低磁场性能优良的无取向电工钢生产方法

1、低磁场性能优良的无取向电工钢生产方法卢凤喜 , 姚成君(武钢技术中心 湖北 武汉 430080摘 要 :论述了无取向电工钢在低磁场下的应用 , 探讨了钢的成分 、 夹杂 、 组织及生产工艺对低磁场 性能的影响 。关键词 :无取向电工钢 ; 低磁场 ; 生产工艺 ; 金属组织中图分类号 :TG142. 77 文献标识码 :A 文章编号 :1008-4371(2004 06-05Production Method of N on -oriented LowCheng -junof WISC O ,Wuhan 430083,China paper elucidates application of

2、non -oriented electrical steel under the low magnetic field and discusses effects of com positions ,inclusions and production process of the steel on the low magnetic field property.K eyw ords :non -oriented electrical steel ;low magnetic field ;production process ;metal struc 2ture收稿日期 :2004-05-10作

3、者简介 :卢凤喜 (1949-, 男 , 河北易县人 , 高级工 程师 .1 无取向电工钢在低磁场下的应用无取向电工钢在低磁场下的应用领域十分广 泛 , 被用作水轮涡轮机马达 、 DC 马达 、 步进马达 、小型控制马达 、 大型马达的铁芯材料等 , 对应不同 的马达所要求的铁芯材料也各有不同 , 例如大型 马达 、 高电压电瓶装载车和空气压缩机用的铁芯 材料 , 要求低磁场性能好 、 纵向 、 横向 (即 L/C 磁 各向异性小 。低磁场性能指标用 B 1、 B 2、 B 3表示 , 分别代表 在磁化力为 100A/m 、 200A/m 、 300A/m 下的磁 感 。 这些磁感值受钢的成分

4、 、 组织 、 生产工艺 、 结 晶粒径 、 夹杂物大小及数量等各种因素的影响 。2 钢的成分对低磁场性能的影响C :板坯阶段 C 的上限为 0. 02%, 最终退火后要降低到 0. 004%以下 , 最好 0. 0009%以下 。Si :0.1%4. 0%, 低于 0. 1%时电阻率低 , 低磁场性能差 ; 超过 4. 0%时 , 材料脆化 , 冷轧困 难 。Al :增加电阻率 , 使 (100 组分发达 。作为合 金添加时 , 低于 0. 01%, 形成的 AlN 呈细小析出 , 最终退火时不能使晶粒长大 , 超过 2. 0%, 材料脆 化 , 冷轧困难 。Mn :防止热轧脆性 、 改善织

5、构 、 提高电阻率 。 少于 0. 1%没有效果 , 高于 1. 5%磁性恶化 。P :改 善 铁 损 , 少 于 0. 005%无 效 果 , 超 过 0. 1%磁感低下 。S :生成 MnS 等非金属夹杂物 , 对磁性不利 ,越少越好 , 最好降低到 0. 0009%以下 。Cu :0.01%以下的 Cu 与 <0. 001%S形成极少量数十 nm 的 CuS , 加快磁畴壁的移动 , 得到优 良的低磁场性能 , 反之 , 磁畴壁移动受阻 , 低磁场 性能低下 。N :限定在 0. 006%以下 , 超过限量 , 退火后的 钢板表面易出现泡疤等缺陷 。Cu 、 Cr 、 Ni 、 S

6、b :添加少量 , 能控制钢中夹杂物05综述与评论 W I SCO T E CH NO LOGY 2004, 42(6粒径大小在 0. 13. 0m 范围 、 数量在 500个 /mm 2以下 , 形成良好的织构和硬度 , 提高加工性能 、 低 磁场性能 , 增大电阻率 , 降低涡流损失 。夹杂物中 Al 2O 3/(SiO 2+Al 2O 3+MnO 控制到 0. 2以上 。 Al 2O 3类夹杂物是有利因素 , 在低磁场 的磁化过程中起主导作用 。 Al 2O 3的比率对磁性 退火后的低磁场性能有很大影响 , 低于 0. 2时 , 低 磁场性能恶化 。控制 Al 2O 3的比率应在炼钢阶段

