一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法
【专利摘要】一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法包括：步骤1)烧油；步骤2)脱碳去应力退火；3)发蓝：完成脱碳去应力退火后，在退火炉的缓冷段安装有强制冷却系统，缓冷到500～600℃炉温下，向炉内充入高温水蒸气和N2的保护气氛，保持1.5?2小时进行发蓝处理，使冲片表面形成一层致密的Fe3O4氧化膜。本发明方法处理过的半工艺冷轧无取向电工钢定子、转子产品电磁性能可以达到P1.5/50小于5.5W/kg，磁感应强度B50不小于1.72T,与目前全工艺无取向电工钢国家标准50W600相比，铁损降低，磁感应强度提高，解决了全工艺冷轧无取向电工钢铁损与磁感应强度相互矛盾的问题。
【专利说明】
一种无S i含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法，尤其是一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法。
【背景技术】
[0002]我国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出了“十二五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。电工钢是一个国家经济建设和人民生活不可缺少的一种重要原材料产品，其产品用于制作各种变压器和电机铁芯，对国家节能降耗，低碳环保起着十分重要的作用。我国是世界电力消费大国，用途广泛的电机是电力消费的大户，消耗的电力占一个国家发电量的60%?70%，而中小型电机系统的用电量占工业系统总用电量的70%左右，世界各国政府和国际组织已公认中小型电机系统具有巨大的节能潜力，主要发达国家都在各自的发展计划中提出了明确的强制推行高效电机的时间表。随着国内国际市场对高效电动机的需求与日剧增，为适应市场需求，积极参与国际竞争，就必须制造出低成本、高效率的电动机，采用半工艺无取向电工冷乳钢并进行退火工艺处理是降低电动机的成本、提高电动机效率的有效途径，目前半工艺无取向电工冷乳钢在欧美发达国家高效率的电动机上已得到普遍应用，其中美国年产175万t/年的无取向电工钢的钢厂，半工艺电工钢产量约为150万t/年，占85.7%，在欧美、前苏联、日本已经广泛采用半工艺电工钢板，特别是压缩机电机冲片都采用半工艺电工钢板制造，但在中国市场，2015年国内半工艺冷乳无取向硅钢产量约为4.6万t，而国内无取向电工钢产量为701万t，仅占无取向电工钢总量的0.66%，所占比重还非常低，经预测我国仅高效变频压缩机潜在的半工艺电工钢需求量将达到80万吨/年以上，因此半工艺电工钢的在中国的市场潜力还是巨大的。
[0003]半工艺无取向电工钢是一种区别于全工艺无取向电工钢制造工艺的电工钢产品，钢厂将冷乳带钢进行不完全退火后出厂后经0.5%_10%的变形量乳制，用户将半工艺电工钢冲片后，进行脱油、脱碳、消除应力退火、发蓝处理等工序处理，半工艺冷乳电工钢经用户退火后，性能大大提高；而且发蓝层也可在热处理过程中随之形成，不需要涂层，比涂层工艺要简单，且符合欧盟“R0HS”指令要求;其钢板利用率提高、电机制造成本降低，具有很大的发展前景。半工艺电工钢符合我国节能环保经济转型升级的发展趋势，本发明解决了一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法。
【发明内容】
[0004]综上所述，本发明有必要提供一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法。
