本發(fā)明涉及一種無(wú)取向硅鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于用于中高頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的無(wú)取向硅鋼及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著電動(dòng)汽車（EV）和混合型汽車（HEV）機(jī)電產(chǎn)品向小型化、高精度化、高效率化方向發(fā)展，要求制作馬達(dá)鐵心的電工鋼板必須具有低鐵損和高磁通密度等優(yōu)良的電磁特性，特別是在薄規(guī)格、高磁感、低鐵損、涂層質(zhì)量和屈服強(qiáng)度等方面都有了更高的要求。但是，目前的工藝手段，很難在降低厚度的過(guò)程中獲得磁性合乎要求的產(chǎn)品，主要表現(xiàn)就是制作難度大、成材率低、磁性差。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求無(wú)取向電工鋼具有：1、薄規(guī)格，以滿足低損耗要求；2、低鐵損，以保證高速旋轉(zhuǎn)時(shí)溫度不超過(guò)規(guī)定值；3、高磁感，以減輕其重量和體積。4、機(jī)械性能適中，既要滿足高速?zèng)_片時(shí)強(qiáng)度不能太高、又要滿足電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)度不能太低的要求。
經(jīng)檢索：名稱為《具備低鐵損及優(yōu)良加工性能的無(wú)取向電工鋼及其制造方法》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)組分及wt%為：Si：1.5~2.5%，Al：1.0~3.0%， Si + Al：3.5~5.0%，Mn：≤1.0%，C≤0.010%，S+N+Ti≤0.006%，其余為Fe及殘余。其要求Al(%)≥Si(%)，經(jīng)過(guò)900~1200℃×20~300s常化、70~85%的冷軋壓下、900~1000×10~120s的成品退火制得無(wú)取向電磁鋼板薄帶。該文獻(xiàn)的各元素含量范圍較大，鋼質(zhì)純凈度要求高，熱處理工藝范圍過(guò)于寬泛，通過(guò)調(diào)節(jié)退火溫度和氣氛得到中頻性能較好的無(wú)取向電磁鋼板薄帶，其主要針對(duì)的是表面顯微硬度的控制，對(duì)性能的提升尤其是中高頻的磁性能未有說(shuō)明。
名稱為《磁性優(yōu)良的無(wú)取向電磁鋼板薄帶及其制造方法》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)組分及wt%為：Si：0.7~1.7%，Al：1.6~2.5%，Si + Al：2.5~3.7%， Mn：0.10~0.50%，C：≤0.005%，S：≤0.004%，其余為Fe及殘余。經(jīng)過(guò)常規(guī)工藝得到無(wú)取向電磁鋼板薄帶。該文獻(xiàn)的硅元素含量較低，由于常化溫度需≥950℃，影響后期軋制，故要求冷軋軋制最高溫度≥150℃，存在增加軋制難度與能耗控制。其最終獲得B5000/Bs≥0.83，P1.5/50≤2.5W/kg的磁性。生產(chǎn)中冷軋軋制負(fù)荷大，不經(jīng)濟(jì)。
名稱為《具備低鐵損及合適加工性能的無(wú)取向電工鋼及其制造方法》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)組分及wt%為：C≤0.010%，Mn:0.05~1.5%，Si+Al：1.5~4.0%，其余為Fe及殘余。其工藝為冷軋退火后晶粒尺寸≤50μm，通過(guò)去應(yīng)力退火（920~1020℃×60s以上）使晶粒長(zhǎng)大，獲得優(yōu)良磁性能。該文獻(xiàn)需要后續(xù)的去應(yīng)力退火，且去應(yīng)力退火的溫度還比較高，增加了推廣難度。
名稱為《一種冷軋無(wú)取向硅鋼薄帶的制造方法》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)成分及wt%為：C：≤0.005%，Si：≤1.0%，Mn：1.0~2.5%，P：≤0.15%，Al：1.5~3.5%，且Mn/Al：0.5~0.8，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)酸洗、?；屠滠埡笸嘶鹛幚碇频?。該文獻(xiàn)基于高Si和高Al-Mn成分，調(diào)整磁流密度提高磁性能，同時(shí)還降低了生產(chǎn)成本。但沒(méi)有提高具體性能情況，中高頻性能也沒(méi)有提及。
