一种基于薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的方法

摘要

一种基于薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的方法，属于冶金技术领域，按以下步骤进行：（1）按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.001~0.005%，Si 2.4~3.5%，Mn 0.2~2%，Alt 0.35~1.0%，Ni 0.4~3%，Cr 0.5~4%，Sn 0.02~0.2%，O≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.005%，P≤0.005%，余量为Fe；（2）浇入双辊薄带连铸装置进行连铸；（3）铸带二次冷却至室温，单道次热轧；（4）酸洗后冷轧；（5）最终退火处理，在线涂绝缘涂层，最后卷取。本发明的方法可以最大程度地发挥薄带连铸的固有优势，改善了薄带连铸电工钢产品的磁性能和力学性能，制备方法简单，生产过程环保节能，投资成本低，生产效率高。

权利要求

1.一种基于薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.001 0.005%，Si 2.4 3.5%，Mn ~ ~

0.2 2%，Alt 0.35 1.0%，Ni 0.4 3%，Cr 0.5 4%，Sn 0.02 0.2%，O≤0.005%，S≤0.005%，N≤~ ~ ~ ~ ~

0.005%，P≤0.005%，余量为Fe；

（2）将钢水通过浇口、中间包和布流式水口浇入双辊薄带连铸装置进行连铸，中间包预热温度1100 1200℃，浇入时钢水温度1520 1580℃，铸轧辊转速50 80m/min，获得厚度2~ ~ ~ ~

2.5mm的铸带；

（3）铸带出铸轧辊后采用空冷方式进行二次冷却至室温，然后进行单道次热轧，热轧开轧温度900 1100℃，压下量在20 40%，热轧后空冷至室温，获得热轧板；

~ ~

（4）将热轧板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行5 7道次冷轧，总压下量为69 83%，获得~ ~厚度为0.35 0.5mm的冷轧板；

~

（5）将冷轧板进行最终退火处理，最终退火处理是将冷轧板置于25%H2+75%N2气氛条件下，升温至600 850℃，保温20 120s，并在线涂绝缘涂层，最后卷取获得高磁感高强度无取~ ~向硅钢的成品板；所述的高磁感高强度无取向硅钢的成品板的{100}织构组分体积分数占总织构组分体积分数的比例为30 80%，成品板再结晶分数比例为40 70%；所述的高磁感高~ ~强度无取向硅钢的磁感应强度B50为1.68~1.73T，铁损值P10/400为25.5~37.5W/Kg，屈服强度σs为589~710MPa，抗拉强度σb为662~789MPa。

说明书

一种基于薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种基于薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的方法。

背景技术

[0002] 随着全球环境污染的加剧，气候问题成了各个国家工业发展必须考虑的重要因素之一。我国是一个人口大国、消费大国，能源与环境问题是21世纪面对的棘手问题。近年来，国家大力提倡开发清洁能源，绿色环保的新能源电动汽车正是在这样的背景下得以快速发展，是未来汽车发展的主流，而电动汽车的核心在于高速驱动电机的使用。

[0003] 高速驱动电机的特点是不通过齿轮传动直接使车轮旋转，故对于无刷直流驱动马达具有高的要求。电机在高速运转时，存在一定的损耗，包括铁损和铜损，这些损耗与电机的功率存在很大的关系，功率越大，铁损所占的比例越大；电机的高速运转要求铁心材料具有高频低铁损的特点。

[0004] 作为一种高速驱动电机产品的铁心，在电机高速旋转时，会产生很大的离心力，同时有些转子由于形状特殊在高速旋转时局部容易产生应力集中，这就要求其既具有高的强度和硬度，同时也要保证电机具有高的效率与高的转矩，即要求铁心材料铁损低，磁感强度高。以往电工钢的关注点仅仅为获得良好的磁性能，现在对其力学性能提出了更高的标准。高速驱动电机用无取向硅钢对性能的高要求使得其对生产工艺的控制难度大大加强。

