CN100372964C

CN100372964C - 无取向电工钢及其制造方法

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Publication number: CN100372964C
Application number: CNB2005100273137A
Authority: CN
Inventors: 刘自成; 黄望牙; 刘永勤
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: CN1888111A

Abstract

本发明涉及一种电工钢及其制造方法，特别涉及到一种无需常化热处理且性能优良的中牌号(S20、S18甚至S14)无取向电工钢及其制造方法，解决目前防止瓦楞状缺陷需要进行设备改造以及需进行热轧板常化工序等技术问题。无取向电工钢，组成元素的重量百分比为：C：0.006%～0.010%，N：≤0.0030%，Si：0.80%～1.30%，Mn：0.70%～1.30%，P：≤0.030%，S：≤0.005%，Al：0.50%～1.00%，Sb：0.0050%～0.050%，B：0.0005%～0.0050%，Ca或REM：0.0010%～0.005%，其余为铁和不可避免的夹杂。制造方法工艺步骤为：铁水预处理、冶炼、二次精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、成品退火及绝缘膜涂敷，在热轧阶段采用800℃～840℃的低温终轧、≥700℃高温卷取。本发明的产品主要是用作生产电机铁芯的软磁合金材料。

Description

无取向电工钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电工钢及其制造方法，特别涉及到一种无需常化热处理且性能优良的中牌号(S20、S18甚至S14)无取向电工钢及其制造方法，本发明的产品主要是用作生产电机铁芯的软磁合金材料，制造工艺生产过程包括铁水预处理、冶炼、二次精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、成品退火及绝缘膜涂敷。

背景技术

当采用连铸法生产无取向电工钢时，并且电工钢化学成分为：C<0.01％、Si+Al>1.50％、Mn<0.50％，其余为铁和不可避免的杂质时，由于加热和热轧过程中，基本不发生αγ相变，铸造组织的巨大(100)柱状晶在热轧过程中由于动态回复和再结晶缓慢而不能彻底破碎，在热轧板板厚的中心附近形成十分粗大的沿轧向延伸的变形晶粒，其宽度约在0.2mm～0.5mm之间，主要是形变储存能极低的(100)<011>纤维织构，在以后冷轧和退火过程中难以发生再结晶，在成品板表面引起沿轧向凹凸不平的瓦楞状缺陷，使电工钢板的叠片系数降低约2％，磁性变坏、绝缘膜层间电阻下降及产生磁性不均匀。

以前降低无取向电工钢板瓦楞状缺陷在连铸过程中采用电磁搅拌(特公昭53-114609号公报)、低温浇铸法(特公昭49-39526号公报)防止出现瓦楞状缺陷。粗轧终轧温度>900℃，粗轧最后一道次压下率>50％，成品板瓦楞状缺陷消失(特公昭53-2332号公报)或控制精轧终轧温度>1000℃、热轧后1～7秒内不喷水冷却，并在<700℃卷取，也可以防止瓦楞状缺陷(特公昭62-54023号公报)。上述采用电磁搅拌防止瓦楞状缺陷(特公昭53-114609号公报)，要进行重大设备改造，并且电磁搅拌设备不易操作和维护；采用低温浇铸法(特公昭49-39526号公报)时，连铸过程不易控制，结晶器中夹杂物不易上浮，连铸坯内夹杂物数量增多，影响最终产品质量；采用特公昭53-2332号公报的方法，不但要求粗轧机组能力高，而且粗轧最后一道次压下率过大，造成粗轧板坯的板型难以控制，影响精轧操作；采用特公昭62-54023号公报的方法，要求连铸坯加热温度提高至1250℃以上，易造成连铸坯塌腰，影响辊道输送及在连铸坯内部产生内裂纹。

宝钢在2003申请的中国专利“消除中牌号无取向电工钢瓦楞状缺陷的制造方法”虽然无需进行大规模的设备改造，并可以省掉热轧板常化工序，就可以完全消除瓦楞状缺陷(高度>3μm的瓦楞状缺陷发生率小于5％)；但是生产工艺控制精度要求高难度大，尤其大道次压下率轧制，造成轧机负载较大，板型控制较难；其次，由于在精轧机架采用粗面辊轧制，精轧机的轧制负荷很大，轧制效率降低，同时板型控制难度也较大；此外要保持辊面粗糙度，必要频繁地磨辊和换辊，影响生产节奏和效率。

发明内容

本发明的目的是提供性能优良的无取向电工钢及其制造方法，既可以消除上述方法的所有缺点，又无需进行任何设备改造，并可以省掉热轧板常化工序，而且能够完全消除瓦楞状缺陷(高度>3μm的瓦楞状缺陷发生率小于5％)，减少生产工序、降低生产难度和生产成本，成品的实物水平达到或超过川崎制铁S18牌号的水平。

