專利名稱：：含Cr無取向電工鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無取向電工鋼及生產(chǎn)方法，具體屬于含Cr無取向電工鋼及其生產(chǎn)方法。其鋼電工鋼軟磁材料制造領(lǐng)域，其主要為制造電力、電子工業(yè)中各類電機(jī)鐵芯、EI變壓器鐵芯及各種電源鐵芯用材。
背景技術(shù)：
：隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子器件鐵芯的制造不僅要求其內(nèi)在性能優(yōu)良，而且還要求沖片疊片時(shí)高速化、自動化，這就要求無取向硅鋼鐵芯材料具有優(yōu)良的磁性和良好的沖片工藝性能。沖片工藝性能與材料的屈強(qiáng)比直接相關(guān)，屈強(qiáng)比越高，沖剪時(shí)對模具損傷越小、毛剌越小、疊片的片間鉚接強(qiáng)度越高，這樣，模具的壽命越長、沖片工藝性能越好。另外，對于全工藝無取向硅鋼，沖剪口的邊緣由于剪切應(yīng)力引起的磁性惡化與屈強(qiáng)比有關(guān)，屈強(qiáng)比越高，邊緣磁性惡化效應(yīng)就越輕。但在目前的普通無取向硅鋼中，內(nèi)在磁性能與沖片工藝性能往往是矛盾的，內(nèi)在磁性能越好，其屈強(qiáng)比越低、沖片工藝性能越差，邊緣磁性惡化效應(yīng)越嚴(yán)重、電力電子器件鐵芯的裝機(jī)整體性能越差。因此開發(fā)并生產(chǎn)出磁性能好、屈強(qiáng)比高的全工藝無取向硅鋼對于工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展具有重要的意義。硅(Si)等元素能促進(jìn)晶粒粗化及降低硅鋼的磁晶各向異性和磁致伸縮而降低磁滯損耗；另外，Si能提高鋼的電阻率而使渦流損耗降低。但Si產(chǎn)生劇烈的固溶強(qiáng)化而引起嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，從而使材料的抗拉強(qiáng)度得到顯著提高、從而使屈強(qiáng)比降低。因此，靠增大Si^等來改善磁性的方法是以犧牲全工藝無取向硅鋼的屈強(qiáng)比、沖片工藝性能、模具壽命、片間鉚接強(qiáng)度、器件鐵芯裝機(jī)性能等為代價(jià)的。傳統(tǒng)的無取向電工鋼成分中一般不含有Cr，其普遍認(rèn)為Cr在鋼中會惡化磁性，是磁性有害元素。直到日本人在研究電動轎車驅(qū)動馬達(dá)鐵芯用硅鋼片時(shí)，為改善高Si高A1無取向硅鋼的加工性能和高頻磁性能，采取在3.2%Siwt高牌號硅鋼中加4.0%Crwt。并已研究開發(fā)出高Si高Al加高Cr的高頻用無取向硅鋼。但日本研究者只是從降低高頻鐵損和改善軋制加工性的角度研究了Cr的作用，卻沒有研究加Cr的物理冶金機(jī)理及其綜合作用、沒有開展以Cr替代部分Si-Al作用的研究，更沒有研究Cr對硅鋼組織結(jié)構(gòu)的影響及對工藝性能、使用性能的貢獻(xiàn)。再由于其在無取向硅鋼中加4.0%Crwt高含量的Cr，將使鋼變得很硬，對沖片不利，切在沖片時(shí)對模具磨損嚴(yán)重甚至于把模具崩破，因而Cr的加入量不能太高。故從Cr在鋼中的綜合作用出發(fā)，突破日本研究者只局限在降低高頻鐵損和改善軋制加工性的角度加Cr的思維，研究Cr的物理冶金機(jī)理、Cr對組織結(jié)構(gòu)的影響及Cr對性能的貢獻(xiàn)，采取用Cr來代替部分Si及Al作用的新思路生產(chǎn)出屈強(qiáng)比高、綜合性能優(yōu)良、低成本、高性價(jià)比的含Cr無取向電工鋼具有重要的意義。此外，在熱軋軋制工藝中，傳統(tǒng)無取向電工鋼的粗軋累計(jì)壓下率一般控制為9095%，尤其對于精軋階段，其每4道次的壓下率為均等。