專利名稱：具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)取向電工鋼及其制造方法，特別涉及產(chǎn)品主要是用作生產(chǎn)高效電機(jī)鐵芯的具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的制造工藝。
背景技術(shù)：
常規(guī)無(wú)取向電工鋼生產(chǎn)方法利用硅(Si)能提高鋼鐵材料電阻率的特性，通過(guò)加入硅來(lái)實(shí)現(xiàn)降低鐵損的目的，但是同時(shí)由于電阻率的升高而帶來(lái)了磁導(dǎo)率的下降，最終導(dǎo)致磁感的降低。所以，采用常規(guī)生產(chǎn)方法制造的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼(高Si含量)雖然在一定程度上可以得到較低的鐵損，但同時(shí)也存在磁感低弊端。在當(dāng)前以節(jié)約能源、提高效率為發(fā)展方向的電機(jī)行業(yè)，要求其主要材料——無(wú)取向電工鋼——具有低鐵損的同時(shí)，也要具有高磁感，這就對(duì)常規(guī)高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼生產(chǎn)方法提出了挑戰(zhàn)。
本發(fā)明從提高電工鋼產(chǎn)品磁感的機(jī)理出發(fā)，通過(guò)調(diào)整成分，提高Al含量來(lái)替代Si的作用，達(dá)到降低鐵損的目的，同時(shí)使用Al來(lái)替代部分Si也是為了獲得更多的(100)立方織構(gòu)，減少由于高Si帶來(lái)的各向異性；添加偏析元素Sn、Sb等，來(lái)獲得理想的織構(gòu)，從而提高磁感；為了消除在低碳(＜50ppm)情況下，由于高Si+Al(＞2％)所引起的‘瓦楞狀缺陷’，要求熱軋粗軋≤4道次，粗軋累計(jì)壓下率≥80％，其中至少有一個(gè)道次的壓下率≥40％，最好有2個(gè)以上道次的壓下率≥40％的高軋制形狀因素的粗軋軋制技術(shù)，目的是破壞鑄態(tài)組織的(100)柱狀晶，提高再結(jié)晶等軸化率；對(duì)精軋工藝和退火工藝也進(jìn)行優(yōu)化，合理分配道次壓下率、控制加熱速率等，在獲得理想的容易磁化的(100)α織構(gòu)同時(shí)抑制不易磁化的(111)γ織構(gòu)，并獲得理想的晶粒組織，從而在獲得低鐵損的同時(shí)也較大程度地提高磁感，在保持低鐵損(P15/50＜2.3W/Kg)的同時(shí)磁感B50比常規(guī)方法提高0.05特斯拉以上(B50＞1.71Tesla，0.35mm)。為了抵消由于Sb/Sn的加入可能引起晶界脆化，本發(fā)明加入了適當(dāng)?shù)腂來(lái)起到強(qiáng)化晶界的作用，可以防止軋制過(guò)程中的斷帶。同時(shí)為了改善高Si鋼帶大生產(chǎn)的冷加工性，本發(fā)明利用鋁也具有提高電阻率而又不大影響加工的特性，通過(guò)加入Al替代部分Si，達(dá)到冷軋生產(chǎn)中可連續(xù)軋制的目的，提高生產(chǎn)效率，這也使得增大冷軋壓下率(＞84％)成為可能，達(dá)到減小最終成品各向異性的目的，有利于提高電機(jī)的效率。同時(shí)由于本發(fā)明通過(guò)控制冶煉C和N等元素，從而可以省略最后的脫碳退火工序，也能達(dá)到控制時(shí)效劣化的效果。
以前在生產(chǎn)高磁感的無(wú)取向電工鋼時(shí)，采用增加熱軋過(guò)程的中間坯保溫和二次冷軋法(專利號(hào)95119969.2)、二次冷軋+中間退火法(專利號(hào)91107594.1)、控制熱軋節(jié)奏和卷取溫度(專利號(hào)11-172333[JP11172333 A])、兩相區(qū)終軋+高溫卷取并保溫法(專利號(hào)95194275.1)、高Si熱軋帶鋼常化法+二次冷軋法(專利號(hào)00133842.0)、高M(jìn)n+高溫卷取并保溫法(特開(kāi)平11-172333)等等都能達(dá)到提高電工鋼產(chǎn)品電磁性能的目的，但這些方法都在一定程度上影響批量生產(chǎn)節(jié)奏，增加了生產(chǎn)工序，從而增加了生產(chǎn)成本，而且專利95194275.1采用了在兩相區(qū)終軋的方法，使得熱軋的穩(wěn)定控制比較困難。專利號(hào)為00115993.3的發(fā)明中，采用了高Si+Al并調(diào)整P+Sn/Sb的成分體系來(lái)達(dá)到改善電磁性能的目的；但高Si和高Al的加入而且沒(méi)有采用破壞由此引起的板坯粗大柱狀晶，容易在最終成品產(chǎn)生‘瓦楞狀’缺陷，而使得最終產(chǎn)品的疊裝系數(shù)增大，增大了電機(jī)損耗且降低了電機(jī)效率。