CN116334490A - 一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢及其生产方法 - Google Patents

一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢及其生产方法，成分：0.03‑0.05％、Si：0.20‑0.40％、Mn＝1.5×(Si+P)+2×S，P：0.08‑0.12％、S：0.0040‑0.0060％、Als：0.0030‑0.0050％、N：0.0030‑0.0050％、Ti：0.0030‑0.0050％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明成分和工艺相匹配下的成品组织为珠光体组织，渗碳体Fe3C、MnS、AlN和Ti(C、N)的析出质点增加了强度并保证了组织的择优取向，以使得成品具有较高的力学性能强度和磁感应强度。

Description

一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢及其生产方法
技术领域
本发明属合金领域，特别涉及一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢及其生产方法，用于大型水力发电机生产。
背景技术
冷轧磁极钢是大型水力发电机组中不可或缺的材料，在整个发电机组用钢中占比约60-65％，电力装机容量也保持着快速增长，能源结构向着清洁能源转型，其中水电的比例有望突破20％，市场需求量巨大。
由于大型水力发电机的运行寿命长、效率等级高，磁极又是重要的导磁通道，对磁极钢的屈服强度、抗拉强度、最大工作磁感应强度和叠装系数均要求较高。
为了获得较高的磁感应强度和强度指标，英国专利GB1351884A通过合金化提高碳、锰和硅含量的方法，虽然获得了高强度但磁感应强度明显较低。中国专利CN200610019771.0、CN200610019772.5、CN201310226025.9、CN201310226038.6、CN201310226044.1、CN201310227270.1通过锰、铌和钛微合金化元素的不同添加量，并控制合适的热轧和冷轧退火工艺，获得高的机械强度和较高的磁感应强度，但由于合金元素的大量添加增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢及其生产方法，没有添加Nb、V、Cr等贵合金元素，以较低的合金成本配合适当的工艺调整，达到较高的机械强度、磁感应强度和叠装系数，提升产品竞争力。
本发明具体技术方案如下：
一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢，包括以下质量百分比成分：C：0.03-0.05％、Si：0.20-0.40％、Mn＝1.5×(Si+P)+2×S，P：0.08-0.12％、S：0.0040-0.0060％、Als：0.0030-0.0050％、N：0.0030-0.0050％、Ti：0.0030-0.0050％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。
根据Mn＝1.5×(Si+P)+2×S，计算结果保留小数点后两位；Mn是奥氏体形成元素、Si和P是铁素体形成元素，此种匹配一方面是考虑生产过程中热轧、冷轧的顺利进行；另一方面是综合匹配力学性能(屈服强度和抗拉强度)和磁性能(磁感应强度)。现有技术或钢铁产品主要是从碳当量的角度考虑成分匹配已实现所需要的力学性能，而未兼顾力学性能和磁性能。
所述屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的成分还满足：Mn/S＞30；
所述屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的组织为珠光体组织，珠光体晶粒度评级为10级及以上，珠光体的晶粒度评级越高表明组织越细小，相应的力学强度越高。
所述屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的屈服强度≥350MPa、屈强比0.80-0.90。
所述屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的磁感应强度B100≥1.83T、B150≥1.91T，叠装系数≥0.98。
本发明提供的一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
所述冶炼钢水，冶炼为满足上述成分要求。
所述连铸，投用结晶器电磁搅拌，连铸坯厚度200-260mm，使得铸坯的等轴晶比例≥60％，等轴晶比例过低会导致成品出现瓦楞状表面缺陷。
所述热轧，铸坯加热温度1100-1200℃，热轧厚度2.8-3.2mm，此热轧厚度与铸坯厚度之间的压下率一方面可以保证铸坯中的柱状晶充分破碎避免成品表面出现瓦楞印缺陷，另一方面可以保证有足够强度的{100}组分织构；
所述热轧，终轧温度830-870℃，终轧温度可以保证热轧在奥氏体相区进行保证了热轧过程稳定顺行；
所述热轧，控制卷取温度650-700℃；此卷取温度可以保证热轧后的变形晶粒能够完成充分的再结晶为后续冷轧做好了微观组织准备；完全再结晶的等轴晶组织有利于后续冷轧，若再结晶不完全仍保留有变形晶粒则冷轧时容易断带和边裂。
所述酸洗冷轧按照常规冷轧产品要求即可。
所述退火，退火在650-750℃温度下进行，还原性气氛下保持0.5-1h，此温度能够保证冷轧后的形变组织得到部分回复和再结晶，保证了屈强比(屈服强度与抗拉强度的比值)，为后续在发电机上的使用提供了足够的安全裕度。
所述平整，采用板形控制模式，延伸率0.3-0.5％，以消除浪形、改善成品的板形保证叠装系数。
本发明设计思路如下：
C、Si和Mn的匹配，一方面能保证热轧过程中足够的奥氏体含量利于热轧的顺利进行，另一方面此匹配的碳当量(碳当量是将各种成分对强度的贡献折算成C的影响，本发明中的成分设计是在碳当量的基础上进行了优化匹配，同时兼顾力学性能和磁性能)可以保证成品中足够数量的渗碳体Fe3C来保证强度，合金含量过高会显著恶化磁感并增加合金成本；P的加入一方面可适当提高强度、另一方面P沿晶界偏聚可提高{100}组分和减少{111}组分对磁感应强度的提高有利，但P含量过高会变脆恶化冷加工性；本发明中Mn/S＞30保证了良好热加工性和使得MnS粗化，促使了{100}和{110}组分加强、{111}组分减弱，提高了磁性，此外MnS质点会抑制退火时晶粒的长大提高强度；Als、N和Ti的含量匹配(在本发明含量范围内即可)可以形成AlN和Ti(N、C)质点会抑制退火时晶粒的长大提高强度。此外，Al可以作为炼钢工序后期的微调脱氧剂使用微量加入，Ti是铁水中难以去除的杂质元素此含量下生产控制成本较低。
