专利名称：：可大线能量焊接的电磁钢板及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种电磁钢板及其制造方法，具体地说，本发明涉及一种可大线能量焊接的电磁钢板及其制造方法。
背景技术：
：电磁钢板最早出现在德国。德国蒂森钢铁股份公司分别于1981年和1999年在美国申请专利(专利号4350525、6287395)，揭示了电磁钢板的发明过程，同时阐述了电磁钢板中各合金元素的作用。这两个专利涉及的电磁钢板均采用高Si成分体系(Si含量在1.50%以上)，导致电磁钢板0"及以下夏比冲击韧性不稳定，，钢板的焊接性也较差，尤其不能承受大线能量焊接。20012006年宝钢申请的有关电磁钢板的专利有01126937.5、02136192.4、03116097.2、200410017999.7及200510027312.2(申请号)，这些专利文献的主要设计思想是把中牌号无取向硅钢和50公斤级焊接结构的特性结合起来，通过合理的成分及工艺设计，使钢板的电磁性能、力学性能较德国电磁钢板有大幅提高，钢板的焊接性能也得到较大程度地改善，特别适合用作寒冷地区磁悬浮列车轨道梁上的侧面导向板。然而，这些专利均采用高Si成分体系，导致钢板低温(一2(TC及以下)冲击功不稳定，更不能承受大线能量焊接，尤其焊接接头抗疲劳性能较差，不能适用于高动态载荷的水轮发电机芯部关键部件——磁轭圈。用于制作发电机转子磁轭圈的电磁钢板是新型的结构功能材料，在发电机中不仅要承受结构承载力、电磁感应力，而且必须具有高的磁感应强度、抗磁时效性，以提高发电机机械能一一机械能、电能之间的转换效率，同时还应当具备优良的焊接性，可釆用大线能量焊接，是一种高效、节能、绿色环保的高附加值产品。然而，电磁钢板尤其电磁特厚钢板是厚板产品中难度最大的品种之一，因为该钢板不仅要求具有较高的强度、高韧性和大线能量焊接性，而且还要具有高磁感应强度及抗磁时效性；其次，力学性能和电磁性能在成分设计和工艺设计上相互冲突，很难调和，在提高钢板力学性能和焊接性尤其大线能量焊接性的同时，必将导致电磁性能的恶化，反之，在提高钢板电磁性能的同时，必将导致力学性能和焊接性尤其大线能量焊接性的恶化。如何平衡力学性能、大线能量焊接性及电磁性能是本产品最大的难点之一，也是关键核心技术。因此，本发明的目的在于提供一种具有优异的力学性能、电磁性能和焊接性的电磁钢板，可承受大线能量焊接，尤其是焊接接头抗疲劳性能优良，特别适宜于用作高动态载荷的水轮发电机芯部磁轭圈。
发明内容本发明提供一种电磁钢板，其特征在于，包括以下质量百分比的组成c:0.0350/00.075%Si:《0,40%Mn:1.10%1.50%P:《0.015%S:《0.005%Als:0.040%0.070%Cu:0.05%0.45%Ni:0.100.50%Cr:0.05%0.30%Ti:0,006%0,012%Nb:《0.003%V:《0.003%N:《0.0040%Ca-0.001%0.006%其余为铁和不可避免的夹杂。Nb与V之间的关系Nb+V《0.005%。C、Mn当量之间的关系20《Mn无因次当量/C《40，以保证电磁钢板同时具有优良的低温韧性、电磁性能及可大线能量焊接性能，其中Mn无因次当量二Mn+0.73Ni+0.46(Cu—2.33Cu2)—0.28Cr;Ti与N之间的关系Ti/N在2.04.0之—间;Als>10(Nt。tal—0.292Ti)，以确保钢板可承受大线能量焊接，HAZ低温韧性优良及防止磁时效；Cu与Ni之间的关系Ni/Cu》l.0;Ca与S之间的关系Ca/S在1.003.00之间；所述电磁钢板的组织是均匀细小的等轴铁素体晶粒。碳对电磁钢板的电磁性能、低温冲击韧性及焊接性影响很大，从改善电磁钢板的电磁性能、低温冲击韧性及焊接性角度考虑，钢中C含量比较低为宜；但从电磁钢板的强度考虑，更重要的从热轧过程和正火过程的显微组织控制角度来看，C含量不宜过低，过低C含量导致奥氏体晶界迁移率高，这给热轧和正火的均匀细化组织带来较大问题，易形成混晶组织，同时过低c含量还造成晶界结合力降低，导致电磁钢板低温冲击韧性低下、焊接热影响区低温冲击韧性劣化。