所以該發(fā)明采用了熱軋板?；幚砘蚓徖涮幚淼霓k法來(lái)起到消除‘瓦楞狀’缺陷的目的，這增加了生產(chǎn)工序，也要對(duì)設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模的改造，使得生產(chǎn)成本增加。而專利01138224.4采用了低Al的成分體系，也通過(guò)調(diào)整P+Sn/Sb來(lái)達(dá)到改善織構(gòu)的作用；但由于該專利P+Sn/Sb的加入使得晶界強(qiáng)度迅速劣化，而又沒(méi)有加入晶界強(qiáng)化元素(如B)作為彌補(bǔ)，使得冷軋過(guò)程中極易斷帶，這無(wú)形中增大了大生產(chǎn)的成本。也有在連鑄過(guò)程中采用低溫澆鑄法(特公昭49-39526號(hào)公報(bào))、1000℃以上終軋且熱軋后1～7秒內(nèi)不噴水冷卻，并在＜700℃卷取(特公昭62-54023號(hào)公報(bào))等來(lái)消除生產(chǎn)高牌號(hào)電工鋼產(chǎn)品‘瓦楞狀’缺陷。但采用低溫澆鑄法時(shí)，連鑄過(guò)程中的鋼水溫度不易控制，結(jié)晶器中夾雜物不易上浮，連鑄坯內(nèi)夾雜物數(shù)量增多，影響最終產(chǎn)品質(zhì)量；采用高溫精軋法(特公昭62-54023號(hào)公報(bào))要求連鑄坯加熱溫度提高至1250℃以上，易造成連鑄坯塌腰，且影響生產(chǎn)節(jié)奏，提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過(guò)有效調(diào)整合金成分、適當(dāng)添加偏析元素，并采用粗軋大壓下破壞板坯柱狀晶組織，促進(jìn)柱狀晶組織發(fā)生再結(jié)晶從而消除由于低C、高Si+Al帶來(lái)的‘瓦楞狀’缺陷，通過(guò)一次冷軋法即可以得到表面質(zhì)量良好且具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼。產(chǎn)品生產(chǎn)無(wú)需?；?，鐵損實(shí)物水平達(dá)到或優(yōu)于新日鐵H7～H14水平，磁感比常規(guī)產(chǎn)品提高500高斯以上；也可以通過(guò)?；に囘M(jìn)一步改善產(chǎn)品電磁性能，鐵損進(jìn)一步降低、磁感進(jìn)一步提高。本發(fā)明產(chǎn)品完全滿足高效電機(jī)鐵芯用鋼的要求，也可以使用于常規(guī)電機(jī)鐵芯，可提高電機(jī)效率、改善運(yùn)行指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明首先從優(yōu)化高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼成分入手，通過(guò)硅(1.5～2.5％)和鋁(0.8～1.3％)來(lái)獲得低鐵損，同時(shí)獲得較好的可加工性，并使第二相析出物(如AlN等)粗化；控制C含量＜30ppm來(lái)消除電磁性能的時(shí)效劣化；合理添加適當(dāng)?shù)钠鲈豐b(0.05％～0.10％)或Sn(0.08％～0.12％)、控制B/N＜4.0，設(shè)計(jì)出新型的合金體系，最終獲得更多的易磁化(100)α織構(gòu)并抑制(111)γ織構(gòu)，降低鐵損、提高磁感；通過(guò)粗軋道次大壓下軋制和粗糙輥軋制等破壞粗大柱狀晶達(dá)到消除“瓦楞狀”缺陷的目的；通過(guò)高溫卷取來(lái)使第二相析出物(如AlN、MnS等)粗化、優(yōu)化各道次壓下率來(lái)獲得理想的熱軋帶鋼組織，也獲得理想織構(gòu)；通過(guò)調(diào)整熱軋道次壓下率、提高冷軋壓下率，獲得更多的易磁化的(100)α織構(gòu)并抑制(111)γ織構(gòu)，來(lái)緩解由于Si的加入引起的各向異性升高，降低電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的損耗，同時(shí)也可以通過(guò)提高冷軋壓下率，為最終再結(jié)晶退火過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大提供更大的能量(變形能)；通過(guò)控制再結(jié)晶退火溫度來(lái)獲得理想的晶粒組織等措施，來(lái)獲得表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的具有高磁感、低鐵損的最能適用于高效電機(jī)鐵芯、也能適用于普通電機(jī)鐵芯的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼。也可以通過(guò)熱軋帶鋼?；に嚕瑏?lái)進(jìn)一步獲得具有更為優(yōu)越電磁性能的電工鋼。
