一种高磁感、低铁损无取向硅钢片及其制造方法
【专利摘要】一种高磁感、低铁损无取向硅钢片及其制造方法，该无取向硅钢片的化学成分质量百分比为：C≤0.005％，Si：0.1～1.6％，Mn：0.1～0.5％，P≤0.2％，S≤0.004％，Al≤0.003％、N≤0.005％，Nb≤0.004％，V≤0.004％，Ti≤0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质，且同时需满足：120≤[Mn]/[S]≤160，[Nb]/93+[V]/51+[Ti]/48+[Al]/27≤[C]/12+[N]/14。本发明在钢液浇铸结束之后，采用温控方式调整铸坯入炉温度，有效实现了高磁感、低铁损的无取向硅钢片的稳定生产，制造费用相对低廉，且不需要进行常化处理或者罩式炉中间退火。
【专利说明】
-种高磁感、低铁损无取向括钢片及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明设及无取向娃钢片，具体设及一种高磁感、低铁损无取向娃钢片及其制造 方法，尤其设及不经过常化处理或者罩式炉中间退火、制造成本相对低廉的高磁感、低铁损 无取向娃钢片及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着用户市场对高效、节能、环保需求的日益加严，要求用于制作电机、压 缩机、EI铁忍原料的无取向娃钢片要在保证价格竞争优势的前提下，具有优良的电磁性能， 即通常所说的低铁损、高磁感，W满足运些用电产品对高效、节能、环保的迫切需求。
[0003] 通常，向钢中加入含量较高的Si、Al，可W提高材料电阻率，进而降低材料铁损。例 如，日本专利肝2015515539A中Si含量达到2.5~4.0% ,Al含量达到0.5~1.5%，运样，随着 Si、Al含量增加，材料铁损迅速降低，但材料磁感也迅速降低，还容易出现冷社断带等异常 情况。为了改善冷社可社性，中国专利CN104399749A公开了防止> 3.5 % Si含量钢的边裂及 脆断治理方法，提高娃钢板磁性能的同时使钢板在冷社过程中无边裂产生，但即使如此，脆 断报废率仍有0.15%，且对设备功能精度要求很高。与此同时，为了获得良好的材料磁感， 中国专利CN103014503A向钢中加入了0.20~0.45% (Sn+Cu)，利用晶界偏聚改善材料的织 构形态，获得了良好的磁感，但SnXu属于昂贵金属，会大幅增加制造费用，化还容易使带钢 表面产生质量缺陷。
[0004] 日本专利特开平10-25554在51、41总量不变的前提下，通过增加41/(51+41)比例 W改善材料磁感，但随着Al含量升高、Si含量降低，材料铁损开始出现劣化，材料机械性能 也随之降低。
[0005] 现阶段，采用常化处理或者罩式炉中间退火是改善材料铁损、磁感行之有效的方 法，在高效、高牌号无取向娃钢片生产上得W广泛采用，可W有效降低材料铁损、大幅提高 材料磁感，其缺点是引进了新的生产设备，大大增加了制造费用，并延长了材料的制造和交 货周期，给生产现场技术、质量管理等带来了新的麻烦。
[0006] 受此影响，技术人员开始研究在化学成分相对固定的情况下，向钢中加入稀±、巧 合金等强脱氧、脱硫元素，可W有效去除或者降低非金属夹杂物，通过改善钢质洁净度W提 高材料电磁性能;或者采用粗社道次大压下，并利用粗糖漉社制和高溫卷取，也可W获得具 有高磁感的高牌号无取向电工钢;如果具有热社平整功能，并配合常化退火处理，同样可W 获得高磁感无取向娃钢。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种高磁感、低铁损无取向娃钢片及其制造方法，该无取 向娃钢片具有高磁感、低铁损，其化学成分中不含贵金属，并且制造工艺不需要常化处理或 者罩式炉中间退火，制造费用相对较低，生产过程稳定。
[000引为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0009] 一种高磁感、低铁损无取向娃钢片，其化学成分质量百分比为：C《0.005% ,Si: 0.1~1.6%，Mn:0.1~0.5%，P《0.2%，S《0.004%，Al《0.003%、N《0.005%，Nb《 0.004%，V《0.004%，Ti《0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足 如下关系：120《[Mn]/[S]《160，[Nb]/93+[V]/51+[Ti]/48+[Al]/27《[C]/12+[N]/14。