7、 进行 , 即真空脱气处理时 , 在脱碳后的钢水中先添 加 Al , 并依次添加 Si 、 Mn 及合金料 。3 夹杂物类型、 密度、 粒径大小的影响程度有关 , 、 物 、 非金属夹杂物 、因素有关 。场领域内的磁化过程有重要影响 。 夹杂物类型包 括硫化物 、 氧化物 、 碳化物 、 氮化物 、 析出物 、 结晶 物等单元体 , 或者它们的二元 、 三元的复合体 。 在 钢水冶炼阶段生成一次脱氧生成物 , 在凝固冷却 时随溶解度降低在晶体内生成二次脱氧生成物 。 控制夹杂物的大小 、 数量 , 通过调整钢水中渣的碱 度 、 组成 、 真空度 、 真空处理时间 、 凝固冷却速度来 实现 。

8、实施真空脱气法和 Al 镇静法 , 最大限度降 低 O 、 S 、 N 等 的 杂 质 成 分 , 最 好 分 别 降 低 到 0. 0009%以下 。另外 , 添加稀土元素 , 如铯等可 最大限度降低 S 含量 。在 Si 的质量分数 2. 5%时 , 钢中 S 对最终 的磁性至关重要 , 采取的措施是 :(1 炼钢时强化脱 S 脱氧脱气处理 , 如炼钢脱 S 处理时 , 使用含有 RE M (稀土 Ce 50%的保护 渣 。 作为降低钢中 S 、 N 含量的手段 , 延长脱气时 间 、 改善脱 S 方法 , 最终形成较为粗大夹杂物的 核 , 减少硫化物和氮化物 , 使 4m 以上夹杂物和

9、1m 以下的夹杂物分别降低到钢中夹杂物总体积 的 60%以下和 15%以下 。(2 采用低的板坯加热温度 , 以及增大钢中 Mn 量来降低 S 的危害 。(3 最终退火冷却时冷却速率在 5 /s 以下 。 磁性退火后夹杂物的影响 1:平均晶粒尺寸 与直径 0. 11m 大小 (又称小型 的夹杂物变化 密切相关 , 而与直径 17. 5m 大小 (又称中型 的夹杂物无关 。但磁性退火后的磁感 B 1随中型 夹杂物个数的减少而增加 , 小型夹杂物的个数为 10002000个 /mm 2范围磁感高 , 中型夹杂物的 个数 在 200个 /mm 2以 下 时 磁 感 高 。含 Si 为 0. 6%的钢

10、 , 在磁性退火前后 , 中 、 小型夹杂物的 尺寸和数量与磁感 B 1的关系分别示于图 1、 图 2 。图 1 磁性退火前的钢板中直径 0. 11m夹杂物个数对磁性退火后磁感 B 1及 平均晶粒大小的关系图 2 磁性退火前的钢板中直径 17. 5m 夹杂物个数对磁性退火后磁感 B 1及平均晶粒大小的关系晶粒尺寸对低磁场性能的影响 2:如果 Si 的 质量分数提高到 1. 2%以上 , 则结晶粒径控制在15卢凤喜 , 等 低磁场性能优良的无取向电工钢生产方法 武钢技术 2004年第 42卷第 6期大于 50m 、夹杂物密度控制到小于 1×103个 /mm 2, 低磁场性能才良好 。

11、如图 3、 图 4所示 。图 3 电工钢板的结晶粒径与平均 B 1的关系图 4 电工钢板的断面存在直径 10m 以上的夹杂物密度与平均 B 1的关系4 热轧及热轧板退火工艺的影响(1 调整热轧工艺 3。 表 1所列 A 、 B 及C 钢 , 生产厚板时 , 钢的组织发生变化 , 需要调整热轧及热轧板退火工艺 。做法是 , 板坯温度在900 以上 , 调整轧制形状比 A 大于 0. 6, 且进行 一次以上的轧制 , 接着在 700 以上 900 以下 采用压下率 35%70%的轧制之后卷取 。A 用下述 (1 式计算 :A =2×R (h i -h 0 1/2/(h i +h 0(1

12、式中 : A 轧制形状比h i 入侧板厚 (mm h 0 出侧板厚 (mm R 轧辊半径 (, 采用这种工艺的效100m 以下。Si 含量而异 , 并成反比 (2 热轧板退火工艺 4热轧钢板退火与否 , 根 据钢中的合金含量而定 , 合金含量高时最好进行 热轧板退火 , 低时 , 可以省略 。(3 试验钢 5含有 Si 1. 7%以上 , 尤其含有 Si +Al 在 3. 0%以上 , 再添加少量的 Cr 、 Ni 、 Cu , 热轧后的卷取温度应控制在 650800 , 使板厚总 体的再结晶率达到 80%以上 。调整热轧板的平 均粒径 DH (m 要满足 (2 式 , 并且终轧温度在 800

