一种变频空调用无取向电工钢及其制造方法与流程

本发明属于合金冶炼领域，具体涉及一种变频空调用无取向电工钢及其制造方法。
背景技术：
：无取向电工钢制造工序流程长、工艺复杂、产品质量的影响因素多。特别是变频空调的压缩机使用频繁，使用过程频率变化大，工作条件复杂，对无取向电工钢电磁性能和厚度、板形要求高。2011年7月20日公开的申请号为201110008574.x《一种变频空调用冷轧无取向电工钢的制造方法》，其主要化学成分[si]0.5％-1.0％,[al]0.1-0.5％,产品铁损p10/400≤25w/kg，p10/1000≤110w/kg，其退火温度为660-690℃的低温，并且不脱碳。其成品碳偏高，磁时效性大，这是一种中低牌号的电工钢，铁损较高，用其制造的空调压缩机自身消耗的电能较高，不能满足变频空调对低铁损无取向电工钢的需求。2019年9月17日公开的申请号为201910697082.2《一种超高效定频压缩机用无取向电工钢及其制备方法》，其化学成分[si]1.0％-1.90％，[al]0.2-0.9％，[mn]0.10％-0.60％，[p]0.01％-0.20％，[c]≤0.01％，[s]≤0.02％，[n]≤0.02％，[ti]≤0.01％，[c+s+n+ti]≤100ppm，其余成分为fe及不可避免的杂质元素。通过热轧、常化、冷轧、连退等工艺技术优化，获得0.5mm厚度的成品，p1.0/50≤3.20w/kg。但其碳含量偏高，阻碍晶粒长大且有较大的磁时效，成品厚度为0.50mm，其铁损p1.0/50≤3.20w/kg，铁损偏高，不能满足变频空调对低铁损无取向电工钢的需求。2010年11月3日公开的申请号为200910273335.x《变频电机用无取向电工钢及其生产方法》，其化学成分[c]0.001-0.015％，[si]0.9-1.6％，[mn]0.3-0.9％，[s]≤0.015％，[p]≤0.08％，[al]0.1-1.2％，[cr]0.4-1.6％，[n]≤0.008％，板坯加热到950℃-1300℃，粗轧压下率90％-95％，粗轧出口温度800℃-1050℃，精轧温度控制在700℃-900℃,卷取温度600℃-800℃,脱碳和均热温度750℃-950℃,速度50-120m/min,成品厚度为0.5mm，实施例铁损p1.5/50为2.62-3.55w/kg，p1.0/400为22.0-28.1w/kg，b5000为1.69-1.72t。该变频电机用无取向电工钢mn、cr合金元素成本高，产品厚度0.5mm，铁损偏高，不能满足变频空调对低铁损电工钢的需求。2013年12月11日公开的申请号为201310407203.8《一种变频压缩机用无取向电工钢及其生产方法》，其化学成分[c]0.001-0.015％，[si]2.0-2.5％，[mn]0.15-0.55％，[s]≤0.015％，[p]≤0.08％，[al]0.15-0.55％，[cr]0.01-0.039％，[sn]≤0.12％，[n]≤0.008％，板坯加热到950-1200℃，粗轧压下率90-95％，粗轧出口温度900-1050℃，精轧温度控制在700-900℃，卷取温度500-700℃，常化处理均热温度800-1000℃，速度25-35m/min，脱碳和均热温度750-950℃，速度60-110m/min，露点0-60℃，成品厚度为0.35mm，铁损p1.5/50≤2.65w/kg，b50≥1.68t。该变频压缩机用无取向电工钢铁损偏高，不能满足变频空调对更低铁损电工钢的需求。2018年1月26日公开的申请号为201610562806.9《一种变频特性优良的高牌号电工钢产品的生产方法》，其化学成分[c]≤0.003％，[si]3.0-4.0％，[mn]0.10-0.30％，[s]≤0.0015％，[p]≤0.012％，[al]0.5-1.0％，[n]≤0.002％。