一種較高磁感的高強度無取向電工鋼及其製造方法
2023-05-24 16:50:21
專利名稱：一種較高磁感的高強度無取向電工鋼及其製造方法
技術領域：
本發明涉及電工鋼製造領域，特別涉及適用於電動汽車馬達和高速運轉電機等需要的高啟動扭矩、耐衝擊性能的一種較高磁感的高強度無取向電工鋼及其製造方法，通過添加Ni、Cr等固熔強化元素，控制C、N、S、Ti等對磁性能有害元素，確保電工鋼的磁性能， 提高了電工鋼的屈服強度，同時對熱軋板進行適當的常化退火處理，提高了產品的磁感。
背景技術：
隨著石油、煤炭等不可再生資源日趨枯竭，環境溫室效應危害日益嚴重，電動汽車、混合動力汽車作為一款低汙染、高環保交通工具越來越得到重視，在今後必將得到廣泛應用。電動汽車、混動汽車牽引馬達定轉子鐵芯採用無取向電工鋼製成，汽車在啟動和加速時，牽引馬達需要高的扭矩，因此需要電工鋼板要具有高的磁感應強度。另外馬達轉子鐵芯在高速下由於離心力承受極端的應變，汽車啟動瞬間受到強烈衝擊因此要求鐵芯材料要具備高的強度和韌性。目前的無取向矽鋼產品中，隨著Si含量提高，產品強度得到提高，部分頂級高牌號產品屈服強度已達450MPa，產品鐵損也較低，能夠滿足一般的工業電機和發電機組的使用。但是該類產品韌性塑性差，易脆斷，磁感較低，不適合電動汽車馬達等高速運轉電機的使用，需開發高強度高磁感的無取向電工鋼。中國專利號1863934公開了一種「高強度電磁鋼板及其加工部件和它們的製造方法」，其成分採用添加Mn、Cu等強化元素，提高電磁鋼板的屈服強度和抗拉強度，其不足之處在於根據該方法製造產品過程中冷軋軋制困難，也影響電磁鋼板磁性能，製得電磁鋼板磁感應強度比較低；為提高產品強度，在冷軋板退火後，需以很高冷卻速度從高溫冷卻至中溫，該處理過程中會使帶鋼內部產生較大內應力，對帶鋼板型產生不利影響，也影響產品磁性能和抗疲勞性能；另外該專利中要求冷軋退火冷卻過程中，需在中溫段保持較長一段時間進行硬化處理，在一般工業退火機組上不利於實現。該專利另一發明為製造一種電磁鋼板，其在衝片前材質較軟，通過對加工後部件進行硬化熱處理，達到提高強度和耐磨性的目的，這將給用戶使用增加多項熱處理工序。W02009/128428A1專利中要求產品最終退火後，從900°C到500°C溫度區間內，以大於50°C /s的冷卻速度進行冷卻。該方法將在帶鋼中產生強烈的應力，嚴重影響帶鋼板型和產品磁性能，不利於實際工業生產中的應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種較高磁感的高強度無取向電工鋼及其製造方法，可在現有設備上完成製造，在不增加製造難度條件下，穩定生產高強度、具有耐磨性、同時兼具高效磁性能的無取向電工鋼。為達到上述目的，本發明的技術方案是，一種較高磁感的高強度無取向電工鋼，其成分重量百分比為
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C:彡 0.0040%Si :2. 50% 4. 00%Al :0· 20% 0. 80%Cr :1.0 8.0%Ni :0.5 5.0%Mn ^ 0. 50%P ^ 0. 30%S:彡 0.0020%K 0.0030%Ti:彡 0.0030%Nb ^ 0. 010%V ^ 0. 010%C+S+N+Ti ^ 0. 010%其餘為Fe和不可避免的夾雜。進一步，本發明無取向電工鋼還包括Cu ^ 3%，以重量百分比計。又，本發明無取向電工鋼還包括Sb、Sn中一種或兩種，總量< 0. 5 %，以重量百分比計。優選地，本發明無取向電工鋼C彡0. 002%，或C彡0. 0015%;Si含量2. 8 3. 3%； Al 含量 0. 4% 0. 6% ；Cr 含量 2. 5% 6% ;Ni 1. 0% 3. 5% ；P 含量彡 0.1%, S 含量 ^ 0. 0015% ；N含量；^ 0. 002% ；Ti含量；^ 0. 0015%，以重量百分比計。