本发明首先从优化中牌号无取向电工钢成分入手，设计出新型的合金体系，即控制钢中的C含量在0.006％～0.010％(最好在0.007％～0.009％)、降低钢中的硅含量至0.80％～1.30％、提高钢中的A1含量至0.50％～1.00％、控制Al+Si≤2.20％、Mn含量升高至0.70％～1.30％、添加0.0005％～0.0050％B和0.005％～0.050％Sb及Ca或REM处理技术、控制奥氏体稳定化指数A在1.0％～3.00％〖A＝2.54+40.53(％C+％N)+0.43(％Cu+％Ni+％Mn)-0.22(％Al)-2.64(％P+％S)-1.26(％Cr+Mo)-(％Si)〗，以保证在热轧过程中存在10％～30％的奥氏体相，如此在连铸坯加热、热轧过程中发生部分αγ循环相变以及利用γ和α在形变过程中流变行为的不协调性，破坏热轧板中心部位粗大的低形变储存能的(100)<011>变形晶粒，防止瓦楞状缺陷，抑制(111)织构发展、促进(100)织构的发展，提高钢带的磁通密度，降低铁损；其次采用800℃～840℃的低温终轧、≥700℃高温卷取，促进热轧板组织再结晶等轴化和晶粒粗大化以及第二相析出物(如AlN、MnS等)粗化，提高钢带的磁感，降低铁损。

◆C：钢中的C含量控制在0.006％～0.010％，最好0.007％～0.009％，在连铸坯加热、热轧过程中可以发生部分αγ循环相变，破坏热轧板中心部位粗大的低形变储存能的(100)<011>变形晶粒，防止瓦楞状缺陷，而且在后续的(冷轧钢带)连续退火过程中，能够快速容易脱碳(钢中C含量≤0.010％)，保持机组运行速率，提高生产率。

◆N：对于无取向电工钢，降低钢中的N含量有利于提高磁感、降低铁损、减小磁时效现象，原则上N含量越低越好，但考虑到炼钢成本和实际可操作性，N含量应≤30ppm。

◆Si：钢中的Si含量越高，钢带的铁损越低、磁时效越小、同时磁感也越低。对于中牌号无取向电工钢，当C<0.01％、Si>1.50％时，易形成瓦楞状缺陷，降低磁感、提高铁损，因此本发明钢中的硅含量上限控制在1.30％；当钢中硅含量低于0.80％时，造成铁损过高，达不到S20牌号的要求，因此钢中硅含量下限控制在0.80％。

◆Mn：Mn不但能够提高钢带的电阻率，降低铁损之作用，而且Mn还改善钢带的冷轧性能，均匀成品钢带的组织。加入0.70％以上的Mn能够有效抑制(111)织构的发展、促进(100)和(110)织构发展、提高无取向电工钢的磁感降低其铁损、还能够使析出的MnS粗大化、降低MnS对磁性的不利影响；此外Mn还能扩大奥氏体相区，增加热轧过程中的奥氏体数量，改善热轧板中心部位的织构分布状态，降低(100)<011>织构密度，具有消除瓦楞状缺陷的作用。但是当钢中Mn含量超过1.30％时，A₃点相变点温度过低，造成热轧终轧温度和成品退火温度过低，成品钢板晶粒尺寸过小，对磁性不利，而且还提高成本。

◆P：P对无取向电工钢钢带的脆化作用较大，随着Si+Al含量的升高，这种脆化作用更强；C含量低于0.010％时，P沿晶界偏聚更大，Mn又促进P向晶界偏聚，使钢带的弯曲数急剧降低，同时P还损害钢带的冷轧性能，对于中牌号无取向电工钢，P的上限控制在0.030％。

◆S：S对无取向电工钢的电磁性能影响很大，尤其大幅度提高铁损，当S与Mn形成沿轧向延伸的MnS夹杂时，磁感大幅度下降、铁损大幅度提高，原则上钢中S含量越低越好，但从炼钢成本和可操作性的角度，钢中的S含量应控制在50ppm以下。

◆Sb：Sb沿晶界偏聚阻碍在原热轧板晶界处(111)晶粒生核，促进在原热轧板中形变带附近(0kl)晶粒生核，改善热轧板和成品板的织构；在Sb-B高锰钢中B不仅能够防止细小的AlN粒子析出，而且沿晶界析出的BN粒子还可以作为(100)、(110)晶核的非均匀形核点，促进(100)和(110)织构的发展，进一步改善热轧板和成品板的织构，提高无取向电工钢的磁感、降低其铁损；在高锰钢中加入Sb还可以阻止热轧板表面增N及Si、Al氧化和氮化，即可以防止内氧化层和内氮化成形成，提高磁感、降低铁损。但是当Sb含量大于0.050％时，沿晶界偏聚的Sb过多，阻碍晶粒长大，热轧板和成品板晶粒细小，铁损增高，过多的Sb会造成晶界弱化，轧制过程中易出现断带现象；当Sb含量小于0.005％时，沿晶界偏聚的Sb过少，抑制晶界(111)晶粒生核能力不足，起不到有利的作用。因此Sb含量的控制范围为0.005％～0.050％。