综合以上的因素，c含量范围选择0.035%0.075%。Si可促进钢水脱氧并能够提高钢板强度，但对采用Al脱氧的钢水，Si的脱氧作用不大。同时，Si虽然能够提高钢板的强度，但会严重损害电磁钢板的低温韧性和焊接性，尤其在大线能量焊接条件下，Si不仅促进M—A岛形成，而且形成的M—A岛尺寸大、分布不均匀，严重损害焊接热影响区(HAZ)的韧性和抗疲劳性能。因此，钢中的Si含量应尽可能控制得低，考虑到炼钢过程的经济性和可操作性，Si含量范围选择《0.40%。Mn作为合金元素，在电磁钢板中除提高强度和改善韧性外，还具有扩大奥氏体相区，降低Ac,、Ac3、An、An点温度，细化铁素体晶粒的作用。但是加入过多量Mn会降低电磁钢板的电磁性能，提高电磁钢板的淬硬性，影响电磁钢板大线能量焊接性，而小线能量焊接时，易形成脆硬组织如马氏体、贝氏体。综合考虑上述因素，Mn含量范围选择1.10%1.50%。P作为钢中有害夹杂，对电磁钢板的电磁性能、机械性能、尤其低温冲击韧性和焊接性具有巨大的损害作用，理论上要求越低越好，但考虑到炼钢条件、炼钢成本和7炼钢厂的物流顺畅，P含量范围选择《0.015呢。S作为钢中有害夹杂，对电磁钢板的电磁性能具有很大的损害作用，更重要的是S在钢中与Mn结合，形成MnS夹杂物，在热—轧过程一中—，MnS的瓦塑胜使為S沿轧f^i伸，-形成沿轧向MnS夹杂物带，严重损害电磁钢板的横向冲击韧性、Z向性能和焊接性，同时S还是热轧过程中产生热脆性的主要元素，理论上要求越低越好，但考虑到炼钢条件、炼钢成本和炼钢厂的物流顺畅原则，S含量范围选择《0.005呢。作为奥氏体稳定化元素，加入少量Cu可同时提高电磁钢板强度、改善低温韧性而不损害其焊接性，但由于Cu不是铁磁性元素，钢中加入Cu，将降低钢的磁通密度，损害电磁钢板的电磁性能。若Cu含量超过0.45%，在热轧和正火处理过程中，将发生细小弥散的s-Cu沉淀(Cu在铁素体中固溶度约0.45y。左右)，钉扎磁畴壁运动，进一步降低钢的磁通密度，提高矫顽力，同时还可能造成铜脆；若01含量过少(<0.05%)，对提高强度无效，因此Cu含量范围选择0.05%0.45%。作为铁素体稳定化元素，加入少量的&(《0.30%)可以在不损害电磁钢板的低温韧性和焊接性条件下，提高其强度，因此要获得较高强度的电磁钢板，Cr合金化不可或缺；但如果加入Cr含量过少(〈0.05。/c))，对提高强度无效。因此，Cr含量范围选择0,05%0.30%。Ni是唯一能够同时提高钢的强度、低温韧性及改善钢的焊接性的元素，同时Ni还是铁磁性元素，Fe-Ni合金是一种性能优良的软磁材料，在铁基合金中加入Ni不但不会降低材料的电磁性能，而且会进一步改善电磁性能，钢中加Ni还可以降低铜脆发生，减轻热轧过程的开裂，提高电磁钢板耐大气腐蚀性。因此从理论上讲，钢中Ni含量在一定范围内(<0.50°/。)越高越好，但Ni是一种很贵重的元素，从性能价格比考虑，其含量范围选择0.10%0.50%。N的控制范围与Ti的控制范围相对应，对于大线能量焊接电磁钢板，Ti/N在2.04.0之间最佳。若N含量过低，生成TiN粒子数量少、尺寸大，不能起到改善钢的焊接性的作用，反而对焊接性有害；若N含量过高，钢中自由[N]增加，尤其大线能量焊接条件下热影响区(HAZ)自由[N]含量急剧增加，严重损害HAZ低温韧性，恶化钢的焊接性。因此N含量范围选择《0.0040yo。钢中加入微量Ti的目的是与钢中N结合，生成稳定性很高的TiN粒子，抑制焊接HAZ区奥氏体晶粒长大和改变二次相变产物，改善大线能量焊接HAZ的低温轫性。钢中添加的Ti含量要与钢中的N含量匹配，匹配的原则是TiN不能在液态钢水中析出而必须在固相中析出。因此，TiN的析出温度必须确保低于1400°C，根据log[Ti][N]=—16192/T+4.72可以确定Ti的加入量。若—工i含量过少丄<0.皿79^，形成Ti粒矛数量不足，不足以抑制HAZ的奥氏体晶粒长大和改变二次相变产物而改善大线能量焊接HAZ的低温韧性；若Ti含量过多O0.012y。)，TiN析出温度超过140(TC，在钢液凝固过程中，可能液析出大尺寸TiN粒子，这种大尺寸TiN粒子不但不能抑制HAZ的奥氏体晶粒长大，反而成为裂纹萌生的起始点。