一种高导磁性能无取向硅钢及其制造方法与流程

本发明属于冶金，更具体地说，涉及一种高导磁性能无取向硅钢及其制造方法。

背景技术：

1、无取向硅钢产品的质量评价指标主要是铁损和磁感。而磁导率，作为无取向硅钢的另一个重要技术指标，对电机的负载电流、温升、效率以及安全性都有较大的影响，其大小直接反应了无取向硅钢的导磁性能。

2、为了降低无取向硅钢的铁损，通常通过增加si或al元素，提高电阻以降低涡流损耗，但同时磁导率也会降低，基本上牌号越高，磁导率越低。现有技术中已有采用二次退火的方式取得较高的磁导率，如专利cn112921164a，但采用常规生产方法在保证低铁损的前提下提高磁导率仍然很难实现。

3、专利cn103305748a公开了一种具有低铁损和高磁导率的无取向电工钢板及其制造方法，该钢板的铸坯包含以下成分：si：0.1～2.0wt％，al：0.1～1.0wt％，mn：0.10～1.0wt％，c：≤0.005wt％，p：≤0.2wt％，s：≤0.005wt％，n：≤0.005wt％，余量为fe以及不可避免的杂质，还包括总含量≤0.3wt％的sn和sb中的一种或两种，并且该钢板的磁导率满足以下关系式：μ10+μ13+μ15≥13982-586.5p15/50；μ10+μ13+μ15≥10000，其中p15/50是在1.5t磁感强度下50hz时的铁损；μ10、μ13、μ15分别是50hz时1.0t、1.3t、1.5t磁感强度下的相对磁导率。其主要是针对与铁损关系更大的μ10的改进，μ15在该公式中占比不到20％，对μ15的改进效果并未直接体现。

4、专利cn1293261a公开了一种具有高磁导率的非取向电磁钢片及其制造方法，其中钢片的磁导率μ15/60较低，仅要求在1500gs/oe以上，该产品磁导率低。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对现有技术中采用常规生产方法难以获得低铁损高磁导率的硅钢问题，本发明提供一种高导磁性能无取向硅钢及其制造方法，制得的硅钢同时满足铁损低和磁导率高的性能，μ1.5/50和μ1.5/60均在2000gs/oe以上。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、该高导磁性能无取向硅钢的化学成分要求按重量百分数包括：

6、c≤0.0025％、si：0.5％～1.5％、mn：0.10％～0.30％、0.30％≤als≤1.0％，p：≤0.05％，sb:0.04％～0.10％，s≤0.0040％，n≤0.0015％、ti≤0.0020％，其余为fe及不可避免的杂质。

7、各元素在钢中的作用如下：

8、si：si是增加电阻元素，是电工钢最重要的合金元素，为获得低的铁损，需要提高si含量，但si的升高会降低磁导率；

9、mn：锰与硫形成mns，可防止沿晶界形成低熔点的fes所引起的热脆现象，因此要保证一定量的锰来改善热轧塑性。

10、al：铝与硅的作用相似，提高ρ值、缩小γ区和促使晶粒长大，降低铁损同时也会降低磁导率。

11、sb：是典型的晶界偏析元素，在热轧和退火过程中容易在晶界附近偏聚，降低晶界能，抑制晶粒的形核和长大，成品晶粒尺寸降低，铁损p15/50恶化。在冷轧无取向硅钢再结晶过程中，{111}面织构更容易在原始晶界处形核，由于sb的晶界偏聚直接影响了{111}组分的形核和长大，从而使成品钢带中的{111}组分的强度大幅降低，织构得到改善，磁感b50大幅提升，进而提高磁导率。

12、由于si、al合金均不利于磁导率，同时为了确保sb元素最大限度发挥其作用，因此主合金元素需要满足[al]＝1.32-0.68[si]，且[sb]＝1.12*([si]+2[al])^2-5.07*([si]+2[al])+5.79。

13、n：与al易形成细小aln质点抑制晶粒长大，n＞0.0025％时，铁损明显增高。

14、s：除了与mn结合形成mns，s还会与少量cu形成细小cu2s析出相，cu2s尺寸一般较小，在30～200nm。

15、ti：ti会与c、n形成细小尺寸的tin、tic以及ti(cn)，尺寸在100nm以下。

16、无取向电工钢生产，控制钢质洁净度是基础，主要是减少有害夹杂物的种类及数量，一方面是减少夹杂物形成元素含量，即最大限度的降低碳、硫、氮、钛等有害元素含量，避免形成第二相粒子，另一方面是采取相应的工艺手段，对有害夹杂物进行改性。

