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CN110241359A - 一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法 - Google Patents

一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法 Download PDF

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CN110241359A
CN110241359A CN201910697082.2A CN201910697082A CN110241359A CN 110241359 A CN110241359 A CN 110241359A CN 201910697082 A CN201910697082 A CN 201910697082A CN 110241359 A CN110241359 A CN 110241359A
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electrical steel
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张振海
裴英豪
施立发
夏雪兰
祁旋
占云高
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Original Assignee
Maanshan Iron and Steel Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法，所述超高效定频压缩机用无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：Si：1.0％～1.90％；Als：0.20％～0.9％；Mn：0.10％～0.60％；P：0.01％～0.20％；C：≤0.01％；S：≤0.02％；N：≤0.02％；Ti：≤0.01％；C+S+N+Ti：≤100ppm，其余成分为Fe及不可避免的杂质元素。通过合理的成分设计，配合热轧、常化、冷轧、连退等工艺技术优化，获得0.5mm厚度，P1.0/50≤3.20W/kg，B5000≥1.72T，屈服强度Rp0.2≤350MPa，横纵向强度差△Rp0.2≤10MPa的满足超高效定频压缩机用的无取向电工钢。

Description

一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法
技术领域
本发明属于无取向硅钢生产技术领域，具体涉及一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法。
背景技术
无取向电工钢是用于制造电动机、发电机、变压器、镇流器等电子元器件铁芯的重要铁基软磁合金，由于其优良的导磁性能，也是电子、电力、通讯、交通等领域不可或缺的功能性材料。定频制冷压缩机是一种工作条件恒定且转速固定的压缩机类型，由于其结构简单、维护方便、性价比较高，也是当前工业制冷压缩机中的主要机型，一般工作效率在80～85％之间。电机损耗主要由铁耗、铜耗以及机械损耗组成，无取向电工钢铁损是电机铁耗的重要组成部分，也是影响电机效率的重要原因。电工钢铁损主要由磁滞损耗、涡流损耗和反常损耗三部分组成，为减少涡流损耗对电机效率的影响，通常采用增加Si、Al等合金元素使电阻增加来降低铁损，与此同时电工钢磁感也在逐渐下降使得电机转矩降低。有研究结果表明，随着合金含量的增加无取向电工钢横纵向力学差异增加，定转子冲片加工精度降低。
目前，定频压缩机用铁芯材料以Si+Al含量小于2.0％的中低牌号无取向电工钢为主，工频条件下磁感B50大于1.71T，铁损P1.5/50均在3.30W/kg以上，压缩机效率85％以下，现有无取向电工钢制造条件下，通过降低铁损提高制冷压缩机效率十分困难。
中国专利公开号为CN201310438623的文献，公开了一种定频压缩机用冷轧无取向电工钢的制备方法，其成分含量为C≤0.01％，Si：0.7～1.2％，Al：0.1～0.4％，Mn：0.2～0.5％，P：0.04～0.10％，N：≤0.006％，Ti≤0.008％，S≤0.006％。该发明通过对C、Si、Al、Mn、P、N、Ti等元素合理的成分设计，配合热轧+冷轧的温度和压下工艺制度，获得P1.5/50≤4.3W/Kg，磁感B50≥1.71T，磁各向异性≤15％的定频压缩机用冷轧无取向电工钢。该发明专利主要针对Si+Al含量小于2.0％无取向电工钢性能进行研究，对于Si+Al含量超过2.0％的定频压缩机用无取向电工钢未见报道。
发明内容
本发明针对效率≥86％的超高效定频压缩机开发需求，提供一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法，通过合理的成分设计，配合热轧、常化、冷轧、连退等工艺技术优化，获得0.5mm厚度，P1.0/50≤3.20W/kg，B5000≥1.72T，屈服强度Rp0.2≤350MPa，横纵向强度差△Rp0.2≤10MPa的一种满足超高效定频压缩机用的无取向电工钢。
本发明提供的一种超高效定频压缩机用无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：
Si：1.0％～1.90％；
Als：0.20％～0.9％；
Mn：0.10％～0.60％；
P：0.01％～0.20％；
C：≤0.01％
S：≤0.02％；
N：≤0.02％；
Ti：≤0.01％；
C+S+N+Ti：≤100ppm，其余成分为Fe及不可避免的杂质元素。
进一步地，优选为包括以下重量百分比的化学成分：
Si：1.50％～1.80％；
Als：0.50％～0.80％；
Mn：0.20％～0.60％；
P：0.02％～0.10％；
C：≤0.005％
S：≤0.01％；
N：≤0.01％；
Ti：≤0.005％；
C+S+N+Ti：≤85ppm，其余成分为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明提供的超高效定频压缩机用无取向电工钢的成分中：
Si、Mn和Als：三者均属于无取向电工钢中的合金元素，随着三者总量增加，铁损P1.5/50有明显的降低，但磁感B50性能也降低，屈服强度提高，横纵向性能差异增加，三者元素对磁性能和力学性能的影响不同，应按比例控制在合理范围之内；
