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CN116240458B - 一种高牌号无取向电工钢及其制备方法 - Google Patents

一种高牌号无取向电工钢及其制备方法 Download PDF

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CN116240458B CN202310016155.3A CN202310016155A CN116240458B CN 116240458 B CN116240458 B CN 116240458B CN 202310016155 A CN202310016155 A CN 202310016155A CN 116240458 B CN116240458 B CN 116240458B
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Abstract

本发明公开了一种高牌号无取向电工钢及其制备方法。制备方法包括以下步骤：将原材料浇铸成锭，900‑1200℃下将铸锭锻造成锻坯，1000‑1050℃热轧，每道次变形量为12‑20％，总轧制道次为6‑8次，获得热轧板，酸洗，进行多道次反复冷轧，获得冷轧板，900‑1000℃退火3‑10min，得到高牌号无取向电工钢。本发明针对高牌号无取向电工钢，通过调节轧制工艺参数和退火处理参数，热轧后获得了平均晶粒尺寸为150‑400μm，具有微变形的近等轴晶热轧组织，为后续加工免去了常化处理工序，冷轧和退火处理后获得平均晶粒尺寸为90‑160μm的退火组织，制备出具有低铁损高磁感的高牌号无取向电工钢。

Description

一种高牌号无取向电工钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及电工钢制备技术领域，尤其涉及一种高牌号无取向电工钢及其制备方法。
背景技术
高牌号无取向电工钢因其优异的软磁性能，目前主要用作电动机和发电机的铁芯材料。在服役过程中因发热、振动等原因，电工钢自身会损耗一定的电能，降低铁损，提高磁感应强度有利于节约能源。一般地，高牌号无取向电工钢的硅和铝含量总和在3.0wt％以上，此类电工钢通过增加电工钢的电阻实现铁损降低，通过优化加工工艺调控组织织构可以减低铁损的同时提高磁感应强度，改善电工钢的磁性能。冷轧前的初始组织对后续加工过程中的组织织构演变有显著影响，常化处理是通过再结晶改变冷轧前的组织的简单有效的方法，因此，常用来调控初始组织，优化磁性能。具有粗大晶粒的组织经过冷轧后易形成剪切带，这些剪切带在后续的退火处理中为有益取向晶粒的再结晶提供形核位点，最终通过改善成品板中的织构而优化磁性能。但是，常化处理造成加工成本的增加，在不恶化磁性能的前提下，简化工艺流程，免去常化处理的同时避免恶化磁性能对高牌号无取向电工钢制备成本的节约具有重要意义。
专利CN104404396A中公开了一种无需常化的高磁感无取向硅钢及用薄板坯生产方法，此方法中合金成分主要为Si 0.1～1.0wt％、Sn和Sb 0.01～0.15％，通过Sn和Sb的复合，铸坯加热温度的降低，钢卷卷曲温度的选择，生产出了厚度为0.50mm、B50≥1.78T、P15/50≤5.0W/kg的硅钢。该专利虽然免去了常化处理，但其产品主要集中在低牌号硅钢中。此外，高牌号硅钢的硅含量高，坯料在加工过程中的变形抗力大，加入Sn和Sb后降低铸坯加热温度使后续加工难度加大，对设备要求更高且不利于板型的控制。因此，此方法不适用于低铁损高磁感高牌号硅钢的生产。专利CN114990308A中公开了一种无需常化的高牌号无取向硅钢(Si与Als之和含量不低于3.0wt％)的生产方法，此方法中材料经冶炼、连铸、粗轧、精轧后进行一次冷轧，轧制中间厚度后进行退火处理和卷曲，最终通过第二次冷轧轧至产品厚度，获得的成品磁性能铁损不超过14.5W/kg，B50不低于1.65T。该方法虽然免去了热轧后的常化处理，但是在将冷轧分为了两步进行，两次冷轧中间还引入了退火处理，使得轧制流程繁琐，导致生产成本增加。