与现有技术相比，本发明可以在普通碳素钢的基础上获得优异性能的冷轧磁极钢产品，本发明成分和工艺相匹配下的成品组织为珠光体组织，渗碳体Fe3C、MnS、AlN和Ti(C、N)的析出质点增加了强度并保证了组织的择优取向，以使得成品具有较高的力学性能强度和磁感应强度。产品未添加Nb、V、Cr等较为昂贵的合金元素，成本较低；按照本发明技术方案生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度≥350MPa、屈强比稳定在0.80-0.90之间，为后续在发电机上的使用提供了足够的强度安全裕度；产品的磁感应强度B100≥1.83T、B150≥1.91T，叠装系数≥0.98，为后续发电机的效率提供了保障。
附图说明
图1是实施例1的组织图，晶粒度评级为10级；
图2是对比例1的组织图，晶粒度评级为9级。
具体实施方式
实施例1
一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体的：钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.03％、Si：0.20％、Mn：0.43％、P：0.08％、S：0.0060％、Als：0.0050％、N：0.0050％、Ti：0.0050％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。
然后将冶炼好的钢水进行连铸成200mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为60％，然后将铸坯在1100℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至2.8mm，控制终轧温度830℃、卷取温度650℃；之后将热轧卷酸洗冷轧至1.0mm的厚度，再将冷轧卷进行退火，退火工艺为650℃温度还原性气氛下保持0.5h，最后将退火卷按照板型模式，延伸率0.5％进行平整轻压下。
按照实施例1技术方案生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度为353MPa、屈强比0.89、磁感应强度B100＝1.85T、B150＝1.93T、叠装系数为0.99。
实施例2
一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体的：
钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.05％、Si：0.40％、Mn：0.79％、P：0.12％、S：0.0040％、Als：0.0050％、N：0.0050％、Ti：0.0050％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。
然后将冶炼好的钢水进行连铸成260mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为62％，然后将铸坯在1200℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至3.2mm，控制终轧温度870℃、卷取温度700℃；之后将热轧卷酸洗冷轧至1.0mm的厚度，再将冷轧卷进行退火，退火工艺为750℃温度还原性气氛下保持0.5h，最后将退火卷按照板型模式延伸率0.5％，进行平整轻压下。
按照实施例2生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度为392MPa、屈强比0.80、磁感应强度B100＝1.84T、B150＝1.92T、叠装系数为0.99。
实施例3
一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体的：
钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.03％、Si：0.20％、Mn：0.43％、P：0.08％、S：0.0041％、Als：0.0035％、N：0.0033％、Ti：0.0030％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。
然后将冶炼好的钢水进行连铸成200mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为60％，然后将铸坯在1100℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至2.8mm，控制终轧温度870℃、卷取温度700℃；之后将热轧卷酸洗冷轧至0.5mm的厚度，再将冷轧卷进行退火，退火工艺为750℃温度还原性气氛下保持1h，最后将退火卷按照板型模式(延伸率0.3％)进行平整轻压下。
按照实施例3技术方案生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度为350MPa、屈强比0.80、磁感应强度B100＝1.83T、B150＝1.91T、叠装系数为0.98。
实施例4
一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体的：
钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.05％、Si：0.40％、Mn：0.79％、P：0.12％、S：0.0057％、Als：0.0030％、N：0.0035％、Ti：0.0030％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。
然后将冶炼好的钢水进行连铸成260mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为61％，然后将铸坯在1200℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至3.2mm，控制终轧温度830℃、卷取温度650℃；之后将热轧卷酸洗冷轧至0.5mm的订单厚度，再将冷轧卷进行退火，退火工艺为700℃温度还原性气氛下保持0.8h，最后将退火卷按照板型模式(延伸率0.3％)进行平整轻压下。
按照实施例4技术方案生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度为377MPa、屈强比0.86、磁感应强度B100＝1.84T、B150＝1.93T、叠装系数为0.99。
对比例1
一种冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体为：
钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.03％、Si：0.20％、Mn：0.21％、P：0.08％、S：0.0060％、Als：0.0050％、N：0.0050％、Ti：0.0050％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。
然后将冶炼好的钢水进行连铸成200mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为60％，然后将铸坯在1100℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至2.8mm，控制终轧温度830℃、卷取温度650℃；之后将热轧卷酸洗冷轧至1.0mm的订单厚度，再将冷轧卷进行退火，退火工艺为650℃温度还原性气氛下保持0.5h，最后将退火卷按照板型模式(延伸率0.5％)进行平整轻压下。