其成分設(shè)計(jì)方案如下所示C對(duì)于無(wú)取向電工鋼，C含量控制在0.005％以下，最好0.003％以下，可免去脫碳工序就能達(dá)到防止時(shí)效的目的，防止內(nèi)氧化層和內(nèi)氮化層，達(dá)到降低鐵損的目的，也能防止?fàn)t底輥粘上氧化鐵皮而造成劃傷。降低C含量，也能使相變溫度升高，有利于提高最終成品退火來(lái)獲得理想的組織，同時(shí)AlN固溶度降低，可防止細(xì)小AlN析出，可達(dá)到提高成品磁感的目的。
NN易于形成細(xì)小的AlN質(zhì)點(diǎn)抑制晶粒長(zhǎng)大，所以降低鋼中的N含量有利于抑制細(xì)小AlN質(zhì)點(diǎn)的形成，從而提高磁感、降低鐵損。同時(shí)，N比C對(duì)時(shí)效的影響更大，降低N含量，可以減小磁時(shí)效帶來(lái)的影響。原則上N含量越低越好(最好≤15ppm)，但考慮到煉鋼成本和實(shí)際可操作性，N含量應(yīng)≤30ppm。
Si鋼中的Si含量增高，電阻率ρ增高，鋼帶的鐵損降低，但同時(shí)磁感也降低。由于Si的增高，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)加工脆性增強(qiáng)，造成冷軋困難。本發(fā)明通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在Si含量達(dá)到2.0％以上的情況下，通過(guò)增加Si含量來(lái)達(dá)到降低鐵損的效果不是十分理想。為了在保證降低鐵損的基礎(chǔ)上控制磁感下降，并保證冷軋的可加工性，Si含量控制在≤2.5％(最好1.5％～2.5％)。
AlAl同Si一樣，提高鋼的電阻率、縮小γ相區(qū)、促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大，降低鐵損，尤其高Al含量時(shí)，促進(jìn)粗大AlN形成，改善織構(gòu)，降低鐵損和各向異性，而且固定氮，使磁時(shí)效減少。此外Al與Si相比，Al對(duì)鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性的影響不如硅明顯，從而改善了鋼的冷軋性能。對(duì)于本發(fā)明鋼，鋼中Al含量為0.80％～1.30％時(shí)作用最佳，當(dāng)鋼中Al含量低于0.80％時(shí)，在保持Si含量≤2.5％的情況下，不利于得到很低鐵損；當(dāng)鋼中Al含量高于1.30％時(shí)，鋼水粘度過(guò)大，影響澆鑄的正常進(jìn)行，甚至導(dǎo)致水口堵塞斷流，同時(shí)也對(duì)冷軋工序帶鋼的焊接帶來(lái)影響。因此控制Al含量在0.80％～1.30％。
MnMn與S形成MnS，可防止沿晶界形成低熔點(diǎn)的FeS所引起的熱脆現(xiàn)象，可以通過(guò)保證一定量的Mn來(lái)改善熱軋塑性，同時(shí)MnS在γ相中的固溶度比較低，可促使MnS粗大化，有利于以后的晶粒長(zhǎng)大。本發(fā)明要求Mn/S≥10，來(lái)保證良好的熱加工性和促使MnS粗大化，并且配合其他合金可以改善沖片性能。但由于本發(fā)明要求S含量低，所以，Mn含量也不宜太高，防止熱軋帶鋼在預(yù)退火(常化)過(guò)程中析出細(xì)小的MnSiN2；而且Mn是擴(kuò)大γ相元素，當(dāng)Mn含量過(guò)高時(shí)，A3點(diǎn)相變點(diǎn)溫度過(guò)低，造成熱軋終軋溫度和成品退火溫度過(guò)低，成品鋼板晶粒尺寸過(guò)小，對(duì)磁性不利，而且還提高成本。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明Mn含量規(guī)定為0.2～0.5％。
PP對(duì)無(wú)取向電工鋼鋼帶的脆化作用較大，隨著Si+Al含量的升高，這種脆化作用更強(qiáng)；在C含量低于80ppm的情況下，P沿晶界偏聚加大，導(dǎo)致最終退火時(shí)的晶粒長(zhǎng)大受阻，而且在阻礙{110}織構(gòu)發(fā)展的基礎(chǔ)上促進(jìn)了{(lán)222}織構(gòu)發(fā)展，導(dǎo)致磁感降低；Mn又促進(jìn)P向晶界偏聚，使鋼帶的彎曲數(shù)急劇降低，同時(shí)P還損害鋼帶的冷軋性能。對(duì)于高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼，P應(yīng)控制在≤0.040％。
