一种分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，按以下步骤进行：(1)按设定成分采用转炉冶炼钢水，制成连铸坯，含C0.001～0.008％，Si1.5～4.8％，Cu0.5～2％，Ni0.5～1.5％，Al0.2～1％，Mn0.2～1.5％，P＆lt;0.005％，S＆lt;0.005％，其余为Fe；(2)将连铸坯置于均热炉保温，多道次热轧相邻两道次间隔时间为30～180s；空冷；(3)常化处理；(4)多道次冷轧；(5)退火处理；(6)时效处理。本发明的方法成本较低、工艺简单，生产的无取向电工钢兼具优异的力、磁性能，能够很好的满足驱动/牵引电机的使用需求。
基本信息
申请号：CN202110906272.8
申请日期：20210809
公开号：CN202110906272.8
公开日期：20211105
申请人：长春工业大学
申请人地址：130012 吉林省长春市延安大街2055号
发明人：祖国庆;王宇帆;鲍娜娜;莫立庸;韩英;朱巍巍;赵宇;冉旭
当前权利人：长春工业大学
代理机构：沈阳东大知识产权代理有限公司 21109
代理人：梁焱
主权利要求
1.一种分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）按设定成分采用转炉冶炼钢水，经RH真空精炼处理去除钢中有害气体，再经脱碳、脱磷和脱硫，最后进行连铸，制成连铸坯；连铸坯成分按质量百分比含C0.001~0.008%，Si1.5~4.8%，Cu0.5~2%，Ni0.5~1.5%，Al0.2~1%，Mn0.2~1.5%，P＆lt;0.005%，S＆lt;0.005%，其余为Fe和不可避免杂质；连铸坯的厚度为50~350mm；（2）将连铸坯置于均热炉中，在850~1150℃保温，保温时间30~150min，然后进行多道次热轧，轧制温度在720~1080℃，其中相邻两个道次热轧之间的间隔时间为30~180s；热轧后空冷至室温，制成热轧板；热轧道次数为5~20，每道次的压下率为5~20%，总压下率为68~99.6%；（3）将热轧板在800~1150℃保温30~180min进行常化处理，常化处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20~50%；然后空冷至室温，获得常化板；（4）将常化板进行多道次冷轧，制成冷轧板；冷轧道次数为6~30，每道次的压下率为5~15%，总压下率为66.7~99.7%；冷轧板的厚度为0.05~0.50mm；（5）冷轧板在900~1150℃保温1~15min进行退火处理，退火处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20~50%；然后空冷至室温，制成退火板；（6）将退火板在500~700℃保温5~45min进行时效处理，使纳米富Cu相析出，该析出相的尺寸为1~10nm；然后空冷至室温，得到高磁感高强度无取向电工钢。
权利要求
1.一种分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）按设定成分采用转炉冶炼钢水，经RH真空精炼处理去除钢中有害气体，再经脱碳、脱磷和脱硫，最后进行连铸，制成连铸坯；连铸坯成分按质量百分比含C 0.001~0.008%，Si1.5~4.8%，Cu 0.5~2%，Ni 0.5~1.5%，Al 0.2~1%，Mn 0.2~1.5%，P<0.005%，S<0.005%，其余为Fe和不可避免杂质；连铸坯的厚度为50~350mm；
（2）将连铸坯置于均热炉中，在850~1150℃保温，保温时间30~150min，然后进行多道次热轧，轧制温度在720~1080℃，其中相邻两个道次热轧之间的间隔时间为30~180s；热轧后空冷至室温，制成热轧板；热轧道次数为5~20，每道次的压下率为5~20%，总压下率为68~99.6%；
（3）将热轧板在800~1150℃保温30~180min进行常化处理，常化处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20~50%；然后空冷至室温，获得常化板；
（4）将常化板进行多道次冷轧，制成冷轧板；冷轧道次数为6~30，每道次的压下率为5~15%，总压下率为66.7~ 99.7%；冷轧板的厚度为0.05~0.50mm；
（5）冷轧板在900~1150℃保温1~15min进行退火处理，退火处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20~50%；然后空冷至室温，制成退火板；