◆B：B在钢中优先与N结合生成BN，抑制热轧过程中AlN析出，使AlN的危害作用减少，偏聚在晶界B抑制(111)晶粒生核，使(111)位向强度减少，组织粗化和磁性提高；B可以完全将N固定，减轻磁时效；钢中加B以后铸坯的加热温度对磁性不太敏感，加热工艺窗口加宽；此外，B偏聚在晶界可以防止钢中由于添加Sb、Sn等晶界偏聚而产生的脆化作用。但是当B添加量超过0.0050％时，生成成本增加，钢板的力学性能变坏；当B添加量低于0.0005％时，起不到有利的作用。因此B含量的控制范围为0.0005％～0.0050％。

◆Ca或REM：对钢进行Ca或REM处理，一方面可以进一步纯洁钢液，另一方面对钢中硫化物进行变性处理，使之变成不可变形的、稳定粗大的球状硫化物，提高电工钢的磁感、降低铁损。Ca或REM加入量的多少，取决于钢中S含量的高低，Ca或REM加入量过低，处理效果不大；Ca或REM加入量过多，形成Ca或REM氧化物夹杂，对磁性反而不利。一般控制Ca或REM含量按ESSP＝(wt％Ca)[1-124(wt％0)]/1.25(wt％S)，其中ESSP硫化物夹杂形状控制指数，取值范围0.5～5.0之间为宜，因此Ca或REM含量的最佳控制范围为0.0010％≤Ca≤0.005％或0.0010％≤REM≤0.005％。

◆Al：Al同Si一样，提高钢的电阻率、缩小γ相区、促进晶粒长大，降低铁损，尤其高Al含量时，促进粗大的AlN析出，减少AlN对不利磁性能的影响；Al可以促进(0kl)织构的发展、抑制(111)织构的发展，提高磁感、降低铁损及磁各向异性；Al还能够固定N，减小磁时效；此外Al与Si相比，Al对钢的强度、硬度和塑性的影响不如硅明显，从而改善了钢的冷轧性能。对于本发明钢，钢中Al含量为0.50％～1.00％时作用最佳，当钢中Al含量低于0.50％时，Al有利的作用不很明显；当钢中Al含量高于1.00％时，钢水粘度过大，影响浇铸的正常进行，甚至导致水口堵塞断流，因此控制Al含量在0.50％～1.00％。

本发明的技术方案是：无取向电工钢，组成元素的重量百分比为：

C：0.006％～0.010％

N：≤0.0030％

Si：0.80％～1.30％

Mn：0.70％～1.30％

P：≤0.030％

S：≤0.005％

Al：0.50％～1.00％

Sb：0.0050％～0.050％

B：0.0005％～0.0050％

Ca或REM：0.0010％～0.005％

其余为铁和不可避免的夹杂。

1.0％≤A≤3.0％，其中A为奥氏体稳定化指数，A＝2.54+40.53(％C+％N)+0.43(％Cu+％Ni+％Mn)-0.22(％Al)-2.64(％P+％S)-1.26(％Cr+Mo)-(％Si)。Al+Si≤2.20％，此外，钢中还可以含有Cu、Ni等元素。对无取向电工钢板的组成元素的配比进行进一步优化，得到优选后的重量配比范围是：

C：0.007％～0.009％

N：≤0.0030％

Si：0.90％～1.10％

Mn：0.90％～1.20％

P：≤0.030％

S：≤0.005％

Al：0.65％～0.85％

Sb：0.015％～0.030％

B：0.0010％～0.0030％

Ca或REM：0.0020％～0.004％

其余为铁和不可避免的夹杂。

1.5％≤A≤2.5％，其中A为奥氏体稳定化指数，A＝2.54+40.53(％C+％N)+0.43(％Cu+％Ni+％Mn)-0.22(％Al)-2.64(％P+％S)-1.26(％Cr+Mo)-(％Si)；此外，钢中还可以含有Cu、Ni等元素。其次，

本发明其生产过程为：铁水预处理、冶炼、二次精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、成品退火及绝缘膜涂敷。在热轧阶段采用800℃～840℃的低温终轧、≥700℃高温卷取，促进热轧板组织再结晶等轴化和晶粒粗大化以及第二相析出物(如AlN、MnS等)粗化，提高钢带的磁感，降低铁损。其余都按电工钢冶炼轧制常规工艺进行。

