WO2012024934A1

WO2012024934A1 - 一种用于快循环同步加速器的冷轧电磁钢板及其制造方法

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Publication number: WO2012024934A1
Application number: PCT/CN2011/072709
Authority: WO
Inventors: 陈凌峰; 陈晓; 胡瞻源
Original assignee: 宝山钢铁股份有限公司
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-03-01
Also published as: MX2012008269A; EP2532766A1; US20120318411A1; RU2012130145A; CN102373367A; JP2013515857A

Description

一种用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板及其制造方法发明领域

本发明涉及一种冷轧电磁钢板，特别涉及一种用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板及其制造方法。背景技术

快循环同歩加速器的设计重要特点之一，是激磁电流在直流偏置的正弦电流状态下工作，采取较高能量的快循环同歩加速器（RCS ) ，进行粒子的加速，以提高能量，当束流能量达到一定的要求后，把它从环中引出，传输到散裂靶上。根据该装置的特点对制造磁铁的冷轧电磁钢板提出了以下更高的要求：

矫顽力小，在激磁强度达到 10奥斯特后回零，材料的矫顽力 Hc≤79.6

A/m。

磁感高， B₅。≥1.74T，目标控制在 1.75~1.76T;铁损低， P_15/5。≤4.7W/kg，目标控制在 3.8~4.2 W/kg，消除应力退火后铁损 P_15/5Q≤3.5W/kg，目标控制在 2.8-3.2 W/kg。

目前，日本和欧美用于快循环同歩加速器装置的电磁钢板主要通过以下方法制造：

1、日本专利特开平 5-247604所披露的超低碳铝镇静钢经平整（临界压下量）处理的方法。临界平整的目的使纯铁带在用户磁性退火时晶粒粗化，达到矫顽力极低的目的。此方法的缺点是由于临界平整量较大，容易造成应变时效，纯铁板出厂后硬度升高很快，造成用户冲裁困难。若纯铁带是经罩式炉退火，由于纯铁带长方向的波动会造成磁铁的性能波动。

2、美国和德国的快循环同歩加速器装置，主要采用普通的无取向电工钢 M600-50A或 M470-50A等产品，其产品采用冶炼-连铸-热轧-酸洗- 冷轧-退火-涂层的制造方法获得，虽然产品的矫顽力和铁损满足要求，但是该产品的磁感较低， B_5Q实际在 1.69~1.72T，直接影响快循环同歩加速器的能力。

由上可见，目前现有冷轧电磁钢板制约快循环同歩加速器的主要问题如下： 1. 铁损和矫顽力满足要求，但是磁感较低。

产品性能满足要求，但是加工性能和稳定性较差。发明概述

本发明的目的在于提供一种用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板及其制造方法，获得用于快循环同歩加速器的低铁损、低矫顽力和高磁感冷轧电磁钢板。即矫顽力小，在激磁强度达到 10奥斯特后回零，材料的矫顽力 Hc<79.6 A/m; 磁感高， B50≥1.75T_; 铁损低， P15/50<4.2W/kg, 消除应力退火后铁损 P15/50≤3.2W/kg。

为达到上述目的，本发明的技术方案：

一种用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板，其成分重量百分比为：

C 0.001-0.003% , Si 0.60%~0.90% , Mn 0.40%~0.70% , P<0.04% , A1 0.60%~0.80%, S≤0.0035%， N≤0.003%，余量为 Fe以及不可避免夹杂。

本发明的用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板的制造方法，其包括如下歩骤：

1) 冶炼、浇铸

冷轧电磁钢板的成分重量百分比为： C 0.001-0.003% , Si 0.60%~0.90%, Mn 0.40%~0.70%, P<0.04%, Al 0.60%~0.80%, S<0.0035%, N<0.003%, 余量为 Fe以及不可避免夹杂；

按上述成分冶炼、 RH 精炼处理，钢水浇铸成坯；其中，

RH精炼处理结束时，钢水中的自由氧含量在 25ppm以下；

2) 热轧；

3) 常化，常化温度控制在 960°C~980 °C，常化时间 30 60S;

4) 酸洗、冷轧；

5) 退火，退火温度控制在 850°C~870 °C，退火时间 13 15S;

6) 涂层后得到无取向硅钢产品。

进一歩，钢板中的平均晶粒尺寸 40μπι 以上，优选控制在 40~50μπι 之间。

在本发明的成分设计中：

碳：在 0.003%以下，碳是铁基点阵晶胞的间隙相原子，强烈阻碍晶粒长大，引起铁损劣化和矫顽力劣化，超过 0.005%将给脱碳困难，同时会带来磁时效引起铁损明显劣化，因此优先控制在 0.003%以下。