熱軋工藝沒有圍繞夾雜物的固溶與析出、聚集與粗化、動、靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶幾個(gè)過程的均衡、熱軋板再結(jié)晶晶粒的發(fā)達(dá)與完善及等軸晶比例的提高來控制，也未曾控制形變誘導(dǎo)和兩相區(qū)軋制過程。在冷軋工藝中沒有考慮形變儲能的最佳控制和板形質(zhì)量的改善。在成品退火工藝中對靜態(tài)再結(jié)晶過程與再結(jié)晶晶粒長大過程發(fā)展時(shí)機(jī)的把握及有利織構(gòu)組分的控制沒有重點(diǎn)研究。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種屈強(qiáng)比高，沖片工藝性能好，片間鉚接強(qiáng)度高，各向同性好，耐蝕性強(qiáng)，使模具使用壽命長的含Cr無取向電工鋼及其生產(chǎn)方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施含Cr無取向電工鋼，其化學(xué)組分及重量百分比為C:0.0010.015%，Mn:0.20.8%，Cr:0.10.8%，Al:0.11.4%，Si:0.10.9%，P《0.08%，S《0.015%，N《0.008%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；同時(shí)。要滿足Si+Al之和在0.22.0%。在于Si+Al之和在0.50.9%。生產(chǎn)含Cr無取向電工鋼的方法，其步驟1)采用潔凈鋼的冶煉工藝進(jìn)行冶煉，并連鑄成坯；2)將連鑄成坯加熱到950130(TC，控制其在爐時(shí)間1.53個(gè)小時(shí)；3)進(jìn)行粗軋，控制其出口溫度為800105(TC，其累計(jì)壓下率控制為9095%;4)進(jìn)行精軋，控制其前4道次的累計(jì)壓下率為8095%，軋制溫度控制在700900°C;5)進(jìn)行巻取，其巻取溫度控制在600800°C;6)自然冷卻至室溫；7)進(jìn)行酸洗，酸洗液溫度控制在7010(TC，并采用水冷卻至《3(TC，酸洗時(shí)間為15》#;8)進(jìn)行冷軋，根據(jù)用戶對鋼板厚度要求控制各道次壓下率；9)進(jìn)行脫碳，脫碳溫度控制在750950°C，通板速度為50120米/分鐘，露點(diǎn)溫度控制在O60°C;10)進(jìn)行均熱，均熱溫度控制在75095(TC，通板速度為50120米/分鐘，在H2和N2混合氣或全H2氣氛中進(jìn)行；11)按常規(guī)進(jìn)行冷卻、涂層及精整。各元素在本發(fā)明中的作用及機(jī)理鉻(Cr)能提高電阻率而降低渦流損耗。另外，Cr與Si的塑性變形機(jī)理不同，Si等元素由于原子半徑與Fe的差異大而產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格畸變，位錯運(yùn)動阻力增大，加之?dāng)U展位錯窄、層錯能較高，位錯交滑移容易，促使位錯纏結(jié)成位錯墻并細(xì)化形變胞狀組織，位錯密度顯著提高，加工硬化嚴(yán)重，從而提高抗拉強(qiáng)度并降低屈強(qiáng)比。而Cr由于原子半徑與Fe的差異小，所產(chǎn)生的晶格畸變較小，對位錯的開動有阻力作用而使屈服強(qiáng)度提高，但對位錯在某個(gè)滑移面上的滑移阻力沒有Si強(qiáng)，加之層錯能降低，位錯的交滑移阻力大，位錯纏結(jié)不明顯，不易形成位錯胞狀組織，位錯密度增殖速度慢，加工硬化沒有Si嚴(yán)重，因而對抗拉強(qiáng)度的影響較小，這樣屈強(qiáng)比得到提高。