P：P元素可以有效缩小电工钢γ相区，促进晶粒长大，若含量超过0.1％，使得材料脆化作用增强，影响冷轧及后续冲裁性能，降低弯曲次数，因此P含量应控制在0.02％～0.10％；
C、S、N和Ti：在电工钢中四种元素均属于有害元素，C含量超过0.005％时铁损升高显著，磁时效明显；S和N在电工钢中易形成MnS、Cu2S和AlN等第二相夹杂，强烈阻碍晶粒长大，铁损升高；Ti元素对无取向电工钢电磁性能的影响尤为强烈，析出的TiC和TiN夹杂，严重阻碍晶粒长大，铁损大幅升高，原则上Ti含量越低越好。
本发明提供的所述超高效定频压缩机用无取向电工钢的制备方法，包括以下步骤：铁水经预处理、转炉冶炼、连铸、加热炉加热、热轧、层流冷却、卷取、正火、酸洗、冷轧、退火、涂敷绝缘涂料。
进一步地，连铸后的板坯经步进式加热炉加热，加热时间100～230min，出炉温度控制在1100～1130℃；板坯经5五道次粗轧至厚度32～45mm，后经7道次连轧至1.8～2.8mm厚度，终轧温度810～900℃，经层流冷却温度降至540～650℃进行卷取。
进一步地，加热时间优选为190～210min，出炉温度优选控制在1050～1160℃；终轧温度优选为850～865℃，经层流冷却温度降至560～580℃进行卷取。
热轧卷经920～990℃正火2～5min，优选为940～960℃正火130～135s，以改善磁感。
正火后的钢卷经酸洗、一次冷轧至目标厚度0.50mm，冷轧总压下率应控制在65％～87％之间。
冷轧卷经890～990℃，180～350s退火，以降低铁损；退火炉内以N2、H2混合气体保护，带钢在炉内张力控制在2.8～3.6MPa，以改善横纵向之间性能差异。涂敷绝缘涂料后，在400～650℃固化35～70s，保证钢板双面层间电阻为150～800Ω·mm2。
按照本发明的制备方法制备的所述超高效定频压缩机用无取向电工钢的金相组织为单相铁素体组织，晶粒度评级为4.0级，平均晶粒尺寸达到79μm；其铁损P1.5/50≤3.2W/kg；B5000≥1.72T；屈服强度Rp0.2≤350MPa，横纵向强度差△Rp0.2≤10MPa。
其中：铁损P1.5/50为频率50Hz交变磁场，磁极化强度在1.5T下测得的比总损耗；
磁感B5000为磁场强度为5000A/m条件下测得的磁极化强度；
横纵向强度差＝横向屈服强度-纵向屈服强度。
相对于现有成分和工艺生产的电工钢产品，采用本发明生产的超高效定频压缩机用无取向电工钢产品，由于Si、Mn、Als三种合金元素比例调整以及热轧、常化、连退工艺的优化，铁损P1.5/50降低0.15W/kg以上，磁感B5000提升0.02T左右，横纵向强度之间差异下降5MPa以上，该产品在满足超高效率压缩机低铁损高磁感要求的同时，冲裁叠片后的定转子圆形度更好、尺寸精度更高，在保证压缩机铁耗降低的同时进一步降低机械损耗。
附图说明
图1为超高效定频压缩机用无取向电工钢的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及制备方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：1.57％；Als：0.75％；Mn：0.33％；P：0.04％；C+S+N+Ti＝76ppm，且各元素含量均≤26ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1130℃，时间190min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.5mm厚度，终轧温度860℃，经水冷和空冷后在温度为580℃时卷取；
4)热轧板正火温度为960℃，时间为130s，正火后用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为80％；
6)冷轧板经930℃保温320s进行退火处理，炉内保护气氛为70％N2+30％H2，钢带在炉内张力为3.14MPa；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经580℃固化36s。
经上述工艺制造的超高效定频压缩机用无取向电工钢表面质量优良，其金相组织图如图1所示，其为单相铁素体组织，晶粒度评级为4.0级，平均晶粒尺寸达到79μm；成品的铁损P1.5/50为3.04W/Kg，磁感B5000为1.73T,屈服强度Rp0.2为295MPa，横纵向强度差△Rp0.2为6MPa，钢板表面绝缘性较好且具有良好的磁性能及冲片性能。
实施例2
一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及制备方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：1.63％；Als：0.68％；Mn：0.35％；P：0.03％；C+S+N+Ti＝78ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1100℃，时间210min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.0mm厚度，终轧温度850℃，经水冷和空冷后在温度为560℃时卷取；
4)热轧板正火温度为940℃，时间为135s，正火后用质量浓度为55％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为75％；
6)冷轧板经940℃保温315s进行退火处理，炉内保护气氛为70％N2+30％H2，钢带在炉内张力为3.10MPa；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经580℃固化36s。
经上述工艺制造的超高效定频压缩机用无取向电工钢表面质量优良，成品的铁损P1.5/50为3.12W/Kg，磁感B5000为1.72T,屈服强度Rp0.2为298MPa，横纵向强度差△Rp0.2为4MPa，钢板表面绝缘性较好且具有良好的磁性能及冲片性能。
实施例3
