CN100446919C - 低铁损高磁感冷轧无取向电工钢板的生产方法 - Google Patents

Abstract

低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法，其包括如下步骤：a.成分为C≤0.0050%，Si≤2.50%，Al≤1.0%，且Si+2Al≤2.50%，Mn：0.10%～1.50%，P≤0.20%，S≤0.005%，N≤0.0025%，可添加Sn、Sb中的一种或两种，总量不超过0.2%，其余为铁和不可避免杂质，以上为重量百分比；b.冶炼、连铸、热轧；c.常化处理，将所得到的热轧板进行常化处理：以5～15℃/s的加热速度升高到Ac₁以上、1100℃以下温度进行均热，均热时间：10s≤t≤90s；冷却，采用两阶段冷却：以≤15℃/s将钢带冷却到650℃以下，然后以保证板型前提下的速度冷却到80℃以下；d.冷轧轧制成冷轧板；e.退火处理，以制成冷轧无取向电工钢板。

Description

低铁损高磁感冷轧无取向电工钢板的生产方法

技术领域

本发明涉及冷轧无取向电工钢板，尤其涉及一种具有优异磁性能冷轧无取向电工钢板的生产方法。

背景技术

高磁感低铁损冷轧无取向电工钢是近年来无取向电工钢开发的热点，它是适应于近年来对各类电机、电子变压器铁芯等高效率、小型化的要求而发展的。电机的损耗主要包括两个部分，一是铁损，即铁芯损耗，另一个是铜损，即导线电阻所引起的损耗。对冷轧无取向电工钢来说，铁损主要由磁滞损耗和涡流损耗组成。一般情况下，为了降低涡流损耗，采取提高钢中的Si、Al等元素的含量以增加钢的电阻以及厚度减薄等措施达到，但Si、Al等元素含量的增加必然会降低钢板的磁感应强度，厚度减薄到一定的程度会带来钢厂冷加工困难以及用户使用成本增加等问题。因此从冶金因素控制来说降低铁损和提高磁感往往矛盾的。提高磁感、降低铁损的方法一般有下列几种：①降低Si的含量，提高钢质的纯净度，以达到低硅含量时保持高磁感条件下，得到较低的铁损，如中国专利申请号95105753.7、日本专利特开平8-3699等；②在钢中添加改善成品织构的元素，如使用添加Sn、Sb、Cu等；如中国专利③对热轧板进行常化处理这几种方法单独使用或复合使用。第一种方法对冶炼提出了很高的要求，如日本NKK公司开发了极低硫系列高效率无取向电工钢，S的含量要求达到10ppm以下，以减少阻碍晶粒生长的硫化物，开发的产品以及制造技术在文献まてりぁ第41卷第2号(2002)P114～116以及相关的几十件专利上有描述。第二种方法提高了钢的合金成本。第三方法对提高磁感十分有效，成本也很低，以至于第一种和第二种往往也需要与第三种方法结合使用。对热轧板常化的目的是为了使热轧板在冷轧前得到粗大的晶粒组织，使冷轧板退火时获得强度高的(0kl)织构(The Sumitomo Search No.44December 1990，P120～125)。热轧板晶粒越粗大，成品磁感越高。常化温度一般不超过Ac1，从而避免常化过程中发生α→γ→α相转变，晶粒组织细化，反而对最终成品织构改善不利(昭63-210238，昭64-55338)。因常化温度的限制，为获得较粗大的晶粒组织，必须增加常化时间，如利用罩式炉退火1h以上，或在连续退火炉中退火2min以上。即便如此由于常化温度较低，晶粒粗化效果有限，磁感改善的效果有限。T.Kumano等研究表明在两相区常化30min，冷却速度低至0.2℃/s可以获得最粗大的热轧板晶粒组织，磁感最好(Journal of Materials Engineering and performance.V0l.4(4)，August 1995，P401～412)。前一种方式热轧板在退火炉中均热段处理很长时间，而后一种方式不但常化时间长，而且冷却时间很长，这两种方式均增加退火炉的长度，设备投资大，成本高。

发明内容

鉴于现有状况，本发明的目的在于提供一种无取向电工钢常化处理成本低、低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法。

