專利名稱：高屈服強度的無取向電工鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及無取向電工鋼板及其制造方法，尤其涉及高屈服強度的無取向電工鋼板及其制造方法。具體包括RH精煉過程中鋼液鈣處理及鋼中的非金屬夾雜物控制技術，板坯加熱和熱軋粗軋、精軋過程控制技術，以及成品帶鋼的連續退火和成品晶粒控制技術。
背景技術：
近年來，隨著人們對節能、環保的日益重視，各類電機、壓縮機、發電機等正逐漸向小型、精密、高效方向發展。相應的，要求作為原材料的無取向電工鋼板，在保持高磁感、低鐵損的同時，還要具有良好的機械性能，尤其是較高的屈服強度，以同時滿足終端用戶實物 質量和沖片加工的需要。實際生產過程中，視用戶、模具、產品的差異，成品帶鋼的屈服強度往往要求高于270MPa，部分鋼種成品帶鋼的屈服強甚至要求高于280MPa，并作為生產商的交貨標準被納入技術協議。為了獲得最佳的電磁性能、屈服強度，通常采用增加鋼中的硅、鋁元素含量，以提高鋼的強度、硬度，進而改善鋼的屈服強度；同時，相應的調整常化、連退等熱處理模式，以有效促進晶粒長大，改善成品帶鋼的電磁性能。但采用該法，會額外增加鋼的制造成本，在相同工藝條件下，調整硅、鋁元素含量不當，還容易造成帶鋼軋制模式不匹配，軋制過程中出現邊裂、斷帶等問題。此外，隨著精煉設備脫氣能力的不斷加強，對影響成品磁性的C、N等固溶強化元素含量，提出了更為苛刻的要求，希望它們能夠穩定控制在0. 005%或以下的較低水平，這也在很大程度上惡化了鋼的屈服強度。研究表明，利用部分化學元素的固溶強化和晶粒細化效應，可以有效改善無取向電工鋼板的屈服強度I、增加鋼中的C、N、P等元素含量，利用其固溶強化效應，提高無取向電工鋼板的屈服強度。2、增加鋼中的Si、Mn等元素含量，利用其固溶強化效應，提高無取向電工鋼板的屈服強度。3、增加鋼中的Cu、Cr、Ni等元素含量，利用其固溶強化效應，提高無取向電工鋼板的屈服強度。4、增加鋼中的Nb、V、Ti、Zr等元素含量，利用其晶粒細化效應，提高無取向電工鋼板的屈服強度。第一種方法，由于含有C、N等氣體元素，煉鋼過程控制精度較低，改善效果不穩定。此外，鋼中含有較高的C、N等元素時，還容易產生磁時效，惡化鋼的電磁性能。而鋼中含有較高的P元素時，容易阻礙鋼液深脫碳，并導致帶鋼產生冷脆。第二種方法，增加了鋼中Si、Mn等元素含量，可以有效降低鋼的鐵損，但同時會惡化鋼的磁感。此外，提高鋼中的Si、Mn等元素含量，還容易造成軋制過程不穩定。后兩種方法，額外增加了鋼中貴金屬Cu、Cr、Ni、Nb、V、Ti、Zr等元素含量，會大幅增加鋼的制造成本，且工頻磁場鋼的電磁性能也很差。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高屈服強度的無取向電工鋼板及其制造方法，可以顯著降低煉鋼過程中添加的合金數量，節省大量合金費用，具有操作方便、控制簡便，成本低廉，精確控制等優點。本發明的基本思路是，采用RH精煉鈣處理控制鋼中的非金屬夾雜物，采用溫度、軋制模式工藝調整控制鋼中的夾雜物析出，從而可以實現在較低的退火溫度下，有效控制成品帶鋼組織的晶粒尺寸，以獲得電磁性能、屈服強度優良的成品帶鋼。同時，該法還可以降低煉鋼過程中的合金數量，具有操作控制簡便，生產成本低廉，控制精度高性高等優點。為達到上述目的，本發明的技術方案是
