TWI657150B

TWI657150B - 極低碳和鈦的含磷電磁鋼及其製造方法

Info

Publication number: TWI657150B
Application number: TW106138835A
Authority: TW
Inventors: 戴祺緯; 葉東發
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-04-21
Also published as: TW201918568A

Abstract

本發明提供一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法。製造方法包含對鋼液進行RH精煉製程，以獲得精煉鋼液，其中RH精煉製程更包含依序進行真空度下脫碳步驟、磷鐵添加步驟和循環步驟，以及投鋁脫氧步驟。

Description

極低碳和鈦的含磷電磁鋼及其製造方法

本發明是有關於一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼及其製造方法，且特別是有關於一種極低碳和鈦的含磷非方向性電磁鋼及其製造方法的製造方法。

非方向性電磁鋼為了得到優良的電磁性質，如：較低的鐵損值、良好的導磁率等，會在製造過程中添加少量的合金元素。一般而言，添加磷元素可有效降低鐵損值並提高導磁率，而常見的添加磷元素的方式即是在鋼液中加入磷鐵。

然而，上述磷鐵通常含有約2.5wt.%的微量鈦元素。隨著磷鐵的添加量增加，鋼液中的鈦元素含量也增加，鈦元素會與碳形成碳化鈦，在冷軋再結晶時產生釘扎效應(pinning effect)使鐵損值增加，以致電磁性質劣化。

在常見的非方向性電磁鋼的製造方法中，為避免碳氮化合物降低前述之電磁性質，會利用RH精煉設備依序進行真空度下脫碳、投鋁脫氧以及合金化的步驟，以製得非方向性電磁鋼。也就是說，合金鐵(例如磷鐵)通常是在投鋁脫氧後添加，以提高金屬回收率。然而，在大量添加磷鐵至鋼液中時，殘留在鋼液中的鈦含量過高，造成鐵損值的升高。

目前已知有一種方法是將前述添加磷鐵的步驟改為於真空度下脫碳前進行，以藉由鋼液中的高自由氧濃度與磷鐵中的鈦反應形成氧化鈦，從而可將鈦從鋼液中移除。然而，上述方法大量消耗原本要用來進行脫碳的自由氧，造成鋼液脫碳效率不足，仍無法達到預定的電磁性質。

因此，目前亟需提出一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼及其製造方法，其可同時維持極低碳和鈦的含量，以使所製得的含磷電磁鋼具有良好的電磁性質。

本發明的一個態樣在於提供一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法，其藉由調整磷鐵添加步驟的順序，使製得之電磁鋼具有預定含磷量但降低鈦含量。

本發明的另一個態樣是在提供一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼，其可具有預定的組成以及良好的電磁性能。

根據本發明的上述態樣，在一實施例中，提出一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法。首先，上述方法包含於精煉爐中，對鋼液進行RH精煉製程，以形成精煉鋼液，以及對精煉鋼液進行成型步驟，以製得極低碳和鈦的含磷電磁鋼的鋼胚。此RH精煉製程包含對鋼液進行真空度下脫碳步驟達15分鐘以上。在上述真空度下脫碳步驟完成時，精煉爐中的自由氧濃度至少為300ppm。上述RH精煉製程更包含在真空度下脫碳步驟後，對鋼液進行磷鐵添加步驟和循環步驟，其中循環步驟進行至少3分鐘。上述RH精煉製程更包含在循環步驟後，對鋼液進行投鋁脫氧步驟。此極低碳和鈦的含磷電磁鋼包含不大於0.005重量百分比(wt.%)的碳、0.6wt.%至0.75wt.%的矽、0.3wt.%至0.4wt.%的錳、0.08wt.%至1.0wt.%的磷、不大於0.005wt.%的硫、不大於0.003wt.%的鋁、不大於0.004wt.%的氮和不大於0.002wt.%的鈦，剩餘部份為鐵及雜質。

依據本發明的一個實施例，上述磷鐵添加步驟包含添加包括下述組成的磷鐵：不大於1.5wt.%的碳；不大於2.0wt.%的矽；不大於2.5wt.%的鈦；21wt.%至27wt.%的磷；不大於0.1的硫；不大於1.0wt.%的釩；及餘量的鐵。

依據本發明的一個實施例，上述循環步驟進行3分鐘至5分鐘。

依據本發明的一個實施例，上述真空度下脫碳步驟進行20分鐘以上。

依據本發明的一個實施例，上述真空度下脫碳步驟係於1550℃至小於1650℃下進行。

依據本發明的一個實施例，真空度下脫碳步驟完成後，該精煉爐中的該自由氧濃度為300pm至小於500ppm。真空度下脫碳步驟完成後，該精煉爐中的該自由氧濃度為300pm至小於500ppm。

