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CN115261732B - 一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢及其制造方法 - Google Patents

一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢及其制造方法 Download PDF

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CN115261732B CN202210986662.5A CN202210986662A CN115261732B CN 115261732 B CN115261732 B CN 115261732B CN 202210986662 A CN202210986662 A CN 202210986662A CN 115261732 B CN115261732 B CN 115261732B
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Abstract

本发明公开了一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢，化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.03％，Mn：0.3％～0.5％，Si：0.3％～0.6％，Als：0.050～0.10％，P：≤0.02％，S：≤0.0020％，N：≤0.005％，Cu：≤0.02，Ti：≤0.02～0.04％，T[O]≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质；产品微观组织为铁素体和少量珠光体，成品厚度0.6mm～2.0mm；制造方法包括转炉炼钢→LF精炼→RH精炼→连铸→热轧→卷取→矫直→酸洗→冷轧→电解脱脂→全氢气罩式退火→平整；所得产品屈服强度Rp0.2≥350MPa，抗拉强度≥450MPa，磁感应强度B50≥1.65T。

Description

一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢及其制造方法。
背景技术
磁极是发电机转子的重要组成部件，为保证机组稳定高速运行，要求钢板具有良好的力学性能和磁性能，有良好的尺寸精度。磁感应强度的大小是衡量磁极钢性能的好坏的重要指标，为减小发电机组能量转换的损失，即减少涡流损失，要求磁极钢具有优良的磁感应强度。
为了提高磁极钢的强度，通常采用添加合金元素的方式来提高材料的强度，但通常强度提高的也伴随着磁性能即磁感强度B50的降低。且随着钢厂同质化竞争越来越激烈，如何绿色低成本生产高性能的钢铁材料也成为各个企业研发的方向。
申请号为CN200610018662.5专利公开一种350MPa级冷轧磁极钢的制造方法，它包括：(1)将板坯加热至1160－1230℃；(2)热轧的步骤；其开轧温度为1050－1100℃，终轧温度为130－180℃；冷却至620－610℃卷取；(3)冷却到60℃以下时进行酸洗；(4)冷轧的步骤；(5)罩式炉退火；退火控制温度为650－660℃；(6)平整，制成350MPa级的冷轧磁极钢；板坯的主要化学成分的重量百分比为：C 0.05－0.10％，Si 0.10－0.30％，Mn 0.50－1.10％，Nb 0.020－0.040％，Ti 0.020－0.040％，Als 0.02－0.06％，P≤0.025％，S≤0.010％，余量为Fe。本发明方法生产的冷轧磁极钢，钢板强度和磁感应强度配合良好，对轧制设备和工艺控制没有苛刻要求，成本低，磁感应强度B50＞1.58T。
申请号为CN201510331665.8的专利中公开了一种屈服强度450MPa级高磁感低成本冷轧磁极钢及其制造方法，该钢的化学成分质量百分比为：C：0.05～0.08％，Mn：0.65～1.15％，P≤0.025％，S≤0.01％，Al：0.015～0.05％，N≤0.01％，Nb：0.005～0.02％，Ti：0.05～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质，且须满足：Ti≥0.03％+3.43*N。本发明钢的化学成分简单，且添加廉价的Ti，大大降低了成本，并采用连续退火方式，显著提高了产品性能的均匀性，制造出的磁极钢的下屈服强度ReL≥450MPa，磁感应强度B50≥1.6T，钢板强度和磁感应强度配合良好，产品具有更加优良的综合性能。
以上两个公开专利中的方法添加较多的Mn及添加成本较高的Nb元素，且磁感应强度B50＞1.58T/B50≥1.6T，磁感应强度较低。
如何生产出一种具有良好的磁性能及低成本的350Mpa级冷轧磁极用钢成为亟待解决的问题。
发明内容
为得到一种具有低成本350MPa级具有良好的磁性能的磁极钢板，本领域技术人员通常在磁极钢种添加C、Si、Mn、Nb、Ti等合金元素起到强化的作用，锰的添加起到固溶强度的作用，可以显著提高钢的强度，但过高的Mn会影响其磁性能；C元素为最经济的强化元素，主要以固溶或碳化物的形式存在于钢基中，过高的C亦会影响其磁感应强度。Si可提高钢材的强度，减小磁阻，但随着添加量的增加表面易形成条带状氧化铁皮缺陷。Nb、Ti可以起到细晶强化的作用，且能与多余的碳形成NbC/TiC起到固C的作用。锰铁、铌铁的原料成本较高，过多的添加使得合金成本的增加，目前检索专利中350Mpa级磁极钢磁感应强度B50＞1.6T。