SS對(duì)無(wú)取向電工鋼的電磁性能影響很大，尤其是在高Si+Al的情況下，高S會(huì)大幅度提高鐵損；當(dāng)S與Mn形成細(xì)小的MnS時(shí)，可以強(qiáng)烈阻礙成品退火時(shí)的晶粒長(zhǎng)大，磁感大幅度下降、鐵損大幅度提高。本發(fā)明通過(guò)高Al、低S來(lái)達(dá)到充分控制細(xì)小AlN和MnS析出的目的。原則上鋼中S含量越低越好，但從煉鋼成本和可操作性的角度，鋼中的S含量應(yīng)控制在50ppm以下。
SbSb為表面活性元素，能夠沿晶界和表面偏析，不同方向的表面能選擇性地降低，阻礙(hkl)晶粒沿軋制方向的發(fā)展，(111)晶粒明顯減少，同時(shí)促進(jìn)了(100)織構(gòu)的發(fā)展，能顯著改善熱軋板和成品板的織構(gòu)，最終達(dá)到進(jìn)一步降低鐵損、提高磁感的作用。在含錳鋼中加入Sb還可以阻止熱軋板表面增N及Si、Al氧化和氮化，即可以防止內(nèi)氧化層和內(nèi)氮化成形成，提高磁感、降低鐵損。但是當(dāng)Sb含量大于0.10％時(shí)，沿晶界偏聚的Sb過(guò)多，阻礙晶粒長(zhǎng)大，熱軋板和成品板晶粒細(xì)小，鐵損增高，過(guò)多的Sb會(huì)造成晶界弱化，軋制過(guò)程中易出現(xiàn)斷帶現(xiàn)象；當(dāng)Sb含量小于0.03％時(shí)，沿晶界偏聚的Sb過(guò)少，抑制晶界(111)晶粒生核能力不足，起不到足夠的有利作用。因此Sb含量的控制范圍為0.03％～0.10％。
SnSn也為表面活性元素，能夠沿晶界和帶鋼表面偏析，且表面偏析程度比晶界偏析要更強(qiáng)。在再結(jié)晶階段，由于Sn原子偏析在晶界和帶鋼表面，可以減少帶鋼表層內(nèi)氧化、防止活性氧沿晶界向鋼基體滲透；表面能會(huì)選擇性地降低并且一些晶界的活性增強(qiáng)，通過(guò)適量的Sn含量，可以得到比較理想的帶鋼表面織構(gòu)，(111)晶粒得到抑制，并且可以促進(jìn)有利織構(gòu)(100)的發(fā)展，提高電磁性能。本發(fā)明中，規(guī)定Sn含量0.05～0.12％，如果含量過(guò)多，則沿晶界偏聚過(guò)多，阻礙最終退火時(shí)晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)也會(huì)增加軋制過(guò)程中斷帶的風(fēng)險(xiǎn)；如果過(guò)低，則不能充分發(fā)揮Sn改善織構(gòu)的作用。
BB在γ相中，優(yōu)先與N結(jié)合生成BN，以BN為核心析出粗大的AlN，組織熱軋時(shí)析出細(xì)小的AlN，使AlN的危害作用減少；此外，B在熱軋過(guò)程中會(huì)偏聚在晶界可以防止鋼中由于添加Sb或Sn等晶界偏聚而產(chǎn)生的脆化作用。但是當(dāng)B/N＞4.0時(shí)，由于B偏聚于晶界，使得(111)組分加強(qiáng)，同時(shí)(100)組分得到抑制，影響最終成品的電磁性能；當(dāng)B添加量低于0.0005％時(shí)，也起不到有利的作用。因此，在本發(fā)明中B含量的控制范圍為0.0005％～0.0040％。
本發(fā)明的技術(shù)方案是具有低鐵損、高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼板，組成元素包括Fe、Si、Al、Mn、P、Sb/Sn、B、C、N、S等，其中Sb和Sn選擇其中一種，組成元素的重量百分比為C≤0.0050％N≤0.0030％Si1.50％～2.50％Al0.80％～1.30％Mn0.20％～0.50％P≤0.030％S≤0.005％Sb0.03％～0.10％Sn0.05％～0.12％B0.0005％～0.0040％其余為鐵和不可避免的夾雜。
對(duì)無(wú)取向電工鋼板的組成元素的配比進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，得到優(yōu)選后的配比范圍是C≤0.0030％
N≤0.0015％Si1.80％～2.20％Al0.80％～1.20％Mn0.30％～0.50％P≤0.030％S≤0.003％Sb0.05％～0.10％Sn0.06％～0.11％B0.0005％～0.0030％其余為鐵和不可避免的夾雜。
其次，采用低溫加熱工藝，板坯加熱溫度1100～1200℃，減少AlN在加熱過(guò)程中的固溶量，從而減少細(xì)小AlN的析出。