RH精煉冶煉過程中，在鋼液脫氧、合金化之后，進行鈣處理作業。利用鈣處理中鈣的汽化，以及大顆粒CaO夾雜的上浮、去除，可以有效控制鋼中的非金屬夾雜物種類、數量。鈣處理后的鋼液非常純凈，非金屬夾雜物主要為大顆粒的CaO、AlN，成品帶鋼組織的晶粒尺寸適中，電磁性能、屈服強度優良。具體地，高屈服強度的無取向電工鋼板，其化學成分重量百分比為C< 0.005%、Si 0. I 2.6%、Mn :0. I 0.7%、P 彡 0.2%、S 彡 0. 005%,Al :0. I 0. 8%、N彡 0. 005%，Ca/S I. 5 2. 8，其余為Fe以及不可避免的雜質。進一步，還包括Sb和Sn中一種以上，其總量控制在0.01 0.2%，以重量百分比計。在本發明機械性能優良的無取向電工鋼板的設計中C :0. 005%以下。C是強烈阻礙成品晶粒長大的元素，容易導致鋼的鐵損增加和產生磁時效，并給后續的脫碳帶來困難，因此必須嚴格控制在0. 005%以下。Si :0. I % 2.6%。Si能提高基體電阻率，有效降低鋼的鐵損。Si含量高于2. 6%含量時，會顯著降低鋼的磁感，且容易造成軋制困難，而低于0. 1%時又起不到降低鐵損的作用。Al :0. I % 0.8%。Al是增加材料電阻的元素，同時用于電工鋼的深脫氧。因此，有必要添加0. I %以上的Al含量，而高于0. 8%以上的Al含量，會造成連鑄澆注困難，磁感顯著降低。在上述Al含量控制范圍內，適當提高鋼中的Al含量，有利于在熱軋結束后，形成顆粒粗大的AlN夾雜，從而減輕AlN夾雜對成品帶鋼電磁性能的影響。最佳的Al含量控制目標是0. 6%。Mn :0. I % 0. 7%。Mn與S結合生成MnS，可以有效減少對磁性的危害，同時改善電工鋼表面狀態，減少熱脆。因此，有必要添加0. I %以上的Mn含量，而高于0. 7%以上的Mn含量，容易破壞再結晶織構，又會大幅增加鋼的制造成本。P :0. 2%以下。磷可以改善鋼板的加工性，但超過0. 2%時反而使鋼板冷軋加工性劣化。S :0. 005%以下。S含量超過0. 005%時，將使MnS等析出物大大增加，強烈阻礙晶粒長大,惡化鋼的磁性。N :0. 005%以下。N含量超過0. 005%時，將使AlN等析出物大大增加，強烈阻礙晶粒長大,惡化鋼的電磁性能。本發明高屈服強度的無取向電工鋼板的制造方法，其包括如下步驟I)按上述化學成分經鐵水預處理、冶煉、真空精煉、連鑄澆鑄后獲得獲得板坯，其中，精煉過程中鋼液鈣處理采用CaSi線進行，添加量為0. 5 2. Okg/t鋼，連鑄鋼液鎮靜時間控制在30min以內；鈣處理后，鋼中的Ca/S控制在I. 5 2. 8 ;2)熱軋、常化、酸洗、冷軋熱軋粗軋階段，采用I 5道次進行軋制；熱軋精軋階段，板坯初始溫度彡1000°C，軋制速度彡9m/s ；3)退火、絕緣涂層，得到成品無取向電工鋼板；其中，連續退火時成品無取向電工鋼板均熱段溫度控制在800°C 950°C，對應成品無取向電工鋼板的晶粒尺寸在20 90 u m0 進一步，喂CaSi線速度在200m/min以內。所述的CaSi 線重量百分比為Ca 彡 27. 5.Si 彡 50. 0、C < 0. 8A1 < 2. 4P < 0. 04、S < 0. 06、H2O < 0. 5另外，本發明所述的CaSi線添加方法如下鋼包初始硫量/1(T4%11-20 21-30 31-40CaSi 線添加數量 /kg/t 鋼 0. 