因此，Ti含量范围选择0.006%0.012%。电磁钢板中的Als能够固定钢中的自由[N]，防止形成铁的氮化物损害钢板的磁性，防止自由[N]在温度和应力作用下产生严重磁时效，同时降低焊接热影响区(HAZ)自由[N]，改善大线能量焊接HAZ的低温冲击韧性作用。但钢中加入过量的Als不但会降低钢板的磁感应强度，而且会在钢中形成大量弥散的针状八1203夹杂物，损害钢的电磁性能、低温冲击韧性和焊接性。根据电磁钢板成分体系分析，Als含量范围选择0.040%0.070%。Nb、V为强碳氮化物形成元素，与钢中C、N结合形成Nb(C，N)和V(C,N)细小的粒子，弥散分布在铁素体基体组织中，钉轧磁畴壁运动，严重恶化钢板的电磁性能。根据电磁钢板成分体系经研究得出电磁钢板钢中的Nb含量必须《0.003。/。、V含量必须《0.003%且Nb+V《0.005%才能稳定获得优良电磁性能。对钢进行Ca处理，一方面可以纯洁钢液，另一方面对钢中硫化物进行变性处理，使之变成不可变形的、稳定细小的球状硫化物，提高钢板的电磁性能、抑制S的热脆性、提高软磁钢冲击韧性和Z向性能、改善电磁钢板冲击韧性的各向异性。Ca加入量的多少，取决于钢中S含量的高低，Ca加入量过低，处理效果不大；Ca加入量过高，形成Ca(O，S)尺寸过大，脆性也增大，可成为断裂裂纹起始点，降低钢的低温韧性，同时还降低钢质纯净度、污染钢液。一般控制Ca含量按ESSP=(wt%Ca)[l-124(wt%0)]/1.25(wt%S)，其中ESSP为硫化物夹杂形状控制指数，取值范围0.55.0之间为宜，因此Ca含量范围选择0.001%0.006%。本发明还提供该电磁钢板的制造方法，包括以下步骤冶炼、铸造、板坯加热、普通轧制、再结晶控制轧制、正火处理。所述铸造工艺采用连铸工艺，中间包浇注温度为1525"C155(TC。所述板坯加热温度为1050°C1150°C，板坯出炉后采用高压水除鳞。所述普通轧制采用大轧制道次压下率进行快速连续轧制，确保形变金属发生动态/静态再结晶，细化奥氏体晶粒。所述再结晶控制轧制的控轧开轧温度《87(TC，轧制道次压下率》8%，再结晶区(》800°0累计压下率》45%，终轧温度《850。C。所述正火温度为880920°C;正火时间为1.02.0min/ramX钢板厚度，钢板正火出炉后，自然空冷到室温。有益效果本发明在关键技术路线和成分工艺设计上，综合了影响钢板力学性能、电磁性能及大线能量焊接性的因素，创造性地采用低C一高Mn—低N—超微Ti处理低合金钢的成分体系作为基础，适当提高钢中酸溶Als含量并控制范围、控制(无因次Mn当量/C)比在2030之间、(Cu+Ni+Cr)合金化、Ca处理且Ca/S比在1.003.00之间，优化再结晶控轧及后续热处理工艺，获得优异的力学性能、电磁性能和焊接性，钢板可承受大线能量焊接，尤其焊接接头抗疲劳性能优良，特别适宜于用作高动态载荷的水轮发电机芯部磁轭圈；批量产品实物质量已远远超过德国同类产品的水平，打破德国在电磁钢板上垄断地位。随着我国国民经济发展，建设节约型和谐社会的要求，发展清洁能源一一水电已摆到日事议程，目前我国水电工程建设方兴未艾，如三峡水力工程、长江上游逐级水电开发及三江水电开发项目正在进行之中，水轮发电机关键部件一一芯部磁轭圈用电磁特厚钢板具有广阔的市场前景；由于目前国际上仅有德国蒂森钢铁股份公司能够批量生产电磁特厚钢板，因此电磁特厚钢板生产技术也具有高度垄断性和机密性。电磁特厚钢板对于我国还属于一种全新的钢种，除宝钢以外，国内其它钢铁企业从未研究和生产过。其大用量(35吨/台)和高价格必将成为许多大型钢铁企业争相研究开发对象。目前宝钢生产的首批350吨电磁钢板已发往用户，用于制作世界单机容量最大的韩国潮汐发电机组关键部件一一发电机芯部磁轭圈。图1表示本发明的电磁钢板的制造工序图2表示本发明的软磁结构钢显微组织(X200)。具体实施例方式以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例成分见表l，制造工艺见表2，本发明与比较例的性能比较见表3。