再次，優(yōu)化熱軋工藝，尤其優(yōu)化粗軋工藝，要求粗軋≤4道次，粗軋累計(jì)壓下率≥80％，其中至少有一個(gè)道次的壓下率≥40％，最好有2個(gè)以上道次的壓下率≥40％，即所謂高軋制形狀因素(m＝2(Hi-1-Hi)1/2/(Hi-1+Hi)，其中Hi-1為i道次軋制前鋼板進(jìn)軋機(jī)的厚度、Hi為i道次軋制后鋼板出軋機(jī)的厚度)的粗軋軋制技術(shù)，目的是破壞鑄態(tài)組織的(100)柱狀晶，提高再結(jié)晶等軸化率。眾所周知，在粗軋過(guò)程中，采用道次大壓下，可以減少粗軋道次，縮短粗軋時(shí)間，減少鋼板與軋輥之間的接觸次數(shù)和時(shí)間，因而減少粗軋過(guò)程的溫降，確保粗軋板坯溫度在再結(jié)晶臨界溫度(TCr)以上是獲得高的再結(jié)晶率、高等軸化率組織的首要條件。其次bcc結(jié)構(gòu)的鐵基合金的層錯(cuò)能較高，當(dāng)單位時(shí)間的形變功較低時(shí)，不但合金內(nèi)部形變儲(chǔ)存能低，而且形變亞結(jié)構(gòu)如位錯(cuò)很容易發(fā)生攀移和熱激活交滑移等回復(fù)過(guò)程，使位錯(cuò)密度迅速降低，形變儲(chǔ)存能很快釋放，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力迅速降低，阻礙再結(jié)晶發(fā)生；而且形變亞結(jié)構(gòu)密度迅速降低，再結(jié)晶晶核在形變亞結(jié)構(gòu)形核幾率大大降低，而主要在晶界和亞晶界上形核，并迅速長(zhǎng)大，造成組織再結(jié)晶不完全及發(fā)生再結(jié)晶的組織不均勻。采用道次大壓下軋制(即高軋制形狀因素軋制)，由于形變速度增大(形變速度ϵ·∝Δh/H,]]>其中 為形變速度、Δh為i道次是絕對(duì)壓下量、H為i道次前鋼板厚度)，單位時(shí)間的形變功增大，鋼板中的單位時(shí)間鋼板形變儲(chǔ)存能增大，是破壞柱狀晶，獲得高的再結(jié)晶率、高等軸化率組織的一個(gè)重要條件，同時(shí)也是破壞原有(100)柱狀晶位向的重要條件。從形變方式上看道次壓下率大，有利于增大軋輥和鋼板表面的摩擦力，引起鋼板剪切形變量增大，剪切形變沿鋼板厚度方向穿透深度增加，軋制由平面應(yīng)變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的應(yīng)變狀態(tài)，晶格轉(zhuǎn)動(dòng)彎曲程度大，形變儲(chǔ)存能高，破壞柱狀晶組織作用增大，促進(jìn)柱狀晶組織發(fā)生再結(jié)晶。此外，道次壓下率大，形變加熱作用也較大，部分地補(bǔ)償軋制過(guò)程中的熱損失，提高鋼板形變過(guò)程中的溫度，促進(jìn)形變組織的再結(jié)晶?？刂拼周埥K軋溫度≥980℃、最好≥1000℃，目的是促進(jìn)粗軋板坯再結(jié)晶。在精軋過(guò)程中，連軋機(jī)組前面幾個(gè)機(jī)架中，至少有一個(gè)機(jī)架采用輥面較為粗糙的軋輥，輥面粗糙度至少≥5μm，最好≥7μm，目的是增加鋼板與軋輥之間的摩擦力，增強(qiáng)鋼板的剪切形變，增加剪切形變沿板厚方向的穿透深度，減少鋼板中心部位的平面應(yīng)變區(qū)，增大鋼板中心的形變儲(chǔ)存能，促進(jìn)熱軋板的再結(jié)晶，破壞原始鑄態(tài)粗大的(100)柱狀晶組織。
最后，熱軋板經(jīng)過(guò)≥710℃高溫卷取，實(shí)現(xiàn)熱軋板自退火過(guò)程，由于710℃高于再結(jié)晶的臨界溫度，熱軋板在710℃溫度以上發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，消除(100)<011>形變組織，實(shí)現(xiàn)熱軋板組織的等軸化，并促進(jìn)熱軋板晶粒、ALN、MnS粒子長(zhǎng)大，提高成品磁性。經(jīng)過(guò)上述工藝優(yōu)化，不僅完全消除瓦楞狀缺陷，并可以省掉?；耀@得表面狀況良好、電磁性能優(yōu)異的無(wú)取向電磁鋼板。
也可以根據(jù)具體的產(chǎn)品性能需求情況，對(duì)熱軋鋼帶在950～1050℃進(jìn)行?；幚恚篃彳垘т摻M織進(jìn)一步均勻化粗大化，獲得更理想的織構(gòu)分布和電磁性能更優(yōu)異的無(wú)取向電工鋼板。
由于高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的Al含量和Si含量高，電磁性能的各向異性增強(qiáng)，這也影響到電機(jī)的發(fā)熱及效率。為了減少由于Si和Al的升高而引起的各向異性，本發(fā)明采用了增大冷軋壓下率的方法，通過(guò)次方法，不僅是各向異性得到改善，同時(shí)也有利于促進(jìn)(100)有利織構(gòu)的發(fā)展。為了保證產(chǎn)品的各向異性敏感指數(shù)Kp＝(P15/50C-P15/50L)/(P15/50C+P15/50L)滿足用戶需求(其中C和L分別代表帶鋼縱、橫向)，冷軋壓下率控制在84％～92％。