17、本发明还公开了上述高导磁性能无取向硅钢的制造方法，具体步骤如下：

18、步骤s1、铁水预处理：将上述化学成分的钢先进行铁水预处理，铁水预处理后[s]含量≤0.0008％；

19、步骤s2、转炉冶炼：将上述铁水在转炉进行冶炼，转炉冶炼过程中全程吹氩，控制转炉出钢s含量≤30ppm；

20、步骤s3、rh精炼：将上述钢水在rh精炼炉进行真空处理、脱氧合金化，并喂入常规商用硅钙线，对钢液进行钙处理，一方面可使夹杂物尺寸变大，从而有助于夹杂物的去除，获得较纯净的钢水质量，另一方面钙处理工艺使高熔点的al2o3系夹杂转变成低熔点的钙铝酸盐类系夹杂，从而提高钢水的可浇性，避免或减少水口堵塞；由于钙处理过程中会发生吸氮现象，应该尽量缩短喂钙时间，控制ca/s：0.5～1.2；

21、步骤s4、连铸：将上述成分的钢水在保护浇铸下浇铸成150～250mm铸坯；

22、步骤s5、热轧：铸坯通过热装的方式进行加热热轧，较低的加热温度有利于铁损的进一步降低，但会增加热轧控制的难度，因此一般在1050℃以上，本发明铸坯加热温度控制在1050～1150℃之间，加热时间控制在150～220min之间；加热后的板坯经5道次或者3道次粗轧后，经7机架精轧至2.0～3.0mm，终轧温度≥900℃，卷取温度≥700℃，获得较均匀的再结晶组织，再结晶比例达90％以上，为后续晶粒长大、织构遗传奠定良好的组织基础；

23、步骤s6、常化处理：获得的热轧板经900～980℃常化处理后，获得80～100μm粗大均匀的等轴晶组织；热轧板常化处理的主要目的是使热轧板组织更均匀，使再结晶晶粒增多，防止瓦垅状缺陷，同时使晶粒和析出物粗化，加强{100}和{110}组分以及减弱{111}组分，磁性明显提高，特别是b50，而b50对1.5t下磁导率μ15具有直接的影响。

24、步骤s7、冷轧：常化处理后的带钢，一次冷轧至0.35～0.65mm；

25、步骤s8、退火：将冷轧后的带钢在780～950℃的氮氢混合气氛(n2：h2＝7：3)中进行退火，露点在-10℃以下，获得需要的再结晶组织，退火过程中炉内单位张力≤2.5n/mm2，然后在带钢表面涂覆绝缘涂层，经500℃以下的温度进行烘干固化，获得优良的绝缘性能；

26、退火阶段采用快速加热并配合适当的缓冷，尤其是退火早期阶段(500℃以下)升温速率≥10℃/s，快速形成较多再结晶形核晶粒数量，达到所需的均热温度(780～950℃)，保温25～45s，均热温度不宜过高，均热时间不宜过长，较高的温度和较长的时间会使再结晶晶粒过大，虽然铁损会降低，但磁感低，磁导率也会降低。退火得到的再结晶组织的尺寸为44～56μm，控制再结晶组织的尺寸主要是获得较高的磁感，从而确保磁导率。

27、制得的产品磁导率μ1.5/50和μ1.5/60均在2000gs/oe以上，且成品铁损p1.5/50≤3.5w/kg，p1.5/60≤4.5w/kg，相较于对比文件cn103305748a，本发明在保证低铁损的情况下，针对磁导率的提高进行了一系列设计，包括对组分中si、al合金含量的控制，以及在制造方法中增加了常化处理，其原因在于为了确保较低的铁损，必须添加一定量的si、al，但si、al的添加会使磁导率降低，且si降低磁导率比al更加显著，因此为降低铁损，控制主合金元素满足[al]＝1.32-0.68[si]，同时为了确保sb元素最大限度发挥其作用，以提高磁导率，本发明控制sb元素的含量满足：[sb]＝1.12*([si]+2[al])^2-5.07*([si]+2[al])+5.79。但合金的加入仍会在一定程度上带来磁导率的降低，因此本发明进行了常化处理。相较于对比文件cn103305748a中限定了μ10+μ13+μ15的范围，其主要贡献值为μ10，μ10与铁损关系则更大，因此该方案无需经过常化处理，而μ15主要受b50的影响，b50是无取向硅钢铁损之外另一常规的评判指标，主要反映了无取向硅钢的磁化能力，与磁导率存在如下关系：μ＝db/dh，即磁导率μ等于磁介质中磁感应强度b的微分与磁场强度h的微分之比，想要获得较高的b50，常化起决定性作用，因此本发明采用常化处理工艺，使热轧板组织更均匀，使再结晶晶粒增多，同时使晶粒和析出物粗化，提高b50，进而提高1.5t下磁导率μ15。

28、3.有益效果

29、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

30、本发明通过合理的成分、工艺、织构控制，获得一种高导磁性能的无取向硅钢，产品磁导率μ1.5/50和μ1.5/60均在2000gs/oe以上，且成品铁损p1.5/50≤3.5w/kg，p1.5/60≤4.5w/kg。