5-0. 9 0. 9-1. 4 I. 4-2. 0隨后，板坯依次經熱軋、常化、酸洗、冷軋、退火和絕緣涂層后，得到成品無取向電工鋼板。其中，熱軋粗軋階段，采用1-5道次進行軋制；熱軋精軋階段，板坯初始溫度彡1000°C，軋制速度彡9m/s ;采用逆向冷卻+U形冷卻方式；連續退火時，成品帶鋼均熱段溫度控制在8000C 950°C，較同牌號正常工藝下降30°C 50°C，成品帶鋼的晶粒尺寸在20 90 y m，與同牌號常規工藝鋼卷相比低10 30 y m,相應的，達到電磁性能、屈服強度俱佳的效果。精煉RH冶煉過程，鋼液中的硫、鈣含量變化如圖I所示。本發明的創新之處在于I、在確保成品磁感不降低、以及生產穩定受控的前提之下，盡可能的提高成品鋼中的Al含量。高Al含量情況下，板坯經過充分加熱、熱軋后，鋼中的AlN夾雜固溶溫度大大提高，AlN夾雜固溶量大大減少；同時，熱軋后、帶鋼冷卻過程中，析出的AlN夾雜尺寸粗大，從而避免了小顆粒夾雜對成品帶鋼電磁性能的顯著影響。另外，適當增加鋼中Al含量，還有利于增大成品帶鋼的電阻率，進一步降低成品帶鋼的鐵損。最佳的Al含量控制目標是
0.6%。2、鈣是極強的脫氧、脫硫元素，具有熔點低、蒸汽壓高等特點，因此向鋼中添加鈣元素時，必須嚴格限制其添加速度，以避免在脫氧、脫硫反應之前蒸發掉。本發明基于實踐結果，將喂線速度限制在200m/min以內。此外，鈣處理作業時，還必須嚴格限制其添加數量，以確保鋼中夾雜物的控制效果。這里對鋼中Ca/S進行限制的理由是，鋼中Ca/S低，說明夾雜物變性和去除效果差，起不到應有作用；鋼中Ca/S高，說明鋼液脫氧、脫硫效果越好，鋼液純凈度高，鋼中有利的夾雜物不易控制。Ca/S的控制要求主要取決于鋼中S含量。3、熱軋粗軋階段，板坯采用1-3道次進行軋制，以減少熱軋過程溫降；同時，提高粗軋道次間的熱軋變形率，還可以有效破碎粗大柱狀晶，改善成品磁性；熱軋精軋階段，板坯初始溫度溫度越高，越有利于終軋溫度的控制，避免熱軋板坯加熱階段粗大的MnS、AlN夾雜在軋制后彌散析出，采用逆向冷卻+U形冷卻方式，可以對此進行改善。本發明的出發點就是，通過提高鈣處理后的鋼液純凈度，限制鋼中的無害夾雜物，同時通過調整熱軋壓下率，控制熱軋過程溫度等，達到有效控制成品退火階段帶鋼的晶粒尺寸的目的，進而達到電磁性能、屈服強度俱佳的效果。對于滿足上述控制條件的無取向硅鋼，連續退火時，成品帶鋼均熱段溫度較同牌號正常工藝下降30°C 50°C，對應成品帶鋼的晶粒尺寸與同牌號常規工藝鋼卷相比低10 30i!m。
圖I為Ca/S和屈服、抗拉性能的關系。圖2、圖3為I. 3% Si-O. 3% Al成品帶鋼金相組織。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。鐵水、廢鋼按比例進行搭配，經300噸轉爐冶煉，真空RH脫碳、脫氧、合金化后進行鈣處理，之后經脫氣、連續鑄鋼后，得到170mm 250mm厚、800mm 1400mm寬的鑄坯；板坯經1100 1200°C X 2h加熱，1-3道次粗軋后，熱軋成2. Omm 2. 8mm厚的熱軋板，然后經850 1000°C常化處理后，進行酸洗、冷軋成0. 5mm厚的冷軋板，最后經750 1000°C退火處理后，測試成品鋼卷的電磁、機械性能，檢測結果見表I、表2。表I單位重量百分比
權利要求