因此以Cr替代部分Si的作用可改善沖片工藝性能。具體Cr對臨界點(diǎn)A3有特殊的影響當(dāng)<7.0%Cr含量時(shí)，隨Cr含量增加，A3點(diǎn)下降，Cr含量增至7.0%時(shí)，A3點(diǎn)降至最低點(diǎn)830°C，Cr含量再增加時(shí)，A3點(diǎn)卻急劇升高。Cr能提高電阻率降低使渦流損耗降低(渦流損失的降低有利于高頻磁性能)。Cr能起固溶強(qiáng)化作用，可改善機(jī)械性能(提高強(qiáng)度、改善韌性)。Cr容易沿散熱方向出現(xiàn)柱狀晶，含Cr鋼中呈明顯的枝晶偏析，但枝晶偏析對有電磁攪拌裝置的連鑄工藝來說，容易被攪碎可防止柱狀晶的產(chǎn)生。硅鋼屬高層錯能材料，擴(kuò)展位錯窄，位錯交滑移容易，因而有利于發(fā)生回復(fù)，亞晶組織中的位錯密度降低，儲存能下降，再結(jié)晶難。加入Cr后，Cr降低層錯能，擴(kuò)展位錯加寬，位錯從位錯網(wǎng)中解脫出來的阻力加大，難以通過交滑移和攀移而相互抵消，因而亞組織回復(fù)慢，熱軋時(shí)位錯交滑移難、動態(tài)回復(fù)過程被延遲，亞組織回復(fù)慢，位錯密度高，形變儲能增大，形變誘導(dǎo)析出作用被強(qiáng)化，這一方面促進(jìn)第二相質(zhì)點(diǎn)的析出、聚集、長大和粗化，使第二相質(zhì)點(diǎn)重新固溶后再彌散析出的機(jī)會被大大削弱，有利于改善熱軋和成品退火組織；另一方面為再結(jié)晶的發(fā)生積蓄了儲能和動力，使動態(tài)再結(jié)晶能力增強(qiáng)。因此，含Cr硅鋼的動態(tài)再結(jié)晶組織發(fā)達(dá)，粗軋溫度、精軋溫度及巻取溫度等工藝參數(shù)選擇范圍廣、熱軋工藝適應(yīng)能力強(qiáng)，工藝穩(wěn)定性好。含Cr硅鋼熱軋后冷卻時(shí)由于層錯能的降低，位錯交滑移阻力大，靜態(tài)回復(fù)延遲，形變儲能高，如果較高溫度巻取，則發(fā)生較為充分的靜態(tài)再結(jié)晶。靜態(tài)再結(jié)晶后又由于位錯交滑移阻力大、回復(fù)的延遲使晶內(nèi)殘存儲能而容易發(fā)生晶粒的長大。因此，含Cr硅鋼熱軋態(tài)的再結(jié)晶晶粒組織發(fā)達(dá)，再結(jié)晶區(qū)域的面積大、形變組織區(qū)域的面積和部分再結(jié)晶區(qū)域很小、形變晶粒少、軸晶比例越高且晶粒尺寸較大；Cr替代部分Si有利于改善熱軋板組織并可取消?；に嚩档蜕a(chǎn)成本。(Si+Al)由于原子半徑與Fe的差異大而產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格畸變，位錯運(yùn)動阻力增大，促使位錯纏結(jié)成位錯墻并細(xì)化形變胞狀組織，因而產(chǎn)生劇烈加工硬化使強(qiáng)度o提高、延伸率S下降。而Cr由于原子半徑與Fe的差異小、所產(chǎn)生的晶格畸變較小，對位錯在某個(gè)滑移面上的滑移阻力沒有(Si+Al)強(qiáng)，位錯纏結(jié)不明顯，不易形成位錯胞狀組織，加工硬化沒有(Si+Al)嚴(yán)重，因此Cr替代部分(Si+Al)可改善軋制工藝性能，Cr硅鋼冷軋板厚度均勻、板形好，特別是軋到更薄時(shí)(0.35mm以下)能表現(xiàn)出良好的板形和板厚一致性。另外，Cr主要是由于降低層錯能，阻礙位錯的交滑移，強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變曲線第III階段，屈強(qiáng)比高，而(Si+Al)主要靠嚴(yán)重的晶格畸變阻礙位錯運(yùn)動，促使位錯纏結(jié)成位錯墻并細(xì)化形變胞狀組織，強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變曲線第II階段，屈強(qiáng)比低，因此Cr硅鋼的沖片性能好。