名稱為《一種高加工性能冷軋無(wú)取向硅鋼薄帶及其制造方法》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)成分及wt%為：C：≤0.010%，Si：0.1~4%，Mn：0.5~1.5%，Al：0.1~4%，且Si+Mn+Al：0.7~5%，S：≤0.0040%，Ti：≤0.0025%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。晶粒尺寸可達(dá)50μm，采用兩次法中間退火工藝，成品退火溫度在700~950℃。所述范圍均很寬泛，無(wú)清晰的性能指標(biāo)。
名稱為《一種低鐵損、優(yōu)良加工性能冷軋無(wú)取向硅鋼薄帶及其制造方法》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)成分及wt%為：C：≤0.010%，Si：0.1~4%，Mn：0.1~1.5%，Al：0.1~4%，且Si+Mn+Al：0.7~5%，S：≤0.0040%，REM：0.0005~0.0020%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。晶粒尺寸≤50μm，采用兩次法中間退火工藝，成品退火溫度在700~950℃。沖片后還需進(jìn)行去應(yīng)力退火，增加了用戶推廣難度，且成份范圍過(guò)于寬泛。
名稱為《一種去應(yīng)力退火后磁性優(yōu)良易加工的冷軋無(wú)取向硅鋼薄帶》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)成分及wt%為：C：≤0.010%，Si：1.5~2.5%，Mn：0.5~2.0%，Al：1.0~3.0%，且Si+2Al -Mn：≥2%，S：≤0.0040%，Ti：≤0.0020%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，還可以添加Sn：0.02~0.04%和Cu：0.1~1.0%。維氏硬度在晶粒尺寸≤100μm時(shí)≤180，750℃×2h去應(yīng)力退火后會(huì)有10%以上的增長(zhǎng)。沖片后也還需進(jìn)行去應(yīng)力退火，增加了用戶推廣難度，且成份范圍過(guò)于寬泛。
名稱為《一種軋向與縱向磁性能均優(yōu)異的冷軋無(wú)取向硅鋼薄帶制造方法》的日本專利文獻(xiàn)，其公開(kāi)了化學(xué)成分及wt%為：C：≤0.002%，Si：0.1~0.8%，Mn：0.1~1.5%，Al：0.3~2.0%，且Si+2Al -Mn：≥2%，S：≤0.0020%，N：≤0.0020%，Ti：≤0.0020%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中V：≤0.003%，Zr：≤0.003%，Nb：≤0.003%，As≤0.003%。常化后在平均晶粒尺寸≥300μm，冷軋時(shí)壓下率85~95%,經(jīng)過(guò)成品退火700~950℃×10~60s后制得軋向與縱向磁性能均優(yōu)異的無(wú)取向硅鋼。專利中范圍過(guò)于寬泛，未能表征出實(shí)際性能。
在現(xiàn)有技術(shù)中，用于制備高速電機(jī)用的薄無(wú)取向硅鋼的磁性能均以P1.0/400及B5000值的高低表征無(wú)取向硅鋼的磁性能的好壞。本發(fā)明申請(qǐng)將就該項(xiàng)指標(biāo)提出一種成份范圍更為精準(zhǔn)，性能更加優(yōu)異的冷軋無(wú)取向硅鋼及其生產(chǎn)方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種成份范圍更為精準(zhǔn)，磁性（P1.0/400≤13.5w/kg，B5000≥1.65T、加工性能優(yōu)良即屈強(qiáng)比在0.74~0.78的中高頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)用0.27mm厚無(wú)取向硅鋼及生產(chǎn)方法。
實(shí)現(xiàn)上述目的的措施：
中高頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)用0.27mm厚無(wú)取向硅鋼，其組分及重量百分比含量為：C：≤0.0028%，Si：2.61～3.05%，Al：1.05～1.48%，Mn：0.22～0.48%，Sn：0.14~0.49%，P≤0.022%，S: 0.0015～0.0029％，N：0.001～0.0025％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；并同時(shí)控制：C+S+N+O總量在≤0.010%，Si+Mn+Al+Sn總量在4.34～5.20%， Mn/S在100～320，Al/N在600～980。