本發明的較高磁感的高強度無取向電工鋼的製造方法，其包括如下步驟1)冶煉、澆鑄無取向電工鋼的成分重量百分比為C彡0.0040%，Si :2. 50 % 4. 00 %，Al 0. 20% 0. 80%,Cr :1. 0-8. 0%,Ni :0. 5-5. 0%,Μη 彡 0. 50%,P ^ 0. 30%,S ^ 0. 0020%, N 彡 0. 0030%, Ti 彡 0. 0030%, Nb 彡 0. 010%, V 彡 0. 010%, C+S+N+Ti 彡 0. 010%，其餘為Fe和不可避免的夾雜；按上述成分冶煉、RH真空處理、澆鑄成板坯；2)熱軋板坯加熱溫度1050°C 1200°C，保持時間彡30min ；精軋開軋溫度控制在940 1000°C，終軋溫度彡850°C，末架壓下率控制在10 15%，卷取溫度控制在500 700°C ； 軋板厚度為2. 0 2. 6mm ；3)熱軋板常化常化溫度850 950°C，保持時間0. 5 3min，然後以5 15°C /s冷卻速度緩慢冷卻至650 750°C，再以20 70°C /s冷卻速度快冷至100°C以下；4)酸洗、冷軋採用一次冷軋法冷軋，總壓下率彡70 % ；5)連續爐退火採用連續退火爐進行退火處理，退火溫度800 1000°C，保持5 60s，然後以3 IO0C /s冷卻速度緩慢冷卻至650 750°C，再以20 70°C /s冷卻速度快冷至100°C以下。進一步，本發明無取向電工鋼還包括Cu ^ 3%，以重量百分比計。
又，本發明無取向電工鋼還包括Sb、Sn中一種或兩種，總量< 0. 5 %，以重量百分比計。在本發明的成分設計中，C，可以提高鋼板的強度，但細小碳化物對磁性能有強烈劣化作用，且C含量大時會導致電工鋼產生磁時效，因此本發明要求0. 004%，如果C為0. 002%或以下，磁時效抑制效果顯著，在為了高強度化而不產生碳化物等非金屬析出物，進一步優選彡 0. 0015%。Si，提高鋼的電阻，降低鐵損，如果增大Si含量，可以降低鐵損同時提高強度，因此儘量提高Si含量，要求在2. 5%以上，但Si含量提高到一定程度後，產品變脆，同時磁感下降，因此要求在4. 0%以下，進一步優選為2. 8-3. 3%。Al，與Si作用相似，可以降低鋼的鐵損，增加Al含量，可以粗化A1N，有利於組織晶粒長大，改善鋼的磁性能，但隨著Al的增加，鋼水粘度增加，給煉鋼增加難度，同時鋼的磁感也將下降，因此Al含量選為0.2% -0.8%，優選0.4% -0.6%。Cr，和Ni是本發明中必需的元素，作為強化元素添加，在鋼板中形成以Cr和Ni 為主體的金屬相，在不劣化磁性能條件下謀求鋼板高強度化。Cr含量低時，高強度化效果變小，為使鋼板強度提高，對後工序工藝要求較高，生產調整自由度小；Cr含量高時，會使磁性劣化，同時熱軋過程中容易產生裂紋，因此要求Cr含量為1. 0% -8. 0%，進一步優選 2. 5% -6%。Ni，可以提高鋼板強度、同時也提高磁感，對鐵損影響較小，作為有益元素可大量加入，但加入量過大時，熱軋過程易產生裂紋，同時表面塗敷性變差，同時提高產品成本，因此本發明要求Ni含量為0. 5% -5. 0%，進一步優選1. 0% -3. 5%。Mn，提高鋼的強度，但在本發明中並非該目的添加，而是出於提高固有電阻或使硫化物粗化以降低鐵損而添加，添加過量會導致磁感降低，因此要求< 0. 5%。P，是提高抗張力效果顯著的元素，但P易在晶界偏析聚集，使鋼板嚴重脆化，因此要求彡0. 3%，優選彡0. 1%。S，是對磁性有害元素，其形成的細小硫化物阻礙晶粒長大，鐵損升高，因此要求 (0. 002%，進一步優選為0. 0015%以下。N，與S —樣使磁性能劣化，因此要求彡0. 003%，優選0. 002%以下。Ti，可提高鋼板的強度，但對磁性能有強烈劣化作用，其TiC、TiN細小析出物會釘扎在晶界上，阻礙晶粒長大，使鐵損升高，磁感降低，因此要求< 0. 003 %，進一步優選為 0. 0015 以下。本發明中要求C+N+S+Ti總含量控制在0. 01 %以內，保證鋼板磁性能。Nb和V作為磁性劣化元素要求控制在0. 01%以下。Cu作為強度提高元素選擇性的進行添加，Sn和Sb作為磁性能提高元素進行選擇性添加。含有上述成分的鋼，與通常的電工鋼一樣，通過轉爐熔煉脫碳、鋼包精煉脫氧和合金化，採用連鑄方法製成板坯，接著經熱軋、常化、酸洗、冷軋和最終退火等工序製造而成。本發明製造方法中，為使鋼板中產生特徵性的金屬相，同時保證可製造性和磁性能，對熱軋板常化工序冷卻過程及最終退火工序進行了控制；
