拉强度≥650MPa,延伸率≥15%,-20℃冲击功KV2≥110J,磁感强度≥1.67T。
本发明提供的一种高强度高磁感的热轧磁轭钢的生产方法,包括以下步骤:
1)、冶炼、铸造;
2)、加热;
3)、粗轧;
4)、精轧;
5)、层流冷却后,卷取。
步骤2)中所述加热,将板坯加热,加热温度在1200-1250℃,均热时间55-75min;
优选的,步骤2)中,加热温度T控制为:T=1200+(C+Mn+Ti+Sn-1)×100;
T的单位为℃;各元素所指数值=该元素在钢中含量×100;
本发明是C-Mn-Ti-Sn复合强化的合金钢,C-Mn-Ti-Sn复合析出物在连铸过程已部分析出并长大,无法取得最佳的细晶强化和析出强化效果,且熔点较高,在热轧前需高温将析出物融化,热轧时析出形成细小夹杂,阻碍晶粒长大,并起到析出强化的效果,因此本发明采用1200-1250℃板坯加热制度,加热温度满足T=1200+(C+Mn+Ti+Sn-1)×100,使合金元素充分固溶,并通过后续工艺控制,在成品钢中细小、弥散析出,本发明通过有限元模拟不同成分所需要的加热温度,确定该公式。
步骤3)中控制粗轧结束温度不低于1050℃;本发明粗轧工艺采用多道次大变形量的快速轧制,充分细化奥氏体晶粒,并使奥氏体组织均匀。
步骤4)精轧:精轧采用高温精轧、高速轧制,控制较高的终轧温度,以获得钢卷较低的初始内应力,精轧道次压下率30-40%,有利于提高组织均匀性,最后1-2道次压下率控制在10-20%;控制终轧温度不低于800-840℃;
步骤5)层流冷却:终冷温度为620-670℃,进行卷取;采用层流冷却,通过快速冷却实现Ti、Sn等微合金化物弥散析出,实现超细晶粒和超高强度。
本发明成分设计中,设计思路如下:
C:本发明控制C含量主要是为了保证热轧磁轭钢的强度,但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0.008-0.020%。
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0.05-0.15%。
Mn:通过固溶强化提高钢板强度,促进钢材屈服强度和抗拉强度呈线性增加,但Mn含量>0.15%时,磁感随Mn含量增加而降低,因此要控制Mn含量不能太高,本发明控制Mn含量为0.80-1.30%。
Ti:Ti与C微合金化形成TiC析出,形成细小夹杂,起到细化晶粒、阻碍位错移动、提高韧性,在粗轧和卷曲过程中起到显著的析出强化效果,但Ti会优先与钢中N元素结合生成Ti N,削弱Ti的强化效果,且Ti的化合物会降低磁性能,因此本发明控制Ti含量为0.01-0.03%,Ti会优先与钢中N元素结合生成Ti N,削弱Ti的强化效果,所以Ti的含量需要高于C+N,Ti>C+N。
Sn:Sn在热轧过程中会在原始晶界处偏聚,并促进P的偏聚,阻碍晶粒长大,使晶粒细化,提高钢板强度。但晶粒细化会导致磁滞损耗增加,由于Sn、P偏聚会改善织构,减小晶粒细化对磁感造成的影响,从而提升磁感,本发明控制Sn含量为0.10-0.20%。
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%。
Als:Als含量提高,钢板强度升高,磁感提高,但Als含量过高易导致钢水发黏,且会氧化Ti,导致Ti失效,因此本发明控制Als含量为0.04-0.10%。
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≤0.010%。
N:N易与钢中Ti结合形成TiN,起到抑制晶粒长大和析出强化作用,但会减少“有效Ti”的含量,削弱强化效果,因此本发明控制N的含量为≤0.01%,且Ti/N≥2,保证有足够的“有效Ti”。
本发明对钢的化学成分和生产工艺进行了设计,与现有技术相比,通过降低C、Ti含量,添加适量Sn合金元素,配合热轧工艺,保证了钢板的强度和磁感的要求,从而解决了高强度与高磁感之间的矛盾,使热轧磁轭钢具有高强度的同时,还具有较高的磁感。
具体实施方式
实施例1-实施例8
一种高强度高磁感的热轧磁轭钢,包括以下质量百分比成分:如表1所示,表1没有显示的余量为铁和不可避免的杂质。
对比例1-对比例2
一种热轧磁轭钢,包括以下质量百分比成分:如表1所示,表1没有显示的余量为铁和不可避免的杂质。
表1本发明钢及对比例的化学成分取值列表(wt%)
上述各实施例和对比例热轧磁轭钢生产方法,包括以下步骤
1)冶炼、铸造:
经过冶炼、铸造后得板坯,所述化学成分按质量百分比如表1所示;
2)加热:将板坯加热,加热温度在1200-1250℃,均热时间55-75min;
3)粗轧:控制粗轧结束温度不低于1050℃;
4)精轧:精轧道次压下率30-40%,有利于提高组织均匀性,最后1-2道次压下率控制在10-20%;控制终轧温度不低于800-840℃;
5)层流冷却:终冷温度为620-670℃,进行卷曲,采用层流冷却。
各实施例和对比例的具体生产工艺参数如表2所示
表2各实施例和对比例生产工艺参数
实施例和对比例按照以上方法生产的产品,性能如表3所示。
表3实施例和对比例产品性能
表1-3中,数据下画横向的为不满足本发明要求的。
从表2、表3可以看出,本发明通过添加Sn、减少C、Ti等对磁感不利合金的含量,合理控制成分,可以实现高强度、高磁感性能的匹配,屈服强度≥550MPa,抗拉强度≥650MPa,延伸率≥15%,磁感强度≥1.65T,能够满足大型水轮发电机转子磁轭用高强度高磁感性能钢的需求。
本具体实施方式仅为最佳举例,并非对本发明技术方案的限制性实施。
Claims (5)
1.一种高强度高磁感的热轧磁轭钢,其特征在于,所述高强度高磁感的热轧磁轭钢包括以下质量百分比成分:
C:0.008-0.009%、Si:0.05-0.15%、Mn:0.80-0.93%、P:≤0.020%、S:≤0.010%、Ti:0.01-0.03%、Sn:0.10-0.20%、Als:0.04-0.10%,N:≤0.01%,余量为铁和不可避免的杂质;
所述高强度高磁感的热轧磁轭钢,其成分满足Ti>C+N,Ti/N≥2;
所述的高强度高磁感的热轧磁轭钢的生产方法,包括以下步骤:
1)、冶炼、铸造;
2)、加热;
3)、粗轧;
4)、精轧;
5)、层流冷却后,卷取;
步骤2)中,加热温度T控制为:T=1200+(C+Mn+Ti+Sn -1)×100;均热时间55-75min;
所述高强度高磁感的热轧磁轭钢,厚度:2.00-4.00mm,屈服强度≥550MPa,抗拉强度≥650MPa,延伸率≥15%,-20℃冲击功KV2≥110J,磁感强度≥1.67T。
2.一种权利要求1所述的高强度高磁感的热轧磁轭钢的生产方法,其特征在于,所述生产方法包括以下步骤:
1)、冶炼、铸造;
2)、加热;
3)、粗轧;
4)、精轧;
5)、层流冷却后,卷取。
3.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,步骤3)中控制粗轧结束温度不低于1050℃。
4.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,步骤4)精轧:控制终轧温度不低于800-840℃。
5.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,步骤5)层流冷却:终冷温度为620-670℃。
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- 2022-09-29 CN CN202211203102.4A patent/CN115584437B/zh active Active
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