[0010] 优选的，上述化学成分中120《[Mn]/[引《140。
[0011] 进一步，所述无取向娃钢片具有如下电磁性能：
[001 ^ Si含量为0.0 l %《Si《0.30 %时，对应A牌号钢种，磁感B日日> 1.76T、铁损Pi日/50《 7.00W/kg;
[OOU] Si含量为0.3 % <Si《0.80 %时，对应B牌号钢种，磁感1.75T、铁损Pi5/5〇《 6.00W/kg;
[0014] Si含量为0.8 % <Si《1.20 %时，对应C牌号钢种，磁感B5q> 1.72T、铁损Pi5/5〇《 4.00W/kg;
[001引 Si含量为1.2 % <Si《1.60 %时，对应D牌号钢种，磁感B5q> 1.70T、铁损Pi5/50《 4.00W/kg。
[0016] 在本发明钢的成分设计中：
[0017] C:C强烈阻碍成品晶粒长大，容易与Nb、V、Ti等结合形成细小析出物，从而引起损 耗增加和产生磁时效，因此必须严格控制C含量在0.005 % W下。
[001引Si :Si能提高基体电阻率，有效降低钢的铁损。Si含量高于1.6%时，会显著降低钢 的磁感;而低于0.1%时，又起不到大幅降低铁损的作用。因此，本发明控制Si含量为0.1~ 1.6%。
[0019] Mn:Mn与S结合生成MnS,可W有效减少对磁性的危害，同时改善电工钢表面状态， 减少热脆。因此，有必要添力日0.1 % W上的Mn含量，而高于0.5% W上的Mn含量，容易破坏再 结晶织构，又会大幅增加钢的制造成本。因此，本发明控制Mn含量为0.1~0.5 %。
[0020] P:P含量超过0.2%时，容易导致冷脆现象发生，降低冷社可制造性。因此，本发明 控制P含量在0.2% W下。
[0021 ] S: S含量超过0.004%时，将使MnS等析出物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶化钢 的磁性。因此，本发明控制S含量在0.004 % W下。
[0022] A1:A1是增加电阻元素，同时用于电工钢的深脱氧，Al含量高于0.003%时，会造成 连铸诱注困难，磁感显著降低，因此，本发明控制Al含量在0.003 % W下。
[0023] N:N含量超过0.005%时，将使N的Nb、V、Ti、Al等析出物大大增加，强烈阻碍晶粒长 大，恶化钢的磁性。因此，本发明控制N含量在0.005 % W下。
[0024] Nb:师含量超过0.004%时，将使Nb的C、N夹杂物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶 化钢的磁性。因此，本发明控制Nb含量在0.004% W下。
[0025] V: V含量超过0.004%时，将使V的C、N夹杂物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶化钢 的磁性。因此，本发明控制V含量在0.004 % W下。
[00%] Ti :Ti含量超过0.003%时，将使Ti的C、N夹杂物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶 化钢的磁性。因此，本发明控制Ti含量在0.003 % W下。
[0027]本发明所述高磁感、低铁损无取向娃钢片的制造方法，其包括如下步骤：
[002引1)冶炼、铸造
[0029] 按照上述化学成分进行转炉冶炼、畑精炼、连续诱铸成铸巧，连续诱铸工序中，在 铸巧表面溫度从11 〇〇°C降至700°C的降溫过程中控制冷却速率为2.5~20°C /min;
[0030] 2)加热
[0031 ] 铸巧进加热炉加热，控制铸巧入炉溫度《600°C ;
[0032] 3)依次经过热社、酸洗、冷社、成品退火、涂层后得到成品无取向娃钢片。
[0033] 优选的，步骤2)中铸巧入炉溫度《300°C。
[0034] 进一步，本发明制备得到的所述无取向娃钢片具有如下电磁性能：