其成品热处理采用两段式均热的连退炉退火，在第一段均热中进行渗氮，温度750-1000℃，通入5-50％纯净氨气，渗氮时间5-200秒；在第二段进行后续退火，使电工钢获得纵断面表层相对细小组织、心部相对粗大组织分布。该方法在连退炉内使用氨气进行渗氮，氨气将对设备产生严重腐蚀作用，文件没有提出对设备腐蚀的解决办法，很难在生产实际中得到推广应用。2012年9月19日公开的申请号201210142261.8《一种高磁感变频压缩机用无取向硅钢及其制备方法》，其化学成分[c]0.001-0.0025％，[si]2.6-2.9％，[mn]0.4-0.55％，[s]0.001-0.0025％，[p]≤0.011％，[al]0.8-1.0％，[sn]0.025-0.035％，[n]0.001-0.0025％。其热轧开轧温度为965-990℃，终轧温度为810-840℃；常化温度为950-1000℃，使用纯n2气氛，保温4-6分钟；冷轧前先预热90-140℃；连退温度为950-1000℃，使用20-40％h2和n2的混合气氛，退火保温时间30-120秒。实施例成品厚度0.35mm，铁损p1.5/50为2.29-2.342w/kg，p1.0/400为16.79-17.33w/kg，b5000为1.708-1.71t。其厚度偏厚，铁损较高，不能满足变频空调对更低铁损电工钢的需求。2019年8月9日公开的申请号201910352194.4《一种高磁感无取向电工钢及其制备方法》，其化学成分[si]2.8％-3.4％，[mn]0.1％-0.5％，[als]0.3％-0.7％，[sn]0.03-0.06％，[p]≤0.02％，[n]≤0.002％，[s]≤0.002％，[ca]≤0.001％，其余是fe及不可避免杂质。其常化温度为950℃-990℃；其退火工艺包括中间退火和成品退火两次退火，中间退火温度为950-990℃，退火速度为100-110m/min；成品退火温度为920℃-960℃，退火速度为110-120m/min。其成品厚度0.2mm，铁损p1.0/400≤11.0w/kg，磁感b5000≥1.67t。该方法使用两次冷轧和两次退火，生产流程长，效率低，成本高。变频空调压缩机可以在低频率下启动，低频率启动电流小，对电网和其他家电冲击小；然后在高频率下工作，尽快调节温度达到控制要求，而后再在较低频率下工作，并根据温度控制要求通过电流频率变化调节压缩机的工作，达到温度波动范围小的目的。因此，变频空调不会因压缩机的频繁启动和在固定频率下工作而浪费电能。由于这些特性，对电工钢的要求是厚度薄、铁损低，特别是长期工作的低频状态，要求铁损很低，极大限度地降低电耗，节约能源。现有文件中没有发现变频空调用的厚度0.25-0.30mm、铁损p1.5/50≤2.15w/kg的无取向电工钢及其制造方法。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种变频空调用无取向电工钢，厚度薄，铁损低，磁感高，可以减小变频空调体积和重量，提高变频空调的能效，节约能源，环境友好。本发明另一目的在于提供一种变频空调用无取向电工钢的制造方法，通过设计优化冶炼、热轧、常化、冷轧、退火技术工艺，制造得到钢带厚度0.25-0.30mm,产品铁损p1.5/50≤2.15w/kg,磁极化强度j5000≥1.65t的无取向电工钢。本发明的具体技术方案如下：一种变频空调用无取向电工钢，包括以下质量百分比化学成分：[c]≤0.0020％，[mn]0.20％-0.50％，[s]≤0.0025％，[p]≤0.020％，[si]2.80％-3.4％，[al]0.20％-1.20％，[n]≤0.0025％，[sn]0.01-0.10％，余量为fe和不可避免的残余元素。