综上，由于高牌号无取向电工钢中硅含量提高，导致加工难度大，通过加入Sn和Sb降低铸坯加热温度的免去常化处理的制备方法，会进一步提高加工难度，对设备性能的要求更高，因此此类方法不适用高牌号无取向电工钢的制备。而引入常化处理调控热轧组织，或者通过二次冷轧提高成品磁性能，均导致成本的增加。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高牌号无取向电工钢的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述通过上述制备方法制备得到的高牌号无取向电工钢。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高牌号无取向电工钢的制备方法，包括以下步骤：
1、熔炼：将原材料充分混合，浇铸成锭；铸锭的化学成分质量百分比为：Si：3.0-4.0％，Mn≤0.017％，S≤0.0030％，P≤0.0090％，C≤0.0090％，其余为铁和不可避免的杂质；
2、锻造：900-1200℃下将步骤1所述铸锭锻造成锻坯；
3、热轧：将步骤2所述锻坯在1000-1050℃的温度下热轧，每道次变形量为12-20％，总轧制道次为6-8次，获得厚度为1.5-2.2mm的热轧板；
4、冷轧：将酸洗后的热轧板进行多道次反复冷轧，获得厚度为0.2-0.3mm的冷轧板；
5、退火处理：900-1000℃退火3-10min，得到高牌号无取向电工钢。
优选地，步骤1所述浇铸成锭的温度为1450-1550℃。
优选地，步骤2所述锻造采用自由锻的方式反复墩粗拔长。
优选地，步骤2所述锻坯厚度为20-30mm。
优选地，步骤3所述热轧过程中，所述锻坯在1000-1050℃的加热炉中保温20-40min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温5-10min。
优选地，步骤4所述酸洗采用盐酸溶液。
优选地，步骤4所述冷轧的温度为室温。
优选地，步骤4所述冷轧为：第一道次冷轧变形量≥20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为5-15％。
优选地，步骤5所述退火处理在Ar2气氛保护条件下进行。
一种高牌号无取向电工钢，通过上述制备方法制备得到。
热轧温度需保持在较高温度，一方面因为高牌号电工钢的变形抗力大，从而在加工过程中对设备的要求更高，高温可以显著降低热加工过程中的变形抗力；另一方面，将热轧温度保持在再结晶温度以上结合合理的道次压下量，对于调控热轧组织获得微变形大尺寸等轴晶至关重要，而合适的平均晶粒尺寸是改善磁性能的重要因素，对后续加工过程中织构的优化具有重要意义。热轧板中热轧组织为微变形的等轴晶，晶粒尺寸为150-400μm。退火处理后初始冷轧组织消失，完全再结晶，平均晶粒尺寸为90-160μm。电工钢成品板料的铁损值P15/50≤3.0W/kg，P10/400≤19W/kg，磁感应强度B50≥1.67T。
需要注意的是，工艺中各步骤是一个整体，例如轧制工艺参数和退火处理参数需要在合理的范围内结合，热轧板晶粒尺寸和冷轧板的退火组织均会影响最终成品的磁性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的制备工艺针对高牌号无取向电工钢，通过调节热轧工艺参数和退火处理参数，热轧后获得了平均晶粒尺寸为150-400μm，具有微变形的近等轴晶热轧组织，为后续加工免去了常化处理工序，冷轧和退火处理后获得平均晶粒尺寸为90-160μm的退火组织，制备出具有低铁损高磁感的高牌号无取向电工钢。此工艺针对高牌号无取向电工钢实施，解决目前高牌号无取向电工钢热轧后需要常化或者二次冷轧等复杂工艺流程的问题，简化制备工艺，降低成本。
2、采用Si元素，无需其他元素的添加即可实现更低的铁损和更高的磁性能，大幅降低了无取向电工钢的原料成本。
附图说明
图1是实施例1中热轧板的热轧组织金相图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)熔炼：将原材料按照比例充分混合，在真空感应炉中加热至1500℃，浇铸成锭，铸锭的化学成分质量百分比为：Si:3.0％，Mn:0.016％，S:0.0029％，P:0.0085％，C:0.0080％，其余为铁和不可避免的杂质；
(2)锻造：采用自由锻的方式，在900-1000℃加工范围内进行锻造，通过多次反复镦粗拔长的方式将铸锭锻造成厚度为20mm的锻坯；