一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及制备方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：1.65％；Als：0.72％；Mn：0.41％；P：0.03％；C+S+N+Ti＝80ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1115℃，时间205min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.5mm厚度，终轧温度865℃，经水冷和空冷后在温度为575℃时卷取；
4)热轧板正火温度为955℃，时间为130S，正火后用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为80％；
6)冷轧板经945℃保温320s进行退火处理，炉内保护气氛为70％N2+30％H2，钢带在炉内张力为3.08MPa；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经580℃固化35s。
经上述工艺制造的超高效定频压缩机用无取向电工钢表面质量优良，成品的铁损P1.5/50为2.98W/Kg，磁感B5000为1.72T,屈服强度Rp0.2为305MPa，横纵向强度差△Rp0.2为3.5MPa，钢板表面绝缘性较好且具有良好的磁性能及冲片性能。
对比例1
一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及制备方法，具体包括以下步骤：
1)铁水经预处理进入转炉进行冶炼，转炉冶炼后的钢水通过RH炉进行精炼和合金化处理，按照成分设计要求对Si、Al、Mn、P等合金化元素进行微调；
2)将RH炉精炼后的钢水连续浇铸成厚度为230mm的铸坯，连铸过程使用电磁搅拌，板坯的化学成分重量百分比分别为Si：1.57％；Als：0.67％；Mn：0.37％；P：0.04％；C+S+N+Ti＝79ppm，且各元素含量均≤25ppm，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
3)将板坯经步进式加热炉升温，保证出炉温度1120℃，时间210min，然后经5道次粗轧至38mm，7道次精轧至2.5mm厚度，终轧温度863℃，经水冷和空冷后在温度为578℃时卷取；
4)热轧板正火温度为930℃，时间为130s，正火后用质量浓度为58％的盐酸进行表面清洗；
5)酸洗后的钢板经5道次冷轧至目标厚度为0.50mm，冷轧总压下率控制在为80％；
6)冷轧板经940℃，325s进行退火处理，炉内保护气氛为70％N2+30％H2，钢带在炉内张力为4.08MPa；
7)钢卷表面涂敷绝缘涂料，经580℃固化35s。
经上述工艺制造的超高效定频压缩机用无取向电工钢表面质量优良，成品的铁损P1.5/50为3.09W/Kg，磁感B5000为1.72T，屈服强度Rp0.2为292MPa，横纵向强度差△Rp0.2为14MPa，钢板表面绝缘性较好且具有良好的磁性能，但横纵向之间较大的强度差使得冲裁后的定转子尺寸精度较差。
上述参照实施例对一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超高效定频压缩机用无取向电工钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：
Si：1.0％～1.90％；
Als：0.20％～0.9％；
Mn：0.10％～0.60％；
P：0.01％～0.20％；
C：≤0.01％
S：≤0.02％；
N：≤0.02％；
Ti：≤0.01％；
C+S+N+Ti：≤100ppm，其余成分为Fe及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的超高效定频压缩机用无取向电工钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：
Si：1.50％～1.80％；
Als：0.50％～0.80％；
Mn：0.20％～0.60％；
P：0.02％～0.10％；
C：≤0.005％
S：≤0.01％；
N：≤0.01％；
Ti：≤0.005％；
C+S+N+Ti：≤85ppm，其余成分为Fe及不可避免的杂质元素。
3.一种如权利要求1或2所述的超高效定频压缩机用无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：铁水经预处理、转炉冶炼、连铸、加热炉加热、热轧、层流冷却、卷取、正火、酸洗、冷轧、退火、涂敷绝缘涂料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，连铸后的板坯经步进式加热炉加热，加热时间100～230min，出炉温度控制在1100～1130℃；板坯经5五道次粗轧至厚度32～45mm，后经7道次连轧至1.8～2.8mm厚度，终轧温度810～900℃，经层流冷却温度降至540～650℃进行卷取。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，加热时间190～210min，出炉温度控制在1050～1160℃；终轧温度850～865℃，经层流冷却温度降至560～580℃进行卷取。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，热轧卷经920～990℃正火2～5min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，正火后的钢卷经酸洗、一次冷轧至目标厚度0.50mm，冷轧总压下率应控制在65％～87％之间。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，冷轧卷经890～990℃，180～350s退火；退火炉内以N2、H2混合气体保护，带钢在炉内张力控制在2.8～3.6MPa。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，涂敷绝缘涂料后，在400～650℃固化35～70s，保证钢板双面层间电阻为150～800Ω·mm2。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超高效定频压缩机用无取向电工钢的金相组织为单相铁素体组织；其铁损P1.5/50≤3.2W/kg；
B5000≥1.72T；屈服强度Rp0.2≤350MPa，横纵向强度差△Rp0.2≤10MPa。
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