[0005]—种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法，包括:
[0006]步骤I)烧油:
[0007]将进入烧油炉内的定子冲片加热至500?550°C，使冲片上的冲压润滑油烧除，净化冲片
[0008]表面光洁度；
[0009]步骤2)脱碳去应力退火:
[0010]在脱碳气体成分下将工件加热至850?950°C并保温，以消除冲片冲压、叠片产生的应力；
[0011 ]所述脱碳气体成份包括氮气、氢气和水；
[0012]步骤3)发蓝
[0013]完成脱碳去应力退火后，在退火炉的缓冷段安装有强制冷却系统，缓冷到500?600°C炉温下，向炉内充入高温水蒸气和N2的保护气氛，保持1.5-2小时进行发蓝处理，使冲片表面形成一层致密的Fe304氧化膜。
[0014]其中，本说明书中保护气的百分比是指气体的体积百分数。
[0015]其中，所述步骤2)中的脱碳气体成份为=H2为15?22%，H20彡0.1015，其余为N2。
[0016]其中，所述步骤3)发蓝处理过程中的保护气氛成分为16-20%出与80-84%犯的混合气体。
[0017]其中，所述步骤I)中的定子冲片由以下方法制得:
[0018]采用无Si含Mn半工艺电工钢由铁水经冶炼、LF精练、CSP连铸、热连乳、酸洗与冷乳和退火制得无Si含Mn半工艺电工钢后，经分条冲压，制得定子冲片。
[0019]其中，所述步骤I)中的定子冲片还包括预处理方法:将电工钢母卷在分条机上分成宽度为194.00(0/-0.10)mm的条料，在高速冲床上连续冲片，生产出电机用定子散片，把这些定子100片/串捆扎，捆扎好的冲片在退火周转铁箱内需上下堆放整齐，冲片内孔上下通畅，然后再进行烧油步骤。
[0020]其中，一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢的生产方法如下:
[0021]步骤a)铁水预处理:先将高炉铁水倒入铁水包内，通过氧气顶底复合吹炼转炉；
[0022]步骤b)转炉冶炼:将钢水倒入氧气顶底复合吹炼转炉，同时向转炉内加入占总重量10%的废钢，在吹炼过程中向转炉炉内加入石灰石、萤石，转炉采用全程底吹氩工艺，当钢水成份[C]彡0.04%，[P]彡0.015%，[S]彡0.015%，钢水终点温度为1680°C时，定氧出钢；
[0023]步骤c)吹氩:在转炉出钢时加入复合脱氧剂，在转炉出钢过程中全程吹氩，吹氩后测量钢水温度、定氧、取样，根据钢水中氧含量向钢水中喂铝线；
[0024]步骤d)LF精炼:将钢水送入LF精炼炉冶，并加入低碳Mn合金进行合金化，使得钢水成份0.02% 彡[C]彡0.04%，[P]彡0.015%，[S]彡0.005%，[Si]彡0.01%，0.8% 彡[Mn]彡
0.1%，[Α1]<0.1%ο
[0025]步骤e)铸造:钢水通过薄板坯连铸机铸成55_70mm厚板坯，连铸机拉速为3.5-4.5m/min，连铸坯入炉温度彡850°C，炉内加热段温度为1000-1200°C，板坯出炉温度为1050-1150 °C，精乳出口温度为860-920 °C，卷取温度为600-640 °C，进行CSP热连乳过程中进行7道次乳制第I道乳机Fl的压下率多45%，第1-4道乳机F1-F4的累积压下率多92%，最后I道乳机的压下率彡15%，热乳卷厚度为2.3?3.0mm;
[0026]步骤f)酸洗冷乳:热乳板温度低于60°C以后经浓度为50_140g/L盐酸酸洗，酸槽温度为70-90°C，酸洗运行速率100-180m/min，清除钢卷表面的杂质及氧化铁皮，将酸洗后钢卷经冷乳连乳机组乳制为厚钢卷；
[0027]步骤g)退火:冷乳后经过680_770°C退火6-8小时；