(3)热轧：锻坯在1000℃的加热炉保温30min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温10min，每道次变形量约为13％，总轧制道次为7次，最终获得的热轧板厚度为1.6mm；经AxioImage A2m光学显微镜检测，热轧板中热轧组织为微变形的等轴晶，晶粒尺寸为152μm(图1)；
(4)冷轧：采用盐酸溶液酸洗热轧板，在室温条件下进行冷轧，第一道次变形量为20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为9％，获得厚度为0.27mm厚的冷轧板；
(5)退火处理：冷轧板在Ar2气氛保护条件下进行最终退火处理，退火温度为1000℃，退火时间为5min，得到电工钢成品板。经Axio Image A2m光学显微镜检测，初始冷轧组织消失，完全再结晶，平均晶粒尺寸为115μm。成品磁性能良好，P15/50＝2.986W/kg，P10/400＝18.797W/kg，B50＝1.673T。
实施例2
(1)熔炼：将原材料按照比例充分混合，在真空感应炉中加热至1450℃，浇铸成锭，铸锭的化学成分质量百分比为：Si:3.5％，Mn:0.014％，S:0.0025％，P:0.0072％，C:0.0050％，其余为铁和不可避免的杂质；
(2)锻造：采用自由锻的方式，在900-1100℃加工范围内进行锻造，通过多次反复镦粗拔长的方式将铸锭锻造成厚度为20mm的锻坯；
(3)热轧：锻坯在1000℃的加热炉保温40min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温10min，每道次变形量为15％，总轧制道次为6次，最终获得的热轧板厚度为2.0mm；经AxioImage A2m光学显微镜检测，热轧板中热轧组织为微变形的等轴晶，晶粒尺寸为161μm；
(4)冷轧：采用盐酸溶液酸洗热轧板，在室温条件下进行冷轧，第一道次变形量为20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为15％，获得厚度为0.2mm厚的冷轧板；
(5)退火处理：冷轧板在Ar2气氛保护条件下进行最终退火处理，退火温度为900℃，退火时间为10min，得到电工钢成品板。经Axio Image A2m光学检测，初始冷轧组织消失，完全再结晶，平均晶粒尺寸为125μm。成品磁性能良好，P15/50＝2.881W/kg，P10/400＝18.374W/kg，B50＝1.679T。
实施例3
(1)熔炼：将原材料按照比例充分混合，在真空感应炉中加热至1550℃，浇铸成锭，铸锭的化学成分质量百分比为：Si:4.0％，Mn:0.016％，S:0.0028％，P:0.0081％，C:0.0061％，其余为铁和不可避免的杂质；
(2)锻造：采用自由锻的方式，在1100-1200℃加工范围内进行锻造，通过多次反复镦粗拔长的方式将铸锭锻造成厚度为20mm的锻坯；
(3)热轧：锻坯在1050℃的加热炉保温20min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温10min，每道次变形量为15％，总轧制道次为6次，最终获得的热轧板厚度为2.2mm；经AxioImage A2m光学显微镜检测，热轧板中热轧组织为微变形的等轴晶，晶粒尺寸为158μm；
(4)冷轧：采用盐酸溶液酸洗热轧板，在室温条件下进行冷轧，第一道次变形量为20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为5％，获得厚度为0.3mm厚的冷轧板；
(5)退火处理：冷轧板在Ar2气氛保护条件下进行最终退火处理，退火温度为1000℃，退火时间为10min，得到电工钢。经Axio Image A2m光学显微镜检测，初始冷轧组织消失，完全再结晶，平均晶粒尺寸为152.5μm。成品磁性能良好，P15/50＝2.382W/kg，P10/400＝15.328W/kg，B50＝1.674T。
对比例1
(1)熔炼：将原材料按照比例充分混合，在真空感应炉中加热至1500℃，浇铸成锭，铸锭的化学成分质量百分比为：Si:3.0％，Mn:0.016％，S:0.0029％，P:0.0085％，C:0.0080％，其余为铁和不可避免的杂质；