为达到上述目的，本发明的低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法，其包括如下步骤：

a.电工钢带的成分为C≤0.0050％，Si 0.1％～2.50％，Al≤1.0％，且Si+2Al≤2.50％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.20％，S≤0.005％，N≤0.0025％，可添加Sn、Sb中的一种或两种，总量不超过0.2％.其余为铁和其它不可避免杂质，以上为重量百分比；

b.冶炼、连铸、热轧；

c.常化处理，将所得到的热轧板进行常化处理，

以5～15℃/s的加热速度升高到Ac₁以上、1100℃以下温度进行均热，均热时间：10s≤t≤90s；

冷却，采用两阶段冷却：首先从高温状态以≤15℃/s的冷却速度将钢带冷却到650℃以下，然后以保证板型前提下的速度冷却到80℃以下；

d.冷轧，以70～90％压下率轧制成冷轧板；

e.退火处理，对冷轧板进行最终退火和涂层处理，以制成全工艺型冷轧无取向电工钢板。

进一步，冷轧板退火后，或退火涂层后再进行1～10％的平整，以制成半工艺型冷轧无取向电工钢板。

无取向电工钢成品一般分为全工艺和半工艺两种形式。全工艺是指钢板表面有涂层，用户冲片(电机铁芯片)后直接组装成电机铁芯使用；半工艺是指钢板表面无涂层或有涂层，用户冲片(电机铁芯片)后需要对铁芯片进行进一步退火处理后才能组装成电机铁芯使用。

热轧板常化处理后平均晶粒尺寸达到100μm以上。

本发明的原理介绍如下：

本发明者深入研究了常化温度、时间与冷却制度对晶粒组织与磁性的影响。将C：0.0030％、Si：0.60％、Mn：0.25％、Al：0.25％，P：0.08％、S：0.0035％和N：0.0021％成分的连铸坯进行热轧，热轧板厚2.60mm。对热轧板进行不同工艺制度的常化处理，然后冷轧到0.50mm。对冷轧板进行750℃×30s退火，并进行磁性检测。结果见附图。

图1～图3中不同常化温度的时间为60s，650℃前的冷却速度为5℃/s；图4～图5中退火温度为1050℃，时间为60s；图6～图7中退火温度为1050℃，650℃前的冷却速度为5℃/s。本发明试验钢的Ac1温度为986℃。从试验结果可见，常化温度超过Ac1点，在高温短时的情况下对磁性并没有不利影响，反而可以进一步降低铁损，提高磁感。这主要是因为在钢质较为纯净的情况下，α与γ两相区转变范围小，在短时的情况下转变量小，相变对晶粒的影响不大。同时采用较低的冷却速度，可以进一步降低相变对晶粒和第二相析出物的影响。本发明对成分规定的原理如下：

C：0.005％以下。C是强烈阻碍晶粒长大的元素，引起铁损增加和磁时效，同时C是扩大γ相区的元素，过量的C使常化处理时α与γ两相区转变量增加，大大降低Ac1点，对结晶组织起细化作用，因此必须控制在0.005％以下。

Si：0.10％～2.5％。Si是增加电阻率元素，是电工钢最重要的合金元素，硅含量超过2.5％将不会发生相变，而低于0.1％将起不到降低铁损的作用。

Al：1.0％以下。Al是增加电阻率元素，是电工钢最重要的合金元素，超过1.0％将使冶炼浇注困难，磁感降低。同时(Si+2Al)超过2.5％将不会发生相变。因此规定(Si+2Al)不超过2.5％是十分必要的。

Mn：0.10％～1.50％。Mn与Si、Al一样可以增加钢的电阻率，降低铁损，同时改善电工钢表面状态，减少热脆的元素，因此有必要添加0.1％以上的含量。同时由于Mn是扩大γ相区的元素，为提高常化温度(Ac1点)，有必要将其含量限制在1.5％内。

P：0.2％以下。在钢中添加一定的磷可以改善钢板的加工性，但超过0.2％时反而使钢板冷轧加工性劣化。

S：0.005％以下。超过0.005％将使MnS等S化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。

N：0.0025％以下。超过0.0025％将使AlN等N化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。

Sn、Sb：表面偏析元素，添加少量可以改善成品织构，提高磁感。种或两种以上总含量超过0.2％时对性能的改善效果不明显提高。

本发明的优点在于

本发明突破了传统上常化温度在Ac1点以下的限制，通过提高常化温度，大大缩短了常化时间，晶粒进一步粗化(100μm以上)，同时联台冷却控制达到进一步使AlN等析出物聚集长大、粗化。以此可以得到冷轧板最终退火时(0kl)织构强、磁感高，同时晶粒易长大、铁损更低的高效无取向电工钢产品。同时常化时间的减少使常化机组建造投资和运营成本大大降低。

附图说明

图1为常化温度对热轧板晶粒尺寸的影响；

图2为常化温度对磁感的影响；

图3为常化温度对铁损的影响；

图4为冷却速度对磁感的影响；

图5冷却速度对铁损的影响；

图6为常化时间对磁感的影响；

图7为常化时间对铁损的影响。

具体实施方式

实施例1

转炉、RH真空处理及连铸得到表一所示成分的连铸坯，热轧成2.5mm厚热轧板。按照表2所示的工艺进行常化处理，此后酸洗、冷轧成0.50mm厚的冷轧板，并进行退火处理，然后表面涂覆绝缘层。磁性检测结果如表2所示。