根據本發明的上述態樣，更提出一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼。在一實施例中，極低碳和鈦的含磷電磁鋼是利用上述極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法所製得。極低碳和鈦的含磷電磁鋼包含不大於0.005重量百分比(wt.%)的碳、0.6wt.%至0.75wt.%的矽、0.3wt.%至0.4wt.%的錳、0.08wt.%至1.0wt.%的磷、不大於0.005wt.%的硫、不大於0.003wt.%的鋁、不大於0.004wt.%的氮和不大於0.002wt.%的鈦，剩餘部份為鐵及雜質。

依據本發明的一個實施例，所述極低碳和鈦的含磷電磁鋼具有小於6W/kg的鐵損值。

應用本發明的極低碳和鈦的含磷電磁鋼和及製造方法，可藉由調整磷鐵添加步驟的順序，使所製得的含磷電磁鋼可具有預定的含磷量，但大幅降低其中的鈦含量，從而可提升含磷電磁鋼的電磁性質。

100‧‧‧RH精煉製程

110‧‧‧對鋼液進行真空度下脫碳步驟

120‧‧‧在真空度下脫碳步驟後，對鋼液進行磷鐵添加步驟和循環步驟

130‧‧‧在循環步驟後，對鋼液進行投鋁脫氧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]繪示RH精煉製程的示意流程圖；以及[圖2]繪示本發明之實施例7的鈦含量與含磷電磁鋼的鐵損值的關係圖。

本發明的一個態樣在於提供一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法。藉由調整RH精煉製程中的磷鐵添加步驟的順序，配合磷鐵添加步驟後進行之循環步驟的特定循環時間，使所製得的含磷電磁鋼可具有預定的含磷量，但大幅降低其中的鈦含量和碳含量，從而可提升含磷電磁鋼的電磁性質。具體而言，本發明的製造方法利用鈦的氧化活性低於鋁的特點，在適合的自由氧濃度下添加磷鐵，故可不犧牲脫碳效率，使磷鐵中的鈦與足夠的自由氧反應形成氧化鈦浮渣，以避免鈦殘留於鋼液中。

本發明此處所稱之極低碳和鈦的含磷電磁鋼為非方向性電磁鋼。

本發明此處所稱之極低碳和鈦是指在所製得的含磷電磁鋼中，碳含量不大於0.005重量百分比(wt.%)，而鈦的含量不大於0.002wt.%。

本發明此處所稱之循環時間係指持續反應及攪拌的時間，而非指完成一次循環的時間。

在一實施例中，本發明包含對鋼液進行RH精煉製程，以形成精煉鋼液，以及對精煉鋼進行成型步驟，以製得極低碳和鈦的含磷電磁鋼的鋼胚。在一實施例中，上述精煉爐為RH精煉爐。

在一實施例中，所述之成型步驟包含澆鑄成型或連鑄等。所形成的鋼胚具有與所製得之極低碳和鈦的含磷電磁鋼相同組成。在一例子中，可對鋼胚進行各種已知的加工處理，例如：熱軋、退火、酸洗、冷軋、調質等製程，本發明不限於所舉之例子。

在一實施例中，本發明的製造方法可更包含在RH精煉製程前，對鋼液進行脫硫、轉爐冶鍊等製程，上述製程應為本技術領域具有通常知識者所熟知，此處不另贅述。此外，本發明此處為方便說明可於RH精煉製程前進行其他製程而舉出特定的例子，但可以了解的是，所述製程可根據預定製得的極低碳和鈦的含磷電磁鋼而有所調整，故所舉例子並非用以限制本發明的範圍。

請參考圖1，其繪示本發明的實施例所述之極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法的精煉製程100的示意流程圖。如圖1的步驟110所示，RH精煉製程包含對鋼液進行真空度下脫碳步驟。真空度下脫碳步驟係進行15分鐘以上，且真空度下脫碳步驟完成後，精煉爐中的自由氧濃度為至少300ppm。

在一較佳的例子中，真空度下脫碳步驟可進行20分鐘以上。在一較佳的例子中，真空度下脫碳步驟完成後，精煉爐中的自由氧濃度為300pm至小於500ppm。在一實施例中，真空度下脫碳步驟係於1550℃至小於1650℃下進行。在一些實施例中，真空度下脫碳步驟可例如於1MPa以下的真空度下進行。