Cr降低層錯能，靜態(tài)回復(fù)過程延遲，位錯密度高，從而為靜態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生積蓄儲能和動力，使靜態(tài)再結(jié)晶能力增強(qiáng)，靜態(tài)再結(jié)晶速度加快。因此Cr硅鋼的再結(jié)晶組織發(fā)達(dá)和完善，有利于改善磁性，磁性能波動范圍小、對成品退火工藝的敏感性降低、穩(wěn)定性好，工藝適應(yīng)能力強(qiáng)。Cr對磁性和組織的貢獻(xiàn)Cr能提高電阻率、降低渦流損耗；另夕卜，Cr^低時(shí)，磁性轉(zhuǎn)變溫度(居里溫度T》隨Cr^的增加而稍增，超過5%Cr后，Tc隨Cr^的增加而降低，因此少量Cr加入到鋼中能使Tc升高，由公式Ms2"3N2iiB2(1-T/TC)可知，Tc升高有利于飽和磁化強(qiáng)度Ms的提高。而Si、Al則不同，劇烈地降低Ms和Bs。由于溶質(zhì)原子Cr的加入，一方面使位錯運(yùn)動阻力大；另一方面溶質(zhì)原子在層錯面上富集可降低層錯能而增加了擴(kuò)張位錯的寬度，擴(kuò)張位錯不易束集，位錯交截困難，雙重交滑移和切割林位錯困難，不易產(chǎn)生多系滑移；另外，Cr還可改變剪切模量(主要是提高iO，層錯能Y的降低和剪切模量P提高使標(biāo)準(zhǔn)層錯能Y/Pb進(jìn)一步降低，交滑移的激活能提高，因而阻礙交滑移的進(jìn)行；再者Cr溶質(zhì)原子與空位發(fā)生相互作用會減弱空位與位錯間的反應(yīng)從而使位錯的攀移幾率變小。幾方面的綜合作用都使得位錯的交滑移和攀移困難，會阻礙動態(tài)回復(fù)過程的進(jìn)行，使亞晶組織中的位錯密度明顯升高，儲能增加，儲能積累到足夠高后由于組態(tài)不穩(wěn)定而發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。因此，含Cr硅鋼熱軋時(shí)由于位錯交滑移阻力增大、動態(tài)回復(fù)被延遲、為再結(jié)晶的發(fā)生積蓄了儲能和動力，使再結(jié)晶能力加強(qiáng)，促進(jìn)和有利于再結(jié)晶，因而再結(jié)晶晶粒組織發(fā)達(dá)，再結(jié)晶區(qū)域的面積大、形變組織區(qū)域的面積和部分再結(jié)晶區(qū)域很小、形變晶粒少，等軸晶比例高；而無Cr硅鋼只發(fā)生快速動態(tài)回復(fù)過程，部分再結(jié)晶區(qū)域面積大、形變晶粒多、再結(jié)晶區(qū)域的面積小，等軸晶比例低。Cr由于降低層錯能，拓寬擴(kuò)展位錯，熱軋時(shí)位錯交滑移難、動態(tài)回復(fù)過程被延遲，亞組織回復(fù)慢，位錯密度高，形變儲能增大，形變誘導(dǎo)析出作用被強(qiáng)化，從而促進(jìn)第二相質(zhì)點(diǎn)的析出，并為第二相質(zhì)點(diǎn)的聚集、長大和粗化提供了較為充分的條件。因此，第二相質(zhì)點(diǎn)重新固溶后再彌散析出的機(jī)會被大大削弱，有利于改善熱軋和成品退火組織。Cr的作用使位錯交滑移阻力增大、回復(fù)被延遲，促進(jìn)和有利于再結(jié)晶，再結(jié)晶晶粒組織發(fā)達(dá)，因此熱軋板橫截面從表面到中心的各織構(gòu)強(qiáng)度均勻分布。