一种高强度高磁感的热轧磁轭钢及生产方法与流程

1.本发明属于合金领域，具体涉及一种高强度高磁感的热轧磁轭钢及生产方法。


背景技术：

2.磁轭钢主要应用于大型水力发电设备的转子部分，对磁轭钢的高强度、高韧性、高磁感的要求相当严格。水轮发电机长时间与水接触，服务环境恶劣，更换困难，转子在使用过程中保证强度的同时，还要考虑到磁轭钢板的损耗，为了减少损耗，就要求磁轭钢具有高磁感。
3.2000年以前，550～750mpa级高强韧性磁轭钢全部依赖进口，价格昂贵，交货周期长。武钢从20世纪90年代末开始研制磁轭钢，是国内最先开始研制和开发磁轭钢的钢铁企业。武钢2016年3月23日公开的中国专利《一种屈服强度550mpa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法》，公开号为cn105420606a，其采用c-mn-ti系合金成分，其中板坯加热温度1170-1220℃，粗轧结束温度≥1000℃，精轧温度在780-830℃，卷曲温度为650-700℃，其屈服强度≥550mpa，-20℃冲击功kv2≥100j，b
50
≥1.50t。
4.2016年4月20日公开的公开号为cn105506466a的专利公开了《屈服强度≥650mpa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法》，采用c-mn-ti-nb系合金成分，通过板坯加热温度1230-1280℃，粗轧结束温度≥1050℃，精轧温度在800-850℃，卷曲温度为600-650℃，开发了一种屈服强度≥650mpa，-20℃冲击功kv2≥80j，b
50
≥1.50t的高强度高韧性热轧磁轭钢。
5.2013年12月18日公开的公开号为cn103451532a的专利公开了《一种屈服强度≥750mpa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法》，采用c-mn-ti-nb系合金成分，板坯加热温度1280-1350℃，粗轧结束温度≥1100℃，精轧温度在850-930℃，卷曲温度为550-640℃，屈服强度≥750mpa，b
50
≥1.50t。
6.2013年12月18日公开的公开号为cn103451533a公开了《一种屈服强度≥800mpa级高强度热轧磁轭钢及其生产方法》，其特征在于采用c-mn-ti-nb-mo系合金成分，板坯加热温度1280-1350℃，粗轧结束温度≥1100℃，精轧温度在850-930℃，卷曲温度为640-700℃，屈服强度≥800mpa，b
50
≥1.50t。
7.以上现有技术均是通过c-mn-ti系合金成分制备高强度磁轭钢，c、ti微合金以第二相弥散分布，细化晶粒，可以显著提高钢板的强度和韧性，但c、ti第二相会阻碍磁畴移动，对磁感损害较大，增加磁轭钢板使用过程中的损耗。


