CN202111239882.3一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢及其生产方法

本发明公开了一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢及其生产方法，属于硅钢生产技术领域。本发明的无取向硅钢包括以下质量百分比的元素：Si：1.5～2.5％，Mn：0.15～1.0％、Als：0.5～1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。其生产工艺步骤为：铁水预处理、转炉冶炼、真空处理、连铸；加热热轧；常化处理；冷轧、退火；保温、冷却；涂覆绝缘层。本发明通过对无取向硅钢的组分及其配比，结合工艺操作进行优化，能够生产得到电磁性能及延伸率均优异的无取向硅钢，从而能够有效满足电工钢缠绕式加工及使用需求，且其制造工序流程短、成本相对较低。

基本信息

申请号：CN202111239882.3

申请日期：20211025

公开号：CN202111239882.3

公开日期：20220218

申请人：马鞍山钢铁股份有限公司

申请人地址：243000 安徽省马鞍山市九华西路8号

发明人：夏雪兰;裴英豪;施立发;祁旋;胡柯;陈明侠;占云高;徐文祥

当前权利人：马鞍山钢铁股份有限公司

代理机构：安徽知问律师事务所 34134

代理人：王亚军

主权利要求

1.一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，其特征在于：包括以下质量百分比的元素：Si：1.5~2.5%，Mn：0.15~1.0%、Als：0.5~1.5%，其余为Fe及不可避免的杂质；其他元素C≤0.0030%，S≤0.0030%，Ti≤0.0030%，N≤0.0020%，其余杂质V、Nb、B、Ca、Mo、Ni要求总含量控制在0.02%以下；Si与Al的添加量控制为Al：Si=0.42~0.45；其加工方法包括如下步骤：步骤一、铁水预处理、转炉冶炼、真空处理、连铸；通过钢包顶渣还原改质，降低渣中FeO含量至5%以下，保证渣中CaO/Al2O3比值控制在1.4~1.8，同时控制铸坯中全氧含量稳定在15ppm以下；步骤二、加热热轧；步骤三、常化处理；步骤四、冷轧、退火；步骤五、保温、冷却；带钢在高温段保温30~50s，然后对带钢进行降温；对带钢进行间接冷却后，按规定的冷却速度冷却带钢；冷却段采用风冷，分为控制冷却和快速冷却，其中，控制冷却时，通过调节风量控制带钢的冷却速度，使带钢在该段按冷却速率15~35℃/s进行冷却，控制带钢入口和出口温度相差300~500℃；步骤六、涂覆绝缘层。

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权利要求

其加工方法包括如下步骤：

步骤一、铁水预处理、转炉冶炼、真空处理、连铸；通过钢包顶渣还原改质，降低渣中FeO含量至5%以下，保证渣中CaO/Al ₂O ₃比值控制在1.4~1.8，同时控制铸坯中全氧含量稳定在15ppm以下；

步骤二、加热热轧；

步骤三、常化处理；

步骤四、冷轧、退火；

步骤五、保温、冷却；带钢在高温段保温30~50s，然后对带钢进行降温；对带钢进行间接冷却后，按规定的冷却速度冷却带钢；冷却段采用风冷，分为控制冷却和快速冷却，其中，控制冷却时，通过调节风量控制带钢的冷却速度，使带钢在该段按冷却速率15~35℃/s进行冷却，控制带钢入口和出口温度相差300~500℃；

步骤六、涂覆绝缘层。

2.根据权利要求1所述的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，其特征在于：其铁损P _1.5/50＜3.0W/kg，磁感B ₅₀＞1.68T，延伸率A ₅₀≥28%。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢的生产方法，其特征在于，其工艺步骤为：

步骤二、加热热轧；

步骤三、常化处理；

步骤四、冷轧、退火；

步骤六、涂覆绝缘层。

4.根据权利要求3所述的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢的生产方法，其特征在于：步骤二中，铸坯通过热装的方式进行加热热轧，入炉温度＞300℃，铸坯加热温度控制在1050℃~1200℃，加热时间控制在120min~250min；步骤三中，获得的2.0~3.0mm厚的热轧板在850~1000℃常化处理后，获得150μm以上粗大的（100）和（110）位向的晶粒组织。

5.根据权利要求3所述的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢的生产方法，其特征在于：步骤四中，将冷轧后的带钢在900~1000℃的氮氢混合气氛中进行退火，露点控制在-10℃以下，其中，控制氮氢混合气氛中H ₂含量占30%~45%，同时炉内氧含量控制在20ppm以下。

说明书

一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢及其生产方法

技术领域

本发明属于轧钢生产技术领域，更具体地说，涉及一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢及其生产方法。