[0005] 鞍钢公开了一种高强度专用冷轧无取向硅钢的生产方法（CN103882288A），具有一定的新颖性，采用常规冶炼浇铸工艺进行生产，加上热轧，常化，冷轧，退火等后处理工艺，控制材料的强度与磁性能。目前国外的研究以日本采用常规流程生产的高强度无取向硅钢性能最为优良，日本新日铁（US8097094B2）曾公开过关于高强度电工钢的报导，主要特点是通过在基体中添加大量的Cu元素（0.6 8.0%），采用转炉冶炼，连铸，热轧，常化，冷轧，退火~等工艺流程，特别是最终退火后还要在一定温度采用时间较长的时效退火工艺，控制Cu以细小的ε-Cu金属相形式析出，提高强度，磁性能也不降低。通过这些专利的介绍可以看出，利用常规方法制备高磁感高强度电工钢存在生产过程复杂，工艺要求严格，投资成本高、生产时间长、生产效率低等问题。

[0006] 双辊薄带连铸技术是进入21世纪以来国家大力提倡的一种近终成形技术，在双辊铸轧机上浇注0.7 3mm厚薄带产品具有很大的优势。较传统的连铸工艺，这种工艺的主要优~势在于：1.简化了常规生产工艺，从而大大方便了生产，节约了生产成本。2.设备占地面积小，免去了传统工艺热轧系统所需要的加热炉、缓冲炉等高污染设备，减少了投资成本，且生产过程更加节能与环保。3.薄带连铸工艺凝固速度在102 103K/s的亚快速凝固范围内，凝~
固速度快，生产效率高。4.对难于加工的脆性材料来说，传统工艺生产易产生裂纹等缺陷，而铸轧工艺不仅能够满足材料的成品厚度要求，而且对有害元素的敏感性极低，凝固带钢几乎无裂纹、偏析及传统方法易产生的质量缺陷。正是由于薄带连铸工艺在节能、经济与冶金上的突出优点，因而世界各国均投入较大力度发展该技术；现有结果表明，薄带连铸技术在制备高磁感高强度无取向硅钢上存在明显优势；为满足对高磁感高强度无取向硅钢的要求，应用薄带连铸技术生产无取向硅钢已经成为了研究热点。

[0007] 无取向硅钢随硅含量的增加铁损降低，磁感降低，但强度增加，同时硅属于脆性元素，其添加的量越多，越难进行后续加工；无取向硅钢中硅元素添加量的这种矛盾导致低硅无取向硅钢具有高磁感、高铁损、低强度的特点，而高硅钢磁感和铁损较低，强度较高；针对目前对无取向硅钢产品高磁感高强度的需求，如何能够生产出较高磁感，且力学性能优良的无取向硅钢成了难题。

发明内容

[0008] 针对现有无取向硅钢在制备技术及性能上存在的上述问题，本发明提供一种基于薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的方法，基于双辊薄带连铸技术，通过设计成分及后续的轧制和热处理，制备性能优良的高磁感高强度无取向硅钢。

[0009] 本发明的方法按以下步骤进行：

[0010] 1、按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.001 0.005%，Si 2.4 3.5%，~ ~Mn 0.2 2%，Alt 0.35 1.0%，Ni 0.4 3%，Cr 0.5 4%，Sn 0.02 0.2%，O≤0.005%，S≤0.005%，~ ~ ~ ~ ~
N≤0.005%，P≤0.005%，余量为Fe；

[0011] 2、将钢水通过浇口、中间包和布流式水口浇入双辊薄带连铸装置进行连铸，中间包预热温度1100 1200℃，浇入时钢水温度1520 1580℃，铸轧辊转速50 80m/min，获得厚度~ ~ ~2 2.5mm的铸带；
~

[0012] 3、铸带出铸轧辊后采用空冷方式进行二次冷却至室温，然后进行单道次热轧，热轧开轧温度900 1100℃，压下量在20 40%，热轧后空冷至室温，获得热轧板；~ ~

[0013] 4、将热轧板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行5 7道次冷轧，总压下量为69 83%，~ ~获得厚度为0.35 0.5mm的冷轧板；
~

[0014] 5、将冷轧板进行最终退火处理，最终退火处理是将冷轧板置于25%H2+75%N2气氛条件下，升温至600 850℃，保温20 120s，并在线涂绝缘涂层，最后卷取获得高强度高磁感无~ ~取向硅钢的成品板。

