CN118703887A - 800MPa级热轧磁极钢板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种800MPa级热轧磁极钢板及其制备方法和应用。本发明提供的800MPa级热轧磁极钢板，按重量百分比计，包括：C 0.04‑0.08％，Si 0‑0.15％，Mn 1.80‑2.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb 0.10‑0.15％，V 0.05‑0.10％，Ti 0.05‑0.11％，Al 0.02‑0.06％，N0.0050‑0.0100％，其余为Fe与不可避免的杂质。本发明的800MPa级热轧磁极钢板，屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥850MPa，伸长率A≥10％，磁感应强度B50≥1.57，T，B100≥1.73T，B200≥1.90T，B300≥2.0T，钢板不平度≤2mm/m。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种800MPa级热轧磁极钢板及其制备方法和应用。
背景技术
磁极钢板用于制作水轮发电机转子部件—磁极。磁极钢板厚度一般在2mm以下，经过切割或冲片后，叠装成磁极。为保证水轮发电机稳定运行，对磁极钢板强度、磁性、板形均有严格要求。
目前，磁极钢板的最高级别为700MPa，随着高水头、大容量水电机组的不断开发，对水轮发电机转子用磁极钢的强度要求不断提升，800MPa级以上磁极钢的研制迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种800MPa级热轧磁极钢板及其制备方法和应用。
具体的，本发明提供的800MPa级热轧磁极钢板，按重量百分比计，包括：C 0.04-0.08％，Si 0-0.15％，Mn 1.80-2.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb0.10-0.15％，V 0.05-0.10％，Ti 0.05-0.11％，Al 0.02-0.06％，N 0.0050-0.0100％，其余为Fe与不可避免的杂质。
上述的800MPa级热轧磁极钢板，按重量百分比计，包括：C 0.05％-0.07％，Si0.04％-0.10％，Mn 1.90％-2.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb 0.10％-0.13％，V0.06％-0.09％，Ti 0.07％-0.10％，Al 0.02-0.05％，N 0.0070％-0.0100％，其余为Fe与不可避免的杂质。
另一方面，本发明还提供了上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，包括：
(1)预处理钢水经转炉冶炼和炉外精炼后，连铸成板坯；
(2)所述板坯经加热、热轧、轧后冷却、卷取、退火、平整、开平，得到800MPa级热轧磁极钢板产品。
上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，所述加热的温度为1280-1330℃。
上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，所述热轧的终轧温度为880-960℃。
上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，所述卷取的温度为550-630℃。
上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，所述退火采用罩式炉进行，退火温度为560-650℃。
上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，所述平整的延伸率为1.0-1.6％。
上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，所述800MPa级热轧磁极钢板的厚度规格1.5-2mm，屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥850MPa，伸长率A≥10％，磁感应强度B50≥1.57，T，B100≥1.73T，B200≥1.90T，B300≥2.0T，钢板不平度≤2mm/m。
再一方面，本发明还提供了上述的800MPa级热轧磁极钢板在制备磁极片中的应用。
与现有技术相比，本发明生产的800MPa级热轧磁极钢板具有以下特点：
(1)本发明生产的800MPa级热轧磁极钢板，屈服强度≥800MPa，抗拉强度Rm≥850MPa，伸长率A≥10％；
(2)本发明生产的800MPa级热轧磁极钢板，兼顾良好的磁性，磁感应强度B50≥1.57T，B100≥1.73T，B200≥1.90T，B300≥2.0T；
(3)本发明的800MPa级热轧磁极钢板，采用热轧工艺生产，相较于冷轧磁极钢流程短、成本低、能耗小，具有经济、环保的特点；
(4)本发明的800MPa级热轧磁极钢板，产品板形好、内应力低，不平度≤2mm/m；
(5)本发明的800MPa级热轧磁极钢板，可良好满足高水头、大容量水电机组的设计需求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为本发明的800MPa级热轧磁极钢板金相组织；
图2为本发明的800MPa级热轧磁极钢板开平板；