[0028]步骤h)后处理:退火后冷乳卷经2.5 %延伸率平整处理，拉矫分卷，对分卷后的钢卷在分条机上分成宽度条料，在高速冲床上连续冲片，生产出电机用转子、定子散片，把这些转子、定子放入脱碳退火炉中，在N2+H2的保护脱碳气氛下，在退火炉中850°C进行完全退火，再缓冷到约450-550°C时通入水蒸汽，保持一段时间进行发蓝处理，使冲片的表面形成一层致密的氧化膜作为绝缘膜，然后叠片制作成电机用转子、定子。
[0029]本发明的方法包括以下工序:采用无Si含Mn半工艺电工钢由铁水经冶炼、LF精练、CSP连铸、热连乳、酸洗与冷乳和退火制得无Si含Mn半工艺电工钢后，经分条冲压，制得定子冲片后，对定子冲片进行烧油、脱碳去应力退火，最后进行发蓝处理制得成品。所述烧油工序是:将进入烧油炉内的定子冲片加热至500?550°C，使冲片上的冲压润滑油烧除，净化冲片表面光洁度。利用天然气燃烧产生的高温气体，直接送入烧油炉底部进行加热；
[0030]本发明所述脱碳去应力退火工序是在N2+H2混合气体中进行的，具体包括以下步骤:在N2保护气氛下将工件加热至850?950°C并保温，以消除冲片冲压、叠片产生的应力，使工件脱碳、重结晶，保证其组织均匀，具有最佳的铁损和磁感应强度。加热、保温段辐热管分布在炉膛内两侧及炉膛底部对工件进行加热，顶部安装有热处理专用水冷风机对炉内进行搅拌，以确保炉温均匀。脱碳气体成份为=H2为15?22%，H20<0.1015，其余为N2。
[0031]本发明的发蓝工序包括:完成脱碳去应力退火后，在退火炉的缓冷段安装有强制冷却系统，缓冷到500?6000C炉温下，向炉内充入高温水蒸气和少量的N2保护气氛，保持1.5-2小时进行发蓝处理，使冲片表面形成一层致密的氧化膜(Fe304)。
[0032]本发明所述的冲片可由铁水经冶炼、LF精练、CSP连铸、热连乳、酸洗与冷乳和退火制得半工艺电工钢后，经分条冲压后制得冲片。最后，经电磁性能检验、发蓝层外观和厚度检测后即可出品。
[0033]本发明的有益效果是:本发明是通过采用可控气氛烧油、脱碳、退火、发蓝后制得半工艺冷乳无取向电工钢定子，从而取代现有的全工艺冷乳无取向电工钢生产定子冲片的方法。通过本发明方法处理过的半工艺冷乳无取向电工钢定子、转子产品电磁性能可以达到Pl.5/50小于5.5ff/kg，磁感应强度B50不小于1.72T，与目前全工艺无取向电工钢国家标准50W600相比，铁损降低，磁感应强度提高，解决了全工艺冷乳无取向电工钢铁损与磁感应强度相互矛盾的问题。本发明通过将消除应力退火与磁性再结晶退火结合起来，充分挖掘和利用了材料的潜力，充分利用了资源，而且发蓝层在热处理过程中随之形成，不需要涂层，比涂层工艺要简单，符合欧盟“R0HS”指令要求。本发明通过深脱碳，不需要再冶炼过程中采用RH炉冶炼，仅需要采用LF冶炼，降低工艺技术装备难度，且大大降低了钢水冶炼成本。综上所述，本发明具有节能、减排、环保、低成本等特点，而且全流程工艺路径难度降低，适合于没有装备RH真空冶炼炉的生产，它可广泛应用于生产电机定子铁芯等工艺生产中。
【具体实施方式】
[0034]下面结合一些【具体实施方式】对本发明做进一步描述。具体实施例为进一步详细说明本发明，非限定本发明的保护范围。
[0035]实施例1-3中所用到的半工艺电工钢的制备方法为:采用无Si含Mn半工艺电工钢由铁水经冶炼、LF精练、CSP连铸、热连乳、酸洗与冷乳和退火制得无Si含Mn半工艺电工钢。
[0036]具体方法如下:
[0037]步骤a)铁水预处理:先将高炉铁水倒入铁水包内，通过氧气顶底复合吹炼转炉；