[0015] 上述的高磁感高强度无取向硅钢的成品板的{100}织构组分体积分数占总织构组分体积分数的比例为30 80%，成品板再结晶分数比例为40 70%。~ ~

[0016] 上述的高磁感高强度无取向硅钢的磁感应强度B50为1.68~1.73T，铁损值P10/400为25.5~37.5W/Kg，屈服强度σs为589~710MPa，抗拉强度σb为662~789MPa。

[0017] 本发明的成分控制的设计原理为：

[0018] C：通过影响显微组织中各组分的相对量及其分布特点进而影响钢的力学性能，随碳含量的增加，钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低；但细小碳化物会恶化钢的磁性能，且过多的碳含量会使电工钢产生磁时效；

[0019] Si：硅是钢中有益元素，硅能够增大钢液的流动性，且溶于铁素体中，能够强化铁素体。硅含量在3.5%以下时，Si元素增多会使钢的屈服强度提高，韧性下降但不明显；但在3.5%以上时，钢的韧性迅速下降；同时Si的增多能提高钢的电阻，降低铁损；

[0020] Ni：钢中有益元素，可以大量加入。作为一种有效的固溶强化元素，随Ni含量的增多，钢的强度增大，且不降低其磁感应强度；但Ni成本较高，所以不宜加入过多；

[0021] Cr：钢中有益元素，作为一种固溶强化元素，Cr的加入能有效的提高钢的强度，降低铁损，同时Cr的存在使得钢的耐腐蚀性能增强；

[0022] Mn：钢中有益元素，在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性，稍稍改善钢的低温韧性，易在凝固过程中与S形成MnS化合物，钉扎在晶界不利于晶粒的长大；

[0023] Al：具有很好的脱氧作用，固态下Al易与N结合形成弥散的AlN粒子，保留在固溶体中，有利于提高电阻率和使晶粒长大，改善钢的磁性能，但Al含量过多会增加炼钢的难度，降低磁感；

[0024] Sn：可使{100}成分增加，{111}成分减少，有利于改善磁感强度；

[0025] S：硫元素的加入会提高铸轧过程中熔池与结晶辊的界面张力，使接触能力增强，但在钢中易以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界，降低钢的力学性能，同时S也易于形成MnS等析出物，增加铁损；

[0026] N：氮易与Al，Si等元素化和，形成的氮化物多时，会使钢的塑性和韧性降低。同时对电工钢的磁性能有不利影响；

[0027] P：有害杂质元素，来源于生铁等炼钢原料，一定条件下可以提高磁性能，但随P含量增加易产生冷脆；

[0028] O：随氧含量的增加，钢的塑性、韧性降低，且氧的存在会降低铸轧过程中传热作用。

[0029] 与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

[0030] （1）高磁感高强度无取向硅钢采用薄带连铸技术，既可以最大程度地发挥薄带连铸的固有优势，最大程度地保留了{100}织构，又解决了常规流程在生产高磁感高强度无取向硅钢中的固有难题，同时也开辟了高磁感高强度无取向硅钢制备的新工艺；

[0031] （2）采用洁净钢冶炼技术，提高钢水的纯净度，有效降低O、N、P、S等杂质元素的含量，同时加入了有利于改善织构的元素来提高带钢的磁性能，特别向钢基体中加入了固溶强化元素Mn、Ni、Cr；并且匹配合适的轧制工艺和热处理工艺，控制成品板的再结晶分数，改善了薄带连铸电工钢产品的磁性能和力学性能，开发出兼顾磁性能和力学性能的材料；

[0032] （3）无取向硅钢产品性能优良，制备方法简单，生产过程环保节能，投资成本低，生产效率高。

附图说明

[0033] 图1为本发明实施例中的基于双辊薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的工艺流程示意图；图中：1、真空感应式加热炉；2、中间包；3、熔池；4、结晶辊；5、铸带；6、热轧机；7、酸洗；8、冷轧机；9、连续式退火炉；