（6）将退火板在500~700℃保温5~45min进行时效处理，使纳米富Cu相析出，该析出相的尺寸为1~10 nm；然后空冷至室温，得到高磁感高强度无取向电工钢。
2.根据权利要求1所述的分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，其特征在于步骤（2）中，热轧板的厚度为1.5~16mm。
3.根据权利要求1所述的分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，其特征在于所述的高磁感高强度无取向电工钢的λ织构组分比例≥40%。
4.根据权利要求1所述的分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，其特征在于所述的高磁感高强度无取向电工钢的抗拉强度770~820MPa，屈服强度650~700MPa。
5.根据权利要求1所述的分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，其特征在于所述的高磁感高强度无取向电工钢的磁感应强度B
50为1.55~1.74T，铁损P
10/400为11~27W/kg。
说明书
一种分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法
技术领域
本发明涉及电工钢制造技术领域，特别涉及一种分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法。
背景技术
高强度无取向电工钢是作为新能源汽车和高速动车的驱动/牵引电机的关键材料，随着该产业的发展对高强度无取向电工钢的需求日趋增多，也对无取向电工钢的强度等方面提出了更高的要求。
无取向电工钢的性能直接影响驱动/牵引电机的动力特性、服役表现和能耗水平；因此，制造出具有优良磁性能的高强度无取向电工钢对行业的发展非常重要。目前，已经公开了多种获得高强度无取向电工钢的方法，大多是通过固溶强化、析出强化、位错强化的方式来提供无取向电工钢的力学性能。其中，专利公开号CN 102453838A的发明通过添加镍、铬等固溶强化元素提高无取向电工钢的力学性能，并控制对磁性能有害的元素以及优化退火工艺制备了具有较高磁感应强度的无取向电工钢。日本专利公报2011-184787、专利公开号CN 102292462A也利用固溶强化的方式提高无取向电工钢的力学性能。日本专利公报2006-161137、2008-050685则利用碳氮化物析出强化力学性能。日本专利公报2007-186790、2006-070348、2005-113185等通过抑制再结晶或完全再结晶后进行二次冷轧等方式，在无取向电工钢中引入位错，从而使成品板获得较高的位错密度，强化无取向电工钢的力学性能。
但是由于力学性能与磁性能存在着近乎倒置的关系，难以兼具优异的力、磁性能；上述的专利申请均在一定程度上牺牲了无取向电工钢的磁性能或是生产过程复杂，存在着对资源节约与环境发展的不利因素。
日本专利公报2010-150667、2008-261053、2004-315956、2004-183066等也提出了析出纳米富Cu相来提高无取向电工钢的磁性能。专利公开号CN 107130169A中，采用二次冷轧的方式，通过控制二次冷轧压下量、退火工艺以及时效工艺使无取向电工钢达到磁感应强度、铁损以及屈服强度的平衡，提供了一种高强度含铜冷轧无取向硅钢及制造方法，然而两阶段冷轧工艺较为复杂，工艺周期长，生产率低下。专利公开号CN 110373612A中，通过加入稀土，形成稀土的氧硫化物，其氧硫化物熔点较高，高温退火时不易固溶，阻碍晶粒长大，有效发挥Cu析出强化的能力，从而使无取向电工钢具有优良磁性能的同时，具有较高的强度，但是该方法对工艺条件有着严格的要求，不利于工业大生产。王郁倩等人在专利公开号CN106282781A中基于纳米Cu析出强化通过双辊薄带连铸法制备高强度无取向硅钢，充分发挥纳米Cu析出强化的作用，并且可以在几乎不影响磁性能的同时使强度得到大幅度的提升，但是双辊薄带连铸法热轧压下率小，产品的组织缺陷大，并且热轧板表面质量难以控制。
发明内容