生產(chǎn)中高頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)用0.27mm厚無(wú)取向硅鋼的方法，其步驟：
1）采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行冶煉并澆鑄成錠，控制終點(diǎn)鋼水中：C+S+N+O總量在0～0.010%，Si+Mn+Al+Sn總量在4.34～5.20%， Mn/S在100～320，Al/N在600～980；
2）經(jīng)開(kāi)坯后加熱：控制加熱溫度在910～960℃，并在此溫度下保溫45～75min；
3）進(jìn)行熱軋，控制精軋終軋溫度在780～820℃；熱軋至板厚2.0～2.5mm；
4）進(jìn)行?；撼；訜釡囟瓤刂圃?20～960℃，并在此溫度下保溫3～5min；
5）進(jìn)行酸洗：酸液溫度控制在82～92℃；
6）進(jìn)行冷軋：冷軋累計(jì)壓下率控制在85～90%，成品厚度在0.27±0.010mm；
7）進(jìn)行成品退火：在H2：N2=1:1的混合氣中進(jìn)行，退火溫度控制在880~990℃，并在此退火溫度下保溫150～250s；
8）按常規(guī)進(jìn)行冷卻、剪切、制樣、磁性與機(jī)械性能測(cè)量。
其在于：成品退火溫度按照：
T=837+(2.1×107) ×[S]×[N]計(jì)算，
式中：T—表示成品退火溫度，單位為：℃，
S—表示成品鋼板中的硫的含量，采用純小數(shù)計(jì)算，
N—表示成品鋼板中的氮的含量，采用純小數(shù)計(jì)算。
本發(fā)明中各元素的作用及工藝控制要點(diǎn)：
C：為有害元素，當(dāng)含量超過(guò)0.0028%時(shí)，一方面在使用中會(huì)產(chǎn)生磁時(shí)效、導(dǎo)致的鐵損惡化；另一方面較多的碳會(huì)增加脫碳的成本，因此必須控制在≤0.0028%。
Si：能夠增加成品的電阻率并降低鐵損；但是Si含量增加會(huì)導(dǎo)致冷軋困難并降低磁感，因此，為保證合格的高頻性能需控制Si的含量在2.61～3.05%之間。
Al：同Si一樣能夠增加電阻率，降低鐵損，對(duì)磁感也有一定的惡化，因此，Al的含量控制在1.05～1.48%范圍內(nèi)；本專利Al的含量比常規(guī)牌號(hào)要多，主要從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮的。其一，加Al有利于退火后晶粒粗大和成品織構(gòu)改善，降低鐵損；其二，加Al比加Si具有相對(duì)較小的加工硬化，有利于減少冷軋板邊裂；其三，加Al有利于改善硅鋼片的沖片加工性。另外，因?yàn)锳lN的彌散析出在成品退火過(guò)程中會(huì)阻礙晶粒長(zhǎng)大，而N是不可完全去除的雜質(zhì)元素，因此，要求Al/N控制在600～980之間；優(yōu)選地，Al/N控制在740～840之間。
Mn：能改善熱軋板組織和織構(gòu)，促使（100）和（110）組分加強(qiáng)，（111）組分減弱，對(duì)提高磁性有利；Mn容易與S形成MnS，粗大的MnS有利于晶粒長(zhǎng)大降低鐵損；錳是γ相區(qū)形成元素，過(guò)多的錳會(huì)縮小鐵素體區(qū)域，降低成品退火溫度不利于晶粒的長(zhǎng)大，因此Mn含量在0.22%～0.48%。另外，因?yàn)镸nS的彌散析出在成品退火過(guò)程中會(huì)阻礙晶粒長(zhǎng)大，而S是不可完全去除的雜質(zhì)元素，因此，要求Mn/S控制在100～320之間；優(yōu)選地，Mn/S控制在150～250之間。
Sn：易在晶界處偏聚，可使（100）[uvw]組分加強(qiáng)和晶粒粗化并阻礙（111）再結(jié)晶晶核的形成，從而改善磁性；但含量超過(guò)0.15%在冷軋時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋，而且會(huì)增加成本，因此Sn含量在0.14%～0.49%。
本發(fā)明的主要合金元素為硅、錳、鋁和錫，是保證成品性能的必要條件。之所以將Si+Mn+Al+Sn限定在4.34~5.20%范圍內(nèi)，就是因?yàn)楣?、錳、鋁和錫不僅能降低高頻鐵損，要求其含量之和≥4.34%，使得P1.0/400≤13.5w/kg；同時(shí)也降低磁感，要求其含量之和≤5.20%，使得B5000≥1.65T；此外，用于中高頻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的材料也需要有一定的強(qiáng)度并具有適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比，保證沖片加工性能。