(2)锻造：采用自由锻的方式，在900-1000℃加工范围内进行锻造，通过多次反复镦粗拔长的方式将铸锭锻造成厚度为20mm的锻坯；
(3)热轧：锻坯在1000℃的加热炉保温30min后进行热轧，轧制2道次后回炉保温10min，再轧制2道次，总轧制道次4次，每道次变形量为23％，最终获得的热轧板厚度为1.6mm；经Axio Image A2m光学显微镜检测，热轧板中热轧组织呈分层状，中间为粗大的拉长晶粒，表层为平均晶粒尺寸为10μm左右细小的等轴晶；
(4)冷轧：采用盐酸溶液酸洗热轧板，在室温条件下进行冷轧，第一道次变形量为20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为9％，获得厚度为0.27mm厚的冷轧板；
(5)退火处理：冷轧板在Ar2气氛保护条件下进行最终退火处理，退火温度为1000℃，退火时间为5min，得到电工钢。经Axio Image A2m光学显微镜检测，初始冷轧组织消失，平均晶粒尺寸为153μm。成品P15/50＝3.745W/kg，P10/400＝21.120W/kg，B50＝1.625T。
对比例2
(1)熔炼：将原材料按照比例充分混合，在真空感应炉中加热至1500℃，浇铸成锭，铸锭的化学成分质量百分比为：Si:3.0％，Mn:0.016％，S:0.0029％，P:0.0085％，C:0.0080％，其余为铁和不可避免的杂质；
(2)锻造：采用自由锻的方式，在900-1000℃加工范围内进行锻造，通过多次反复镦粗拔长的方式将铸锭锻造成厚度为20mm的锻坯；
(3)热轧：锻坯在800℃的加热炉保温30min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温10min，每道次变形量为18％，总轧制道次为5次，最终获得的热轧板厚度为1.6mm；经AxioImage A2m光学显微镜检测，热轧板中热轧组织为微变形等轴晶，平均晶粒尺寸为101μm；
(4)冷轧：采用盐酸溶液酸洗热轧板，在室温条件下进行冷轧，第一道次变形量为20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为9％，获得厚度为0.27mm厚的冷轧板；
(5)退火处理：冷轧板在Ar2气氛保护条件下进行最终退火处理，退火温度为1000℃，退火时间为5min，得到电工钢。经Axio Image A2m光学显微镜检测，初始冷轧组织消失，平均晶粒尺寸为155μm。成品P15/50＝3.230W/kg，P10/400＝18.816W/kg，B50＝1.669T。
对比例3
(1)熔炼：将原材料按照比例充分混合，在真空感应炉中加热至1500℃，浇铸成锭，铸锭的化学成分质量百分比为：Si:3.0％，Mn:0.016％，S:0.0029％，P:0.0085％，C:0.0080％，其余为铁和不可避免的杂质；
(2)锻造：采用自由锻的方式，在900-1000℃加工范围内进行锻造，通过多次反复镦粗拔长的方式将铸锭锻造成厚度为20mm的锻坯；
(3)热轧：锻坯在800℃的加热炉保温30min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温10min，每道次变形量为13％，总轧制道次为7次，最终获得的热轧板厚度为1.6mm；经AxioImage A2m光学显微镜检测，热轧板中热轧组织为微变形的等轴晶，晶粒尺寸为121μm；
(4)冷轧：采用盐酸溶液酸洗热轧板，在室温条件下进行冷轧，第一道次变形量为20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为10％，获得厚度为0.27mm厚的冷轧板；
(5)退火处理：冷轧板在Ar2气氛保护条件下进行最终退火处理，退火温度为1000℃，退火时间为5min，得到电工钢。经Axio Image A2m光学显微镜检测，初始冷轧组织消失，完全再结晶，平均晶粒尺寸为131μm。成品P15/50＝3.152W/kg，P10/400＝18.788W/kg，B50＝1.649T。
对比例4
(1)熔炼：将原材料按照比例充分混合，在真空感应炉中加热至1500℃，浇铸成锭，铸锭的化学成分质量百分比为：Si:3.0％，Mn:0.016％，S:0.0029％，P:0.0085％，C:0.0080％，其余为铁和不可避免的杂质；