优选的，[si]+[al]在3.6％-4.20％范围内。其中，[c]含量是退火后电工钢成品的[c]含量，其它成分含量是熔炼分析的成分含量。本发明中，si、al显著提高钢的电阻率，降低铁损，是制造低铁损电工钢价格低廉的合金；c提高铁损，而且使电工钢产生磁时效，因此控制得越低越好；sn在电工钢晶界偏聚，增加有利织构强度，有利于提高磁感。本发明提供的一种变频空调用无取向电工钢的制造方法，包括以下工艺：炼钢、连铸、加热、热轧、常化、酸洗、冷轧、退火、冷却和涂层。进一步的，通过洁净钢平台炼钢，连铸成板坯；板坯厚度为230mm。板坯进入加热炉前的表面温度≥500℃；采用热送热装工艺，控制板坯进入加热炉前的表面温度≥500℃，确保板坯加热温度均匀，防止板坯开裂。控制热轧加热炉第一加热段炉气温度为900℃-1050℃、第二加热段炉气温度为1050℃-1120℃、均热段炉气温度为1050℃-1130℃；控制低温加热，防止板坯中析出物固溶，热轧后析出细小粒子阻碍晶粒长大。由于钢中必定会存在s、n等有害元素，加热温度高于1150℃时，它们的析出物容易固溶于钢中，热轧后形成细小的aln、mns等析出物，阻碍晶粒长大，提高铁损，所以，控制加热温度不高于1130℃。优选的，控制热轧加热炉第一加热段炉气温度为950℃-1050℃、第二加热段炉气温度为1080℃-1110℃、均热段炉气温度为1080℃-1120℃。进一步的，热轧过程中，控制粗轧终轧温度920℃-980℃，紧接着进行七机架精轧机连轧，控制精轧终轧温度820℃-870℃，卷取温度550℃-650℃，热轧至厚度2.0mm-2.3mm。所述常化，温度800℃-950℃；保温时间60s-250s，保护气氛为n2气。常化处理使热轧组织均匀，磁性能稳定。所述酸洗，盐酸溶液hcl浓度170g/l-270g/l，酸液温度70℃-85℃；酸洗时间60s-150s。进一步的，常化、酸洗后先经过水套冷却至≤500℃，再用水雾冷却至≤80℃出炉空冷；进一步的，钢卷预热至50-90℃，使用直径60-80mm的工作辊一次冷轧，控制冷轧压下率85％-90％；常化后采用一次冷轧到较薄的厚度，使用60-80mm的小辊径二十辊轧机，小辊径轧制可以减小轧制力，控制冷轧压下率85％-90％，增加位错密度，提高钢带内能，有利于退火时晶粒长大，同时，减薄厚度可以大幅度降低涡流损耗。而且，小辊径轧制还可以防止断带，确保获得同板差小的薄规格产品，确保板型质量，降低铁损。进一步的，所述退火，采用二级连续退火工艺，控制第一级退火温度为800℃-950℃，保护气氛体积百分数为5％-20％的h2和80％-95％的n2，通入成分为体积百分数20％-35的h2和65％-80％的n2的加湿气体，控制脱碳段露点+35℃-+45℃，一级退火保温时间为70s-150s；控制第二级退火温度为950℃-1050℃，保护气氛体积百分数为5％-20％的h2和80％-95％的n2，露点≤+20℃，保温时间为30s-70s。第一级退火通入加湿气体进行脱碳，降低钢中的碳含量至≤0.002％，降低成品铁损，防止磁时效；第二级退火采用高温退火和干气保护，在确保碳含量低的同时，使晶粒充分长大，降低铁损。进一步的，退火后采用纯n2分段冷却方法，控制钢带在管冷段冷却速度≥30℃/s，钢带出管冷段温度550℃-650℃；控制钢带在喷射段冷却速度≤18℃/s，钢带出喷射段温度160-200℃；钢带经过终冷段冷却至室温。钢带温度高于550℃时，原子活动能力强，快速冷却尽快降温，不会产生组织应力，但温度低于550℃以后原子活动能力降低，冷速过快将使成品钢带产生较大组织应力，铁损提高，因此，高温段冷速要快，中温段冷速要慢，200℃以下低温段冷却速度对钢带应力影响不大。在550℃-650℃以上高温段控制快速冷却，而后减小冷却速度，达到减小成品钢带内应力的目的，成品铁损低。