[0034] 图2为本发明实施例1中的铸带的金相显微组织图；

[0035] 图3为本发明实施例1中的高磁感高强度无取向硅钢成品板的金相显微组织图；

[0036] 图4为本发明实施例1中的高磁感高强度无取向硅钢成品板宏观织构φ2 =45°的ODF截面图，图中的密度水平：2-2.5-3-3.5-4-5-6-7。

具体实施方式

[0037] 本发明实施例中采用的双辊薄带连铸装置为专利号CN102069167B的技术公开的双辊薄带连铸试验机。

[0038] 本发明的方法流程如图1所示，通过真空感应炉冶炼钢水，冶炼完成的钢水从浇注水口流入结晶辊之间形成稳定的熔池，随着两个水冷结晶辊的反向旋转，凝固成型，得到2~2.5mm厚的铸带。

[0039] 本发明实例中观测金相组织采用LeicaQ550IW型显微镜。

[0040] 本发明实例中磁性能测试采用MATA磁性材料自动测试系统V4.0进行实验材料的磁性测量和数据分析记录，使用MATS-2010M硅钢测量装置测量无取向硅钢单片的磁性能。

[0041] 本发明实例中进行最终退火处理是在连续式退火炉中进行。

[0042] 本发明实例中拉伸试验采用GB/T 228.1-2010国家标准室温进行。

[0043] 本发明实例中宏观织构检测是在 Philip PW3040/60 型 X 射线衍射仪上进行。

[0044] 以下为本发明优选实施例。

[0045] 实施例1

[0046] 按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.001%，Si3.5%，Mn 0.2%，Alt 1.0%，Ni 0.4%，Cr 4%，Sn 0.02%，O 0.003%，S 0.004%，N 0.004%，P 0.005%，余量为Fe；

[0047] 将钢水通过浇口、中间包和布流式水口浇入双辊薄带连铸装置进行连铸，中间包预热温度1200℃，浇入时钢水温度1580℃，铸轧辊转速70m/min，获得厚度2.5mm的铸带；铸带的金相显微组织如图2所示；

[0048] 铸带出铸轧辊后采用空冷方式进行二次冷却至室温，然后进行单道次热轧，热轧开轧温度950℃，压下量在30%，热轧后空冷至室温，获得热轧板；

[0049] 将热轧板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行7道次冷轧，总压下量为80%，获得厚度为0.35mm的冷轧板；

[0050] 将冷轧板进行最终退火处理，最终退火处理是将冷轧板置于25%H2+75%N2气氛条件下，升温至600℃，保温120s，并在线涂绝缘涂层，最后卷取获得高磁感高强度无取向硅钢的成品板；成品板的金相显微组织如图3所示，宏观织构经过X射线衍射仪检测，φ2=45°的ODF截面图如图4所示，{100}织构组分体积分数占总织构组分体积分数的比例为80%，再结晶分数比例为58%；其磁感应强度B50为1.71T，铁损值P10/400为31.6W/Kg，屈服强度σs为710MPa，抗拉强度σb为789MPa。

[0051] 实施例2

[0052] 按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.002%，Si 3.3%，Mn 0.6%，Alt 0.85%，Ni 0.9%，Cr 3.3%，Sn 0.08%，O 0.003%，S 0.005%，N 0.002%，P 0.005%，余量为Fe；

[0053] 将钢水通过浇口、中间包和布流式水口浇入双辊薄带连铸装置进行连铸，中间包预热温度1100℃，浇入时钢水温度1520℃，铸轧辊转速50m/min，获得厚度2mm的铸带；

[0054] 铸带出铸轧辊后采用空冷方式进行二次冷却至室温，然后进行单道次热轧，热轧开轧温度950℃，压下量在20%，热轧后空冷至室温，获得热轧板；

[0055] 将热轧板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行6道次冷轧，总压下量为69%，获得厚度为0. 5mm的冷轧板；

[0056] 将冷轧板进行最终退火处理，最终退火处理是将冷轧板置于25%H2+75%N2气氛条件下，升温至650℃，保温100s，并在线涂绝缘涂层，最后卷取获得高磁感高强度无取向硅钢的成品板；其{100}织构组分体积分数占总织构组分体积分数的比例为60%，再结晶分数比例为60%；其磁感应强度B50为1.69T，铁损值P10/400为37.5W/Kg，屈服强度σs为684MPa，抗拉强度σb为758MPa。