1.高屈服強度的無取向電工鋼板，其化學成分重量百分比為C彡0.005%、Si0. I .2. 6%, Mn :0. I 0. 7%, P 彡 0. 2%, S 彡 0. 005%, Al :0. I 0. 8%, N 彡 0. 005%, Ca/SI.5 2. 8，其余為Fe以及不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的高屈服強度的無取向電工鋼板，其特征是，還包括Sb和Sn中一種以上，其總量控制在0. 01 0. 2%，以重量百分比計。
3.高屈服強度的無取向電工鋼板的制造方法，其包括如下步驟 .1)無取向電工鋼板，其化學成分重量百分比為C( 0. 005%, Si :0. I 2. 6%、Mn :.0. I 0. 7%、P 彡 0. 2%、S 彡 0. 005%、Al :0. I 0. 8%、N 彡 0. 005%，其余為 Fe 以及不可避免的雜質；按上述化學成分經鐵水預處理、冶煉、真空精煉、連鑄澆鑄后獲得獲得板坯，其中，精煉過程中鋼液鈣處理采用CaSi線進行，添加量為0. 5 2. Okg/t鋼，連鑄鋼液鎮靜時間控制在30min以內；鈣處理后，鋼中的Ca/S控制在I. 5 2. 8 ; .2)熱軋、常化、酸洗、冷軋 熱軋粗軋階段，采用I 5道次進行軋制；熱軋精軋階段，板坯初始溫度> IOOO0C, $L制速度彡9m/s ； .3)退火、絕緣涂層，得到成品無取向電工鋼板；其中，連續退火時成品無取向電工鋼板均熱段溫度控制在800°C 950°C，成品無取向電工鋼板的晶粒尺寸20 90 y m。
4.如權利要求3所述的高屈服強度的無取向電工鋼板的制造方法，，其特征是，所述的無取向電工鋼板成分還包括Sb和Sn中一種以上，其總量控制在0. 01 0. 2 %，以重量百分比計。
5.如權利要求3所述的高屈服強度的無取向電工鋼板的制造方法，其特征是，喂CaSi線速度在200m/min以內。
6.如權利要求3或5所述的高屈服強度的無取向電工鋼板的制造方法，其特征是，所述的CaSi線添加方法如下 鋼包初始硫量 0. 0011 0. 0020 % 0. 0021 0. 0030 % 0. 0031 .0. 0040% 添加量(kg/t 鋼)0.5 0.90.9 I. 4I. 4 2. O。
全文摘要
高屈服強度的無取向電工鋼板及其制造方法，其包括如下步驟1)鐵水預處理、冶煉、真空精煉、連鑄澆鑄后獲得獲得板坯，其中，精煉過程中鋼液鈣處理采用CaSi線，添加量為0.5～2.0kg/t鋼，連鑄鋼液鎮靜時間在30min以內；鈣處理后，鋼中Ca/S控制在1.5～2.8；2)熱軋、常化、酸洗、冷軋，熱軋粗軋階段，采用1～5道次進行軋制；熱軋精軋階段，板坯初始溫度≥1000℃，軋制速度≥9m/s；3)退火、絕緣涂層，得到成品無取向電工鋼板；連續退火時均熱段溫度控制在800℃～950℃，電工鋼板晶粒尺寸20～90μm。本發明可以顯著降低煉鋼過程中添加的合金數量，節省大量合金費用，具有操作方便、控制簡便，成本低廉，精確控制等優點。
文檔編號C21C7/10GK102758150SQ201110108390
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者呂學鈞, 張峰, 王波, 陳曉 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司