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熱軋板常化後分段進行冷卻，高溫段採用慢冷方式，低溫段採用快冷方式，帶鋼從常化均熱段出來後，先以5 15°C /s冷卻速度緩慢冷卻至650 750°C，再以20 70°C / s冷卻速度快冷至100°C以下。高溫段冷卻速度降低，晶粒組織獲得充分回復，降低鋼板內應力，提高常化板板型平整度，提高冷軋效率。另外，常化後高溫度冷卻速度放慢，使固熔的碳化物和氮化物充分析出，形成粗大的碳化物和氮化物夾雜，避免形成阻礙晶粒長大的細小夾雜物，使成品鋼板內部產生有利織構，改善鋼板磁性。帶鋼最終退火後分段進行冷卻，先以3-10°C/s冷卻速度將帶鋼緩慢冷卻至650 750°C，再以20 70°C /s冷卻速度快冷至100°C以下。在高溫緩冷過程中高效率形成在成分、尺寸和數量密度上具有特徵性的Cr、Ni金屬相，而非強化能力低、對磁性強烈劣化的固熔體或硫化物。同時高溫段緩慢冷卻也降低成品帶鋼中的內應力，改善了成品磁性能及帶鋼板型，提高了產品的抗疲勞性能。本發明的有益效果本發明高磁感高強度無取向電工鋼在成分中添加Ni、Cr等強化元素，同時成分中將C、N、S、Ti等磁性有害元素控制在較低水平，在保證磁性能不明顯劣化的同時提高了電工鋼板的強度。在常化工序和退火工序過程中對冷卻工藝進行控制，保證帶鋼板型並穩定產品磁性能，也解決了冷軋軋制困難的問題。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。實施例成分見表1。表 權利要求
1.一種較高磁感的高強度無取向電工鋼，其成分重量百分比為 C ^ 0. 0040%Si 2. 50% 4. 00%Al 0. 20% 0. 80%Cr 1. 0 8. 0%Ni 0. 5 5. 0%Mn 彡 0. 50%P 彡 0. 30%S ^ 0. 0020%N ^ 0. 0030%Ti ^ 0. 0030%Nb ^ 0. 010%V 彡 0. 010%C+S+N+Ti ^ 0. 010%其餘為Fe和不可避免的夾雜。
2.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，還包括Cu^3%, 以重量百分比計。
3.如權利要求1或2所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，還包括Sb、Sn 中一種或兩種，總量彡0. 5%，以重量百分比計。
4.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，C< 0.002%，或 C彡0. 0015%，以重量百分比計。
5.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，Si含量2.8 3.3%，以重量百分比計。
6.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，Al含量0.4% 0.6%，以重量百分比計。
7.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，Cr含量2.5% 6%，以重量百分比計。
8.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，M含量1.0% 3.5%，以重量百分比計。