為了獲得理想的最終成品組織和織構(gòu)，可以通過(guò)控制最終再結(jié)晶退火工藝的升溫速度、冷卻速度和均熱溫度等來(lái)獲得，升溫速度控制在≥25℃/s，緩冷速度控制在≤15℃/s(1100℃→600℃)，快冷速度控制在～30℃/s。由于本發(fā)明的合金體系使得帶鋼退火溫度可以控制在較高的水平，對(duì)調(diào)整帶鋼組織有利；均熱溫度控制在900℃～1100℃，如果過(guò)高(＞1100℃)鋼帶會(huì)部分發(fā)生γ→α相變，破壞再結(jié)晶及再結(jié)晶組織。通過(guò)控制緩冷速度，也可以減小帶鋼熱應(yīng)力，從而獲得更好的電磁性能。退火氣氛采用30％H2+70％N2來(lái)獲得光滑的帶鋼表面，同時(shí)也可以防止帶鋼內(nèi)氧化層的形成。最終產(chǎn)品的晶粒徑為50～200μm。
其生產(chǎn)過(guò)程為鐵水預(yù)處理、冶煉、二次精煉、連鑄、熱軋、(常化)、酸洗、冷軋、成品退火及絕緣膜涂敷。其中常化工序?yàn)樯a(chǎn)更高級(jí)別的產(chǎn)品時(shí)采用的工藝，生產(chǎn)廠家可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)特點(diǎn)是只需進(jìn)行適當(dāng)合金體系設(shè)計(jì)，無(wú)需改造任何生產(chǎn)設(shè)備、無(wú)需對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝作重大調(diào)整，就可以制造出鐵損達(dá)到或超過(guò)H8水平且磁感升高400高斯以上的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼，能滿足高效電機(jī)鐵芯的使用要求。尤其是本產(chǎn)品可以無(wú)需?；?、一次冷軋、無(wú)需冷軋中間退火就可以生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品性價(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
所以，本發(fā)明在優(yōu)化成分的基礎(chǔ)上，結(jié)合合理的工序工藝控制，達(dá)到采用最簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工序就可以生產(chǎn)具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的目的。
本發(fā)明和相關(guān)專利的成分對(duì)比情況如表1所示，制造方法對(duì)比情況如表2所示表1本發(fā)明和相關(guān)發(fā)明成分對(duì)比情況表(％)


表2本發(fā)明和相關(guān)發(fā)明制造方法對(duì)比情況表




圖1為本發(fā)明鋼C熱軋板組織示意圖；圖2為本發(fā)明鋼C熱軋板常化退火后組織示意圖；圖3為本發(fā)明鋼C成品板組織示意圖；圖4為本發(fā)明相關(guān)產(chǎn)品和常規(guī)35A230電磁性能對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1發(fā)明鋼A含有C0.0031％、Si2.00％、Al0.95％、Mn0.31％、Sn0.092％、B0.0009％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；粗軋累計(jì)壓下率84％，其中一個(gè)道次的壓下率41％，粗軋終軋溫度1000℃；精軋開(kāi)軋溫度為918℃，終軋溫度為868℃，560℃卷取，精軋壓下率分別為第一道次31％、第二道次29％、第三道次29％、第四道次71％、第五道次18％；不采用常化退火；冷軋壓下率為87％(成品帶鋼厚度為0.35mm)；再結(jié)晶退火制度1000℃×90秒，升溫速率為30℃/s，緩冷速度控制在≤15℃/s(1000℃→600℃)，快冷速度控制為33℃/s。退火氣氛采用30％H2+70％N2。成品板表面質(zhì)量良好，平均晶粒徑為120μm，磁性為B50＝1.718T、P15/50＝2.132W/kg。產(chǎn)品通過(guò)250℃×100小時(shí)，電磁性能無(wú)時(shí)效劣化。
實(shí)施例2發(fā)明鋼B含有C0.0029％、Si2.00％、Al0.99％、Mn0.301％、Sb0.078％、B0.0009％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；粗軋累計(jì)壓下率85％，其中一個(gè)道次的壓下率42％，粗軋終軋溫度990℃；精軋開(kāi)軋溫度為916℃，終軋溫度為868℃，729℃卷取，精軋壓下率分別為第一道次31％、第二道次29％、第三道次30％、第四道次71％、第五道次17％；不采用?；焕滠垑合侣蕿?7.5％(成品帶鋼厚度為0.35mm)；再結(jié)晶退火制度1000℃×70秒，升溫速率為28℃/s，緩冷速度控制在≤15℃/s(1000℃→600℃)，快冷速度控制為31℃/s。退火氣氛采用30％H2+70％N2。成品板表面質(zhì)量良好，平均晶粒徑為125μm，磁性為B50＝1.726T、P15/50＝2.125W/kg。產(chǎn)品通過(guò)250℃×100小時(shí)，電磁性能無(wú)時(shí)效劣化。
