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CN112359287A - 一种高效电机用无取向硅钢及其制备方法 - Google Patents

一种高效电机用无取向硅钢及其制备方法 Download PDF

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CN112359287A CN202011278786.5A CN202011278786A CN112359287A CN 112359287 A CN112359287 A CN 112359287A CN 202011278786 A CN202011278786 A CN 202011278786A CN 112359287 A CN112359287 A CN 112359287A
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Abstract

本发明公开了一种高效电机用无取向硅钢及其制备方法，属于工艺技术领域。所述无取向硅钢的化学成分按重量百分比为：C<0.003%；S<0.002%；Si：6.5‑6.8%；Re：0.05‑0.3%；B：0.001‑0.008%，其余为Fe。本发明提出了无取向高硅钢中添加稀土元素以改善其塑性的微合金化，在此基础之上，依次进行冶炼、锻造、热轧、常化、酸洗、一次冷轧、中间退火、二次冷轧和成品退火，最终得到具有低铁损和高磁感的高效电机用无取向高硅钢薄板产品。

Description

一种高效电机用无取向硅钢及其制备方法
技术领域
本发明属于电工钢技术领域，具体涉及一种高效电机用无取向硅钢及其制备方法。
背景技术
高效电机是应用于近年来对微小型电机、电子变压器等高效率、小型化的要求而发展起来的，相比于普通电机，高效电机因其工作效率更高，耗电量更低而且节能环保等优点广泛应用于汽车、轮船等领域。
高效电机用无取向硅钢作为制造电机铁芯的重要材料，为实现其高效化，要求成品的铁损低，磁感高。进一步开发具有低铁损和高磁感的高效电机用无取向硅钢不仅有利于提高电机的高效性，还能解决或缓解传统中低牌号无取向电工钢存在的铁损和磁感相互矛盾的问题，因此也成为了近年来无取向硅钢开发的热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时具有低铁损和高磁感的高效电机用无取向硅钢及其制备方法，通过炼钢过程和微合金化元素的添加，以此降低晶界钉扎力，促进退火过程再结晶晶粒的长大；配合优化的热处理工艺，获得最佳的晶粒尺寸范围，实现低铁损、高磁感的高效电机用无取向硅钢的生产。
为了实现以上技术目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的：一种高效电机用无取向硅钢，取Si、Re、B和Fe依次进行冶炼、锻造、热轧、常化、酸洗、一次冷轧、中间退火、二次冷轧和成品退火而成，所述高效电机用无取向硅钢的化学成分按重量百分比计为Si：6.5-6.8%；Re：0.05-0.3%；B：0.001-0.008%，其余为Fe和杂质，且所述杂质为C<0.003%；S<0.002%；P<0.002%； N<0.003%；O<0.002%。
进一步地，所述的Re为镧、铈、钕、钇的一种或多种。
所述高效电机用无取向硅钢的制备方法包括以下步骤：
（1）冶炼
将原材料按重量百分比计Si：6.5-6.8%；Re：0.05-0.3%；B：0.001-0.008%，其余为Fe加入到高频真空感应加热炉中进行冶炼，并浇铸成钢锭；
（2）锻造
铸锭加热温度为800-1000℃，保温时间为30min，锻成一定尺寸的钢坯；
（3）热轧
将上述步骤（2）中冶炼后的合金材料进行预处理，粗轧温度为850℃~900℃，精轧温度为800℃±20℃，采用十辊连轧机反复轧制10次，使得最终轧制成品厚度为2mm~4mm；
（4）常化
钢带常化温度为900℃，保温时间为4 min，常化气氛为空气；
（5）酸洗
钢带采用稀盐酸酸洗，酸洗液温度为60℃，酸洗时间5min酸洗后在清水池中浸泡，清除表面酸液和污垢，再用6%Na2CO3碱性水溶液中和，吹干备用；
（6）一次冷轧
室温冷轧，轧制道次为5道次，扎后厚度为0.65mm；
（7）中间退火
将上述步骤（6）中轧制后的样品放置于退火炉内，退火温度860℃~900℃之间，升温速度为10℃/min，通入氢气与氮气混合气体，体积分别在70℃~90℃和10℃~30℃之间，退火时间为30~50min，随后水淬处理；
（8）二次冷轧
将样品放置在低温环境下进行轧制，轧制道次为3道次，轧后厚度为0.6 mm；
（9）成品退火
将上述步骤（7）中轧制处理后的合金样品放入气氛炉内，加热原则按照15℃/min升温至900-1200℃，通入氩气气体，保温10min，之后随炉冷却至600-800℃时，立即淬火。