[0038]步骤b)转炉冶炼:将钢水倒入氧气顶底复合吹炼转炉，同时向转炉内加入占总重量10%的废钢，在吹炼过程中向转炉炉内加入石灰石、萤石，转炉采用全程底吹氩工艺，当钢水成份[C]彡0.04%，[P]彡0.015%，[S]彡0.015%，钢水终点温度为1680°C时，定氧出钢；
[0039]步骤c)吹氩:在转炉出钢时加入复合脱氧剂，在转炉出钢过程中全程吹氩，吹氩后测量钢水温度、定氧、取样，根据钢水中氧含量向钢水中喂铝线；
[0040]步骤d)LF精炼:将钢水送入LF精炼炉冶，并加入低碳Mn合金进行合金化，使得钢水成份0.02% 彡[C]彡0.04%，[P]彡0.015%，[S]彡0.005%，[Si]彡0.01%，0.8% 彡[Mn]彡
0.1%，[Α1]<0.1%ο
[0041 ] 步骤e)铸造:钢水通过薄板坯连铸机铸成55-70mm厚板坯，连铸机拉速为3.5-4.5m/min，连铸坯入炉温度彡850°C，炉内加热段温度为1000-1200°C，板坯出炉温度为1050-1150 °C，精乳出口温度为860-920 °C，卷取温度为600-640 °C，进行CSP热连乳过程中进行7道次乳制第I道乳机Fl的压下率多45%，第1-4道乳机F1-F4的累积压下率多92%，最后I道乳机的压下率彡15%，热乳卷厚度为2.3?3.0mm;
[0042]步骤f)酸洗冷乳:热乳板温度低于60°C以后经浓度为50_140g/L盐酸酸洗，酸槽温度为70-90°C，酸洗运行速率100-180m/min，清除钢卷表面的杂质及氧化铁皮，将酸洗后钢卷经冷乳连乳机组乳制为厚钢卷；
[0043]步骤g)退火:冷乳后经过680_770°C退火6-8小时；
[0044]步骤h)后处理:退火后冷乳卷经2.5 %延伸率平整处理，拉矫分卷，对分卷后的钢卷在分条机上分成宽度条料，在高速冲床上连续冲片，生产出电机用转子、定子散片，把这些转子、定子放入脱碳退火炉中，在N2+H2的保护脱碳气氛下，在退火炉中850°C进行完全退火，再缓冷到约450-550°C时通入水蒸汽，保持一段时间进行发蓝处理，使冲片的表面形成一层致密的氧化膜作为绝缘膜，然后叠片制作成电机用转子、定子。
[0045]实施例1
[0046]—种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法，包括以下步骤:
[0047]将半工艺电工钢，经分条冲压，制得定子冲片；
[0048]步骤I)烧油:将进入烧油炉内的定子冲片加热至工艺温度520°C，使冲片上的冲压润滑油烧除，净化冲片表面光洁度，避免冲片粘贴现象，保证冲片有最佳的绝缘性能。在烧油炉内顶部设有强制循环搅拌风机，加速炉内空气流动，提高加热效率，保证炉温均匀性。
[0049]步骤2)脱碳去应力退火:在他保护气氛下将工件加热至920°C并保温，以消除冲片冲压、叠片产生的应力。通入18 %H2+82 %N2使工件脱碳、重结晶，保证其组织均匀，具有最佳的铁损和磁感应强度。加热、保温段辐热管分布在炉膛内两侧及炉膛底部对工件进行加热，顶部安装有热处理专用水冷风机对炉内进行搅拌，以确保炉温均匀；
[0050]由于电工钢材料对于高温向下降温时需要一个最佳的降温速率，此速率对其性能至关重要，所以退火炉的缓冷段安装有强制冷却系统，此系统采用风冷结构，多根不锈钢风管安装在炉膛内两侧及顶部，炉外鼓风机向风管内送入N2冷风，每根风管均单独安装有调节阀门，可通过调节阀门开启的大小来调节工件的冷却速度，保证工件温度缓冷速率符合工艺要求。
[0051 ]步骤3)发蓝:在560°C炉温下，向炉内充入高温水蒸气和少量的犯保护气氛，保持1.5小时进行发蓝处理，使冲片表面形成一层致密的Fe3O4氧化膜；以保证定子形成良好的绝缘薄膜层。发蓝炉内胆制作成密封马弗式，工件运行、加热均在马弗内进行，可维持一定的正压，使蒸汽能完全渗入散片定子冲片叠层内，形成的氧化膜更加致密、均匀。