背景技术

电机定子铁芯传统的生产方法为单片冲压后多片焊接或铆接而成，因其片与片之间互不关联，所以每个材质上或多或少存在材料本身或人为的差异，同时由于受到焊接或铆接时压力影响，会出现缝隙、开裂等问题，影响电机性能，除此之外，在冲片时其边角及中部圆被浪费，材料的利用率较低。而缠绕式定子铁芯加工方式，只需要经过开卷、校平、冲压、缠绕、焊接、修整等过程，材料利用率大幅提高。同时，因每个定子铁芯都是同一条带钢连续缠绕而成，且经过压力机的强力整形，无论在尺寸精度还是在性能方面均优于冲片式加工。

对于采用缠绕式加工方式生产电机的定子铁芯用硅钢材料，在满足低铁损和高磁感同时，还对延伸率提出了较高的要求。而现有技术中通常通过添加铝来降低铁损，但是铝的添加在降低铁损的同时，又不可避免地导致延伸率降低较大，从而难以保证缠绕式加工的需求。

如，中国专利申请号为：202010344453.1，申请日为：2020年4月27日，发明创造名称为：一种汽车发电机用高磁感无取向硅钢及其制备方法。该申请中所述汽车发电机用高磁感无取向硅钢包括以下重量百分比的化学成分：Si0.60％～1.60％；Mn0.10％～0.65％；P0.040～0.100％；Als≤0.0080％；Sn0.01％～0.10％；C+S+O+N+Ti≤100ppm，且各元素含量均≤25ppm；其余成分为Fe及不可避免的杂质元素。该申请案通过成分和工艺设计优化，最终产品的的磁性能满足，铁损P1.5/50≤4.50W/kg，磁感B50≥1.74T；力学性能满足维氏显微硬度HV1在110～120范围，延伸率A50≥40％；最终生产的无取向硅钢成品满足用户对汽车发电机的性能和定子缠绕式加工要求。但是该申请案所得无取向硅钢的铁损相对较高，即P1.5/50≤4.50W/kg，为更好地生产低铁损性能的无取向硅钢，其铁损还需进一步降低。

又如，中国专利申请号为：202010330218.9，申请日为：2020年4月22日，发明创造名称为：一种非标厚度电动自行车电机用无取向电工钢及其生产方法。该申请案中电工钢的成分包括C≤0.004％，Si：0.9-1.9％，Mn：0.3-0.7％，Als：0.3-1.5％，S≤0.005％，P≤0.04％，N≤0.004％，Ti≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。该申请案中最终所得无取向硅钢，在一定程度上，其成品磁性能铁损低、磁感高，屈服强度和抗拉强度低，且硬度低，但该申请案中所得无取向硅钢的延伸率有待进一步提高，且采用该申请案提供的工艺流程进行生产，非标厚度增加了生产成本，同时也会影响生产效率。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有无取向硅钢，存在铁损高、磁性能相对较差、延伸率较低，从而难以满足电工钢的使用需求，且不利于缠绕式加工的问题，提供了一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢及其生产方法。采用本发明的技术方案能够有效解决上述问题，生产得到电磁性能及延伸率均优异的无取向硅钢，从而能够有效满足电工钢缠绕式加工及使用需求，且其制造工序流程短、成本相对较低。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，包括以下质量百分比的元素：Si：1.5～2.5％，Mn：0.15～1.0％、Als：0.5～1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。

更进一步的，其他元素C≤0.0030％，S≤0.0030％Ti≤0.0030％，N≤0.0020％，其余杂质V、Nb、B、Ca、Mo、Ni要求总含量控制在0.02％以下。

更进一步的，Si与Al的添加量控制为Al：Si＝0.42～0.45，更优化的，当取到0.43最佳。

更进一步的，其铁损P _1.5/50＜3.0W/kg，磁感B ₅₀＞1.68T，延伸率A ₅₀≥28％。

本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢的生产方法，其工艺步骤为：

步骤一、铁水预处理、转炉冶炼、真空处理、连铸；

步骤二、加热热轧；

步骤三、常化处理；

步骤四、冷轧、退火；

步骤五、保温、冷却；

步骤六、涂覆绝缘层。

更进一步的，步骤一中，通过钢包顶渣还原改质，降低渣中FeO含量至5％以下，保证渣中CaO/Al ₂O ₃比值控制在1.4～1.8，同时控制铸坯中全氧含量稳定在15ppm以下。

更进一步的，步骤二中，铸坯通过热装的方式进行加热热轧，入炉温度＞300℃，铸坯加热温度控制在1050℃～1200℃，加热时间控制在120min～250min；步骤三中，获得的2.0～3.0mm厚的热轧板在850～1000℃常化处理后，获得150μm以上粗大的(100)和(110)位向的晶粒组织。