倘若真空度下脫碳步驟進行的時間或溫度不足，會造成鋼液脫碳不完全，使得含磷電磁鋼中碳含量過高而劣化其電磁性質。另一方面，真空度下脫碳步驟在過高的溫度下進行，則會造成耗能及成本增加的問題，不適用於工業大量生產。此外，倘若真空度下脫碳步驟完成後的自由氧濃度不足，在後續磷鐵添加步驟中，會造成磷鐵中的鈦無法完全形成氧化鈦浮渣而被去除，從而影響含磷電磁鋼的電磁性質。反之，若自由氧濃度過高，在進行後續的投鋁脫氧步驟時，則需要投入更大量的鋁來去除鋼液中的氧氣，造成成本的提高。

接下來，如步驟120所示，在真空度下脫碳步驟後，對鋼液進行磷鐵添加步驟和循環步驟。具體而言，步驟120是在完成脫碳的鋼液中投入磷鐵，之後在精煉爐中進行鋼液的循環步驟，使得磷鐵可熔化並均勻分布於鋼液中。前述循環步驟至少進行3分鐘。在一實施例中，循環步驟可進行3分鐘至5分鐘。

在一實施例中，磷鐵添加步驟所添加的磷鐵可包括下述組成：不大於1.5wt.%的碳；不大於2.0wt.%的矽；不大於2.5wt.%的鈦；21wt.%至27wt.%的磷；不大於0.1的硫；不大於1.0wt.%的釩；及餘量的鐵。

特別說明的是，前述真空度下脫碳步驟完成後的自由氧濃度(至少300ppm)即為磷鐵添加步驟的初始自由氧濃度。換言之，磷鐵是在特定自由氧濃度下所添加，以確保磷鐵中的鈦可與足夠的氧反應而從鋼液中被去除。此外，倘若前述循環步驟的進行時間不足，無法完整去除鋼液中的鈦，從而劣化含磷電磁鋼的電磁性質。

接下來，如步驟130所示，在循環步驟後，對鋼液進行投鋁脫氧步驟。在此步驟中，對鋼液中投入純鋁(例如鋁粒)，以去除鋼液中多餘的氧氣。所投入的鋁量依據鋼液的氧含量不同而改變，本發明並無特別限制。

根據圖1可知，本發明的技術在於步驟110至步驟130的進行順序。倘若將步驟120之磷鐵添加步驟於步驟110前進行(即在自由氧濃度過高的環境下進行)，雖可去除鋼液中的鈦，但大量消耗自由氧，造成真空度下脫碳的自由氧不足而影響脫碳效率。另一方面，倘若將步驟120的磷鐵添加步驟於步驟130後才進行，由於鈦的氧化活性低於鋁且自由氧濃度明顯不足，以致鋼液中的鈦無法被去除，含磷電磁鋼的電磁性質劣化。

經由上述步驟，可製得本發明的極低碳和鈦的含磷電磁鋼，其包含不大於0.005重量百分比(wt.%)的碳、0.6wt.%至0.75wt.%的矽、0.3wt.%至0.4wt.%的錳、0.08wt.%至1.0wt.%的磷、不大於0.005wt.%的硫、不大於0.003wt.%的鋁、不大於0.004wt.%的氮和不大於0.002wt.%的鈦，剩餘部份為鐵及雜質。

在一實施例中，上述極低碳和鈦的含磷電磁鋼具有小於6W/kg的鐵損值。

實施例1

實施例1是在1550℃至1650℃的溫度以及小於1MPa的真空度下，將鋼液置入RH精煉爐中進行脫碳達 20分鐘，脫碳結束時，精煉爐的自由氧濃度為395ppm。接著，於鋼液中添加磷鐵並進行4分鐘的循環，其中基於鋼液為100重量份，每0.037重量份的磷鐵會使鋼液增加9ppm的鈦。之後，於鋼液中加入鋁粒以去除鋼液中的氧。接下來，進行澆鑄成型以製得實施例1的極低碳和鈦的含磷電磁鋼的鋼胚。將上述鋼胚加工製成含磷電磁鋼，以進行電磁性能的檢測。實施例1的含磷電磁鋼的組成和評價結果如表1所示。此外，所述磷鐵的組成為：不大於1.5wt.%的碳；不大於2.0wt.%的矽；不大於2.5wt.%的鈦；21wt.%至27wt.%的磷；不大於0.1的硫；不大於1.0wt.%的釩；及餘量的鐵。