13、 以上 , 实施 700800 热轧板退火 。 53. 1+36. 8×Si +Al DH 125. 0+64. 8×Si +Al (2 5 冷轧及最终退火的影响不含钒的钢 5,2,6。以表 1中不含钒的 D 钢为例 , 说明冷轧及退火的影响 。在制造低磁场及 磁性各向异性小的无取向电工钢时 , 除采用上述 热轧及热轧板退火工艺外 , 还需采取以下冷轧及 退火工艺 。表 1 研究用钢的成分w B /%序号钢C S i Mn Al P S 其它1A 0. 0301. 20. 20. 60. 0400. 0202B 0. 0200. 50. 22. 10. 0500. 0103

14、C 0. 0301. 10. 21. 30. 0300. 0204D 0. 0293. 10. 270. 520. 0400. 030N :0.0195E 0. 0332. 50. 220. 300. 0080. 010N :0.0266F 0. 0202. 10. 18tr.0. 5000. 020V :0.070,N :0.00247G0. 0072. 70. 220. 280. 0100. 0020. 015Sb :0.040,T i :0.020,N :0.000725综述与评论 W I SCO T E CH NO LOGY 2004, 42(6 (1 冷轧条件 。对应热轧组织采用压下

15、率67%85%的冷轧 , 超过 85%, 磁各向异性大 , 即 ,L/C 大 ; 低于 67%, 操作受到制约 , 所以热轧 板厚度在 2. 02. 5mm 范围 , 生产 0. 35mm 以下 厚度的产品时 , 要进行带有中间退火的两次冷轧 , 以适应压下率的需求 。环状试样冷轧压下率和 DH 与低磁场性能的关系见图 5 。图 5 冷轧压下率 、 DH 与低磁场磁感 B 1的关系从图 5可知 , 添加 Cr 、 Ni 、 Cu , 提高磁感 B 1值。电工钢板 B1的 L/C 比对步进马达角度精度 的影响见图 6 。图 6 电工钢板 B 1的 L/C 与步进马达角度精度的关系(2 中间退火条

16、件 。一般采用温度为 800900 , 时间为 13min 的连续退火 。(3 最终退火 。在 (Si +Al 的质量分数 3. 1%的情况下 , 进行 9001050 最终退火 。 从提高钢板的均匀性考虑 , 要调整最终退火时带卷 的宽度方向温差不得超过 30 , 带卷所有部位的温度分布要控制在 20 /100mm 以下 , 冷却时也 如此 。 以 E 钢为例 , 控制最终退火时的加热速度 在 1 /s 以上 , 均热温度在 8001100 之间 , 保 温时间在 10s 5min 范围 , 退火保护气氛为 :<50%的 H 2, 其余为 N 2。 对于退火保护气氛 , 因 Si 、

17、Al 而异 , 在高 Si 和高 Al 的情况下 , 采用低 H 2保 护气氛有利于晶粒长大 。(4 最终退火后的冷却 6。最大限度降低退 火冷却时的热变形 , 避免板形恶化和铁损不良 。 措施是退火温度调整到 8001050 , 然后分两 段冷却 :550620 , 采 s ; 第二阶段从 550V2:V1 V2/620 且采用 8, 导致磁感恶化 , 低于 550 且采用 8 /s 以下的冷却速度 , 低磁场特性不再 发生变化 , 还降低生产率 。 或者实施两段冷却 :从 均热温度到 300 采用平均冷却速度 5 /s 以下 的冷却工艺 。 根据 Si 含量 , 在最终退火后从均热 温度

18、8001100 冷却到 650700 , 其平均冷 却速度由 (3 式确定 :5-0. 6×Si % V1( /s 9-1. 3×Si %(3 (5 平整轧制 。在含有较高 Si 的情况下 , 应 采取平整轧制工艺 , 平整轧制压下率控制在 5%15%, 平整轧制速度控制在 5002500m/min 。含钒的钢 7 表 1所示 F 钢 , 含有微量钒 , 并 且冷轧钢板在竖式退火炉中进行最终退火时 , 需 控制退火温度 、 冷却速度 。(1 最终退火温度 。对 VN 完全固溶的最终 退火温度进行试验 :含有 C :0.0025%、 Si :1.0%、 Mn :0.21%、