本发明的目的在于针对上述现有磁极钢成分设计及全流程生产过程中的存在不足，提供一种低成本高磁感磁极钢的制造方法，其中包括新的成分、热轧、冷轧工艺，得到了一种基于罩式退火工艺的350MPa级磁极钢，其屈服强度Rp0.2≥350MPa，抗拉强度≥450MPa，磁感应强度B50≥1.65T。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢，其化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.03％，Mn：0.3％～0.5％，Si：0.3％～0.6％，Als：0.050～0.10％，P：≤0.02％，S：≤0.0020％，N：≤0.005％，Cu：≤0.02，Ti：≤0.02～0.04％，T[O]≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质；产品微观组织为铁素体和少量珠光体，成品厚度0.6mm～2.0mm。
上述350MPa级冷轧磁极钢的制造方法，包括转炉炼钢→LF精炼→RH精炼→连铸→热轧→卷取→矫直→酸洗→冷轧→电解脱脂→全氢气罩式退火→平整。
按上述方案，热轧板坯加热温度为1150～1250℃，开轧温度为1030～1010℃，终轧结束温度110～830℃，卷取600～600℃。
按上述方案，矫直机拉矫延伸0.6～1.2％。
按上述方案，酸洗盐酸浓度100～250ml/L，酸洗带速10～150m/min，酸洗温度60～80℃。
按上述方案，冷轧总压下率65～10％；一次冷轧压下率40～50％。
按上述方案，全氢气罩式退火采用两段式加热；包括钢卷一次加热、保温、二次加热、保温，冷却；其中一次保温温度为350～450℃，保温时间2～6h；二次保温温度即热点温度600～630℃，保温时间10～20h，冷点温度620～600℃，后随炉冷却，保护气氛采用全氢气。
按上述方案，平整压下率0.1～2.0％，根据成品厚度设定对应平整延伸率：成品厚度≤1.2mm时，平整延伸率0.1～1.2％；成品厚度＞1.2mm时，平整延伸率1.2～2.0％。
本发明中主要元素和工艺的作用及机理：
C：碳的加入可以有效提高钢材的强度，但随钢板强度明显的增加会降低钢板的塑性和成形性能，且无论C固溶于钢基或以碳化物的形式存在，均不利于磁极钢的磁性能，控制较低的碳含量有利于减少固溶C及渗碳体在晶界的析出，因此钢中的C含量选择为0.01％～0.03％。
Mn：Mn是一种固溶强化元素。Mn含量增加降低产品韧性，弱化延伸率、扩孔和冷弯性能，且随着Mn含量的提升，磁性能减弱，因此本发明中Mn含量为0.3～0.5％。
Si：Si是固溶强化元素，可显著提高钢材的强度，减小磁阻，使钢更容易发生磁化，但过高的Si含量热轧过程中易于在钢板表面形成铁橄榄石氧化铁皮，热轧除鳞不易去除，Si的含量不宜太高，因此本发明中Si含量为0.3～0.6％。
Als：Al为脱氧剂，降低钢中的氧含量，减少钢中的夹杂物，提高钢材韧性，但Al含量太高易形成粗大的AlN粒子，降低钢材的韧性，因此本发明中Al含量为0.050～0.10％。
P：P为钢中的杂质元素，易于在晶界偏聚，影响产品的韧性与磁性能，因此其含量越低越好，根据实际控制水平与成本因素考虑，控制在0.02％以下。
S：S为钢中的杂质元素，也易在晶界产生偏聚，且与钢中的Fe、Mn形成低熔点的硫化物夹杂，应控制在较低的水平，因此控制在0.002％以下。
N：N为钢中的杂质元素，降低钢材的韧性，因此尽量降低其含量，应控制在0.005％以下。
Cu：Cu可提高钢材的耐蚀性，Cu含量的增加可以增加钢的强度，特别是屈强比，因此本发明中Cu含量为≤0.02％。
Ti：Ti可以起到析出强化的作用，细化组织晶粒，减少组织的各向异性，且Ti可与C形成TiC第二相粒子，从而减少钢中固溶和析出的碳化物的含量，但过高的Ti含量也使得材料强度的增加以及生产成本的增加，因此本发明中Ti的含量为≤0.02～0.04％。
T[O]：含量高容易形成氧化系夹杂物，因此应降低钢中T[O]的含量，本发明中T[O]≤0.002％。
对本发明中主要工艺理由分析如下：
采用LF精炼可以降低钢中的S和O含量，降低钢中的硫化物、氧化物的含量，提升产品的韧性。
采用RH真空可以降低钢水中C、N、H等元素含量，降低钢中碳化物、氮化物和有害气体含量，提高钢质纯净度，有利于磁性能的提高。
热轧采用奥氏体轧制，带钢进入精轧机前，处于γ相区，较高的终轧温度避免因终轧温度低于Ar3进入两相区，从开始精轧到出精轧都处于奥氏体相区，避免两相区轧制带来的混晶现象。热轧卷取温度600～600℃，高温卷曲有利于热轧板形的控制，避免卷曲温度低带来的板型波动，出现浪型等现象，但太高容易形成粗大晶粒，因此选取600～600℃。
矫直机拉矫延伸0.6～1.2％，酸洗盐酸浓度100～250ml/L，酸洗带速10～150m/min，酸洗温度60～80℃，因钢中添加了一定量的Si，Si是一种易于形成氧化铁皮元素，适当的拉矫延伸有利于氧化铁皮的破碎脱落，酸洗时与酸液有更大的接触面积，酸洗如不够充分，热轧板表面的氧话铁皮残留遗传至后工序形成表面缺陷，上述工艺保证表面氧化铁皮的有效去除。
