一種大型發電機轉子用無取向電工鋼及生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種無取向硅鋼及生產方法，具體地屬于一種大型發電機轉子用無取 向電工鋼及生產方法，特別適用于產品厚度在1. 〇〇±〇. 03mm的大型發電機轉子用無取向 電工鋼及生產方法。
【背景技術】
[0002] 隨著水輪發電機組向大型化、巨型化方向發展，磁輒用鋼的要求也逐漸提高。九十 年代以前，磁輒用鋼全部依賴進口，轉子材料以高強度為主要指標。由于機組功率不斷提 高，轉子材料不僅要有高強度而且要有高精度。目前國內已開發出屈服強度達到600MPa 及以上級別的熱乳磁輒鋼，但存在以下兩個問題：其一，熱乳板厚度精度無法達到30μπι以 內；其二，磁性能指標不能達到要求，特別是因為厚度通常都在2. 0_以上，其鐵損Pi.。/5。無 法降到5.OW/kg以下，不能滿足需要。
[0003] 經檢索：中國專利公開號為CN103173678A的文獻，公開了一種轉子用無取向硅鋼 及其制造方法。其通過在傳統高牌號無取向硅鋼中添加少量硼（B< 0. 005%)，主要合金元 素滿足4. 1%彡（Si+Al/2+Mn)彡6. 0%，還通過鈣處理脫S(S彡lOppm)和850~900°CX90S常 化、>100°C溫乳、920~950°CX20S再結晶退火等技術手段，實現優良磁性能（B5。。。彡1.66T， Pi.5/5。彡2. 70W/kg，各向異性彡9%)和高強度（屈服強度彡420MPa，低周疲勞強度 彡420MPa)。該文獻存在屈服強度低，加工難度大的不足，不能滿足大型電機轉子用鋼的要 求。
[0004] 中國專利公開號為CN103409684A的文獻，公開了一種高強度冷乳磁極鋼及其制 備方法。其通過添加 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%等化學元素，并通過在連續退火+平整工藝獲得高強度和高磁感性能。但是，經 平整以后鐵損很高，也沒有考慮到疲勞強度的問題，對于大型電機轉子用鋼來講，不能滿足 要求。
[0005] 中國專利公開號為CN201010278193. 9的文獻，公開了一種高磁感含釩含鈦無取 向電工鋼，其化學成分重量百分比為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 %、余量為Fe和不可避免的雜質，通過合理的成分設計，減少細小彌散的釩鈦 碳氮化物的析出。其制備方法，加熱溫度為1130~1160°C;精乳開乳溫度為多1020°C、終 乳溫度為870~910°C，卷取溫度為多650°C。通過抑制釩鈦的不利影響，能生產滿足電磁 性能要求的含釩含鈦無取向電工鋼。但該文獻不僅沒有考慮疲勞強度、而且屈服強度與磁 性能等指標均不能滿足大型發電機組的轉子磁輒要求。
[0006] 中國專利申請號為201310420802. 3的文獻，公開了一種Rm彡600MPa的優良磁 性能無取向電工鋼及其生產方法。其成分重量百分比含量為：Si:2. 5~3. 5%，Mn:0. 1~ 1. 0%，Ni+Al不超過L0%，Ν彡 0· 005%，S彡 0· 015%，C彡 0· 003%，Ρ彡 0· 05%,其余為鐵及 殘余含量；且要滿足：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。該文獻為高轉速的驅動電機設計，要求高頻鐵損低，通過Ni和A1等元 素的固溶強化獲得高強度，厚度為0. 35mm及以下的薄規格產品。因要求鐵損低所以成本相 對較高，也沒有考慮疲勞強度。疲勞破壞是機械零件失效的主要原因之一，在交變應力的作 用下，雖然材料所承受的應力低于材料的屈服點，但經過長時間的工作后也會產生裂紋或 突然發生完全斷裂。如果將該材料用于大型發電機的轉子，一方面因厚度同板差難以保證， 另一方面因疊片較多對鉚接要求更高，相反不利于提高疲勞強度。