9.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，P含量<0. 1%，S 含量< 0. 0015%，以重量百分比計。
10.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，N含量 ^ 0. 002%，以重量百分比計。
11.如權利要求1所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼，其特徵是，Ti含量 (0. 0015%，以重量百分比計。
12.—種較高磁感的高強度無取向電工鋼的製造方法，其包括如下步驟 1)冶煉、澆鑄無取向電工鋼的成分重量百分比為C彡0. 0040 %，Si :2. 50 % 4. 00 %，Al : 0. 20% 0. 80%,Cr :1. 0-8. 0%,Ni :0. 5-5. 0%,Μη 彡 0. 50%,P ^ 0. 30%,S ^ 0. 0020%,N 彡 0. 0030%, Ti 彡 0. 0030%, Nb 彡 0. 010%, V 彡 0. 010%, C+S+N+Ti 彡 0. 010%，其餘為Fe和不可避免的夾雜；按上述成分冶煉、RH真空處理、澆鑄成板坯；2)熱軋板坯加熱溫度1050 °C 1200°C，保持時間彡30min ；精軋開軋溫度控制在940 1000°C，終軋溫度彡850°C，末架壓下率控制在10 15%，卷取溫度控制在500 700°C ； 軋板厚度為2. 0 2. 6mm ；3)熱軋板常化常化溫度850 950°C，保持時間0. 5 3min，然後以5 15°C /s冷卻速度緩慢冷卻至650 750°C，再以20 70°C /s冷卻速度快冷至100°C以下；4)酸洗、冷軋採用一次冷軋法冷軋，總壓下率> 70% ；5)連續爐退火採用連續退火爐進行退火處理，退火溫度800 1000°C，保持5 60s，然後以3 IO0C /s冷卻速度緩慢冷卻至650 750°C，再以20 70°C /s冷卻速度快冷至100°C以下。
13.如權利要求12所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼的製造方法，其特徵是，無取向電工鋼還包括CuS 3%，以重量百分比計。
14.如權利要求12或13所述的較高磁感的高強度無取向電工鋼的製造方法，其特徵是，無取向電工鋼還包括Sb、Sn中一種或兩種，總量彡0. 5%，以重量百分比計。
全文摘要
較高磁感的高強度無取向電工鋼及其製造方法，其方法包括如下步驟1)冶煉、澆鑄，電工鋼成分重量百分比為C≤0.0040％，Si 2.50～4.00％，Al 0.20％～0.80％，Cr 1.0-8.0％，Ni 0.5～5.0％，Mn≤0.50％，P≤0.30％，S≤0.0020％，N≤0.0030％，Ti≤0.0030％，Nb≤0.010％，V≤0.010％，C+S+N+Ti≤0.010％，餘Fe；冶煉、RH真空處理、澆鑄；2)熱軋；3)常化，溫度850～950℃，時間0.5～3min，後以5～15℃/s緩冷至650～750℃，再以20～70℃/s快冷至100℃以下；4)酸洗冷軋，總壓下率≥70％；5)退火，溫度800～1000℃，保持5～60s，後以3～10℃/s緩冷卻至650～750℃，再以20～70℃/s快冷至100℃以下。本發明在不增加製造難度條件下生產高強度兼具高效磁性能的無取向電工鋼。
文檔編號C21D8/12GK102453838SQ20101051800
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者朱雨華, 王子濤, 王波, 胡瞻源, 謝世殊, 鄒亮, 馬愛華 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司