一种大型发电机转子用无取向电工钢及生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无取向硅钢及生产方法，具体地属于一种大型发电机转子用无取 向电工钢及生产方法，特别适用于产品厚度在1. 〇〇±〇. 03mm的大型发电机转子用无取向 电工钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着水轮发电机组向大型化、巨型化方向发展，磁辄用钢的要求也逐渐提高。九十 年代以前，磁辄用钢全部依赖进口，转子材料以高强度为主要指标。由于机组功率不断提 高，转子材料不仅要有高强度而且要有高精度。目前国内已开发出屈服强度达到600MPa 及以上级别的热乳磁辄钢，但存在以下两个问题：其一，热乳板厚度精度无法达到30μπι以 内；其二，磁性能指标不能达到要求，特别是因为厚度通常都在2. 0_以上，其铁损Pi.。/5。无 法降到5.OW/kg以下，不能满足需要。
[0003] 经检索：中国专利公开号为CN103173678A的文献，公开了一种转子用无取向硅钢 及其制造方法。其通过在传统高牌号无取向硅钢中添加少量硼（B< 0. 005%)，主要合金元 素满足4. 1%彡（Si+Al/2+Mn)彡6. 0%，还通过钙处理脱S(S彡lOppm)和850~900°CX90S常 化、>100°C温乳、920~950°CX20S再结晶退火等技术手段，实现优良磁性能（B5。。。彡1.66T， Pi.5/5。彡2. 70W/kg，各向异性彡9%)和高强度（屈服强度彡420MPa，低周疲劳强度 彡420MPa)。该文献存在屈服强度低，加工难度大的不足，不能满足大型电机转子用钢的要 求。
[0004] 中国专利公开号为CN103409684A的文献，公开了一种高强度冷乳磁极钢及其制 备方法。其通过添加 〇· 05~0· 07%C、1. 0~1· 2%Μη、0· 3~0· 5%Si、0. 02~0· 07%Als、Ti彡 0· 04%、 Nb< 0. 04%等化学元素，并通过在连续退火+平整工艺获得高强度和高磁感性能。但是，经 平整以后铁损很高，也没有考虑到疲劳强度的问题，对于大型电机转子用钢来讲，不能满足 要求。
[0005] 中国专利公开号为CN201010278193. 9的文献，公开了一种高磁感含钒含钛无取 向电工钢，其化学成分重量百分比为C:0. 001~0. 005%、Si:0. 50~0. 65%、Μη:0. 15~ 0· 35%、Ρ彡 0· 025%、S彡 0· 008%、Als:0· 25 ~0· 35%、Ν彡 0· 007%、0 <Ti彡 0· 01%、 0 <V< 0. 01 %、余量为Fe和不可避免的杂质，通过合理的成分设计，减少细小弥散的钒钛 碳氮化物的析出。其制备方法，加热温度为1130~1160°C;精乳开乳温度为多1020°C、终 乳温度为870~910°C，卷取温度为多650°C。通过抑制钒钛的不利影响，能生产满足电磁 性能要求的含钒含钛无取向电工钢。但该文献不仅没有考虑疲劳强度、而且屈服强度与磁 性能等指标均不能满足大型发电机组的转子磁辄要求。
[0006] 中国专利申请号为201310420802. 3的文献，公开了一种Rm彡600MPa的优良磁 性能无取向电工钢及其生产方法。其成分重量百分比含量为：Si:2. 5~3. 5%，Mn:0. 1~ 1. 0%，Ni+Al不超过L0%，Ν彡 0· 005%，S彡 0· 015%，C彡 0· 003%，Ρ彡 0· 05%,其余为铁及 残余含量；且要满足：1· 〇彡Al/Ni彡2. 0 ;性能：Rm彡600MPa，Rel彡500MPa，Pu/棚彡17 W/kg，B5。。。多1. 66T。该文献为高转速的驱动电机设计，要求高频铁损低，通过Ni和A1等元 素的固溶强化获得高强度，厚度为0. 35mm及以下的薄规格产品。因要求铁损低所以成本相 对较高，也没有考虑疲劳强度。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一，在交变应力的作 用下，虽然材料所承受的应力低于材料的屈服点，但经过长时间的工作后也会产生裂纹或 突然发生完全断裂。如果将该材料用于大型发电机的转子，一方面因厚度同板差难以保证， 另一方面因叠片较多对铆接要求更高，相反不利于提高疲劳强度。
