一種基於薄帶連鑄製備高磁感高強度無取向矽鋼的方法與流程
2024-03-25 18:58:05
本發明屬於冶金技術領域，特別涉及一種基於薄帶連鑄製備高磁感高強度無取向矽鋼的方法。
背景技術：
隨著全球環境汙染的加劇，氣候問題成了各個國家工業發展必須考慮的重要因素之一。我國是一個人口大國、消費大國，能源與環境問題是21世紀面對的棘手問題。近年來，國家大力提倡開發清潔能源，綠色環保的新能源電動汽車正是在這樣的背景下得以快速發展，是未來汽車發展的主流，而電動汽車的核心在於高速驅動電機的使用。高速驅動電機的特點是不通過齒輪傳動直接使車輪旋轉，故對於無刷直流驅動馬達具有高的要求。電機在高速運轉時，存在一定的損耗，包括鐵損和銅損，這些損耗與電機的功率存在很大的關係，功率越大，鐵損所佔的比例越大；電機的高速運轉要求鐵心材料具有高頻低鐵損的特點。作為一種高速驅動電機產品的鐵心，在電機高速旋轉時，會產生很大的離心力，同時有些轉子由於形狀特殊在高速旋轉時局部容易產生應力集中，這就要求其既具有高的強度和硬度，同時也要保證電機具有高的效率與高的轉矩，即要求鐵心材料鐵損低，磁感強度高。以往電工鋼的關注點僅僅為獲得良好的磁性能，現在對其力學性能提出了更高的標準。高速驅動電機用無取向矽鋼對性能的高要求使得其對生產工藝的控制難度大大加強。鞍鋼公開了一種高強度專用冷軋無取向矽鋼的生產方法（CN103882288A），具有一定的新穎性，採用常規冶煉澆鑄工藝進行生產，加上熱軋，常化，冷軋，退火等後處理工藝，控制材料的強度與磁性能。目前國外的研究以日本採用常規流程生產的高強度無取向矽鋼性能最為優良，日本新日鐵（US8097094B2）曾公開過關於高強度電工鋼的報導，主要特點是通過在基體中添加大量的Cu元素（0.6~8.0%），採用轉爐冶煉，連鑄，熱軋，常化，冷軋，退火等工藝流程，特別是最終退火後還要在一定溫度採用時間較長的時效退火工藝，控制Cu以細小的ε-Cu金屬相形式析出，提高強度，磁性能也不降低。通過這些專利的介紹可以看出，利用常規方法製備高磁感高強度電工鋼存在生產過程複雜，工藝要求嚴格，投資成本高、生產時間長、生產效率低等問題。雙輥薄帶連鑄技術是進入21世紀以來國家大力提倡的一種近終成形技術，在雙輥鑄軋機上澆注0.7~3mm厚薄帶產品具有很大的優勢。較傳統的連鑄工藝，這種工藝的主要優勢在於：1.簡化了常規生產工藝，從而大大方便了生產，節約了生產成本。2.設備佔地面積小，免去了傳統工藝熱軋系統所需要的加熱爐、緩衝爐等高汙染設備，減少了投資成本，且生產過程更加節能與環保。3.薄帶連鑄工藝凝固速度在102~103K/s的亞快速凝固範圍內，凝固速度快，生產效率高。4.對難於加工的脆性材料來說，傳統工藝生產易產生裂紋等缺陷，而鑄軋工藝不僅能夠滿足材料的成品厚度要求，而且對有害元素的敏感性極低，凝固帶鋼幾乎無裂紋、偏析及傳統方法易產生的質量缺陷。正是由於薄帶連鑄工藝在節能、經濟與冶金上的突出優點，因而世界各國均投入較大力度發展該技術；現有結果表明，薄帶連鑄技術在製備高磁感高強度無取向矽鋼上存在明顯優勢；為滿足對高磁感高強度無取向矽鋼的要求，應用薄帶連鑄技術生產無取向矽鋼已經成為了研究熱點。無取向矽鋼隨矽含量的增加鐵損降低，磁感降低，但強度增加，同時矽屬於脆性元素，其添加的量越多，越難進行後續加工；無取向矽鋼中矽元素添加量的這種矛盾導致低矽無取向矽鋼具有高磁感、高鐵損、低強度的特點，而高矽鋼磁感和鐵損較低，強度較高；針對目前對無取向矽鋼產品高磁感高強度的需求，如何能夠生產出較高磁感，且力學性能優良的無取向矽鋼成了難題。
技術實現要素：
針對現有無取向矽鋼在製備技術及性能上存在的上述問題，本發明提供一種基於薄帶連鑄製備高磁感高強度無取向矽鋼的方法，基於雙輥薄帶連鑄技術，通過設計成分及後續的軋制和熱處理，製備性能優良的高磁感高強度無取向矽鋼。本發明的方法按以下步驟進行：1、按設定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比含C0.001~0.005%，Si2.4~3.5%，Mn0.2~2%，Alt0.35~1.0%，Ni0.4~3%，Cr0.5~4%，Sn0.02~0.2%，O≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.005%，P≤0.005%，餘量為Fe；2、將鋼水通過澆口、中間包和布流式水口澆入雙輥薄帶連鑄裝置進行連鑄，中間包預熱溫度1100~1200℃，澆入時鋼水溫度1520~1580℃，鑄軋輥轉速50~80m/min，獲得厚度2~2.5mm的鑄帶；3、鑄帶出鑄軋輥後採用空冷方式進行二次冷卻至室溫，然後進行單道次熱軋，熱軋開軋溫度900~1100℃，壓下量在20~40%，熱軋後空冷至室溫，獲得熱軋板；4、將熱軋板酸洗去除表面氧化鐵皮，然後進行5~7道次冷軋，總壓下量為69~83%，獲得厚度為0.35~0.5mm的冷軋板；5、將冷軋板進行最終退火處理，最終退火處理是將冷軋板置於25%H2+75%N2氣氛條件下，升溫至600~850℃，保溫20~120s，並在線塗絕緣塗層，最後卷取獲得高強度高磁感無取向矽鋼的成品板。上述的高磁感高強度無取向矽鋼的成品板的{100}織構組分體積分數佔總織構組分體積分數的比例為30~80%，成品板再結晶分數比例為40~70%。上述的高磁感高強度無取向矽鋼的磁感應強度B50為1.68~1.73T，鐵損值P10/400為25.5~37.5W/Kg，屈服強度...