CN101096724B - 具有优异电磁性能的电磁钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁钢及其制造方法，特别涉及一种具有优异电磁性能的电磁钢及其制造方法。主要解决现有电磁钢制造的汽车发电机爪极在电机低速状态下无法提供高输出功率导致汽车空调制冷效果差的技术问题。本发明的技术方案为：一种具有优异电磁性能的电磁钢，其组成成分的重量百分配比为：C：＞0.03％，≤0.06％，Si：≤0.03％，Mn：0.2～0.3％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，Cu：≤0.05％，Ni：≤0.05％，Cr：≤0.05％，N：≤50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。冶炼方法依次包括以下步骤：按上述配比配制原料进行铁水脱硫，脱硫后铁水进入转炉冶炼，然后经过精炼、镇静钢锭模、均热、轧制、在线火焰清理、空冷、精整，最后得到成品。本发明用于制造汽车发电机爪极及相关部件，具有优良的电磁性能。

Description

具有优异电磁性能的电磁钢及其制造方法

技术领域：本发明涉及一种电磁钢及其制造方法，特别涉及一种具有优异电磁性能的电磁钢及其制造方法。

背景技术：爪极是汽车发电机转子里机械能转变为电能的关键零件，一个发电机共有两件爪极，成对使用。该零件几何形状复杂，成形难度大。传统的制造工艺采为铸造成形，但由于铸造缺陷，缩孔疏松无法消除，使装机后的电磁性能波动较大，影响发电机整机的质量。目前普遍采用热锻成形工艺生产爪极，新工艺明显提高了爪极的质量和生产效率。但发电机爪极材料通常采用08或10号钢生产，只能满足普通汽车发电机输出功率的一般要求，而对于当前需求增长的城市空调车、长途客车，由于发电机输出功率的限制，不能保证汽车空调系统满意的制冷效果，尤其在城市低速运行时空调制冷效果不佳，影响空调车的舒适性。因此，新型空调客车对汽车低速运行状态时发电机的输出功率提出了更高的标准，而普通的低碳钢材料，是难以达到其低速大功率输出的要求。

低碳钢是19世纪末和20世纪初使用的主要软磁材料，也是工业上最先应用的软磁材料。低碳钢由于电阻率(ρ)低，铁损大，碳、氮含量还不够低，磁时效严重，到1906年已陆续被硅钢片所代替。1910年美国Armco钢公司首先用碱性平炉冶炼成碳及其它杂质含量都比低碳电工钢为低的阿姆科铁(Armco iron)。两者的区别在于碳及其它杂质的含量的不同：低碳电工钢中的杂质总含量小于1％，阿姆科铁中一般则小于0.50％。50年代末由于氧气顶吹转炉和真空冶金等冶炼新技术，低碳钢中的氧、氮含量降低到50ppm以下，磁时效明显减轻。此时美国和日本又开始大量生产低碳电工钢(AISI1008和1010，含碳0.08～0.10％)，制造家用电器中的微电机等。中国于1955年开始生产阿姆科铁，1964年制成无时效的铝镇静阿姆科铁，1975～1980年试制成含碳0.010～0.025％的高气密性阿姆科铁。70年代阿姆科铁和低碳电工钢主要用氧气顶吹转炉冶炼，并进行真空处理脱碳和加铝脱氧。在这两种材料的生产中，为了改善热加工性，防止硫引起的热脆性(900～1050℃范围内)，常加入0.3～0.5％的锰；为了防止氮引起的时效现象，加入少量的铝或钛；为了改善冲片性，可加入0.08～0.15％的磷。日本生产H30和H40低碳电工钢有时还加入少量硅(Si≤0.5％)来提高电阻率(降低铁损)和硬度，减轻磁时效。中国主要采用电炉冶炼阿姆科铁，用电渣重熔或真空熔炼技术生产各种气密性好的阿姆科铁。由于目前的低碳钢材料仍不能稳定地达到汽车发电机低速运行时所要求的输出功率，因此，开发出一种性能更加优良的新材料是急需的。

发明内容：本发明的目的是提供一种具有优异电磁性能的电磁钢及其制造方法，主要解决现有电磁钢制造的汽车发电机爪极在电机低速状态下无法提供高输出功率导致汽车空调制冷效果差的技术问题。本发明的技术方案为：一种具有优异电磁性能的电磁钢，其组成成分的重量百分配比为：

C：＞0.03％，≤0.06％

Si：≤0.03％

Mn：0.2～0.3％

P：≤0.02％

S：≤0.015％

Cu：≤0.05％

Ni：≤0.05％

Cr：≤0.05％

N：≤50ppm

余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明成分分析：碳对钢的电磁性能影响最大，它使磁导率下降，矫顽力提高，铁损增大，磁化困难。碳还会引起磁时效现象。磁性材料的磁性随使用时间而发生变化，这种现象主要是碳和氮等杂质元素引起的。碳、氮和硫还会使铁的晶格严重畸变，引起很大的应力，使矫顽力和磁滞损耗明显升高。碳含量过低，会增加冶炼难度，降低成品的强度。所以本发明控制碳含量在电工纯铁和08#钢碳含量之间，为＞0.03％，≤0.06％；氮含量要求控制在50ppm以下，其它残余元素S、Cu、Ni、Cr也要求达到较低的含量。为改善热加工性，防止硫引起的热脆性，本发明加入0.2～0.3％的锰。本发明与电工纯铁和08#钢的成分对比见表1