19、V :0.001%0. 015%、 N :0.0010%0. 0060%, 其余主要为 Fe 的钢 , 最终退火前 VN 的大小为数 10nm , 在 650900×2min 退 火 , 结果最佳退火温度为 T 1380+120×logV (% ×N (% (。 (2 冷却速度 。 依然用上述成分的钢 , 试验结 果是 :从 850 冷却到室温 , 在卧式退火炉中向钢 板施 加 的 适 宜 张 力 为 0. 5MPa , 冷 却 速 度 为 5 /s ; 在竖式退火炉中向钢板施加的适宜张力 为 0. 7MPa , 冷却速度为 10 /s 。含有钒并且其它成分成分发

20、生变化时 , 上述 (1 和 (2 相应变化 。作用或许是 , 在竖式退火炉中钢板的自重及 张力必然赋予钢板应力大于 0. 7MPa , 特别是工作35卢凤喜 , 等 低磁场性能优良的无取向电工钢生产方法武钢技术 2004年第 42卷第 6期辊弯曲加工变形的部分应力达 25MPa , 伴随而 来 , 促进 VN 的细小析出 , 细小析出的 VN 阻碍磁 畴壁的移动 , 使低磁场性能恶化 。为此要防止钢 中混入 V , 但又不可避免 。采用控制退火温度的 方法可使钢中的 VN 完全固溶 , 又在冷却时限制 冷却速度 , 防止 VN 再析出 , 消除不利影响 。6 钢板表面质量、 绝缘薄膜对低磁场

21、性能的影响8 步进马达所用叠层铁芯在最终工序焊接而成 , 但在电器中发现 , 钢板的表面粗糙度 、 轧制方 式 、 轧制缺陷等产生的表面凹凸对低磁场性能影 响很大 , 进一步查明原因 , 是因为最终退火过程中 发生氧化所至 。解决的办法 :的粗糙度 ; , 即 (1 液 , 形成耐酸腐蚀性树脂膜 ; (2 带有这种树脂膜 的轧辊用平均输出功率 510W 的 Q 开关 Y AG 激光器连续进行压花加工 , 把所需要的花纹凸现 在轧辊表面上 ; (3 接着实施蚀刻处理 , 在轧辊表 面上赋予所希望的图样 。采用有机绝缘涂层涂布在钢板上的材料可以 是单一树脂 , 也可以是复合树脂 :如丙烯酸树脂 、

22、 醇酸树脂 、 苯酚树脂 、 环氧树脂 、 乙烯树脂 、 三聚氰 胺树脂 、 硅树脂及氨基树脂 。 还可以将铬酸盐 、 磷 酸盐的一种或二种与有机树脂混合使用 。 绝缘薄 膜的附着量为 0. 56. 0g/m 2。用这样毛面处理 后的轧辊轧制钢板以及对最终退火后的钢板涂布 有机薄膜 , 就能得到优良的低磁场性能 。参考文献 :1 上井清史 , 日裹昭 , 尾田善彦等 . 低磁场特性优良的无取向硅钢板的制造方法 P. 特开平 9-067655.2 佐藤圭司 , 福田文二郎 . P . 3, . 低磁场特性优良的电磁厚. 特开平 4-143220., 波田芳治 , 冈野洋一郎等 . 低磁场特性优良的无取向电工钢板的制造方法 P.神户 . 特开平 3-202424.5 日裹昭 , 尾田善彦 , 小池健英等 . 低磁场特性优良磁各向异性小的的无取向电工钢板及其制造方法 P .日本钢管 . 特 开平 9-157804.6 宫原征行 , 波田芳治 , 冈野洋一郎等 . 低磁场特性优良的无取向电工钢板的制造方法 P.神户 . 特开平 4-128318.7 日裹昭 , 尾田善彦 . 低磁场特性优良的无取向电工钢板的制造方法 P.日本钢管 . 特开平 9-302414.8 矢野浩史 , 本田厚人 , 小原隆史 . 端面焊接性和低磁场特性优良的无