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>权利要求1、一种电磁钢板，其特征在于，其质量百分比组成为C0.035％～0.075％Si≤0.40％Mn1.10％～1.50％P≤0.015％S≤0.005％Als0.040％～0.070％Cu0.05％～0.45％Ni0.10～0.50％Cr0.05％～0.30％Ti0.006％～0.012％Nb≤0.003％V≤0.003％N≤0.0040％Ca0.001％～0.006％其余为铁和不可避免的杂质。2、如权利要求l所述的电磁钢板，其特征在于，Nb+V《0.005%。3、如权利要求1所述的电磁钢板，其特征在于，Mn无因次当量二Mn+0.73Ni十0.46(Cu—2.33Cu2)—0.28Cr。4、如权利要求l所述的电磁钢板，其特征在于，C、Mn当量之间的关系20《Mn无因次当量/C《40。5、如权利要求1所述的电磁钢板，其特征在于，Ti与N之间的关系Ti/N在2.04.0之间。6、如权利要求l所述的电磁钢板，其特征在于，Als》10(Nt。tal—0.292Ti)。7、如权利要求1所述的电磁钢板，其特征在于，Cu与Ni之间的关系Ni/Cu》1.0。8、如权利要求1所述的电磁钢板，其特征在于，Ca与S之间的关系Ca/S在1.003.00之间。9、如权利要求l所述的电磁钢板，其特征在于，其组织是均匀细小的等轴铁素体晶粒。10、权利要求1所述电磁钢板的制造方法，包括以下步骤冶炼、铸造、板坯加热、普通轧制、再结晶控制轧制、正火处理，其特征在于，所述电磁钢板的质量百分比组成为C:0.035%0.075%Si:《0.40%Mn:1.10%1.50%P:《0.015%S:《0.005%Als:0.040%0.070%Cu:0.05%0.45%Ni:0.100.50%Cr:0.05%0.30%Ti:0.006%0.012%Nb:《0.003%v:《0.003%N:《0.0040%0.001%0.006%其余为铁和不可避免的杂质。11、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述铸造工艺采用连铸工艺，中间包浇注温度为1525°C1550°C。12、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述板坯加热温度为1050'C115(TC，板坯出炉后采用高压水除鳞。13、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述普通轧制采用大轧制道次压下率进行快速连续轧制。14、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述再结晶控制轧制的控轧开轧温度《87(TC，轧制道次压下率>8%，再结晶区(》8001:)累计压下率>45%，终轧温度《850。C。15、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述正火温度为88092(TC;正火时间为1.02.0min/ramX钢板厚度，钢板正火出炉后，自然空冷到室温。全文摘要本发明提供一种电磁钢板及其制造方法。该电磁钢板包含(重量百分比)C0.035％～0.075％，Si≤0.40％，Mn1.10％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als0.040％～0.070％，Cu0.05％～0.45％，Ni0.10～0.50％，Cr0.05％～0.30％，Ti0.006％～0.012％，Nb≤0.003％、V≤0.003％，N≤0.0040％，Ca0.001％～0.006％，其余为铁和夹杂。本发明通过成分控制、优化再结晶控轧及后续热处理工艺，获得具有优异力学性能、电磁性能和焊接性的电磁钢板，可用于高动态载荷的水轮发电机芯部磁轭圈。文档编号C22C38/48GK101492791SQ20081003298公开日2009年7月29日申请日期2008年1月24日优先权日2008年1月24日发明者刘自成,青施,苏大雄申请人:宝山钢铁股份有限公司