更进一步的，步骤四中，将冷轧后的带钢在900～1000℃的氮氢混合气氛中进行退火，露点控制在-10℃以下，其中，控制氮氢混合气氛中H ₂含量占30％～45％，同时炉内氧含量控制在20ppm以下。

更进一步的，步骤五中，带钢在高温段保温一段时间，一般控制在30～50s，从而充分再结晶，以获得所需的组织，然后对带钢进行降温；对带钢进行间接冷却后，按规定的冷却速度冷却带钢。

更进一步的，冷却段采用风冷，分为控制冷却和快速冷却，其中，控制冷却时，通过调节风量控制带钢的冷却速度，使带钢在该段按冷却速率15～35℃/s进行冷却，控制带钢入口和出口温度相差300～500℃。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，通过对其组分及组分的质量百分比范围进行优化设计，从而能够保证所得无取向的综合电磁性能，尤其是保证所得产品在具有较低铁损和较高磁感强度的情况下，同时还具备优良的延伸率，使得所得无取向硅钢能够有效满足电工钢的缠绕式加工及使用需求，且制造成本低，具有较高的经济效益。

(2)本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，主要采用Si+Al成分设计思路，控制Si含量在1.5～2.5％，Al含量在0.5～1.5％之间，通过对各组分之间的互相配合，从而生产得到铁损P _1.5/50＜3.0W/kg，磁感＞1.68T，延伸率A ₅₀≥28％的无取向电工钢，一方面有效保证了产品的电磁性能，进而满足电工钢的使用需求；另一方面，在保证电工钢电磁性能的基础上，保证延伸率，以便满足缠绕式加工的需求。

(3)本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，通过对组分的添加量进行严格控制，尤其是控制Al：Si＝0.42～0.45，从而能够在保证硅钢磁性能的同时保证其延伸率，有利于减小硅钢加工脆性，保证了所得无取向硅钢可用于电工钢的缠绕式加工。同时，对Mn和S元素的精准控制，使Mn/S≥10，可以有效改善硅钢热轧塑性、提高强度，改善冲片性。

(4)本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢的生产方法，通过对成分配比以及生产工艺进行优化设计，共同发挥作用，特别是通过对冶炼、加热、退火、保温及冷却工艺参数进行优化设计，从而能够得到电磁性能优良、延伸率相对较高的无取向硅钢，从而能够有效满足电工钢的加工及使用需求，且制造流程短，无需增加额外生产工序，生产成本低。

(5)本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢的生产方法，退火时，通入氮氢混合气氛，并控制混合气氛中氢气的含量为30％～45％，同时炉内氧含量控制在20ppm以下，从而能够有效保证所得无取向硅钢的电磁性能和延伸率。同时，通过将带钢在高温短保温一段时间，使其充分完成再结晶，获得所需的组织后再进行冷却处理，并且对冷却工艺进行优化设计，可确保其延伸率处于较高水平的同时保证最终产品的电磁性能。

附图说明

图1为本发明中各实施例及各对比例化学成分的取值列表(wt％)；

图2为本发明的各实施例及各对比例中所得产品的性能检测结果；

图3为本发明中对比例1中炉内气氛对带钢表面质量以及内部微观状态的影响；

图4为本发明中实施例1中炉内气氛对带钢表面质量以及内部微观状态的影响。

具体实施方式

本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，包括以下质量百分比的元素：Si：1.5～2.5％，Mn：0.15～1.0％、Als：0.5～1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。其中，元素C≤0.0030％，S≤0.0030％Ti≤0.0030％，N≤0.0020％，其余杂质V、Nb、B、Ca、Mo、Ni要求总含量控制在0.02％以下。更优化的，Si与Al的添加量控制为Al：Si＝0.42～0.45，更优化的，当取到0.43最佳，Mn/S≥10。本发明通过对其组分及组分的质量百分比范围进行优化设计，从而能够保证所得无取向硅钢的电磁性能，尤其是Si含量在1.5～2.5％，Al含量在0.5～1.5％之间，铁损P _1.5/50＜3.0W/kg，磁感B ₅₀＞1.68T，延伸率A ₅₀≥28％的无取向电工钢。