针对现有高强度无取向电工钢中存在的力、磁性能难以兼具的问题，本发明提供了一种分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法，利用在中温时效处理析出富Cu相析出过程中，材料的晶粒尺寸和主要织构不会发生明显变化的特点，通过在时效处理前的调控热轧前热处理温度，以及控制热轧过程中的两段热轧的间隔时间，来优化无取向电工钢的组织和织构，之后中温时效处理使纳米富Cu相析出以提高力学性能，制造高磁感高强度无取向电工钢，达到足够的性能指标，满足驱动/牵引电机的使用需求。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、按设定成分采用转炉冶炼钢水，经RH真空精炼处理去除钢中有害气体，再经脱碳、脱磷和脱硫，最后进行连铸，制成连铸坯；连铸坯成分按质量百分比含C 0.001～0.008％，Si1.5～4.8％，Cu 0.5～2％，Ni 0.5～1.5％，Al 0.2～1％，Mn 0.2～1.5％，P<0.005％，S<0.005％，其余为Fe和不可避免杂质；
2、将连铸坯置于均热炉中，在850～1150℃保温，然后进行多道次热轧，轧制温度在720～1080℃，其中相邻两个道次热轧之间的间隔时间为30～180s；热轧后空冷至室温，制成热轧板；
3、将热轧板在800～1150℃保温30～180min进行常化处理，常化处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20～50％；然后空冷至室温，获得常化板；
4、将常化板进行多道次冷轧，制成冷轧板；
5、将冷轧板在900～1150℃保温1～15min进行退火处理，退火处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20～50％；然后空冷至室温，制成退火板；
6、将退火板在500～700℃保温5～45min进行时效处理，使纳米富Cu相析出，该析出相的尺寸为1～10nm；然后空冷至室温，得到高磁感高强度无取向电工钢。
上述的步骤1中，连铸坯的厚度为50～350mm。
上述的步骤2中，保温时间30～150min。
上述的步骤2中，热轧道次数为5～20，每道次的压下率为5～20％，总压下率为68～99.6％。
上述的步骤2中，热轧板的厚度为1.5～16mm。
上述的步骤4中，冷轧道次数为6～30，每道次的压下率为5～15％，总压下率为66.7～99.7％。
上述的步骤4中，冷轧板的厚度为0.05～0.50mm。
上述的步骤3中，常化处理采用连续退火方式。
上述的步骤5中，退火处理采用连续退火方式。
上述的步骤6中，时效处理采用罩式退火方式，在氮气气氛条件下进行。
上述的高磁感高强度无取向电工钢的λ织构组分比例≥40％。
上述的高磁感高强度无取向电工钢的抗拉强度770～820MPa，屈服强度650～700MPa。
上述的高磁感高强度无取向电工钢的磁感应强度B
50为1.55～1.74T，铁损P
10/400为11～27W/kg。
本发明的方法在进行热轧时，采用较低的热轧温度并且延长连轧过程中相邻两个道次热轧之间的间隔时间，使其在热轧过程在动态析出少量富Cu相，使其与动态再结晶相互作用，调控动态再结晶晶核取向、晶粒尺寸和再结晶比例，促进磁性能有利织构晶核的形成；通过常化处理保证富Cu相完全固溶，并且使热轧板完全再结晶以及充分长大，保证常化板的平均晶粒尺寸在70μm以上；通过时效处理使纳米富Cu相析出，控制时效处理时间和温度，将纳米富Cu相的结构控制为bcc结构，析出相的尺寸控制在1～10nm；本发明的方法利用纳米富Cu相提高无取向电工钢的力学性能是一种可行的方法，控制纳米富Cu相析出，通过力、磁性能分步调控有望解决力、磁性能倒置关系的瓶颈问题，为高强度无取向电工钢的开发提供新的解决方案。
本发明在无取向电工钢中添加了Cu元素作为时效处理强化元素，在时效处理时析出纳米富Cu相强化无取向电工钢的力学性能，并且利用纳米富Cu相析出几乎不影响无取向电工钢的组织和织构的特点，提出分步调控的方式先通过二次冷轧的方式优化材料的磁性能，使其达到所期望的性能指标，之后再时效处理使纳米富Cu相析出来提高材料的力学性能，从而解决无取向电工钢力、磁性能不能兼得的难题。
本发明的方法成本较低、工艺简单，生产的无取向电工钢兼具优异的力、磁性能，能够很好的满足驱动/牵引电机的使用需求。
附图说明
图1为本发明中的分步调控制备高磁感高强度无取向电工钢的方法流程示意图；
图2为本发明实施例1中的高磁感高强度无取向电工钢的微观织构Φ
2＝45°的ODF截面图。
具体实施方式
本发明实施例中采用连轧机组进行多道次热轧。
本发明实施例中退火采用的设备为连续退火炉。
本发明实施例中时效处理采用的设备为罩式退火炉。
本发明实施例中冷轧采用四辊可逆冷轧机组。
本发明实施例中常化处理采用连续退火方式。
本发明实施例中退火处理采用连续退火方式。