图3用户为本发明的800MPa级热轧磁极钢板加工的磁极片。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明的800MPa级热轧磁极钢板，采用以C、Si、Mn、Nb、V、Ti、Al、N为主要元素。通过钢水炉外精炼控制、真空脱气及连铸，以及加热温度、终轧温度、卷取温度、退火工艺、平整工艺以及横切控制，获得高强度、高磁性、高平直度800MPa级热轧磁极钢板。
具体的，本发明提供的800MPa级热轧磁极钢板，按重量百分比计，包括：C 0.04-0.08％，Si 0-0.15％，Mn 1.80-2.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb0.10-0.15％，V 0.05-0.10％，Ti 0.05-0.11％，Al 0.02-0.06％，N 0.0050-0.0100％，其余为Fe与不可避免的杂质。
本发明通过较低的C元素设计，使材料生成单一的铁素体组织，保证良好的磁性；通过添加Mn元素，发挥固溶强化作用，提升材料强度；通过复合添加适量Nb、V、Ti元素，并控制的N元素含量，匹配相应的控轧控冷工艺，获得显著的析出强化、细晶强化效果，使强度进一步大幅提升，从而获得磁性、强度优良的800MPa级磁极钢。
具体的，本发明的800MPa级热轧磁极钢板中各组分的作用及其含量具体介绍如下：
本发明的C含量为0.04-0.08％，C是钢中最经济的强化元素，适量添加C元素有利于材料提升强度，但C元素含量过高会恶化磁极钢的磁性。为获得良好的强度与磁性匹配，碳元素含量最优选为0.05％-0.07％。
本发明的硅Si含量0-0.15％，Si元素具有较强的固溶强化效果，可提高材料强度，但Si元素会恶化热轧磁极钢板表面质量，因此，发明严格控制Si含量，Si元素含量最优选为0.04％-0.10％。
本发明的锰Mn含量为1.80-2.3％，Mn可发挥固溶强化作用，提高钢的屈服强度与抗拉强度，而Mn含量过高会降低钢的塑性。Mn元素含量最优选为1.90％-2.10％。
本发明的磷P含量≤0.015％、硫S含量≤0.010％，P和S作为钢中的有害元素，含量越低越好。
本发明的钛Nb含量为Nb0.10-0.15％，对于控轧控冷工艺生产的热轧钢板，添加Nb元素可发挥弥散强化、细晶强化的作用，提高材料强度。Nb元素含量最优选为0.10％-0.13％。
本发明的钒V含量为0.05-0.10％，钛Ti含量为0.05-0.11％，V、Ti元素与Nb元素作用类似，亦发挥弥散强化、细晶强化的作用，三种元素复合添加，较单一元素添加有更好的强化效果。V元素含量最优选为0.06％-0.09％；Ti元素含量最优选为0.07％-0.10％。
本发明的铝Al含量为0.02-0.06％，Al作为脱氧剂加入，Al含量过低无法充分脱氧，Al含量过高易形成粗大的AlN粒子，导致钢材的韧性降低，因此本发明中Al含量最优选为0.02-0.05％。
本发明的氮含量为N0.0050-0.0100％，N可与Al、Ti等元素形成氮化物并析出，获得显著的弥散强化、细晶强化效果。N含量过低，无法发挥强化作用，N含量过高，易形成夹杂物，恶化材料韧性。N元素含量最优选为0.0070％-0.0100％。
另一方面，本发明还提供了上述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，包括如下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼(LF+RH)→连铸→板坯加热→热轧→轧后冷却→卷取→退火→平整→开平→包装标志→入库。
在一些优选的实施方式中，板坯加热的温度为1280-1330℃，通过合理制定加热温度，既保证析出物充分回溶，又在轧制再结晶后形成的奥氏体晶粒均匀细小(图1)，从而有效避免轧制后因晶粒粗大导致的强度不足。
在一些优选的实施方式中，采用多机架热连轧机组将板坯轧至目标厚度1.5-2mm，终轧温度为880-960℃。通过控制合理的终轧温度，不但有效降低轧制负荷，保证厚度1.5-2mm薄规格钢板顺利轧制，同时避免了晶粒粗大。
经实践，终轧温度偏低时，轧制负荷大，不利于板形质量；终轧温度过高时，晶粒粗大，不利于强度提升。
在一些优选的实施方式中，采用层流冷却的方式对轧后的钢板进行冷却，将钢板的温度降至550-630℃进行卷取。通过控制合理的卷取温度，确保细晶强化、析出强化的平衡，获得最佳的强度。
经实践，卷取温度过高，会导晶粒粗大；温度过低，析出强化不能充分发挥，均不利于强度提升。
采用保护罩式炉退火，选择氢气气氛保护，避免钢带表面氧化。在一些优选的实施方式中，退火温度为560-650℃，到温后保温10-25h。通过按照本发明的方法进行退火，可充分消除钢带内应力，一方面改善横切板形，另一方面减小用户冲切过程的翘曲，使钢带平整后的板形稳定可控。
将卷取冷却后的钢卷进行平整，由于本钢种规格薄、强度高，板形变化频繁，平整过程仅控制平整压力不能适应本钢种的板形变化，通过控制钢板平整时的延伸率1.0-1.6％，可改善钢带板形。钢卷开平后，不平度控制在≤2mm/m的较高水平(图2)。
本发明的800MPa级热轧磁极钢板的厚度规格1.5-2mm，屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥850MPa，伸长率A≥10％，磁感应强度B50≥1.57，T，B100≥1.73T，B200≥1.90T，B300≥2.0T，钢板不平度≤2mm/m。采用本发明的800MPa级热轧磁极钢板制备的磁极片(图3)，各项指标均有效满足高水头、大容量水电机组的设计需求。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
本实施例用于制备800MPa级热轧磁极钢板，钢板厚2mm，宽1000mm，其化学成分的质量百分配比如下：
C：0.07％，Si：0.06％，Mn：1.95％，P：0.010％，S：0.008％，Nb：0.12％，V：0.07％，Ti：0.08％，Al：0.05％，N：0.0080％，其余为Fe与不可避免的杂质。