實施例2至6以及比較例1至6

實施例2至6以及比較例1至6係以類似於實施例1的方法進行，不同的是，實施例2至6以及比較例1至6改變添加磷鐵的時機點、投入磷鐵的自由氧濃度、循環時間等製程條件。關於實施例2至6以及比較例1至6的具體製程條件和評價結果如表1所示，此處不另贅述。

實施例7

實施例7係測量含磷電磁鋼中的鈦含量與電磁性質(鐵損值)的關係，具體的測試結果如圖2所示。

表1

如表1所示，依照本發明的製造方法，在真空度下脫碳步驟和投鋁脫氧步驟之間，即自由氧濃度為至少300ppm，特別是300ppm至小於500ppm之間添加磷鐵，配合至少3分鐘的循環時間，可控制含磷電磁鋼的碳和鈦含量分別小於0.005wt.%以及0.002wt.%，且含磷電磁鋼的鐵損值也可控制在小於6W/Kg下。

另一方面，從表1的比較例1至4可知，倘若在投鋁脫氧步驟後才加入磷鐵，由於鋼液中已經含有氧化活性大於鈦的鋁，即使延長循環時間，也無法有效去除鋼液中的鈦，且碳含量也高，造成電磁性質劣化(鐵損值為6W/Kg以上)的缺點。

再者，從表1的比較例5至6可知，倘若在真空度脫碳步驟之前添加磷鐵，會造成真空度下脫碳的自由氧濃度不足而脫碳效率不佳，從而有含磷電磁鋼的碳含量過高，導致電磁性質不佳的缺點。

此外，如圖2可知，隨著含磷電磁鋼中鈦含量的增加，鐵損值會逐漸劣化(即漸增)。本發明之含磷電磁鋼的鐵損值較佳為小於6W/Kg，故含磷電磁鋼中的鈦含量以不大於0.002wt.%為佳。

應用本發明之極低碳和鈦的含磷電磁鋼及其製造方法，將添加磷鐵的順序調整為真空度下脫碳步驟和投鋁脫氧步驟之間，並配合特定的循環時間，使磷鐵中的鈦可在足夠的自由氧濃度下形成氧化鈦浮渣，從而可從鋼液中移除對含磷電磁鋼的電磁性質有害的鈦並維持極低碳含量，以獲得具有良好電磁性質的含磷電磁鋼。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法，包含：於一精煉爐中，對一鋼液進行一RH精煉製程，以形成一精煉鋼液，其中該RH精煉製程包含：對該鋼液進行一真空度下脫碳(vacuum carbon deoxidation；VCD)步驟達15分鐘以上，其中該真空度下脫碳步驟完成時，該精煉爐中的自由氧濃度至少為300ppm；於該真空度下脫碳步驟後，對該鋼液進行一磷鐵添加步驟及一循環步驟，其中該循環步驟進行至少3分鐘；以及於該循環步驟後，對該鋼液進行一投鋁脫氧步驟；以及對該精煉鋼液進行一成型步驟，以製得該極低碳和鈦的含磷電磁鋼之一鋼胚，其中該極低碳和鈦的含磷電磁鋼包含不大於0.005重量百分比(wt%)的碳、0.6wt.%至0.75wt.%的矽、0.3wt.%至0.4wt.%的錳、0.08wt.%至1.0wt.%的磷、不大於0.005wt.%的硫、不大於0.003wt.%的鋁、不大於0.004wt.%的氮和不大於0.002wt.%的鈦，剩餘部份為鐵及雜質。
如申請專利範圍第1項所述之極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法，其中該磷鐵添加步驟包含添加包括下述組成的磷鐵：不大於1.5wt.%的碳；不大於2.0wt.%的矽；不大於2.5wt.%的鈦；21wt.%至27wt.%的磷；不大於0.1的硫；不大於1.0wt.%的釩；及餘量的鐵。
如申請專利範圍第1項所述之極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法，其中該循環步驟進行3分鐘至5分鐘。
如申請專利範圍第1項所述之極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法，其中該真空度下脫碳步驟進行20分鐘以上。
如申請專利範圍第1項所述之極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法，其中該真空度下脫碳步驟係於1550℃至小於1650℃下進行。
如申請專利範圍第1項所述之極低碳和鈦的含磷電磁鋼的製造方法，其中該真空度下脫碳步驟完成後，該精煉爐中的該自由氧濃度為300pm至小於500ppm。