碳、硫、氮、氧：均是本發(fā)明的雜質(zhì)元素，對(duì)磁性能不利，需要嚴(yán)加控制，因此要求0<C+S+N+O≤0.010％。
磷是殘余元素，對(duì)磁性能不利，要求控制P≤0.022%。
工藝控制方面：
本發(fā)明之所以將鋼錠的開(kāi)坯加熱溫度設(shè)計(jì)為910～960℃、保溫時(shí)間控制在45～75min，主要考慮的是一方面要將鋼錠燒透，即熱到910℃以上、保溫45min以上；另一方面盡量減少燒損和控制MnS、AlN和Cu2S等第二相粒子的固溶。
本發(fā)明之所以將熱軋加熱溫度控制在880～920℃，保溫50～70min，主要是因?yàn)榈陀?80℃，熱軋機(jī)軋制壓力大，難以軋到目標(biāo)厚度；高于920℃，容易析出MnS、AlN和Cu2S等第二相粒子，對(duì)產(chǎn)品性能不利；保溫時(shí)間控制在50～70min，主要是為了便于各成分的對(duì)比和控制第二相粒子固溶量的需要；之所以將終軋溫度控制在780～820℃，主要是低于780℃，因軋制壓力大難以軋到目標(biāo)厚度；高于820℃易產(chǎn)生較多的氧化鐵皮，不利于后工序的酸洗。
本發(fā)明之所以將?；訜釡囟瓤刂圃?20～960℃，保溫3～5min，主要是因?yàn)闇囟鹊陀?20℃和保溫時(shí)間小于3min，均不能達(dá)到組織均勻化；溫度高于960℃和保溫時(shí)間大于5min，既容易析出第二相粒子又造成能源浪費(fèi)、也不利于之后的軋制。
本發(fā)明之所以將冷軋累計(jì)壓下率控制在85～90%，主要受原料厚度和成品厚度的約束。壓下率太小，軋制道次較多，成品板型反而不好；不利于形成對(duì)磁性能有利的冷軋變形織構(gòu)。
本發(fā)明之所以將成品退火溫度控制在880～990℃，保溫150～250s，因?yàn)闇囟鹊陀?80℃和保溫時(shí)間小于150s，會(huì)使再結(jié)晶晶粒較小不利于降低鐵損；溫度高于990℃和保溫時(shí)間大于250s，則成品組織的晶粒度過(guò)大對(duì)沖片性不利。其退火溫度頁(yè)可根據(jù)成分中的[S]、[N]含量，按照退火溫度T[℃]=837+(2.1×107) ×[S]×[N]計(jì)算其退火溫度。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)， [S]、[N]含量高在熱軋時(shí)會(huì)生成相對(duì)較多的MnS、AlN和Cu2S等第二相粒子，需要更高的退火溫度來(lái)促使晶粒長(zhǎng)大。
本發(fā)明通過(guò)冶煉過(guò)程中的成分（Si+Mn+Al+Sn，Mn/S，Al/N）控制，就是為了充分發(fā)揮主要合金元素在物理冶金中的有利作用；通過(guò)嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素總量和工藝優(yōu)化，生產(chǎn)出磁性能和加工性能兼顧的一種中高頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無(wú)取向電工鋼。一方面可以降低中高頻鐵損提高磁感實(shí)現(xiàn)磁性能優(yōu)良；另一方面保證成品板具有適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比，滿足用戶沖片加工的需要。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在保證磁性能P1.0/400≤13.5w/kg，B5000≥1.65T的前提下，兼顧機(jī)械性能的指標(biāo)強(qiáng)比在0.74~0.78，能滿足制造中高頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)鐵芯的使用要求。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述：
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能檢測(cè)情況列表。
本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn)：
1）采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行冶煉并澆鑄成錠，控制終點(diǎn)鋼水中：C+S+N+O總量在0～0.010%，Si+Mn+Al+Sn總量在4.34～5.20%， Mn/S在100～320，Al/N在600～980；