表1：本发明与电工纯铁和08#钢的成分对比

一种具有优异电磁性能的电磁钢的冶炼方法，依次包括以下步骤：按上述配比配制原料进行铁水脱硫，脱硫后铁水进入转炉冶炼，然后经过精炼、镇静钢锭模、均热、轧制、在线火焰清理、空冷、精整，最后得到成品。其中精炼时，精炼终钢包温度控制在1585～1595℃，控制氮含量小于40ppm。

本发明的有益效果是，本发明材料的优越性在于生产工艺简单、电磁性能优良，机械能与电能的转换效率高，适合汽车零部件小型化发展要求，在城市公交空调汽车上应用良好。本发明的磁感应强度高，矫顽力低，与同类产品相比，具有更好的电磁性能。应用在汽车发电机的爪极部件上，可以达到较高的输出功率。不同材料的电磁性能比较见表2

表2：不同材料的电磁性能比较

钢种	磁感应强度T(B100)	矫顽力(A/m)
			本发明	1.75	47

钢种	磁感应强度T(B100)	矫顽力(A/m)
			08钢	0.80	150
DT4	1.40	85

具体实施方式：本发明实施例1-3化学成分重量百分比见表3：

(1)表3：试验材料的化学成分％，控制N：≤50ppm

元素	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr
									实施例1	0.035	0.016	0.23	0.008	0.008	0.02	0.04	0.02
实施例2	0.049	0.013	0.25	0.009	0.010	0.01	0.03	0.03
									实施例3	0.055	0.012	0.27	0.007	0.007	0.01	0.03	0.04
本发明	0.03-0.06	≤0.03	0.20-0.30	≤0.020	≤0.015	≤0.05	≤0.05	≤0.05

(2)一种具有优异电磁性能的电磁钢的冶炼方法，依次包括以下步骤：按上述配比配制原料进行铁水脱硫，脱硫后铁水进入转炉冶炼，然后经过精炼、镇静钢锭模、均热、轧制、在线火焰清理、空冷、精整，最后得到成品。镇静钢锭模步骤包括浇注、镇静、脱模和送锭，在火焰清理后需进行大剪。

工艺要点：

①钢包和锭模：钢包避免前炉钢水合金元素对钢水污染。锭模使用热周转模。

②主原料：采用脱硫铁水，铁水硫含量≤0.005％。

③转炉：转炉控制停吹碳0.02％，挡渣出钢，控制下渣量小于100mm。

④精炼：钢水经真空脱气处理，精炼终钢包温度控制在1585～1595℃，控制氮含量小于40ppm。

⑤浇注：浇注速度4.0～5.0吨/分，余钢量≥2吨，防止下渣。

⑥一次镇静时间：≥210分钟。

⑦脱模和送锭：开始脱模时间≥240分钟，脱模结束后钢锭即送均热炉。

⑧均热：按90～110℃/小时升温至1285～1295℃，保温5～7小时出炉。

⑨轧制：钢锭热轧成形，轧制比大于10。热钢坯表面实施热火焰清理，消除缺陷。

⑩大剪：切头率按10％，切尾率2％。

冷却：轧后钢坯在冷床上空冷或水冷。

精整：钢坯表面经磁粉探伤检查，采用砂轮修磨缺陷。成品还需进行检验：化学成分、低倍。

(3)产品使用流程

钢坯→轧制圆钢→分段→加热→热挤压成型→表面加工→装配→测试

(4)测试结果见下表4：

通过发电量测试比较，本发明材料性能优良，用于制造汽车发电机爪极及相关部件，具有优良的电磁性能，能够有效提高汽车在空转或低速运行状态时发电机的输出功率，满足汽车空调系统高效制冷的要求，在低速和高速状态时都能输出合格的电流值，尤其在汽车低速运转时输出电流稳定，满足汽车发电机的设计标准要求。可应用在城市空调公交车、长途空调客车、重型卡车上。另外在起动马达、电磁开关等机械能和电能相互转变的设备上均可以提高工作效能。

Claims (1)

1.一种用于汽车发电机爪极的具有优异电磁性能的电磁钢的制造方法，其特征是包括以下步骤：

电磁钢组成成分的重量百分配比为：C：＞0.03％，≤0.06％，Si：≤0.03％，Mn：0.2～0.3％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，Cu：≤0.05％，Ni：≤0.05％，Cr：≤0.05％，N：50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质；按上述配比配制原料进行铁水脱硫，脱硫后铁水进入转炉冶炼，然后经过精炼、镇静钢锭模、均热、轧制、在线火焰清理、空冷、精整，最后得到成品，其中精炼时，精炼终钢包温度控制在1585～1595℃，控制氮含量小于40ppm，镇静钢锭模步骤包括浇注、镇静、脱模和送锭，浇注速度4.0～5.0吨/分，余钢量≥2吨，一次镇静时间：≥210分钟，开始脱模时间≥240分钟，脱模结束后钢锭即送均热炉，所述的均热为按90～110℃/小时升温至1285～1295℃，保温5～7小时出炉，轧制时轧制比大于10。