需要说明的是，Si是增加电阻元素，是电工钢最重要的合金元素，为获得低的铁损，需要提高Si含量，但Si含量增加，会增加钢的强度，导致冷加工过程中钢因脆性变形而断带；而铝与硅的作用相似，可以提高ρ值、缩小γ区和促使晶粒长大，降低铁损同时也会增加钢的强度，导致后期加工控制较为困难。本发明通过严格控制Si和Al的添加量及比例，并匹配后续适宜的加工工艺，从而能够同时确保所得无取向硅钢的磁性能和力学性能前提下，能够尽可能将延伸率保持在较高水平，进而满足后续电工钢的缠绕式加工需求。此外，本发明的硅钢，通过控制锰元素与硫元素的添加量之间满足Mn/S≥10，锰与硫形成MnS，可防止沿晶界形成低熔点的FeS所引起的热脆现象，因此要保证一定量的锰来改善热轧塑性。同时，锰能够扩大γ相区，MnS在γ相中的固溶度乘积比在α相中的低，可促使MnS粗化，有利于以后晶粒长大。本发明将Mn/S控制在上述比例，一方面能够保证良好热加工性和使MnS粗化的作用；另一方面，一部分固溶的锰配合P还能够提高低碳电工钢的硬度，从而有利于改善所得硅钢的冲片性。

本发明的一种适宜缠绕式加工的低铁损无取向硅钢，其生产工艺步骤为：

步骤一、铁水预处理、转炉冶炼、真空处理、连铸；

将上述化学成分的钢经铁水预处理、转炉炼钢、真空处理后连铸成150～250mm厚铸坯。需要说明的是，本发明成分体系下Si和Al的特殊配比，在进行冶炼时必须对Al类夹杂进行严格控制，本发明通过钢包顶渣还原改质，降低渣中FeO含量至5％以下，保证渣中CaO/Al ₂O ₃比值控制在1.4～1.8，从而能够有效提高顶渣吸附夹杂的能力，同时控制铸坯中全氧含量稳定在15ppm以下，从而能够尽可能降低对产品性能的影响。

步骤二、加热热轧；

铸坯通过热装的方式进行加热热轧，入炉温度＞300℃，铸坯加热温度控制在1050℃～1200℃。需要说明的是，申请人经过研究发现，较低的加热温度有利于铁损的进一步降低，但会增加热轧控制的难度，因此本发明中控制在上述范围内。本发明中将加热时间控制在120min～250min，从而有效避免了设置较短的加热时间，导致板坯未烧透，表面与芯部温度不均匀的情况发生；也避免了铸坯因加热时间过长，导致细小夹杂物回溶，在后续热处理过程中长大，钉扎晶粒，影响电磁性能的情况发生。

步骤三、常化处理；

获得的2.0～3.0mm厚的热轧板在850～1000℃常化处理后，获得150μm以上粗大的(100)和(110)位向的晶粒组织。

步骤四、冷轧、退火；

待温冷轧至需要的厚度，一般为0.35mm。将冷轧后的带钢在900～1000℃的氮氢混合气氛中进行退火，露点控制在-10℃以下。由于本发明中Si和Al的特殊配比，在高温段，带钢易被氧化，会在带钢表面形成一层主要成分为Fe ₃O ₄，Al ₂O ₃，SiO ₂的氧化层或者氧化质点，而氧化层或者氧化质点的存在阻碍材料的形变。在金属材料变形过程中，随着外加应力的实施，位错开始运动，材料发生宏观变形，而当位错运动受到阻碍，就会产生应变落后于应力的情况，即延伸率降低。同时性能也恶化，因此，控制氮氢混合气氛中H ₂含量为30％～45％，同时炉内氧含量控制在20ppm以下。

步骤五、保温、冷却；

带钢在高温段保温一段时间，一般控制在30～50s，从而充分再结晶，以获得所需的组织，立于晶粒完全长大，又不会发生氧化。然后对带钢进行降温。先采用冷却管对带钢进行间接冷却，以保持良好的板形。冷却管炉靠排废风机造成的负压吸入冷风间接冷却带钢，冷却管布置在带钢上下方，沿带钢宽度方向均匀布置。

然后按规定的冷却速度冷却带钢。该冷却段分为控制冷却和快速冷却，均采用风冷。由于快速冷却段的风量不可调，始终以其最大风量循环喷射冷却带钢。因此，控制冷却工艺对产品性能影响较大。控制冷却的循环风机采用交流变频调速，通过调节风量控制带钢的冷却速度，使带钢在该段按工艺速度即以冷却速率15～35℃/s进行冷却，控制入口和出口温度相差约300～500℃左右，从而可以有效确保延伸率在较高水平同时保证产品电磁性能。而冷却太快，带钢内应力增加，延伸率降低；冷却太慢，产品保温时间过长，性能恶化。本发明通过对冷却工艺进行优化，从而能够保证最终所得无取向硅钢产品满足本发明的要求。

步骤六、涂覆绝缘层；

带钢出炉后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经500℃以下的温度进行烘干固化，获得优良的绝缘性能。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1