[0035] Si含量为0.0 l %《Si《0.30 %时，对应A牌号钢种，磁感Bso^ 1.76T、铁损Pi5/5〇《 7.00W/kg;
[0036] Si含量为0.3 % <Si《0.80 %时，对应B牌号钢种，磁感Bso^ 1.75T、铁损Pi5/5〇《 6.00W/kg;
[0037] Si含量为0.8 % <Si《1.20 %时，对应C牌号钢种，磁感Bso^ 1.72T、铁损Pi5/5〇《 4.00W/kg;
[003引 Si含量为1.2 % <Si《1.60 %时，对应D牌号钢种，磁感Bso^ 1.70T、铁损Pi5/50《 4.00W/kg。
[0039] 本发明的创新之处在于：实现了更为合理的化学成分搭配，进而显著抑制了对成 品材料电磁性能有副作用的MnS夹杂W及Nb、V、Ti、Al的C、N化物的析出、长大，具体阐述如 下：
[0040] 在诱铸过程中钢液溫度逐渐降低，Mn、S元素偏析造成凝固前沿[Mn][S]浓度积逐 渐增大，并达到或超出其平衡浓度，开始析出MnS夹杂。由于MnS夹杂尺寸细小、数量众多，因 此，对成品材料的电磁性能影响很大。为了尽可能消除MnS的副作用，现有技术通过加入稀 ±、巧等强脱氧、脱硫元素，依靠稀±、巧与硫的结合能力远远大于Mn与S的结合能力，从而 可W形成大颗粒的稀±、巧硫化物，而不是尺寸细小的MnS夹杂，并依靠钢液浮力上浮去除。 但运样会大幅增加炼钢制造成本，大颗粒的稀±、巧夹杂物还容易堵塞水口，造成诱铸中断 和产生钢质类缺陷等。
[0041 ]本发明根据S含量动态调整Mn的加入量，图1为[Mn]/[引与磁感Bso之间的关系，由 图1可知，随着[Mn]/[引的增加，磁感Ifeo先是升高，而后快速降低，而在Mn/S位于120~160之 间时，磁感化0最优。本发明将[Mn]/[S]控制在120~160之间，W确保在钢液凝固初期尽早的 析出MnS夹杂，运样可W为后续MnS夹杂的充分长大提供溫度、时间上的条件，而长大至0.化 m或W上的MnS夹杂对成品材料的电磁性能影响明显减弱。与此同时，本发明在铸巧入加热 炉之前，对铸巧溫度也进行了严格限制，具体是控制铸巧入炉溫度《600°C，优选《300°C， 目的是利用较低的铸巧溫度在铸巧加热升溫过程中进一步促进MnS生长，由图2可知，随着 铸巧入炉溫度的升高，磁感Bso快速降低，而入炉溫度在600°C W上时，磁感Bso整体保持在较 低水平。因此，从实际生产控制角度而言，铸巧入炉溫度保持在600°C W下，或者更低水平为 好，优选《300°C。
[0042]本发明中Mn、S元素形成的MnS夹杂，可W借助上述方法调控长大，也就是说可W消 除或者减弱其影响。而Nb、V、Ti、Al会和C、N元素结合形成纳米级别的Nb、V、Ti、Al的C、N夹杂 物，运种夹杂物尺寸更为细小，且主要在晶界上析出，会严重减弱成品材料的电磁性能。因 此，必须尽可能的限制其析出，即应该推迟其析出时间，减少其析出数量。
[0043] 为此，一方面，本发明在成分设计要求上，需要控制合适的抓、￥、1'1、41含量范围， 并尽可能将其降低，并控制[Nb]/93+[V]/51 + [Ti]/48+[Al]/27《[C]/12+[N]/14;另一方 面，精炼生产过程中，可W利用钢液的C、T、〇W及OB吹氧、真空度控制等常规手段，实现超低 C、N含量控制，由此，Nb、V、Ti、Al元素和C、N元素结合形成C、N化合物的浓度积便会大幅降 低，并达到或者低于其析出时的平衡浓度积，Nb、V、Ti、Al元素和C、N元素结合形成C、N化合 物数量便会大大减少。
[0044] 与此同时，为了尽可能的减少师、V、Ti、Al元素和C、N元素结合形成C、N化合物生 成，需要对铸巧表面溫度从1100降至700°C的降溫过程中的冷却速率进行控制，要求限定在 2.5~20°(：/111111范围之内，原因是，抓、￥、41、1'1微量元素在奥氏体和铁素体中的溶解与析出 差异很大。接近11〇〇°(：，师、￥、41、1'1微量元素可全部溶入奥氏体中；800°(：左右时抓、￥、八1、 Ti的C、N化物几乎全部沉淀析出，在700°C左右时，碳化物析出最快;随着溫度的继续降低， 碳化物的析出明显减慢。基于此，在该溫度区间内，尽可能的提高铸巧冷却速率，W减少该 溫度范围内的停留时间。由图3可知，当冷却速率为2.5°C/min时，析出物种类主要是S化物 析出物，析出物尺寸均较大杉〇. 5皿），对成品磁性能影响较小。