2）經(jīng)開(kāi)坯后加熱：控制加熱溫度在910～960℃，并在此溫度下保溫45～75min；
3）進(jìn)行熱軋，控制精軋終軋溫度在780～820℃；熱軋至板厚2.0～2.5mm；
4）進(jìn)行?；撼；訜釡囟瓤刂圃?20～960℃，并在此溫度下保溫3～5min；
5）進(jìn)行酸洗：酸液溫度控制在82～92℃；
6）進(jìn)行冷軋：冷軋累計(jì)壓下率控制在85～90%，成品厚度在0.27±0.010mm；
7）進(jìn)行成品退火：在H2：N2=1:1的混合氣中進(jìn)行，退火溫度控制在880~990℃，并在此退火溫度下保溫150～250s；
8）按常規(guī)進(jìn)行冷卻、剪切、制樣、磁性與機(jī)械性能測(cè)量。
步驟7）中，成品退火溫度也可按照：
T=837+(2.1×107) ×[S]×[N]計(jì)算，
式中：T—表示成品退火溫度，單位為：℃，
S—表示成品鋼板中的硫的含量，采用純小數(shù)計(jì)算，
N—表示成品鋼板中的氮的含量，采用純小數(shù)計(jì)算。
表1 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表（wt%）
表2 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表（一）
續(xù)表2 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表（二）
表3 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能檢測(cè)情況列表
從表3看出，對(duì)比例1：因Si+Mn+Al+Sn=3.16%<4.34%，C+S+N+O=0.0101%>0.010％，且Mn/S=46＜100，Al/N=274＜600，導(dǎo)致P1.0/400=17.11＞13.5W/kg，B5000=1.635＜1.65T，磁性能不合，且屈強(qiáng)比=0.67<0.74，磁感屈強(qiáng)比偏低；對(duì)比例2：因Si+Mn+Al+Sn=3.39%<4.34%，C+S+N+O = 0.0107%＞0.010％，且Al/N=254＜600，即使Mn/S=165＞100，也導(dǎo)致P1.0/400=17.11＞16.99W/kg，B5000=1.607＜1.65T和屈強(qiáng)比=0.72＜0.74, 高頻磁性不合和屈強(qiáng)比偏低；對(duì)比例3：因Si+Mn+Al+Sn=3.79%＜4.34%，且C+S+N+O= 0.0124% >0.010％，Mn/S=73＜100，即使Al/N=620＞600，仍導(dǎo)致B5000=1.626≤1.65T和屈強(qiáng)比=0.84＞0.78，磁感偏低和屈強(qiáng)比偏高。對(duì)比例17：雖然C+S+N+O = 0.0085%<0.010％，但Si+Mn+Al+Sn=5.63%>5.20%，且Mn/S=458＞320，即使Al/N=732＞600，仍導(dǎo)致P1.0/400=14.15＞13.5W/kg，屈強(qiáng)比=0.82>0.78，高頻鐵損與屈強(qiáng)比偏高；對(duì)比例18：雖然C+S+N+O = 0.0086%< 0.010％，但Si+Mn+Al+Sn=5.87%>5.20%，導(dǎo)致P1.0/400=16.40>13.5w/kg和屈強(qiáng)比=0.87>0.78，鐵損和屈強(qiáng)比偏高；對(duì)比例19：因C+S+N+O = 0.0112% > 0.010％和Si+Mn+Al+Sn=6.06%>5.20%，導(dǎo)致P1.0/400=16.12>13.5w/kg，屈強(qiáng)比=0.89>0.78，鐵損和屈強(qiáng)比偏高；對(duì)比例20：因C+S+N+O = 0.0128%>0.010％和Si+Mn+Al+Sn= 5.95% >5.20%，導(dǎo)致P1.0/400=13.90>13.5w/kg和屈強(qiáng)比=0.80>0.73，鐵損和屈強(qiáng)比偏高。只有Si+Mn+Al+Sn控制在4.34～5.20%，且C+S+N+O≤ 0.010％、Mn/S控制在100～320之間、Al/N控制在600～980之間的實(shí)施例，才能同時(shí)滿足磁性能（P1.0/400≤13.5w/kg，B5000≥1.65T）和機(jī)械性能(0.74≤屈強(qiáng)比≤0.78)要求。
本具體實(shí)施方式僅為最佳例舉，并非對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制性實(shí)施。