[0007] 中国专利申请号为200910049782. 7的文献，公开了一种500Mpa级冷乳磁极钢 的制造方法·其成分重量百分比含量为：C:0. 07~0. 1%，Si:0. 18~0. 31%，Mn:1. 00~1. 50%， P^ 0. 02%,S^ 0. 007%, 0^ 0. 004%,N^ 0. 004%,Nb：0. 046-0. 06%,Ti^ 0. 003%,V： 0. 050~0. 070%，余量为Fe和不可避免的杂质；性能：Rm彡570MPa，B5000彡1. 570T，但没有 考虑控制铁损（Si含量太低)，这对转子发热不利。
[0008] 美国专利US20090202383,其公开了一种无取向硅钢及其制造方法。其通过添加 Cu、Ni、Cr、Mo、W等元素、进行基体固溶强化和第二相析出强化来提高屈服强度，但该方法磁 性能较差，成本较高。也没有考虑疲劳强度，对大型发电机的转子来说，应该是磁性能与高 强度兼顾。
【发明内容】
[0009] 本发明针对现有技术存在的不足，提供一种屈服强度彡600MPa、低周疲劳强度 彡420MPa，厚度同板差彡30μπι，B5_彡1. 60T，Pu/5。彡5.Ow/kg，铁损各向异性彡9%的大 型发电机转子用无取向电工钢及生产方法。
[0010] 实现上述目的的措施： 一种大型发电机转子用无取向电工钢，其组分及重量百分比含量为：C< 0. 0030%，Si:2· 8 ~3. 2%，Μη:0· 60 ~0· 90%，P彡 0· 05%，S彡 0· 0050%，Als:0· 55 ~0· 75%， N彡0. 0040%，V:0. 040~0. 060%，其余为Fe及不可避免的残余元素；同时要满足：硅当 量Sieq=Si+2Als-0. 5Μη+2· 92P彡 4. 0,1. 0 彡钒比值Vs=100XV/Sieq彡 1. 5 ;屈服强度 彡60010^、低周疲劳强度彡42010^，厚度同板差彡3(^111，85_彡1.601'，？ 1.。/5。彡5.(^/1^， 铁损各向异性< 9%。
[0011] 一种大型发电机转子用无取向电工钢的生产方法，其步骤： 1) 按纯净钢冶炼并连铸成坯； 2) 对连铸坯进行加热，均热温度控制在1200~1250°C，在炉时间为2~4h; 3) 进行热乳并卷取：控制粗乳道次为6~8次，控制精乳入口温度为950~990°C，终 乳温度为810~850°C;卷取温度为650~680°C; 4) 进行常化，控制常化均热温度在750°C~850°C，通板速度在30~40m/min; 5) 进行酸洗，控制酸洗温度在80~100°C，酸洗时间在3~5min; 6) 进行冷乳：控制总压下率不低于60%，控制成品厚度在1. 00±0. 03mm; 7) 进行连续退火，脱碳温度为800~850°C，露点温度为25~35°C，退火温度为720~ 780°C，均热时间为60~90S，气氛为常规的氏+队混合气； 8) 按常规进行冷却、涂层及精整。
[0012] 本发明无取向电工钢的成分及制备工艺主要围绕高强度和高性能设计。在强度设 计方面以加V的固溶强化为主、配合低温常化和低温退火等工艺措施提高屈服强度和疲劳 强度；在磁性能设计方面，在保证必要的硅当量的基础上，通过热乳高温卷取、常化及成品 退火等改善磁性能。
[0013] 本发明中各元素及主要工艺的机理和作用： Si能提高电阻率，降低铁损；Si也是固溶强化元素，能显著提高屈服强度，过高的Si会 降低磁感。为保证一定的屈服强度和磁性能，本发明规定Si:2. 8~3. 2%。
[0014] Μη作为置换型固溶元素，能显著提高钢板的屈服强度和疲劳强度，但Μη也不能过 高。因为过高的Μη易造成热乳乳制力波动，不利于板型精度控制。因此本发明规定Μη: 0. 60 ~0. 90%。
[0015] 钢中少量的Ρ可以提高电阻率，降低铁损，但Ρ高易引起磷脆，因此本发明规定 Ρ彡0. 05%。S是钢中的有害元素，特别是在加工过程中易形成有害夹杂MnS，阻碍再结晶退 火时的晶粒长大。
[0016] 另外，S高显著降低疲劳强度。因此本发明规定0.0050%。
[0017] A1可溶于铁素体提高电阻率降低铁损，同时能脱氧固氮，但容易造成成品板表层 内氧化;A1能提高屈服强度，但高A1会使冶炼浇铸困难并降低成品板的磁感。因此本