[0057] 实施例3

[0058] 按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.003%，Si 3.0%，Mn 0.9%，Alt 0.66%，Ni 1.7%，Cr 2.6%，Sn 0.13%，O 0.004%，S 0.003%，N 0.003%，P 0.004%，余量为Fe；

[0059] 将钢水通过浇口、中间包和布流式水口浇入双辊薄带连铸装置进行连铸，中间包预热温度1200℃，浇入时钢水温度1580℃，铸轧辊转速80m/min，获得厚度2.4mm的铸带；

[0060] 铸带出铸轧辊后采用空冷方式进行二次冷却至室温，然后进行单道次热轧，热轧开轧温度1000℃，压下量在40%，热轧后空冷至室温，获得热轧板；

[0061] 将热轧板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行7道次冷轧，总压下量为76%，获得厚度为0.35mm的冷轧板；

[0062] 将冷轧板进行最终退火处理，最终退火处理是将冷轧板置于25%H2+75%N2气氛条件下，升温至700℃，保温60s，并在线涂绝缘涂层，最后卷取获得高磁感高强度无取向硅钢的成品板；其{100}织构组分体积分数占总织构组分体积分数的比例为50%，再结晶分数比例为40%；其磁感应强度B50为1.70T，铁损值P10/400为28.5W/Kg，屈服强度σs为655MPa，抗拉强度σb为730MPa。

[0063] 实施例4

[0064] 按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.004%，Si 2.6%，Mn 1.7%，Alt 0.48%，Ni 2.2%，Cr 1.1%，Sn 0.16%，O 0.003%，S 0.002%，N 0.005%，P 0.004%，余量为Fe；

[0065] 将钢水通过浇口、中间包和布流式水口浇入双辊薄带连铸装置进行连铸，中间包预热温度1150℃，浇入时钢水温度1550℃，铸轧辊转速70m/min，获得厚度2.5mm的铸带；

[0066] 铸带出铸轧辊后采用空冷方式进行二次冷却至室温，然后进行单道次热轧，热轧开轧温度1050℃，压下量在20%，热轧后空冷至室温，获得热轧板；

[0067] 将热轧板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行5道次冷轧，总压下量为83%，获得厚度为0.35mm的冷轧板；

[0068] 将冷轧板进行最终退火处理，最终退火处理是将冷轧板置于25%H2+75%N2气氛条件下，升温至800℃，保温30s，并在线涂绝缘涂层，最后卷取获得高磁感高强度无取向硅钢的成品板；其{100}织构组分体积分数占总织构组分体积分数的比例为40%，再结晶分数比例为55%；其磁感应强度B50为1.73T，铁损值P10/400为25.5W/Kg，，屈服强度σs为615MPa，抗拉强度σb为690MPa。

[0069] 实施例5

[0070] 按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比含C 0.005%，Si 2.4%，Mn 2%，Alt 0.35%，Ni 3%，Cr 0.5%，Sn 0.2%，O 0.002%，S 0.003%，N 0.004%，P 0.003%，余量为Fe；

[0071] 将钢水通过浇口、中间包和布流式水口浇入双辊薄带连铸装置进行连铸，中间包预热温度1100℃，浇入时钢水温度1520℃，铸轧辊转速60m/min，获得厚度2.2mm的铸带；

[0072] 铸带出铸轧辊后采用空冷方式进行二次冷却至室温，然后进行单道次热轧，热轧开轧温度1100℃，压下量在25%，热轧后空冷至室温，获得热轧板；

[0073] 将热轧板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行6道次冷轧，总压下量为70%，获得厚度为0.5mm的冷轧板；

[0074] 将冷轧板进行最终退火处理，最终退火处理是将冷轧板置于25%H2+75%N2气氛条件下，升温至850℃，保温20s，并在线涂绝缘涂层，最后卷取获得高磁感高强度无取向硅钢的成品板；{100}织构组分体积分数占总织构组分体积分数的比例为30%，再结晶分数比例为70%；其磁感应强度B50为1.68T，铁损值P10/400为36.1W/Kg，屈服强度σs为589MPa，抗拉强度σb为662MPa。