[0045] 从目前的控制效果来看，过大的冷却速率对设备能力要求很高，一般难W达到> 20°C/min，并且在冷却速率超出20°C/min后，对铸巧低倍质量有不利影响。由图4可知，冷却 速率为25TVmin时，析出物种类主要是N化物析出物，析出物尺寸普遍较小（<0.5皿），因 此，对成品磁性能影响较大。而在冷却速率低于2.5°C/min时，铸巧溫度冷却速度太慢，不利 于控制佩、￥、41、11的(：、的也物析出，也即生成了较多的有害夹杂物。
[0046] 本发明所述化学成分中控制[Mn]/[S]在120~160之间，[Nb]/93+[V]/51+[Ti]/48 + [A1]/27《[C]/12+[N]/14,旨在分别严格控制对磁性有害的S化物、N化物。娃钢制造工艺 设计中，连续诱铸过程中，铸巧表面溫度在1100~700°C范围内降溫过程中，控制冷却速率 为2.5~20°C/min;W及控制铸巧加热时入炉溫度《600°C，是基于冶金原理，采用析出物 "形成机削'优化，而不是常规的"控制机削'优化。
[0047] 本发明的有益效果：
[0048] 本发明优化了化学成分设计，通过调整儘、硫含量，获得合适的MrVS比例，冶炼结 束之后，Nb、V、Ti、Al含量受控且满足设计要求，诱铸工艺中控制铸巧表面溫度从1100降至 700°C的降溫过程的冷却速率，钢液诱铸结束之后，采用溫控方式调整铸巧入炉溫度，制造 得到的无取向娃钢片具有高磁感、低铁损，有效实现了高磁感、低铁损无取向娃钢片的稳定 生产。
[0049] 本发明的制造工艺无需经过常化处理或者罩式炉中间退火处理，具有成本低、操 作简便、易于实现、生产难度小等特点，同时，生产制造过程稳定，制造的成品娃钢片电磁性 能优良。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明[Mn ]/[S]与磁感Bso之间的关系。
[0051 ]图2为本发明铸巧入炉溫度与磁感Bso之间的关系。
[0052]图3为本发明中铸巧表面溫度从1100°C降至700°C的降溫过程中冷却速率为2.5 TVmin时，析出物种类及尺寸结果。
[0053] 图4为本发明铸巧表面溫度从llOOr降至700°C的降溫过程中冷却速率为25°C/ min时，析出物种类及尺寸结果。
【具体实施方式】
[0054] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0055] 表1为本发明实施例娃钢片和对比例娃钢片的成分，表2为本发明实施例、对比例 工艺设计及电磁性能。
[0056] 实施例：
[0化7] 铁水、废钢按照表1中化学成分比例进行搭配，经300吨转炉冶炼之后，经RH精炼进 行脱碳、脱氧、合金化;根据钢中S含量动态调整Mn含量，W获得最佳比例的[Mn]/[S]，控制 C、N、Nb、V、Ti、Al含量满足设计要求；钢液经连铸诱铸后，得至ljl70mm~250mm厚、800mm~ 1400mm宽的铸巧;诱铸结束之后，铸巧表面溫度从1100°C降至700°C的降溫过程中的冷却速 率控制在2.5~20°C/min;然后，采用溫控方式调整铸巧入炉炉溫度《600°C，优选《300°C ; 然后，对铸巧依次进行热社、酸洗、冷社、退火、涂层后得到最终产品，其工艺参数和电磁性 能参见表2。
[005引表1、表2数据说明如下：
[0059] 表1中，Si含量在0.1~1.6%范围内，按照不同Si含量可W将钢分为四类，分别为 Si含量介于0.11~0.30%、Si含量介于0.30~0.80% (不包含0.30%)、Si含量介于0.80~ 1.20% (不包含0.80% )、Si含量介于1.20~1.60% (不包含1.20% )，依次标记为A牌号、B牌 号、C牌号、D牌号。不同Si含量系列对应相同牌号钢的电磁性能同属一类。
[0060] 本发明中，A牌号钢(实施例1-3)的电磁性能均能满足磁感Bso^l. 76T、铁损P15/50 《6.50胖/^;8牌号钢（实施例4-6)的电磁性能均能满足磁感85〇>1.751\铁损？15/5〇《 5.40胖/4旨;(：牌号钢(实施例7-9)的电磁性能均能满足磁感85〇>1.721\铁损?15/5〇《4.00胖/ kg; D牌号钢(实施例10-11)的电磁性能均能满足磁感Bso^ 1.70T、铁损Pi5/5〇《3.80W/kg的 控制要求。