冷轧过程中采用高的冷轧压下率，起到细化钢中的组织作用，有利于保持一定尺寸的晶粒，因此本发明中冷轧总压下率65～10％。
冷轧采用五机架轧制，过程中一次压下率为40～50％，可充分细化钢中的组织，在后续四个机架轧制单个机架变形较小，获得更好的表面与尺寸精度，因此本发明中一次冷轧压下率40～50％。
在罩式退火过程中，采用两段式加热方式。包括钢卷一次加热、保温，二次加热、保温，冷却等几个阶段。其中一次保温温度为350～450℃，保温时间2～6h，二次保温温度即热点温度600～630℃，保温时间10～20h，冷点温度620～600℃，两段式保温加热方式能使带钢卷径向、宽度方向受热更均匀，钢卷内外温差更小，避免温度不均与带来的内应力，保证各个部位的晶粒充分长大，消除不均匀性。
采用全氢式罩式退火炉生产，由于磁极钢板表面质量要求较高，全氢式罩式退火炉采用氢气作为保护气氛，氢气具有还原性，获得更优的表面状态。
本发明采用湿平整工艺，湿平整工艺相较与干平整工艺所需的轧制力更小，减少了能耗，有利于钢板屈服平台的消除，且成品表面质量更优。采用0.1～2.0％的平整延伸率，最终获得具有良好表面及尺寸精度的磁极钢。
相对于现有技术，本发明有益效果在：
本发明提出了一种低成本高磁感350MPa级冷轧磁极钢及其制造方法，产品由铁素体及少量珠光体组成，产品屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥450MPa，磁感应强度B50≥1.65T的磁极钢产品。
罩式退火两段式加热及保温工艺，有利于钢卷径向及宽度方向组织的均匀性，消除内应力，获得均匀的性能。
本发明产品中的采用低成本的合金元素的添加及生产品种节奏灵活的罩退产线，实现钢材的屈服强度为350Mpa的磁极钢产品生产。
附图说明
图1：实施例1的金相组织图。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
具体实施方式中提供了一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢，其化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.03％，Mn：0.3％～0.5％，Si：0.3％～0.6％，Als：0.050～0.10％，P：≤0.02％，S：≤0.0020％，N：≤0.005％，Cu：≤0.02，Ti：≤0.02～0.04％，T[O]≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质；产品微观组织为铁素体和少量珠光体，成品厚度0.6mm～2.0mm。
具体实施方式中还提供了上述350MPa级冷轧磁极钢的制造方法，主要工艺流程包括转炉炼钢→LF精炼→RH精炼→连铸→热轧→卷取→矫直→酸洗→冷轧→电解脱脂→全氢气罩式退火→湿平整→成品。具体地，采用脱硫精炼铁水，按预定的成分进行冶炼、铸造成板坯；
将板坯加热后进行热轧，热轧板坯加热温度为1150～1250℃；开轧温度为1030～1010℃，终轧结束温度110～830℃，卷取600～600℃；
矫直机拉矫延伸0.6～1.2％。
酸洗盐酸浓度100～250ml/L，酸洗带速10～150m/min，酸洗温度60～80℃。
冷轧总压下率65～10％；一次冷轧压下率40～50％。
全氢气罩式退火采用两段式加热；包括钢卷一次加热、保温、二次加热、保温，冷却；其中一次保温温度为350～450℃，保温时间2～6h；二次保温温度即热点温度600～630℃，保温时间10～20h，冷点温度620～600℃，后随炉冷却，保护气氛采用全氢气。
平整压下率0.1～2.0％，根据成品厚度设定对应平整延伸率：成品厚度≤1.2mm时，平整延伸率0.1～1.2％；成品厚度＞1.2mm时，平整延伸率1.2～2.0％。
表1为本发明各实施例及对比例的的化学成分列表(wt％)；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
表1
序号 C Si Mn Als N P S Cu Ti T[O]
实施例1 0.026 0.56 0.44 0.06 0.0042 0.010 0.0010 0.014 0.030 0.0013
实施例2 0.024 0.41 0.48 0.08 0.0031 0.011 0.0012 0.015 0.038 0.0014
实施例3 0.011 0.50 0.42 0.01 0.0033 0.012 0.0010 0.016 0.033 0.0015
实施例4 0.028 0.56 0.38 0.06 0.0034 0.008 0.0008 0.015 0.035 0.0016
实施例5 0.016 0.51 0.41 0.01 0.0034 0.001 0.0001 0.016 0.032 0.0010
对比例 0.06 0.11 1.00 0.06 0.0062 0.013 0.0015 0.001 0.016 0.0020
表2
Figure BDA0003802202830000061
续表2
Figure BDA0003802202830000062
表3
Figure BDA0003802202830000063
从表3实施例1-5可以看出，性能均达到目标，同时不同成品厚度的钢板，性能保持稳定，图1为实施例1的金相组织图。