Cr的加入降低層錯能、動態(tài)回復(fù)被延遲而促進(jìn)再結(jié)晶并很快釋放所積累的形變儲能，形變誘導(dǎo)作用所產(chǎn)生的Y—a相變驅(qū)動力被消除，相變點(diǎn)溫度An相對降低，終軋溫度容易接近An點(diǎn)，在a單相區(qū)精軋的時(shí)間縮短，從而使熱軋板內(nèi)部再結(jié)晶組織發(fā)達(dá)、形變晶少、等軸晶多、等軸晶比例高，冷軋后的組織中過渡帶和切變帶發(fā)達(dá)，形變帶少，由于過渡帶和切變帶是(100)等有利織構(gòu)的形核地點(diǎn)，形變帶是(111)等不利織構(gòu)的形核位置，因此，退火后(100)有利織構(gòu)發(fā)達(dá)，(111)等不利織構(gòu)被弱化，改善磁性得到顯著。Cr與(Si+Al)在變形、形變胞、晶粒轉(zhuǎn)動、形變織構(gòu)形成、再結(jié)晶和再結(jié)晶織構(gòu)形成等過程中的作用機(jī)理不同，(Si+Al)主要靠所產(chǎn)生的晶格畸變阻礙位錯運(yùn)動并產(chǎn)生加工硬化、提高位錯密度和形變儲能為主要途徑來增大靜態(tài)再結(jié)晶動力、促進(jìn)再結(jié)晶，但由于層錯能高，位錯交滑移阻力小，容易發(fā)生回復(fù)，亞晶組織中的位錯密度降低，儲存能下降，再結(jié)晶動力小，因此無Cr硅鋼的再結(jié)晶組織難以發(fā)達(dá)和完善，需要嚴(yán)格控制成品退火工藝參數(shù)。而Cr則主要依靠降低層錯能來阻礙位錯的交滑移運(yùn)動、提高位錯密度、抑制形變位錯胞的形成并抑制向不得于磁性的{111}位向的轉(zhuǎn)動而促進(jìn)再結(jié)晶和再結(jié)晶有利織構(gòu)的形成，因此含Cr無取向硅鋼再結(jié)晶組織發(fā)達(dá)和完善、有利織構(gòu)組分多。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其從Si、Al、Cr、Mn等元素物理性能的角度出發(fā)，通過研究Cr對磁性和物理冶金的貢獻(xiàn)及對硅鋼組織結(jié)構(gòu)的影響、Cr與Mn在硅鋼中的復(fù)合作用、用低(Si+Al)X為基礎(chǔ)采取以Cr替代部分Si的作用，生產(chǎn)出內(nèi)在磁性能良好、屈強(qiáng)比高、沖片工藝性能優(yōu)良、模具壽命延長、片間鉚接強(qiáng)度高、器件鐵芯裝機(jī)性能好的含Cr無取向硅鋼，且其鐵損低、磁感高，低成本，高性價(jià)比；屈強(qiáng)比高，平整度好、疊片系數(shù)高，沖片性能好；各向同性好；耐蝕性強(qiáng)；層間電阻高。具體實(shí)施例方式下面進(jìn)行詳細(xì)描述各實(shí)施例的冶煉成分見表1:表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3、根據(jù)表1的成分設(shè)計(jì)，進(jìn)行冶煉及軋制，其按照工藝步驟1)采用潔凈鋼的冶煉工藝進(jìn)行冶煉，并連鑄成坯；2)將連鑄成坯加熱到950130(TC，控制其在爐時(shí)間1.53個(gè)小時(shí)；3)進(jìn)行粗軋，控制其出口溫度為800105(TC，其累計(jì)壓下率控制為9095%;4)進(jìn)行精軋，控制其前4道次的累計(jì)壓下率為8095%，冷軋溫度控制在700900°C;5)進(jìn)行巻取，其巻取溫度控制在600800°C;6)自然冷卻至室溫；7)進(jìn)行酸洗，酸洗液溫度控制在70IO(TC，并采用水冷卻至《30°C，酸洗時(shí)間為15》#;8)進(jìn)行冷軋，根據(jù)用戶對鋼板厚度要求控制各道次壓下率；9)進(jìn)行脫碳，脫碳溫度控制在750950°C，通板速度為50120米/分鐘，露點(diǎn)溫度控制在O60°C;10)進(jìn)行均熱，均熱溫度控制在750950°C，通板速度為50120米/分鐘，在H2和N2混合氣或全H2氣氛中進(jìn)行；11)按常規(guī)進(jìn)行冷卻、涂層及精整。