[0061] 对比例1中，[Mn]/[S]低于120控制要求;对比例2中，（[C]/12+阳]/14)-([Nb]/93+ [V]/51 + [Ti]/48+[Al]/27)小于0;对比例3中，[Mn]/[S]W及（[C]/l化阳]/14)-(阳b]/93+ [V]/51 + [Ti]/48+[Al]/27)均不符合控制要求;对比例4中，板巧入炉溫度大于600°C ;对比 例5中，铸巧冷却速率大于20°C/min;对比例6中，[Mn]/[S]W及（[C]/l化[N]/14)-([Nb]/93 + [V]/51+[Ti]/48+[Al]/27)和铸巧入炉溫度均不符合控制要求，对比例7中，铸巧冷却速率 小于2.5°C/min，铸巧入炉溫度大于600°C。也就是说，只要有1项不满足本发明设计要求，对 应钢的电磁性能均不佳。
[0062] 可见，基于相同牌号而言，本发明无取向娃钢片具有更高的磁感、更低的铁损。
【主权项】
1. 一种高磁感、低铁损无取向硅钢片，其化学成分质量百分比为《0.005%，Si :0.1 ~1.6%，Mn:0.1~0.5%，P<0.2%，S<0.004%，AK0.003%、N$0.005%，Nb<0.004%， V<0.004%，Ti<0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系： 120彡[Mn]/[S]彡160，[Nb]/93+[V]/51+[Ti]/48+[Al]/27彡[C]/12+[N]/14。2. 根据权利要求1所述的高磁感、低铁损无取向硅钢片，其特征在于，所述化学成分中 120彡[Mn]/[S]彡140。3. 根据权利要求1或2所述的高磁感、低铁损无取向硅钢片，其特征在于，所述无取向硅 钢片具有如下电磁性能： Si含量为0 · 1 % 彡 Si 彡 0 · 30 % 时，磁感B5。彡 1 · 76T、铁损P15/5〇彡 7 · 00W/kg; Si含量为0 · 3 %〈Si 彡0 · 80 % 时，磁感B5Q彡 1 · 75T、铁损Pi5/5Q彡6 · 00W/kg; Si含量为0 · 8 %〈Si 彡 1 · 20 % 时，磁感B5。彡 1 · 72T、铁损P15/5〇彡4 · 00W/kg; Si含量为 1 · 2 %〈Si 彡 1 · 60 % 时，磁感B5。彡 1 · 70T、铁损P15/5〇彡4 · 00W/kg。4. 根据权利要求1-3任一项所述的高磁感、低铁损无取向硅钢片的制造方法，其包括如 下步骤： 1) 冶炼、铸造 按照权利要求1或2所述化学成分进行冶炼、精炼、连续浇铸成铸坯，连续浇铸工序中， 在铸坯表面温度从1100 °C降至700 °C的降温过程中控制冷却速率为2.5~20 °C /min; 2) 加热 铸坯进加热炉加热，控制铸坯入炉温度<600°C ; 3) 依次经过热乳、酸洗、冷乳、成品退火、涂层后得到成品无取向硅钢片。5. 根据权利要求4所述的高磁感、低铁损无取向硅钢片的制造方法，其特征在于，步骤 2)中，所述铸坯入炉温度< 300 °C。6. 根据权利要求4或5所述的高磁感、低铁损无取向硅钢片的制造方法，其特征在于，制 备得到的所述无取向硅钢片具有如下电磁性能： Si含量为0 · 1 % 彡 Si 彡 0 · 30 % 时，磁感B5。彡 1 · 76T、铁损P15/5〇彡 7 · 00W/kg; Si含量为0 · 3 %〈Si 彡0 · 80 % 时，磁感B5Q彡 1 · 75T、铁损Pi5/5Q彡6 · 00W/kg; Si含量为0 · 8 %〈Si 彡 1 · 20 % 时，磁感B5。彡 1 · 72T、铁损P15/5〇彡4 · 00W/kg; Si含量为 1 · 2 %〈Si 彡 1 · 60 % 时，磁感B5。彡 1 · 70T、铁损P15/5〇彡4 · 00W/kg。
【文档编号】C22C38/06GK105925884SQ201610369192
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张峰, 房现石, 谢世殊, 宗震宇
【申请人】宝山钢铁股份有限公司