硅：在 0.60%~0.90%之间，硅是电磁钢板重要合金元素，提高电阻率，减少涡流损耗，降低铁损。硅含量过低，铁损劣化；硅含量过高，使电工钢加工性变差，磁感降低。

锰：在 0.40%~0.70%，主要是增加电阻率，降低铁损，同时改变表面状态，含量过高，引起后续冷加工困难，含量过低，铁损升高，引起热脆。

磷：在 0.04%以下，主要是改善钢板的加工性，由于磷是晶界偏聚元素，含量过高，引起加工劣化，同时引起矫顽力升高。

铝：在 0.60%~0.80%，主要是增加电阻率，降低铁损，同时降低炼钢的氧化夹杂物，提高磁感，降低矫顽力。含量过高，连铸浇注困难，并引起磁感降低；含量过低，铁损劣化，矫顽力劣化。

硫： 0.0035%以下，超过 0.0035%使硫化锰析出量增大，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化，矫顽力劣化。

氮： 0.003%以下，超过 0.003%使氮化铝析出量增多，强烈阻碍晶粒增大，铁损劣化，矫顽力劣化。

本发明制造方法中， RH 精炼处理结束时，钢水中的自由氧含量在 25ppm以下。主要是降低钢中的氧化夹杂物，有效降低铁损和矫顽力。

当 RH精炼处理结束时，钢水中的自由氧含量大于 25ppm以上时，钢中过量的自由氧在连铸浇注过程中与钢中的 Si、 Mn、 P、 Al形成少量的 Si0₂ -Al₂0₃-MnO三元复合氧化夹杂物，并伴随形成微量的 P₂0₅，使凝固后的材料晶体点阵发生畸变，导致静磁能和磁弹性能增加，畴壁移动阻力增加。

同时，在 1 100 °C ~880 °C热轧轧制过程中， Si0₂ -Al₂0₃-MnO三元复合氧化夹杂物具有良好塑性，被轧制成链状和长条状的夹杂物，在冷轧加工中， Si0₂ -Al₂0₃-MnO三元复合氧化夹杂物呈现脆性特征，容易被轧成一长串颗粒状的夹杂物，形成以 C类夹杂物（链状和长条状）为主和 D类夹杂物（点状）为副的复合氧化夹杂物，导致磁化困难，磁感应强度降低，矫顽力增加。

由于金属元素的脱氧强度和钢中氧的平衡点不同，依次为 Al、 Si、 Mn。因此，在冶炼过程中，通过 Si+Al总量控制在 1.2%~1.7%，来确保精炼前期时形成 S ^ -A1₂0₃能够从钢中充分的去除。同时，确保自由氧在 25ppm以下时，钢中 Mn控制在 0.40%~0.70%，即在贫氧富锰的状态下，进一歩减少 Si0₂ -Al₂0₃-MnO三元复合氧化夹杂物的产生。这样可以减少后续热轧和冷轧后的 C类夹杂物（链状和长条状）为主和 D类夹杂物（点状）为副的复合氧化夹杂物，促进晶粒生长，提高磁感，降低矫顽力。

对于常化工艺的要求：常化温度控制在 960°C~980°C，常化时间

30~60S。常化温度控制与 Si、 Mn、 Al、 N、 C、 S有关， Si、 Al、 Mn含量提高能可以降低常化温度，但是常化温度过低，常化时间过短，不利于钢中析出物的聚集长大，导致磁感降低，铁损和矫顽力劣化； Si、 Al、 Mn含量降低能可以提高常化温度，但是常化温度过高，常化时间过长，钢的烧损增加，钢中 MnS、 A1N等部分析出物固溶，经过冷轧和退火后产生弥散析出碳氮析出物，严重劣化铁损和矫顽力。为此，在控制常化温度的同时，对硫和氮元素提出了要求， S 0.0035%， N 0.003%。

对于退火工艺的要求：退火温度控制在 850°C~870°C，退火时间 13~15 S o 退火温度过高，退火时间过长，平均晶粒直径过大，磁感降低，加工性能变差，退火温度过低，退火时间过短，由于钢中存在磷，存在晶界偏聚，阻碍晶粒长大，导致铁损和矫顽力劣化。为此，在控制退火温度的同时，对 P元素提出了要求， P 0.04%。

钢板中的平均晶粒尺寸 40μπι以上，最佳控制在 40~50μπι之间。晶粒尺寸与矫顽力有一定的对应关系。晶粒过小，铁损升高，矫顽力偏大，晶粒过大晶界所占面积减少，矫顽力降低，铁损也同歩降低，但是也会带来磁感进一歩降低。