各實(shí)施例的工藝控制參數(shù)見表24。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5為實(shí)施例產(chǎn)品經(jīng)檢測后的性能.表5<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求含Cr無取向電工鋼，其化學(xué)組分及重量百分比為C0.001～0.015％，Mn0.2～0.8％，Cr0.1～0.8％，Al0.1～1.4％，Si0.1～0.9％，P≤0.08％，S≤0.015％，N≤0.008％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；同時(shí)。要滿足Si+Al之和在0.2～2.0％。2.如權(quán)利要求l所述的含Cr無取向電工鋼，其特征在于Si+Al之和在0.50.9%。3.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的含Cr無取向電工鋼的方法，其步驟1)采用潔凈鋼的冶煉工藝進(jìn)行冶煉，并連鑄成坯；2)將連鑄成坯加熱到950130(TC，控制其在爐時(shí)間1.53個(gè)小時(shí);3)進(jìn)行粗軋，控制其出口溫度為800105(TC，其累計(jì)壓下率控制為9095%;4)進(jìn)行精軋，控制其前4道次的累計(jì)壓下率為8095%，冷軋溫度控制在700900°C;5)進(jìn)行巻取，其巻取溫度控制在600800°C;6)自然冷卻至室溫；7)進(jìn)行酸洗，酸洗液溫度控制在7010(TC，并采用水冷卻至《30(TC，酸洗時(shí)間為15》#;8)進(jìn)行冷軋，根據(jù)用戶對鋼板厚度要求控制各道次壓下率；9)進(jìn)行脫碳，脫碳溫度控制在750950°C，通板速度為50120米/分鐘，露點(diǎn)溫度控制在O60°C;10)進(jìn)行均熱，均熱溫度控制在750950°C，通板速度為50120米/分鐘，在H2和N2混合氣或全H2氣氛中進(jìn)行；11)按常規(guī)進(jìn)行冷卻、涂層及精整。全文摘要本發(fā)明涉及含Cr無取向電工鋼及其生產(chǎn)方法。其解決目前存在的內(nèi)在磁性能與沖片工藝性能存在矛磁性能越好，其屈強(qiáng)比越低、沖片工藝性能越差，邊緣磁性惡化效應(yīng)越嚴(yán)重等問題。措施本發(fā)明化學(xué)組分及重量百分比為C0.001～0.015％，Mn0.2～0.8％，Cr0.1～0.8％，Al0.1～1.4％，Si0.1～0.9％，P≤0.08％，S≤0.015％，N≤0.008％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；同時(shí)。要滿足Si+Al之和在0.2～2.0％；其方法潔凈鋼工藝冶煉并連鑄成坯；對坯加熱；粗軋；精軋，控制其前4道次的累計(jì)壓下率為80～95％；卷取；自然冷卻至室溫；酸洗；冷軋；脫碳；均熱；按常規(guī)進(jìn)行冷卻、涂層及精整。本發(fā)明內(nèi)在磁性好、屈強(qiáng)比高、沖片工藝性能優(yōu)良。文檔編號C22C38/18GK101713047SQ20091027333公開日2010年5月26日申請日期2009年12月22日優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日發(fā)明者萬政武,余洪鋼,馮大軍,劉其中,葉九美,姚成君,孔勇江,杜光梁,柳志敏,毛炯輝,祝曉波,胡守天,蔡延博,郭小龍,駱忠漢,黃璞申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司