表1wt％

实施例	C	Mn	P	Si	S	N	Al	Sn	Sb	Ac1(℃)
											1	0.0020	0.50	0.20	0.10	0.0030	0.0015	0.001			950
2	0.0015	0.10	0.018	2.49	0.0045	0.0015	0.001			1090
											3	0.0025	0.30	0.015	1.45	0.0043	0.0025	0.25			1052
4	0.0017	1.00	0.002	0.99	0.0021	0.0020	0.50			1022
											5	0.0050	1.50	0.02	0.15	0.0020	0.0018	1.00			1095
6	0.0030	0.35	0.085	0.23	0.0050	0.0015	0.30	0.10		1000
											7	0.0031	1.50	0.080	0.22	0.0030	0.0012	0.35		0.15	1000
8	0.0022	0.25	0.081	0.25	0.0045	0.0020	0.33	0.08	0.10	1000

表2

实施例2：

将实施例中表1成分1按照表2所示的常化工艺处理后，第一次冷轧后进行700℃×30s的退火，然后进行5％压下率平整到0.5mm，对磁性测量试样进行780℃×1h退火处理，并进行磁性测量，磁性检测结果如表3所示。

表3

从表2和表3可见，本发明的工艺所得到的成品板的磁性比对比例工艺(低温长时间或第一段更快速度冷却)所得到的成品板的磁性具有明显的优势。说明本发明规定成分与热轧工艺生产的热轧板通过Ac1点以上.1100℃以下高温短时退火、15℃/s冷却到650℃以下的常化处理后，再经冷轧、退火，可以得到磁感高、铁损低，且成本低的高效无取向电工钢产品。

Claims (4)

1.低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法，其包括如下步骤：

a.电工钢带的成分为C≤0.0050％，Si 0.1％～2.50％，Al≤1.0％，且Si+2Al≤2.50％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.20％，S≤0.005％，N≤0.0025％，其余为铁和其它不可避免杂质，以上为重量百分比；

b.冶炼、连铸、热轧；

c.常化处理，将所得到的热轧板进行常化处理；

以5～15℃/s的加热速度升高到Ac₁以上、1100℃以下温度进行均热，均热时间：10s≤t≤90s；

冷却，采用两阶段冷却：首先从高温状态以≤15℃/s的冷却速度将钢带冷却到650℃以下，然后以保证板型的前提下的速度冷却到80℃以下；

d.冷轧，以70～90％压下率轧制成冷轧板；

e.退火处理，对冷轧板进行最终退火和涂层处理，以制成全工艺型冷轧无取向电工钢板。

2.低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法，其包括如下步骤：

a.电工钢带的成分为C≤0.0050％，Si 0.1％～2.50％，Al≤1.0％，且Si+2Al≤2.50％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.20％，S≤0.005％，N≤0.0025％，添加Sn、Sb中的一种或两种，总量不超过0.2％，其余为铁和其它不可避免杂质，以上为重量百分比；

b.冶炼、连铸、热轧；

c.常化处理，将所得到的热轧板进行常化处理；

以5～15℃/s的加热速度升高到Ac₁以上、1100℃以下温度进行均热，均热时间：10s≤t≤90s；

冷却，采用两阶段冷却：首先从高温状态以≤15℃/s的冷却速度将钢带冷却到650℃以下，然后以保证板型的前提下的速度冷却到80℃以下；

d.冷轧，以70～90％压下率轧制成冷轧板；

e.退火处理，对冷轧板进行最终退火和涂层处理，以制成全工艺型冷轧无取向电工钢板。

3.低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法，其包括如下步骤：

a.电工钢带的成分为C≤0.0050％，Si 0.1％～2.50％，Al≤1.0％，且Si+2Al≤2.50％，Mn：0.10％～1.50％，P≤0.20％，S≤0.005％，N≤0.0025％，其余为铁和其它不可避免杂质，以上为重量百分比；

b.冶炼、连铸、热轧；

c.常化处理，将所得到的热轧板进行常化处理；

以5～15℃/s的加热速度升高到Ac₁以上、1100℃以下温度进行均热，均热时间：10s≤t≤90s；

冷却，采用两阶段冷却：首先从高温状态以≤15℃/s的冷却速度将钢带冷却到650℃以下，然后以保证板型的前提下的速度冷却到80℃以下；

d.冷轧，以70～90％压下率轧制成冷轧板；

e.退火处理，冷轧板退火后，或退火涂层后再进行1～10％的平整，以制成半工艺型冷轧无取向电工钢板。

4.如权利要求1或2所述的低铁损高磁感冷轧无取向电工钢带的生产方法，其特征是，热轧板常化处理后平均晶粒尺寸达到100μm以上。

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