800MPa级热轧磁极钢板制造方法包括下述依次的步骤：
(1)冶炼、连铸工序
预处理铁水经转炉冶炼和炉外精炼(LF+RH)后，连铸成板坯。
(2)热连轧工序
将板坯加热至1290℃，采用多机架热连轧机组将板坯轧至目标厚度2mm，终轧温度910℃，采用层流冷却方式冷却后卷取，卷取温度600℃。
(3)退火工序
采用保护罩式炉退火，氢气气氛保护，避免钢带表面氧化，退火温度580℃，到温后保温20h。
(4)平整工序
将卷取冷却后的钢卷进行平整，平整不设定固定的压力，设定平整延伸率1.2％。
(5)开平工序
钢带依次经过粗矫机、精矫机消除内应力后，开平成长度3000mm的钢板。
(6)性能和不平度检测
力学性能检验结果：屈服强度ReL为853MPa，抗拉强度Rm为915MPa，伸长率A为16％。磁感应强度检测结果：B50＝1.59T，B100＝1.78T，B200＝1.92T，B300＝2.06T。钢板不平度：0.8mm/m。
实施例2-5
按照实施例1的方法步骤制备实施例2-5的800MPa级热轧磁极钢板，其中，实施例2-5钢板成分见表1，制备过程中采用的工艺参数见表2，对钢板进行力学性能测试结果见表3，磁性、不平度结果见表4。
表1实施例2-5 800MPa级热轧磁极钢板成分汇总(单位：wt％)
| C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti | Al | N | |
| 实施例2 | 0.07 | 0.07 | 2.00 | 0.10 | 0.06 | 0.13 | 0.09 | 0.08 | 0.04 | 0.0070 |
| 实施例3 | 0.08 | 0.08 | 1.95 | 0.09 | 0.07 | 0.10 | 0.07 | 0.08 | 0.05 | 0.0080 |
| 实施例4 | 0.06 | 0.07 | 1.98 | 0.10 | 0.08 | 0.11 | 0.08 | 0.07 | 0.05 | 0.0080 |
| 实施例5 | 0.07 | 0.07 | 2.03 | 0.10 | 0.08 | 0.13 | 0.06 | 0.08 | 0.04 | 0.0080 |
表2实施例2-5制备800MPa级热轧磁极钢板的工艺参数
表3实施例2-5制备的800MPa级热轧磁极钢板的力学性能结果
表4实施例2-5制备的800MPa级热轧磁极钢板的磁性、不平度结果
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种800MPa级热轧磁极钢板，其特征在于，按重量百分比计，包括：C 0.04-0.08％，Si 0-0.15％，Mn 1.80-2.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb0.10-0.15％，V 0.05-0.10％，Ti 0.05-0.11％，Al 0.02-0.06％，N 0.0050-0.0100％，其余为Fe与不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的800MPa级热轧磁极钢板，其特征在于，按重量百分比计，包括：C 0.05％-0.07％，Si 0.04％-0.10％，Mn 1.90％-2.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb0.10％-0.13％，V 0.06％-0.09％，Ti 0.07％-0.10％，Al 0.02-0.05％，N 0.0070％-0.0100％，其余为Fe与不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，其特征在于，包括：
(1)预处理钢水经转炉冶炼和炉外精炼后，连铸成板坯；
(2)所述板坯经加热、热轧、轧后冷却、卷取、退火、平整、开平，得到800MPa级热轧磁极钢板产品。
4.根据权利要求3所述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为1280-1330℃。
5.根据权利要求3所述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，其特征在于，所述热轧的终轧温度为880-960℃。
6.根据权利要求3所述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，其特征在于，所述卷取的温度为550-630℃。
7.根据权利要求3所述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，其特征在于，所述退火采用罩式炉进行，退火温度为560-650℃。
8.根据权利要求3所述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，其特征在于，所述平整的延伸率为1.0-1.6％。
9.根据权利要求3所述的800MPa级热轧磁极钢板的制备方法，其特征在于，所述800MPa级热轧磁极钢板的厚度规格1.5-2mm，屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥850MPa，伸长率A≥10％，磁感应强度B50≥1.57，T，B100≥1.73T，B200≥1.90T，B300≥2.0T，钢板不平度≤2mm/m。
10.权利要求1或2所述的800MPa级热轧磁极钢板或权利要求3-8任一项所述的制备方法制备的800MPa级热轧磁极钢板在制备磁极片中的应用。
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