實(shí)施例3發(fā)明鋼C含有C0.0030％、Si2.01％、Al1.02％、Mn0.302％、Sn0.1％、B0.001％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；粗軋累計(jì)壓下率83％，其中一個(gè)道次的壓下率42％，粗軋終軋溫度1000℃；精軋開(kāi)軋溫度為915℃，終軋溫度為872℃，725℃卷取，精軋壓下率分別為第一道次30％、第二道次30％、第三道次30％、第四道次70％、第五道次17％；?；贫?000℃×120秒；冷軋壓下率為86.5％(成品帶鋼厚度為0.35mm)；再結(jié)晶退火制度1000℃×80秒，升溫速率為28℃/s，緩冷速度控制在≤15℃/s(1000℃→600℃)，快冷速度控制為30℃/s。退火氣氛采用30％H2+70％N2。成品板表面質(zhì)量良好，平均晶粒徑為135μm，磁性為B50＝1.732T、P15/50＝2.112W/kg。產(chǎn)品通過(guò)250℃×100小時(shí)，電磁性能無(wú)時(shí)效劣化。
詳細(xì)實(shí)施例的化學(xué)成分和制造方法及電磁性能如表3、表4所示，我們可以看出，本發(fā)明的成分和制造工藝可以適用于H7～H12系列的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼產(chǎn)品。
表3 wt％


表4實(shí)施例生產(chǎn)方法及成品電磁性能

圖1是本發(fā)明C(實(shí)例3)中熱軋板金相組織圖，熱軋組織是理想的鐵素體，帶鋼中部沒(méi)有偏析的‘帶狀組織’出現(xiàn)，近帶鋼表面組織細(xì)小均勻，中心部位晶粒沿軋制方向延伸、較粗大。
圖2是本發(fā)明C(實(shí)例3)中熱軋帶鋼經(jīng)過(guò)?；嘶鸷蟮慕鹣嘟M織圖，?；嘶鸷鬅彳垘т摻M織明顯較熱軋后均勻、粗大，熱軋變形后的晶粒完成了再結(jié)晶過(guò)程。
圖3所示為本發(fā)明C(實(shí)例3)最終成品的金相組織圖，晶粒組織比較理想，平均晶粒徑達(dá)到約140μm，能得到較低鐵損和較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
對(duì)于采用本發(fā)明工藝以及常規(guī)工藝的產(chǎn)品(35A230同一牌號(hào)系列產(chǎn)品對(duì)比)電磁性能比較如圖4所示，采用本發(fā)明的合金體系、添加Sn/Sb、粗軋大壓下軋制、控制熱軋和冷軋壓下率等方法，可以得到表面質(zhì)量?jī)?yōu)良、具有高磁感〔比常規(guī)產(chǎn)品高出0.05T(500高斯)以上〕的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼，在保證鐵損(P15/50)一定程度降低的同時(shí)，磁感得到相當(dāng)大程度的提高，在用來(lái)制作電機(jī)時(shí)有利于提高電機(jī)的效率，達(dá)到節(jié)約能源的目的。如果采用常化工藝，則能得到電磁性能更為優(yōu)越(鐵損更低)的產(chǎn)品，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品的檔次。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)控制鋼中C、N含量來(lái)防止時(shí)效劣化，采用新的合金體系、粗軋大壓下、調(diào)整精軋壓下率分配、高溫卷取工藝、采用大冷軋壓下率和控制最終再結(jié)晶退火制度，不僅可以得到表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的具有高磁感、低鐵損的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼板(產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量達(dá)到或超過(guò)新日鐵H8水平)，而且可以減少產(chǎn)品的各向異性，能更好地提高電機(jī)的效率。而且，本發(fā)明可以根據(jù)一些高端需求的用戶，有針對(duì)性地采用?；に?，進(jìn)一步得到電磁性能更為優(yōu)越的產(chǎn)品。