技术实现要素：

8.本发明目的在于提供一种高强度高磁感的热轧磁轭钢及生产方法，通过降低c、ti的含量，添加适量sn元素，进行冶炼、铸造、获得屈服强度550mpa级且磁感优良的高强度高磁感热轧磁轭钢，屈服强度≥550mpa，b
50
≥1.67t，用于水轮发电机转子。
9.本发明具体技术方案如下：
10.一种高强度高磁感的热轧磁轭钢，包括以下质量百分比成分：
11.c：0.008-0.02％、si：0.05-0.15％、mn：0.80-1.30％、p：≤0.020％、s：≤0.010％、ti：0.01-0.03％、sn：0.10-0.20％、als：0.04-0.10％，n：≤0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。
12.所述高强度高磁感的热轧磁轭钢，其成分满足：ti＞c+n；ti/n≥2。
13.本发明提供的高强度高磁感的热轧磁轭钢，厚度：2.00-4.00mm，屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥650mpa，延伸率≥15％，-20℃冲击功kv2≥110j，磁感强度≥1.67t。
14.本发明提供的一种高强度高磁感的热轧磁轭钢的生产方法，包括以下步骤：
15.1)、冶炼、铸造；
16.2)、加热；
17.3)、粗轧；
18.4)、精轧；
19.5)、层流冷却后，卷取。
20.步骤2)中所述加热，将板坯加热，加热温度在1200-1250℃，均热时间55-75min；
21.优选的，步骤2)中，加热温度t控制为：t＝1200+(c+mn+ti+sn-1)
×
100；
22.t的单位为℃；各元素所指数值＝该元素在钢中含量
×
100；
23.本发明是c-mn-ti-sn复合强化的合金钢，c-mn-ti-sn复合析出物在连铸过程已部分析出并长大，无法取得最佳的细晶强化和析出强化效果，且熔点较高，在热轧前需高温将析出物融化，热轧时析出形成细小夹杂，阻碍晶粒长大，并起到析出强化的效果，因此本发明采用1200-1250℃板坯加热制度，加热温度满足t＝1200+(c+mn+ti+sn-1)
×
100，使合金元素充分固溶，并通过后续工艺控制，在成品钢中细小、弥散析出，本发明通过有限元模拟不同成分所需要的加热温度，确定该公式。
24.步骤3)中控制粗轧结束温度不低于1050℃；本发明粗轧工艺采用多道次大变形量的快速轧制，充分细化奥氏体晶粒，并使奥氏体组织均匀。
25.步骤4)精轧：精轧采用高温精轧、高速轧制，控制较高的终轧温度，以获得钢卷较低的初始内应力，精轧道次压下率30-40％，有利于提高组织均匀性，最后1-2道次压下率控制在10-20％；控制终轧温度不低于800-840℃；
26.步骤5)层流冷却：终冷温度为620-670℃，进行卷取；采用层流冷却，通过快速冷却实现ti、sn等微合金化物弥散析出，实现超细晶粒和超高强度。
27.本发明成分设计中，设计思路如下：
28.c：本发明控制c含量主要是为了保证热轧磁轭钢的强度，但c含量过高会降低钢板韧性，且c无论以固溶体形式还是渗碳体形式存在都会损害钢板的磁性能，本发明将c含量限定在0.008-0.020％。
29.si：si含量提高，钢板的强度升高，磁感降低，增加钢板脆性，不利于热轧板卷表面质量控制，因此本发明应降低钢中si含量。本发明si含量0.05-0.15％。
30.mn：通过固溶强化提高钢板强度，促进钢材屈服强度和抗拉强度呈线性增加，但mn含量＞0.15％时，磁感随mn含量增加而降低，因此要控制mn含量不能太高，本发明控制mn含量为0.80-1.30％。
31.ti：ti与c微合金化形成tic析出，形成细小夹杂，起到细化晶粒、阻碍位错移动、提高韧性，在粗轧和卷曲过程中起到显著的析出强化效果，但ti会优先与钢中n元素结合生成
ti n，削弱ti的强化效果，且ti的化合物会降低磁性能，因此本发明控制ti含量为0.01-0.03％，ti会优先与钢中n元素结合生成ti n，削弱ti的强化效果，所以ti的含量需要高于c+n，ti＞c+n。
32.sn：sn在热轧过程中会在原始晶界处偏聚，并促进p的偏聚，阻碍晶粒长大，使晶粒细化，提高钢板强度。但晶粒细化会导致磁滞损耗增加，由于sn、p偏聚会改善织构，减小晶粒细化对磁感造成的影响，从而提升磁感，本发明控制sn含量为0.10-0.20％。
33.p：p受sn的促进作用产生偏聚，细化晶粒、提高强度、改善织构，但fe3p偏析会使钢板脆化，降低韧性，因此本发明控制p≤0.020％。
34.als：als含量提高，钢板强度升高，磁感提高，但als含量过高易导致钢水发黏，且会氧化ti，导致ti失效，因此本发明控制als含量为0.04-0.10％。
35.s：s与钢中mn可形成塑性mns夹杂，减轻热脆现象，但会导致带钢形成带状组织，降低钢板韧性和成型性，且s对磁性能影响很大，本发明控制s含量≤0.010％。
36.n：n易与钢中ti结合形成tin，起到抑制晶粒长大和析出强化作用，但会减少“有效ti”的含量，削弱强化效果，因此本发明控制n的含量为≤0.01％，且ti/n≥2，保证有足够的“有效ti”。
37.本发明对钢的化学成分和生产工艺进行了设计，与现有技术相比，通过降低c、ti含量，添加适量sn合金元素，配合热轧工艺，保证了钢板的强度和磁感的要求，从而解决了高强度与高磁感之间的矛盾，使热轧磁轭钢具有高强度的同时，还具有较高的磁感。
具体实施方式
38.实施例1-实施例8
39.一种高强度高磁感的热轧磁轭钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为铁和不可避免的杂质。
40.对比例1-对比例2
41.一种热轧磁轭钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为铁和不可避免的杂质。
42.表1本发明钢及对比例的化学成分取值列表(wt％)
43.[0044][0045]
上述各实施例和对比例热轧磁轭钢生产方法，包括以下步骤
[0046]
1)冶炼、铸造：
[0047]
经过冶炼、铸造后得板坯，所述化学成分按质量百分比如表1所示；
[0048]
2)加热：将板坯加热，加热温度在1200-1250℃，均热时间55-75min；
[0049]
3)粗轧：控制粗轧结束温度不低于1050℃；
[0050]
4)精轧：精轧道次压下率30-40％，有利于提高组织均匀性，最后1-2道次压下率控制在10-20％；控制终轧温度不低于800-840℃；
[0051]
5)层流冷却：终冷温度为620-670℃，进行卷曲，采用层流冷却。
[0052]
各实施例和对比例的具体生产工艺参数如表2所示
[0053]
表2各实施例和对比例生产工艺参数
[0054]
[0055][0056]
实施例和对比例按照以上方法生产的产品，性能如表3所示。
[0057]
表3实施例和对比例产品性能
[0058][0059]
表1-3中，数据下画横向的为不满足本发明要求的。
[0060]
从表2、表3可以看出，本发明通过添加sn、减少c、ti等对磁感不利合金的含量，合理控制成分，可以实现高强度、高磁感性能的匹配，屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥650mpa，延伸率≥15％，磁感强度≥1.65t，能够满足大型水轮发电机转子磁轭用高强度高磁感性能钢的需求。
[0061]
本具体实施方式仅为最佳举例，并非对本发明技术方案的限制性实施。