[0052]对此方法处理后的无Si含Mn半工艺冷乳无取向电工钢散片定子进行检测，其P15/50铁损5.4W/kg，B5Q为1.72T，层间电阻2453Ω.mm2/片，叠片系数99%，碳含量检测C% (质量百分比)001%。
[0053]实施例2
[0054]一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法，包括以下步骤:
[0055]将半工艺电工钢，经分条冲压，制得定子冲片，母卷在分条机上分成宽度为135.00(-0.10/-0.20)mm的条料，在高速冲床上连续冲片，生产出电机用定子散片，把这些定子散片100片/串捆扎，捆扎好的定子散片在退火周转铁箱内需上下堆放整齐，冲片内孔上下通畅。
[0056]步骤I)烧油:
[0057]将定子散片放入连续退火炉上料台上，首先进入烧油炉，在505°C将冲压润滑油烧除，净化冲片表面，提高光洁度，避免冲片粘贴现象。
[0058]步骤2)脱碳去应力退火
[0059]然后在20%H2+79%N2+1%H20的可控气氛下，在退火炉中910°C进行退火；
[0060]步骤3)发蓝
[0061]缓冷到560°C左右，再进入发蓝炉，发蓝炉内持续通入水蒸汽，保持1.6小时进行发蓝处理，使冲片的表面形成一层致密的氧化膜作为绝缘膜，然后叠片制作成电机用定子。
[0062]对此方法处理后的无Si含Mn半工艺冷乳无取向电工钢散片定子进行检测，其P15/50铁损5.2W/kg，B5Q为1.72T，层间电阻2133Ω.mm2/片，叠片系数99%，碳含量检测C% (质量百分比)001%。
[0063]实施例3
[0064]将半工艺电工钢，经分条冲压，制得定子冲片，母卷在分条机上分成宽度为194.00(0/-0.10)mm的条料，在高速冲床上连续冲片，生产出电机用定子散片，把这些定子100片/串捆扎。捆扎好的冲片在退火周转铁箱内需上下堆放整齐，冲片内孔上下通畅。
[0065]步骤I)烧油:放入连续退火炉上料台上，首先进入烧油炉，在550°C将冲压润滑油烧除，净化冲片表面，提高光洁度，避免冲片粘贴现象；
[0066]步骤2)脱碳去应力退火
[0067]然后在16%H2+83%N2+1%H20的可控气氛下，在退火炉中910°C进行退火；
[0068]步骤3)发蓝
[0069]缓冷到550°C左右，再进入发蓝炉，发蓝炉内持续通入水蒸汽，保持1.9小时进行发蓝处理，使冲片的表面形成一层致密的氧化膜作为绝缘膜，然后叠片制作成电机用定子。
[0070]对此方法处理后的无Si含Mn半工艺冷乳无取向电工钢散片定子进行检测，其P15/50铁损5.5W/kg，B5Q为1.74T，层间电阻2563Ω.mm2/片，叠片系数99%，碳含量检测C% (质量百分比)001%。用户可以根据需用直接采购用于电机制造，由于没有涂层，具有良好的环保性及成本优势。
[0071]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢脱碳退火发蓝处理方法，其特征在于包括: 步骤1)烧油: 将进入烧油炉内的定子冲片加热至500?550°C，使冲片上的冲压润滑油烧除，净化冲片表面光洁度； 步骤2)脱碳去应力退火: 在脱碳气体成分下将工件加热至850?950°C并保温，以消除冲片冲压、叠片产生的应力； 所述脱碳气体成份包括氮气、氢气和水； 步骤3)发蓝 完成脱碳去应力退火后，在退火炉的缓冷段安装有强制冷却系统，缓冷到500?600°C炉温下，向炉内充入高温水蒸气和N2的保护气氛，保持1.5-2小时进行发蓝处理，使冲片表面形成一层致密的Fe304氧化膜。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述步骤2)中的脱碳气体成份为=H2为15?22%，H2O≤0.1015，其余为他。