本发明的有益效果是：合金体系设计合理，无需改造任何生产设备、无需对现有生产工艺作重大调整，尤其无需热轧板常化处理，就可以制造出性能达到或超过S18水平且表面质量优良的无瓦楞状缺陷的中牌号无取向电工钢，降低了生产成本，提高了产品性价比和市场竞争力。

附图说明

图1为本发明实施例2热轧板组织金相图

图2为本发明实施例2成品板组织金相图

具体实施方式

实施例1：

发明钢A含有C：0.0086％、Si：0.95％、Al：0.84％、Mn：1.03％、Sb：0.023％、B：0.0017％、REM：0.0031％，其余为铁和不可避免的杂质，终轧温度为823℃，706℃卷取，成品板中没有出现≥3μm高度的瓦楞状缺陷，磁性为：B50＝1.738T、P15/50＝3.235W/kg。

实施例2：

发明钢B含有C：0.0068％、Si：1.06％、Al：0.78％、Mn：0.97％、Sb：0.026％、B：0.0024％、REM：0.0026％、Cu：0.10％、Ni：0.12％，其余为铁和不可避免的杂质，终轧温度为831℃，717℃卷取，成品板中没有出现≥3μm高度的瓦楞状缺陷，磁性为：B50＝1.735T、P15/50＝3.187W/kg。热轧板和成品板的金相组织见图1、2。

实施例3：

发明钢C含有C：0.0075％、Si：0.98％、Al：0.82％、Mn：1.08％、Sb：0.018％、B：0.0026％、REM：0.0016％，其余为铁和不可避免的杂质，终轧温度为825℃，715℃卷取，成品板中没有出现≥3μm高度的瓦楞状缺陷，磁性为：B50＝1.741T、P15/50＝3.217W/kg。

实施例4：

发明钢D含有C：0.0068％、Si：1.06％、Al：0.67％、Mn：0.94％、Sb：0.025％、B：0.0021％、REM：0.0036％，其余为铁和不可避免的杂质，终轧温度为828℃，703℃卷取，成品板中没有出现≥3μm高度的瓦楞状缺陷，磁性为：B50＝1.734T、P15/50＝3.192W/kg。

实施例5：

发明钢E含有C：0.0048％、Si：0.86％、Al：0.92％、Mn：0.94％、Sb：0.020％、B：0.0026％、REM：0.0027％，其余为铁和不可避免的杂质，终轧温度为818℃，712℃卷取，成品板中没有出现≥3μm高度的瓦楞状缺陷，磁性为：B50＝1.740T、P15/50＝3.152W/kg。

根据本发明，可以通过适当地控制钢中C含量的范围、新的合金体系设计并采用低温终轧，高温卷取工艺，不仅可以消除中牌号无取向电工钢瓦楞状缺陷，而且实物性能到达或超过S18水平；由于本发明技术不仅省略了热轧板常化工艺，而且无需任何设备改造，因而是一种工艺简单、成本低廉的生产性能优良的中牌号无取向电工钢的方法，具有很强的适应性、经济性和环保性。

Claims

1.无取向电工钢，组成元素的重量百分比为：

C：0.006％～0.010％

N：≤0.0030％

Si：0.80％～1.30％

Mn：0.70％～1.30％

P：≤0.030％

S：≤0.005％

Al：0.50％～1.00％

Sb：0.0050％～0.050％

B：0.0005％～0.0050％

Ca或REM：0.0010％～0.005％

其余为铁和不可避免的夹杂；

并控制1.0％≤A≤3.0％，其中A为奥氏体稳定化指数，A＝2.54+40.53(％C+％N)+0.43(％Cu+％Ni+％Mn)-0.22(％Al)-2.64(％P+％S)-1.26(％Cr+Mo)-(％Si)；无取向电工钢在冶炼轧制中需控制：在热轧阶段采用800℃～840℃的低温终轧、≥700℃高温卷取。

2.根据权利要求1所述的无取向电工钢，其特征是：Al+Si≤2.20％。

3.根据权利要求1所述的无取向电工钢，其特征是组成元素的重量百分比为：

C：0.007％～0.009％

N：≤0.0030％

Si：0.90％～1.10％

Mn：0.90％～1.20％

P：≤0.030％

S：≤0.005％

Al：0.65％～0.85％

Sb：0.015％～0.030％

B：0.0010％～0.0030％

Ca或REM：0.0020％～0.004％

其余为铁和不可避免的夹杂。

4.根据权利要求3所述的无取向电工钢，其特征是：1.5％≤A≤2.5％，其中A为奥氏体稳定化指数，A＝2.54+40.53(％C+％N)+0.43(％Cu+％Ni+％Mn)-0.22(％Al)-2.64(％P+％S)-1.26(％Cr+Mo)-(％Si)。