本发明的有益效果

1、本发明通过硅、锰、铝有利元素的含量优化配比和探索，降低杂质元素和夹杂物含量，进一歩提高磁感，降低矫顽力；通过常化工艺和退火工艺的优选设计，促进材料的析出物和晶粒粗化，降低铁损和矫顽力，获得用于快循环同歩加速器的低铁损、低矫顽力和高磁感冷轧电磁钢板。为我国快循环同歩加速器技术水平的提高提供了有力的原材料保证，拓展了产品开发的新思路。

2、生产成本有竞争力。本发明不采用超低碳铝镇静钢一次冷轧退火后的再次平整（临界压下量）处理的方法，而是在一次冷轧的基础上，直接进行退火、涂层，工艺操作实施简便，生产成本有竞争力。发明的详细说明

下面结合实施例对本发明作更详细的描述。

本发明实施例所涉及钢和比较例所涉及钢的主要化学成分见表 1。将钢水经转炉、 RH精炼处理、浇注成坯后，经过热轧，常化，酸洗，冷轧，退火，涂层后得到无取向电工钢产品。其中，板坯经热轧轧成 2.6mm 的带钢；然后将 2.6mm的热轧带钢进行常化处理，常化温度控制在 970°C，常化时间控制在 30S -60S；常化处理后的带钢通过冷轧成 0.5mm的带钢，再进行最终退火和涂层，冷轧后的最终退火的板温为 850 °C，退火时间控制在 13 S -15 S , 得到冷轧电磁钢板。

实施例与比较例冷轧电磁钢板的电磁性能指标见表 2。

表 1 单位:

表 2 是否满足快循

晶粒的直径矫顽力磁感铁损

编号环同步加速器

( μηι) ( Α/Μ) ( Τ ) ( W/kg)

的使用要求

1 46 69.4 1.755 4.03 是

2 48 61.5 1.757 3.92 是

3 43 72.6 1.754 4.12 是

4 49 60.7 1.758 3.86 是

实施例

5 45 68.7 1.756 3.98 是

6 44 71.6 1.752 4.06 是

7 43 73.8 1.753 4.13 是

8 42 75.3 1.752 4.15 是

1 58 47.8 1.689 3.81 否

2 52 71.9 1.732 4.72 否

3 41 83.6 1.735 5.21 否

比较例

4 27 91.3 1.761 6.35 否

5 39 79.8 1.739 4.57 否

6 37 81.4 1.737 4.82 否

由表 1、表 2可以看出，实施例所得钢板的电磁性能指标明显优于比较例所得钢板的电磁性能指标，并完全满足快循环同歩加速器的使用要求。

综上所述，本发明基于各因素对冷轧电磁钢板矫顽力、铁损和磁感的影响机理，在一次冷轧法的基础上，进行硅、锰、铝有利元素的含量优化配比和探索，降低杂质元素和夹杂物含量，进一歩提高磁感，通过常化工艺和退火工艺的优选设计，促进材料的析出物和晶粒粗化，降低铁损和矫顽力，获得用于快循环同歩加速器的低铁损、低矫顽力和高磁感冷轧电磁钢板及其制造方法。

本发明无取向电工钢已用于中国科学院近代物理研究所的中国散裂中子源快循环同歩加速器（CSNS/RCS ) 的装置，本产品具有矫顽力低，铁损低，磁感高的特点。本发明的成功应用为我国快循环同歩加速器技术水平的提高提供了有力的原材料保证，拓展了产品开发的新思路，积累了贵的经验

Claims

权利要求书

1. 一种用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板，其成分重量百分比为： c

0.001-0.003% , Si 0.60%~0.90% , Mn 0.40%~0.70% , P<0.04% , A1: 0.60%~0.80%, S≤0.0035%， N≤0.003%，余量为 Fe以及不可避免夹杂。

2. 如权利要求 1所述的用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板的制造方法，其包括如下歩骤：

1) 冶炼、浇铸

冷轧电磁钢板的成分重量百分比为： C 0.001-0.003%, Si 0.60%~0.90%, Mn 0.40%~0.70%, P<0.04%, Al 0.60%~0.80%,

S<0.0035%, N<0.003%, 余量为 Fe以及不可避免夹杂；

按上述成分冶炼、 RH 精炼处理，钢水浇铸成坯；其中， RH精炼处理结束时，钢水中的自由氧含量在 25ppm以下；

2) 热轧；

3) 常化，常化温度控制在 960°C~980°C，常化时间 30 60S;

4) 酸洗、冷轧；

5) 退火，退火温度控制在 850°C~870°C，退火时间 13 15S;

6) 涂层后得到无取向硅钢产品。

3. 如权利要求 2所述的用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板的制造方法，其特征是，钢板中的平均晶粒尺寸 40μπι以上

4. 如权利要求 2所述的用于快循环同歩加速器的冷轧电磁钢板的制造方法，其特征是，钢板中的平均晶粒尺寸控制在 40~50μπι之间。