Claims (1)

1.一种350MPa级低成本高磁感冷轧磁极钢，其特征在于化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.03％，Mn：0.3％～0.5％，Si：0.3％～0.6％，Als：0.050～0.10％，P：≤0.02％，S：≤0.0020％，N：≤0.005％，Cu：≤0.02，Ti：≤0.02～0.04％，T[O]≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质；产品微观组织为铁素体和少量珠光体，成品厚度0.6mm～2.0mm；通过转炉炼钢→LF精炼→RH精炼→连铸→热轧→卷取→矫直→酸洗→冷轧→电解脱脂→全氢气罩式退火→平整工艺制备而来；
其中，热轧板坯加热温度为1150～1250℃，开轧温度为1030～1080℃，终轧结束温度880～930℃，卷取600～700℃；
矫直机拉矫延伸0.6～1.2％；
酸洗盐酸浓度100～250ml/L，酸洗带速80～150m/min，酸洗温度70～90℃；
冷轧总压下率65～80％；一次冷轧压下率40～50％；
全氢气罩式退火采用两段式加热；包括钢卷一次加热、保温、二次加热、保温，冷却；其中一次保温温度为350～450℃，保温时间2～6h；二次保温温度即热点温度600～730℃，保温时间10～20h，冷点温度620～700℃，后随炉冷却，保护气氛采用全氢气；
平整压下率0.8～2.0％，根据成品厚度设定对应平整延伸率：成品厚度≤1.2mm时，平整延伸率0.8～1.2％；成品厚度＞1.2mm时，平整延伸率1.2～2.0％。
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