[0007] 中國專利申請號為200910049782. 7的文獻，公開了一種500Mpa級冷乳磁極鋼 的制造方法·其成分重量百分比含量為：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%，余量為Fe和不可避免的雜質；性能：Rm彡570MPa，B5000彡1. 570T，但沒有 考慮控制鐵損（Si含量太低)，這對轉子發熱不利。
[0008] 美國專利US20090202383,其公開了一種無取向硅鋼及其制造方法。其通過添加 Cu、Ni、Cr、Mo、W等元素、進行基體固溶強化和第二相析出強化來提高屈服強度，但該方法磁 性能較差，成本較高。也沒有考慮疲勞強度，對大型發電機的轉子來說，應該是磁性能與高 強度兼顧。
【發明內容】
[0009] 本發明針對現有技術存在的不足，提供一種屈服強度彡600MPa、低周疲勞強度 彡420MPa，厚度同板差彡30μπι，B5_彡1. 60T，Pu/5。彡5.Ow/kg，鐵損各向異性彡9%的大 型發電機轉子用無取向電工鋼及生產方法。
[0010] 實現上述目的的措施： 一種大型發電機轉子用無取向電工鋼，其組分及重量百分比含量為：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%，其余為Fe及不可避免的殘余元素；同時要滿足：硅當 量Sieq=Si+2Als-0. 5Μη+2· 92P彡 4. 0,1. 0 彡釩比值Vs=100XV/Sieq彡 1. 5 ;屈服強度 彡60010^、低周疲勞強度彡42010^，厚度同板差彡3(^111，85_彡1.601'，？ 1.。/5。彡5.(^/1^， 鐵損各向異性< 9%。
[0011] 一種大型發電機轉子用無取向電工鋼的生產方法，其步驟： 1) 按純凈鋼冶煉并連鑄成坯； 2) 對連鑄坯進行加熱，均熱溫度控制在1200~1250°C，在爐時間為2~4h; 3) 進行熱乳并卷取：控制粗乳道次為6~8次，控制精乳入口溫度為950~990°C，終 乳溫度為810~850°C;卷取溫度為650~680°C; 4) 進行常化，控制常化均熱溫度在750°C~850°C，通板速度在30~40m/min; 5) 進行酸洗，控制酸洗溫度在80~100°C，酸洗時間在3~5min; 6) 進行冷乳：控制總壓下率不低于60%，控制成品厚度在1. 00±0. 03mm; 7) 進行連續退火，脫碳溫度為800~850°C，露點溫度為25~35°C，退火溫度為720~ 780°C，均熱時間為60~90S，氣氛為常規的氏+隊混合氣； 8) 按常規進行冷卻、涂層及精整。
[0012] 本發明無取向電工鋼的成分及制備工藝主要圍繞高強度和高性能設計。在強度設 計方面以加V的固溶強化為主、配合低溫常化和低溫退火等工藝措施提高屈服強度和疲勞 強度；在磁性能設計方面，在保證必要的硅當量的基礎上，通過熱乳高溫卷取、常化及成品 退火等改善磁性能。
[0013] 本發明中各元素及主要工藝的機理和作用： Si能提高電阻率，降低鐵損；Si也是固溶強化元素，能顯著提高屈服強度，過高的Si會 降低磁感。為保證一定的屈服強度和磁性能，本發明規定Si:2. 8~3. 2%。
[0014] Μη作為置換型固溶元素，能顯著提高鋼板的屈服強度和疲勞強度，但Μη也不能過 高。因為過高的Μη易造成熱乳乳制力波動，不利于板型精度控制。因此本發明規定Μη: 0. 60 ~0. 90%。
[0015] 鋼中少量的Ρ可以提高電阻率，降低鐵損，但Ρ高易引起磷脆，因此本發明規定 Ρ彡0. 05%。S是鋼中的有害元素，特別是在加工過程中易形成有害夾雜MnS，阻礙再結晶退 火時的晶粒長大。
[0016] 另外，S高顯著降低疲勞強度。因此本發明規定0.0050%。
[0017] A1可溶于鐵素體提高電阻率降低鐵損，同時能脫氧固氮，但容易造成成品板表層 內氧化;A1能提高屈服強度，但高A1會使冶煉澆鑄困難并降低成品板的磁感。因此本