按照对比例1技术方案生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度为342MPa、屈强比0.85、磁感应强度B100＝1.82T、B150＝1.90T、叠装系数为0.99。对比例1和实施例1相比，Mn含量较低，导致强度和磁感降低。
对比例2：
一种冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体为：
钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.05％、Si：0.40％、Mn：0.21％、P：0.12％、S：0.0040％、Als：0.0050％、N：0.0050％、Ti：0.0050％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。然后将冶炼好的钢水进行连铸成260mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为62％，然后将铸坯在1200℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至3.2mm，控制终轧温度870℃、卷取温度700℃；之后将热轧卷酸洗冷轧至1.0mm的订单厚度，再将冷轧卷进行退火，退火工艺为750℃温度还原性气氛下保持0.5h，最后将退火卷按照板型模式(延伸率0.5％)进行平整轻压下。
按照对比例2技术方案生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度为377MPa、屈强比0.80、磁感应强度B100＝1.81T、B150＝1.90T、叠装系数为0.99。对比例2的Mn含量较低，导致强度和磁感降低。
对比例3：
一种冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体为：
钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.03％、Si：0.20％、Mn：0.50％、P： 0.13％、S：0.0065％、Als：0.0035％、N：0.0033％、Ti：0.0030％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。然后将冶炼好的钢水进行连铸成200mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为60％，然后将铸坯在1100℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至2.8mm，控制终轧温度870℃、卷取温度700℃；热轧出现裂纹、冷轧断带频繁。P是晶界偏聚元素、S过高会形成低熔点的FeS相，此二者都会对轧制产生较大恶化。
对比例4：
一种冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：
冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
具体为：
钢水的成分按照质量百分比进行冶炼：C：0.05％、Si：0.40％、Mn：0.70％、P：0.12％、S：0.0057％、Als：0.0030％、N：0.0035％、Ti：0.0030％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。然后将冶炼好的钢水进行连铸成260mm厚度的连铸坯，铸坯中的等轴晶比例为61％，然后将铸坯在1200℃的加热炉中进行加热3h，之后热轧至3.2mm，控制终轧温度830℃、卷取温度650℃；之后将热轧卷酸洗冷轧至0.5mm的订单厚度，再将冷轧卷进行退火，退火工艺为700℃温度还原性气氛下保持0.8h，最后将退火卷按照板型模式(延伸率0.1％)进行平整轻压下。
按照对比例4技术方案生产的冷轧磁极钢产品的屈服强度为345MPa、屈强比0.92、磁感应强度B100＝1.84T、B150＝1.93T、板形差、叠装系数为0.95。延伸率相当于是一个轻微的冷轧压下，加工硬化的原理提升强度；此外，施加一定的延伸率是起到平整的作用改善了板形，自然叠装系数就大了；而对比例4平整轻压下延伸率较低，导致产品强度较低，板形差、叠装系数降低。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢，其特征在于，所述屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢包括以下质量百分比成分：C：0.03-0.05％、Si：0.20-0.40％、Mn＝1.5×(Si+P)+2×S，P：0.08-0.12％、S：0.0040-0.0060％、Als：0.0030-0.0050％、N：0.0030-0.0050％、Ti：0.0030-0.0050％，剩余为Fe以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢，其特征在于，所述屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的屈服强度≥350MPa、屈强比0.80-0.90。
3.根据权利要求1所述的屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢，其特征在于，所述屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的磁感应强度B100≥1.83T、B150≥1.91T，叠装系数≥0.98。
4.一种权利要求1-3任一项所述的屈服强度不低于350MPa的冷轧磁极钢的生产方法，包括以下工艺流程：冶炼钢水→连铸→铸坯加热→热轧→酸洗冷轧→退火→平整→精整包装。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述所述连铸，投用结晶器电磁搅拌，连铸坯厚度200-260mm，使得铸坯的等轴晶比例≥60％。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热轧，铸坯加热温度1100-1200℃，热轧厚度2.8-3.2mm。
7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热轧，终轧温度830-870℃，卷取温度650-700℃。
8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述退火，退火温度650-750℃，还原性气氛下保持0.5-1h。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述平整，平整延伸率0.3-0.5％。
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