步骤（7）中在炉内通入10-30%的硅粉颗粒。
步骤（8）中二次冷轧低温环境是在液氮环境下进行处理。
步骤（9）中淬火介质为有机物水溶液，有机物水溶液为聚乙烯醇水溶液、三硝水溶液或PAG。
稀土元素既能降低无取向硅钢的铁损，又能提高其磁感应强度。由此可见，采用稀土、和复合处理不仅可解决传统中低牌号无取向电工钢存在的铁损和磁感相互矛盾的问题，还完全符合高效电机用无取向硅钢开发的宗旨。晶粒尺寸是影响无取向硅钢磁性能的主要因素之一。晶粒尺寸增大虽然有利于降低铁损，但是也会导致磁感应强度降低。为了进一步提高高效电机用无取向硅钢的综合磁性能，控制合适的晶粒尺寸尤为关键，而影响成品晶粒尺寸的主要工艺是热处理工艺。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明制得的高硅钢薄板成品钢带铁损低、磁感应强度高且磁性能稳定；
2.与现行的普通冷轧无取向硅钢类似成分相比铁损更低，磁感则对应更高；
3. 本发明制备过程中合理控制了退火工艺，有效控制了高效电机用无取向硅钢的晶粒尺寸和综合磁性能，该成品钢带能广泛用于大、中型电机制造。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明一种高效电机用无取向硅钢的制备方法包括以下步骤：（1）按将原材料按重量百分比计Si：6.5%；Re：0.09；B：0.005，其余为Fe加入到高频真空感应加热炉中进行冶炼，并浇铸成钢锭，其中Re为镧、铈，其比例为3：2；（2）铸锭加热温度为960℃，保温时间为30min，锻成一定尺寸的钢坯；（3）将上述步骤（2）中冶炼后的合金材料进行预处理，粗轧温度为850℃，精轧温度为800℃±20℃，采用十辊连轧机反复轧制10次，使得最终轧制成品厚度为3mm；（4）钢带常化温度为900℃，保温时间为4min，常化气氛为空气；（5）钢带采用稀盐酸酸洗，酸洗液温度为60℃，酸洗时间5min酸洗后在清水池中浸泡，清除表面酸液和污垢，再用6%Na2CO3碱性水溶液中和，吹干备用；（6）室温冷轧，轧制道次为5道次，扎后厚度为0.65mm；（7）将上述步骤（6）中轧制后的样品放置于退火炉内，退火温度860℃，升温速度为10℃/min，通入氢气与氮气混合气体，体积分别在70%和30%，并通入10%硅粉，退火时间为30min，随后水淬处理；（8）将样品放置在液氮环境下进行轧制，轧制道次为3道次，轧后厚度为0.6mm；（9）将上述步骤7中轧制处理后的合金样品放入气氛炉内，加热原则按照15℃/min升温至1000℃，通入氩气气体，保温10min，之后随炉冷却至760℃时，立即用聚乙烯醇水溶液淬火。
本发明所得样品按重量百分比为：C<0.003%；S<0.002%；P<0.002%；N<0.003%；O<0.002%；Si：6.5%；Re：0.09；B：0.005，其余为Fe，其抗拉强度为752Mpa，延伸率为0.51%，铁损P1/10k为13.4W/kg。
实施例2：
本发明一种高效电机用无取向硅钢的制备方法包括以下步骤：（1）原材料按Si：6.5%；Re：0.13；B：0.005，其余为Fe加入到高频真空感应加热炉中进行冶炼，并浇铸成钢锭，其中Re为镧：铈：钕为3：2：1；（2）铸锭加热温度为1000℃，保温时间为30min，锻成一定尺寸的钢坯；（3）将上述步骤（2）中冶炼后的合金材料进行预处理，粗轧温度为850℃，精轧温度为800℃±20℃，采用十辊连轧机反复轧制10次，使得最终轧制成品厚度为2mm；（4）钢带常化温度为900℃，保温时间为4min，常化气氛为空气；（5）钢带采用稀盐酸酸洗，酸洗液温度为60℃，酸洗时间5min酸洗后在清水池中浸泡，清除表面酸液和污垢，再用6%Na2CO3碱性水溶液中和，吹干备用；（6）室温冷轧，轧制道次为5道次，扎后厚度为0.65mm；（7）将上述步骤（6）中轧制后的样品放置于退火炉内，退火温度860℃，升温速度为10℃/min，通入氢气与氮气混合气体，体积分别在70%和30%，并通入15%硅粉，退火时间为30min，随后水淬处理；（8）将样品放置在液氮环境下进行轧制，轧制道次为3道次，轧后厚度为0.6mm；（9）将上述步骤7中轧制处理后的合金样品放入气氛炉内，加热原则按照15℃/min升温至1000℃，通入氩气气体，保温10min，之后随炉冷却至760℃时，立即用聚乙烯醇水溶液淬火。
本发明所得样品的化学成分按重量百分比为：C<0.003%；S<0.002%；P<0.002%；N<0.003%；O<0.002%；Si：6.5%；Re：0.13；B：0.005，其余为Fe，其抗拉强度为652Mpa，延伸率为0.46%，铁损P1/10k为13.1W/kg。
实施例3：