本发明实施例中热轧道次数为5～20，每道次的压下率为5～20％。
本发明实施例中冷轧道次数为6～30，每道次的压下率为5～15％，
以下为本发明优选实施例。
实施例1
流程如图1所示；
按设定成分采用转炉冶炼钢水，经RH真空精炼处理去除钢中有害气体，再经脱碳、脱磷和脱硫，最后进行连铸，制成连铸坯；连铸坯成分按质量百分比含C 0.005％，Si3.4％，Cu1.1％，Ni 0.8％，Al 0.5％，Mn 0.8％，P 0.004％，S 0.003％，其余为Fe和不可避免杂质；
连铸坯的厚度为80mm；
将连铸坯置于均热炉中，在1000℃保温，时间90min，然后进行多道次热轧，轧制温度在720～1080℃，其中相邻两个道次热轧之间的间隔时间为90s；热轧后空冷至室温，制成热轧板，热轧板的厚度为3mm；总压下率为96.25％；
将热轧板在1000℃保温90min进行常化处理，空冷至室温，获得常化板；常化处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20％；
将常化板进行多道次冷轧，制成冷轧板；总压下率为88.3％；冷轧板的厚度为0.35mm；
将冷轧板在1000℃保温10min进行退火处理，空冷至室温，制成退火板；退火处理在氮气-氢气混合气氛条件下进行，其中氢气的体积浓度为20％；
将退火板在550℃保温20min进行时效处理，使纳米富Cu相析出，该析出相的尺寸为1～10nm；然后空冷至室温，得到高磁感高强度无取向电工钢；时效处理采用罩式退火方式，在氮气气氛条件下进行；
高磁感高强度无取向电工钢的λ织构组分比例51.7％；其织构截面图如图2所示；
高磁感高强度无取向电工钢的抗拉强度809MPa，屈服强度689MPa；
高磁感高强度无取向电工钢的磁感应强度B
50为1.73T，铁损P
10/400为15.2W/kg。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)连铸坯按质量百分比含C 0.006％，Si 1.52％，Cu 0.8％，Ni 0.6％，Al0.2％，Mn 1.0％，P 0.003％，S 0.002％；连铸坯的厚度为150mm；
(2)均热炉在900℃保温，时间120min，相邻两个道次热轧之间的间隔时间为60s；热轧板的厚度为5mm；热轧总压下率为96.7％；
(3)1050℃保温60min进行常化处理；混合气氛中氢气的体积浓度为30％；
(4)冷轧总压下率为90％；冷轧板的厚度为0.50mm；
(5)1050℃保温5min进行退火处理；混合气氛中氢气的体积浓度为30％；
(6)将退火板在600℃保温15min进行时效处理；
高磁感高强度无取向电工钢的λ织构组分比例43.6％；
高磁感高强度无取向电工钢的抗拉强度786MPa，屈服强度663MPa；
高磁感高强度无取向电工钢的磁感应强度B
50为1.67T，铁损P
10/400为23.2W/kg。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)连铸坯按质量百分比含C 0.002％，Si 3.12％，Cu 1.32％，Ni 1.4％，Al0.3％，Mn 0.5％，P 0.002％，S 0.004％；连铸坯的厚度为300mm；
(2)均热炉在1100℃保温，时间60min，相邻两个道次热轧之间的间隔时间为45s；热轧板的厚度为3.6mm；热轧总压下率为98.8％；
(3)900℃保温120min进行常化处理；混合气氛中氢气的体积浓度为50％；
(4)冷轧总压下率为73.3％；冷轧板的厚度为0.10mm；
(5)1030℃保温15min进行退火处理；混合气氛中氢气的体积浓度为50％；
(6)将退火板在500℃保温25min进行时效处理；
高磁感高强度无取向电工钢的λ织构组分比例58.7％；
高磁感高强度无取向电工钢的抗拉强度789MPa，屈服强度667MPa；
高磁感高强度无取向电工钢的磁感应强度B
50为1.74T，铁损P
10/400为13.6W/kg。
对比例1
方法同实施例1，不同点在于：
对无取向电工钢连铸坯进行热轧时的初始温度为1100℃，终轧温度为950℃，即开轧温度和终轧温度均高于实施例1；制备的成品板的强度与实施例1相近，磁感应强度B
50为1.59T，铁损P
10/400为33.4W/kg，磁感大幅降低，铁损明显提高。
对比例2
方法同实施例1，不同点在于：
时效处理时间为60min，时间大幅延长，纳米富Cu相结构为fcc结构，析出相尺寸超过40nm；制备的成品板的抗拉强度为613MPa，屈服强度为507MPa，磁性能相近，但强度大幅降低。