进一步的，钢带冷却后，经涂层后制成成品钢带；钢带经涂层并烘烤。本发明提供的一种变频空调用低铁损无取向电工钢及其制造方法，其化学成分：[c]≤0.0020％，[mn]0.20％-0.50％，[s]≤0.0025％，[p]≤0.020％，[si]2.80％-3.4％，[al]0.20％-1.20％，[n]≤0.0025％，[sn]0.01-0.10％，优选[si]+[al]在3.6％-4.20％范围内。si显著提高钢的电阻率，降低铁损，是制造低铁损电工钢价格最低廉的合金元素，但是当[si]超过3.5％时使钢的脆性加剧，严重影响冷轧加工性能，al作为合金时与si有相近的作用，所以选用[si]+[al]作为低铁损电工钢的合金元素，不仅具有低铁损而且成本低。c提高铁损，而且使电工钢产生磁时效，因此控制得越低越好；sn在电工钢晶界偏聚，增加有利织构强度，有利于提高磁感。本方法通过洁净钢平台冶炼，确保钢质纯净，连铸成厚度为230mm的板坯。控制进入加热炉前板坯表面温度≥500℃，可以防止板坯产生裂纹，提高板坯加热的温度均匀性。控制低温加热，由于钢中必定会存在s、n等有害元素，加热温度高于1150℃时，它们的析出物会逐渐固溶于钢中，温度越高固溶量越多，热轧后形成细小的aln、mns等析出物，阻碍晶粒长大，提高铁损，所以，控制加热温度不高于1130℃。通过800-950℃保温常化处理，使热轧板组织均匀。常化后一次冷轧到成品厚度，使用60-80mm的小辊径二十辊轧机，可以提高轧制力、板形质量和减小同板差，控制冷轧压下率85％-90％，增加位错密度，提高钢带内能，有利于退火时晶粒快速长大，同时，减薄厚度可以大幅度降低电工钢涡流损耗。采用一次二级连续退火工艺，控制第一级退火温度为800-950℃，保护气氛体积百分数为5％-20％h2+80％-95％n2，再通入20％-35h2+65％-80％n2的加湿气体，控制第一级脱碳段炉内露点+35℃-+45℃，保温时间为70s-150s；控制第二级退火温度为950-1050℃，保护气氛体积百分数为5％-20％h2+80％-95％n2，露点≤+20℃，保温时间为30s-70s。第一级退火通入加湿气体进行脱碳，降低钢中的碳含量至≤0.002％，目的是降低成品铁损，防止磁时效；第二级退火采用高温退火和干气保护，使晶粒充分长大，降低铁损。退火后采用n2气分级冷却工艺，控制钢带在管冷段(氮气在炉内的u型管流动将热量带走)冷却速度≥30℃/s，管冷段出口温度550℃-650℃；控制钢带在喷射段(氮气直接喷在钢带上的冷却方式)冷却速度≤18℃/s，喷射冷却段出口温度160-200℃；钢带经过终冷段(空冷)冷却至室温。钢带温度高于550℃时，原子活动能力强，快速冷却尽快降温，不会产生组织应力，但温度低于550℃以后原子活动能力降低，冷速过快将使成品钢带产生较大组织应力，铁损提高，因此，高温段冷速要快，中温段冷速要慢，200℃以下低温段冷却速度对钢带应力影响不大，因此，对铁损影响不大。与现有技术相比，本发明方法制造的成品钢带的厚度为0.25-0.30mm，产品铁损p1.5/50≤2.15w/kg,最小磁极化强度j5000≥1.65t。经过上述方法制造的薄规格电工钢磁化速度快，铁损低，该产品适合于变频空调压缩机工作条件，可以减小变频空调体积、重量，降低电耗，节约资源和能源。附图说明图1是实施例1钢的金相图。具体实施方式下面通过实施例对本发明方法进一步详细阐述。以下实施例提供的一种无取向电工，通过所述的炼钢、热轧、常化、冷轧、退火等方法可以确保产品铁损低、磁感高，产品性能符合变频空调压缩机对低铁损电工钢质量的要求。实施例1-实施例6一种变频空调用无取向电工钢，包括以下质量百分比的化学成分，见下表1，表1中没有显示的余量为fe和不可避免的残余元素。