(2)锻造：采用自由锻的方式，在900-1000℃加工范围内进行锻造，通过多次反复镦粗拔长的方式将铸锭锻造成厚度为20mm的锻坯；
(3)热轧：锻坯在1000℃的加热炉保温30min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温10min，每道次变形量为13％，总轧制道次为7次，最终获得的热轧板厚度为1.6mm；经AxioImage A2m光学显微镜检测，热轧板中热轧组织为微变形的等轴晶，晶粒尺寸为151μm；
(4)冷轧：采用盐酸溶液酸洗热轧板，在室温条件下进行冷轧，第一道次变形量为20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为10％，获得厚度为0.27mm厚的冷轧板；
(5)退火处理：冷轧板在Ar2气氛保护条件下进行最终退火处理，退火温度为800℃，退火时间为5min，得到电工钢。经Axio Image A2m光学显微镜检测，初始冷轧组织消失，完全再结晶，平均晶粒尺寸为62μm。成品P15/50＝4.068W/kg，P10/400＝21.135W/kg，B50＝1.649T。
以上实施例和对比例对比表明，热轧温度、总轧制道次以及每道次变形量等热轧工艺参数和退火处理参数对于高牌号无取向电工钢的晶粒尺寸、织构具有重要影响。采用本发明的制备工艺针对高牌号无取向电工钢，轧后获得了平均晶粒尺寸为150-400μm，具有微变形的近等轴晶热轧组织，为后续加工免去了常化处理工序，冷轧和退火处理后获得平均晶粒尺寸为90-160μm的退火组织，制备出具有低铁损高磁感的高牌号无取向电工钢。此工艺针对高牌号无取向电工钢实施，解决了目前高牌号无取向电工钢热轧后需要常化或者二次冷轧等复杂工艺流程的问题，并且采用Si元素，无需其他元素的添加即可实现更低的铁损和更高的磁性能，大幅降低了无取向电工钢的原料成本。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种高牌号无取向电工钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)熔炼：将原材料充分混合，浇铸成锭；铸锭的化学成分质量百分比为：Si：3.0-4.0％，Mn≤0.017％，S≤0.0030％，P≤0.0090％，C≤0.0090％，其余为铁和不可避免的杂质；
2)锻造：900-1200℃下将步骤1所述铸锭锻造成锻坯；
3)热轧：将步骤2所述锻坯在1000-1050℃的温度下热轧，每道次变形量为12-20％，总轧制道次为6-8次，获得厚度为1.5-2.2mm的热轧板；
4)冷轧：将酸洗后的热轧板进行多道次反复冷轧，获得厚度为0.2-0.3mm的冷轧板；
5)退火处理：900-1000℃退火3-10min，得到高牌号无取向电工钢。
2.根据权利要求1所述高牌号无取向电工钢的制备方法，其特征在于，步骤3所述热轧过程中，所述锻坯在1000-1050℃的加热炉中保温20-40min后进行热轧，每轧制两道次回炉保温5-10min。
3.根据权利要求1所述高牌号无取向电工钢的制备方法，其特征在于，步骤4所述冷轧为：第一道次冷轧变形量≥20％，然后经过多道次反复冷轧，每道次变形量为5-15％。
4.根据权利要求1所述高牌号无取向电工钢的制备方法，其特征在于，包括以下各项中至少一项：
步骤1所述浇铸成锭的温度为1450-1550℃；
步骤2所述锻造采用自由锻的方式反复墩粗拔长。
5.根据权利要求1所述高牌号无取向电工钢的制备方法，其特征在于，步骤2所述锻坯厚度为20-30mm。
6.根据权利要求1所述高牌号无取向电工钢的制备方法，其特征在于，包括以下各项中至少一项：
步骤4所述酸洗采用盐酸溶液；
步骤4所述冷轧的温度为室温。
7.根据权利要求1所述高牌号无取向电工钢的制备方法，其特征在于，步骤5所述退火处理在Ar2气氛保护条件下进行。
8.一种高牌号无取向电工钢，其特征在于，通过权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到。
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