本发明一种高效电机用无取向硅钢的制备方法包括以下步骤：（1）将原材料按重量百分比为：C<0.003%；S<0.002%；P<0.002%；N<0.003%；O<0.002%；Si：6.5%；Re：0.2；B：0.008，其余为Fe加入到高频真空感应加热炉中进行冶炼，并浇铸成钢锭，其中Re为镧：铈：钕为3：3：3；（2）铸锭加热温度为860℃，保温时间为30min，锻成一定尺寸的钢坯；（3）将上述步骤（2）中冶炼后的合金材料进行预处理，粗轧温度为850℃，精轧温度为800℃±20℃，采用十辊连轧机反复轧制10次，使得最终轧制成品厚度为3mm；（4）钢带常化温度为900℃，保温时间为4min，常化气氛为空气；（5）钢带采用稀盐酸酸洗，酸洗液温度为60℃，酸洗时间5min酸洗后在清水池中浸泡，清除表面酸液和污垢，再用6%Na2CO3碱性水溶液中和，吹干备用；（6）室温冷轧，轧制道次为5道次，扎后厚度为0.65mm；（7）将上述步骤（6）中轧制后的样品放置于退火炉内，退火温度860℃，升温速度为10℃/min，通入氢气与氮气混合气体，体积分别在70%和30%，并通入15%硅粉，退火时间为30min，随后水淬处理；（8）将样品放置在液氮环境下进行轧制，轧制道次为3道次，轧后厚度为0.6mm；（9）将上述步骤7中轧制处理后的合金样品放入气氛炉内，加热原则按照15℃/min升温至1000℃，通入氩气气体，保温10min，之后随炉冷却至760℃时，立即用聚乙烯醇水溶液淬火。
本发明所得样品的化学成分按重量百分比为：C<0.003%；S<0.002%；P<0.002%；N<0.003%；O<0.002%；Si：6.5%；Re：0.2；B：0.008，其余为Fe，其抗拉强度为788Mpa，延伸率为0.56%，铁损P1/10k为12.1W/kg。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种高效电机用无取向硅钢，其特征在于，由Si、Re、B和Fe依次进行冶炼、锻造、热轧、常化、酸洗、一次冷轧、中间退火、二次冷轧和成品退火而成，所述高效电机用无取向硅钢的化学成分按重量百分比计为Si：6.5-6.8%；Re：0.05-0.3%；B：0.001-0.008%，其余为Fe和杂质，且所述杂质中C<0.003%；S<0.002%；P<0.002%；N<0.003%；O<0.002%。
2.根据权利要求1所述的一种高效电机用无取向硅钢，其特征在于，所述的Re成分有镧、铈、钕、钇的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种高效电机用无取向硅钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）冶炼
将原材料按重量百分比计为Si：6.5-6.8%；Re：0.05-0.3%；B：0.001-0.008%，其余为Fe加入到高频真空感应加热炉中进行冶炼，并浇铸成钢锭；
（2）锻造
铸锭加热温度为800-1000℃，保温时间为30min，锻成一定尺寸的钢坯；
（3）热轧
将上述步骤（2）中冶炼后的合金材料进行预处理，粗轧温度为850℃~900℃，精轧温度为800℃±20℃，采用十辊连轧机反复轧制10次，使得最终轧制成品厚度为2mm~4mm；
（4）常化
钢带常化温度为900℃，保温时间为4 min，常化气氛为空气；
（5）酸洗
钢带采用稀盐酸酸洗，酸洗液温度为60℃，酸洗时间5min酸洗后在清水池中浸泡，清除表面酸液和污垢，再用6%Na2CO3碱性水溶液中和，吹干备用；
（6）一次冷轧
室温冷轧，轧制道次为5道次，扎后厚度为0.65mm；
（7）中间退火
将上述步骤（6）中轧制后的样品放置于退火炉内，退火温度860℃~900℃之间，升温速度为10℃/min，通入氢气与氮气混合气体，体积分别在70℃~90℃和10℃~30℃之间，退火时间为30~50min，随后水淬处理；
（8）二次冷轧
将样品放置在低温环境下进行轧制，轧制道次为3道次，轧后厚度为0.6 mm；
（9）成品退火
将上述步骤（8）中轧制处理后的合金样品放入气氛炉内，加热原则按照15℃/min升温至900-1200℃，通入氩气气体，保温10min，之后随炉冷却至600-800℃时，立即淬火。
4.根据权利要求3所述的一种高效电机用无取向硅钢的制备方法，其特征在于，步骤（7）中在炉内通入10-30%的硅粉颗粒。
5.根据权利要求3所述的一种高效电机用无取向硅钢的制备方法，其特征在于，步骤（8）中二次冷轧低温环境是在液氮环境下进行处理。
6.根据权利要求3所述的一种高效电机用无取向硅钢的制备方法，其特征在于，步骤（9）中淬火介质为有机物水溶液。
7.根据权利要求6所述的一种高效电机用无取向硅钢的制备方法，其特征在于，有机物水溶液为聚乙烯醇水溶液、三硝水溶液或PAG。
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