对比例1-对比例4一种无取向电工钢，包括以下质量百分比的化学成分，见下表1，表1中没有显示的余量为fe和不可避免的残余元素。表1实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢的成分，(wt％)实施例cmnspsialsi+alsnncr实施例10.00170.3260.00190.0173.250.754.000.0650.0018/实施例20.00180.4850.00240.0183.161.024.180.0480.0019/实施例30.00150.3560.00160.0153.020.963.980.0560.0018/实施例40.00160.2270.00210.0172.961.054.010.0160.0020/实施例50.00170.4120.00220.0162.811.073.880.0150.0021/实施例60.00150.3530.00180.0163.380.283.660.0860.0019/比对例10.00230.470.00240.0112.500.503.00/0.0018/比对例20.00250.190.00140.0103.320.653.97/0.019/比对例30.00190.490.00150.0092.880.903.780.0310.0022/比对例40.00180.770.00710.0590.901.192.09/0.00441.38表1中，c含量是退火后电工钢成品的[c]含量，其它成分含量是熔炼分析的成分含量。实施例1-实施例6和对比例1-对比例4所述的无取向电工钢的制造方法，包括以下步骤：a：通过洁净钢平台炼钢、连铸成厚度为230mm的板坯；b：采用热送热装工艺，实施例无取向硅钢生产中，控制板坯进入加热炉前的表面温度≥500℃；各实施例和对比例进炉温度见下表2；c：加热，控制热轧加热炉第一加热段炉气温度、第二加热段炉气温度、均热段炉气温度；热轧至厚度2.0mm-2.3mm。各实施例和对比例具体平均加热温度和热轧工艺参数见表2；d：热轧卷经过常化处理，在纯n2保护下进行常化、酸洗处理；各实施例和对比例常化、酸洗工艺参数下表3；其中对比例4不常化；e：将酸洗后的钢卷保温或预热,一次冷轧至成品厚度；各实施例和对比例冷轧工艺参数见下表3；f：实施例将轧硬卷采用二级工艺进行连续退火，控制二级退火温度和时间，炉内保护气氛为5％-20％h2+80％-95％n2。对比例不进行二级退火，而是采用通用的退火工艺。各实施例和对比例退火工艺参数见表4。g：退火后采用纯n2分段冷却方法，控制各段出口温度，冷却介质为n2。各实施例和对比例冷却工艺参数见表4。h：经涂层后制成成品钢带；钢带经涂层并烘烤。各实施例和对比例制造的无取向电工钢性能如表5。图1是实施例1成品金相照片。表2实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢进炉温度、加热温度和热轧工艺参数表3实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢常化、酸洗、冷轧工艺参数表4实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢退火、冷却工艺参数表5实施例1-6和对比例1-4无取向电工钢性能显然，本发明方法制造的成品钢带的厚度为0.25-0.30mm，产品铁损p1.5/50≤2.15w/kg,最小磁极化强度j5000≥1.65t。按照本发明方法制造的薄规格电工钢磁化速度快，铁损低，该产品适合于变频空调压缩机工作条件，可以减小变频空调体积、重量，降低电耗，节约资源和能源。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。当前第1页12