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述步骤3)发蓝处理过程中的保护气氛成分为15-19%H2与80-84%N2的混合气体。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述步骤I)中的定子冲片由以下方法制得: 采用无Si含Mn半工艺电工钢由铁水经冶炼、LF精练、CSP连铸、热连乳、酸洗与冷乳和退火制得无Si含Mn半工艺电工钢后，经分条冲压，制得定子冲片。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于: 所述步骤1)中的定子冲片还包括预处理方法:将电工钢母卷在分条机上分成宽度为194.00(0/-0.10)mm的条料，在高速冲床上连续冲片，生产出电机用定子散片，把这些定子100片/串捆扎，捆扎好的冲片在退火周转铁箱内需上下堆放整齐，冲片内孔上下通畅，然后再进行烧油步骤。6.如权利要求1-5所述的方法，其特征在于: 一种无Si含Mn半工艺无取向电工钢的生产方法如下: 步骤a)铁水预处理:先将高炉铁水倒入铁水包内，通过氧气顶底复合吹炼转炉；步骤b)转炉冶炼:将钢水倒入氧气顶底复合吹炼转炉，同时向转炉内加入占总重量10%的废钢，在吹炼过程中向转炉炉内加入石灰石、萤石，转炉采用全程底吹氩工艺，当钢水成份[C]≤0.04%，[P]≤0.015%，[S]≤0.015%，钢水终点温度为1680°C时，定氧出钢；步骤c)吹氩:在转炉出钢时加入复合脱氧剂，在转炉出钢过程中全程吹氩，吹氩后测量钢水温度、定氧、取样，根据钢水中氧含量向钢水中喂铝线； 步骤d) LF精炼:将钢水送入LF精炼炉冶，并加入低碳Mn合金进行合金化，使得钢水成份.0.02% ≤[C]≤0.04%，[P]≤0.015%，[S]≤0.005%，[Si]≤0.01%，0.8% ≤[Mn]≤.0.1%，[A1]≤0.1%。 步骤e)铸造:钢水通过薄板坯连铸机铸成55-70mm厚板坯，连铸机拉速为3.5-4.5m/min，连铸坯入炉温度彡850 °C，炉内加热段温度为1000-1200°C，板坯出炉温度为1050-1150℃，精乳出口温度为860-920 °C，卷取温度为600-640 °C，进行CSP热连乳过程中进行7道次乳制第I道乳机Fl的压下率多45%，第1-4道乳机F1-F4的累积压下率多92%，最后I道乳机的压下率彡15%，热乳卷厚度为2.3?3.0mm; 步骤f)酸洗冷乳:热乳板温度低于60°C以后经浓度为50-140g/L盐酸酸洗，酸槽温度为70-90°C，酸洗运行速率100-180m/min，清除钢卷表面的杂质及氧化铁皮，将酸洗后钢卷经冷乳连乳机组乳制为厚钢卷； 步骤g)退火:冷乳后经过680-770 °C退火6-8小时； 步骤h)后处理:退火后冷乳卷经2.5%延伸率平整处理，拉矫分卷，对分卷后的钢卷在分条机上分成宽度条料，在高速冲床上连续冲片，生产出电机用转子、定子散片，把这些转子、定子放入脱碳退火炉中，在N2+H2的保护脱碳气氛下，在退火炉中850°C进行完全退火，再缓冷到约450-550°C时通入水蒸汽，保持一段时间进行发蓝处理，使冲片的表面形成一层致密的氧化膜作为绝缘膜，然后叠片制作成电机用转子、定子。
【文档编号】C23C8/18GK106048507SQ201610571837
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】周峰, 李烈军, 彭政务, 高吉祥, 陈松军, 孙海波, 熊超, 绳瑞达, 吴梦泽, 刘江
【申请人】华南理工大学