綜上所述，由于本發(fā)明技術(shù)采用添加偏析元素、粗軋大壓下技術(shù)、不使用電磁攪拌(EMS)、不使用?；嘶?、一次冷軋法就可生產(chǎn)的具有高磁感的高牌號(hào)(H7～H14)無(wú)取向電工鋼，產(chǎn)品在保持低鐵損的前提下磁感(B50)比常規(guī)產(chǎn)品的磁感要提高500高斯以上；而且，可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況省略熱軋板?；に?、也可以采用一次冷軋工藝，無(wú)需任何設(shè)備改造，因而是一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的生產(chǎn)性能優(yōu)良的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的方法，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
權(quán)利要求
1.具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼，其成分重量百分比為C≤0.0050％N≤0.0030％Si1.50％～2.50％Al0.80％～1.30％Mn0.20％～0.50％P≤0.030％S≤0.005％Sb0.03％～0.10％Sn0.05％～0.12％B0.0005％～0.0040％其余為鐵和不可避免的夾雜；其中，Sb和Sn選擇其中一種。
2.如權(quán)利要求1所述的具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的，其特征是，其成分的重量百分比為C≤0.0030％N≤0.0015％Si1.80％～2.20％Al0.80％～1.20％Mn0.30％～0.50％P≤0.030％S≤0.003％Sb0.05％～0.10％Sn0.06％～0.11％B0.0005％～0.0030％其余為鐵和不可避免的夾雜；其中，Sb和Sn選擇其中一種。
3.具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的制造方法a.熱軋板坯加熱板坯加熱溫度1100～1200℃；粗軋粗軋≤4道次，累計(jì)壓下率≥80％，其中至少有一個(gè)道次的壓下率≥40％，粗軋終軋溫度≥980℃；精軋連軋機(jī)組前面幾個(gè)機(jī)架中，至少有一個(gè)機(jī)架采用輥面較為粗糙的軋輥，輥面粗糙度至少≥5μm；卷取≥710℃高溫卷取，實(shí)現(xiàn)熱軋板自退火過(guò)程；b.冷軋冷軋壓下率控制在84％～92％；c.再結(jié)晶退火均熱溫度控制在900℃～1100℃。
4.如權(quán)利要求3所述的具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的制造方法，其特征是，卷取后的熱軋板進(jìn)行常化退火，常化退火溫度950～1050℃。
5.如權(quán)利要求3所述的具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的制造方法，其特征是，粗軋2個(gè)以上道次的壓下率≥40％。
6.如權(quán)利要求3所述的具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的制造方法，其特征是，控制粗軋終軋溫度≥1000℃。
7.如權(quán)利要求3所述的具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的制造方法，其特征是，控制精軋輥面粗糙度≥7μm。
全文摘要
具有高磁感的高牌號(hào)無(wú)取向電工鋼及其制造方法，其成分重量百分比為C≤0.0050％、N≤0.0030％、Si 1.50％～2.50％、Al 0.80％～1.30％、Mn 0.20％～0.50％、P≤0.030％、S≤0.005％、Sb 0.03％～0.10％、Sn 0.05％～0.12％、B 0.0005％～0.0040％、其余為鐵和不可避免的夾雜；其中Sb和Sn選擇其中一種。通過(guò)粗軋道次大壓下軋制和粗糙輥軋制，高溫卷取，優(yōu)化各道次壓下率來(lái)獲得理想的熱軋帶鋼組織；提高冷軋壓下率，為最終再結(jié)晶退火過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大提供更大的能量(變形能)；通過(guò)控制再結(jié)晶退火溫度來(lái)獲得理想的晶粒組織等措施，來(lái)獲得表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的具有高磁感、低鐵損的最能適用于高效電機(jī)鐵芯。
文檔編號(hào)C21D9/54GK1888112SQ20051002740
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者黃望芽, 周世春, 劉自成, 劉永勤 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司