一种无取向硅钢及其生产方法与流程

本发明属于无取向硅钢，具体涉及一种无取向硅钢及其生产方法。

背景技术：

1、在电力、电子及军工领域中，电工钢是一种磁性能相对优异且用量最大的金属软材料，常用来制造变压器、电动机、发电机及电器元件等。近年来，随着电机领域向着高效化、高转速方向不断发展，电机性能和转速指标不断提高，对电机铁心材料的强度和性能要求也越来越高。电工钢性能直接决定了电机性能指标，开发适用于高效化高性能电机的电工钢尤为重要。

2、为了提高电机效率及转速，常见的方法是在电工钢中添加合金成分、增加加工硬化等方式。比如中国专利cn103060701a公开了一种无取向高硅电工钢薄带及其制备方法、中国专利cn119351891a公开了一种不低于500mpa的无取向电工钢及制备方法，这两个专利公开的电工钢的成分中添加了高含量的铬。

3、中国专利cn111057821a公开了一种无取向电工钢及其制备方法、应用，该电工钢的成分中添加了成本高的稀有金属元素。

4、中国专利cn120591677a公开了一种屈服强930mpa级高强度无取向硅钢及其生产方法，其综合使用位错强化、固溶强化、析出强化这三种强化方式将无取向硅钢的屈服强度提升至930mpa，但是这种强化方式大幅恶化了磁性能，铁损p1.0/400≥47w/kg、磁感应强度b5000≤1.56t。

5、中国专利cn111471941a公开了一种屈服强度600mpa级新能源汽车驱动电机转子用高强无取向硅钢及其制造方法，添加cr、nb、ti、ni等元素，增加了冶炼成本，其p10/400为22.6~30. 4w/kg较差。无法失效电机的高效化。

6、随着市场竞争加剧，为了降本增效，有必要开发一种低成本、屈服强度≥500mpa同时能够满足磁性能要求的无取向电工钢硅钢。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种无取向硅钢及其生产方法，其屈服强度为520~590mpa，抗拉强度为640~740mpa，延伸率a50为16~20％，磁极化强度j5000为1.66~1.71t，铁损p1.0/400为17.6~20.4w/kg，同时兼具高强度及高磁性，且成本低。

2、本发明采取的技术方案如下：

3、本发明提供了一种无取向硅钢，所述无取向硅钢的化学成分及重量百分比为：c≤0.002%；si：2.90~3.30％；mn：0.65~0.80％；p：0.0040~0.021％；s≤0.0025％，als：0.50~0.80％；cu：0.50~0.65%，其余为fe及不可避免的杂质，其中，(mn+cu)/s=600~900。

4、所述无取向硅钢的屈服强度为520~590mpa，抗拉强度为640~740mpa，延伸率a50为16~20％，磁极化强度j5000为1.66~1.71t，铁损p1.0/400为17.6~20.4w/kg；所述无取向硅钢的晶粒尺寸为85~105μm。

5、本发明还提供了所述无取向硅钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：冶炼→连铸→加热→热轧→常化→酸洗→冷轧→退火→涂覆绝缘涂层。

6、所述冶炼步骤包括：转炉冶炼、吹氩站吹氩、rh真空脱气精炼；其中，精炼要求在真空度≤100pa条件下真空脱气20min，确保钢水中n≤0.002％，避免后续成品钢中产生大量的n化物夹杂而恶化磁性能。

7、所述连铸步骤中，拉速控制在1.0~1.2m/min，钢水过热度控制在15~30℃，目的在于控制合适的铸坯表面温度，减轻cu金属或有害元素在晶界的富集，以抑制板坯后续轧制析出；连铸成厚度为210~230mm的铸坯。

8、所述加热步骤中，预热段温度730~760℃；一加热段温度1112~1143℃，保温时间≥37min；二加热段温度1130~1150℃，保温时间≥35min，均热段温度1090~1110℃，保温时间≥30min，在炉总时间140~200min。

9、所述热轧步骤中，粗轧进行4道次轧制，每道次压下率均控制在35~38%，粗轧厚度至34~40mm，粗轧终轧温度≥960℃，在此温度下可以使mns析出物聚集长大，形成粗大的析出物。

10、所述热轧步骤中，精轧开轧温度920~940℃，精轧采用7道次连轧，末道次压下率控制在38~40%，精轧终轧温度为870~930℃。带钢凸度控制在30~40μm，楔形控制为15~25μm；精轧至2.0~2.15mm厚度。当温度在960-940℃，轧制时钢中细小的析出物最多。为此精轧开轧温度控制在920~940℃，此时mns析出物相对较少，为了提高析出物长大的激活能，形成粗大的mns析出物，第7道次采用高温大压下，精轧终轧温度控制在870~930℃。目的减少mns细小析出，这些细小的析出物对晶界钉扎作用，使有利于磁化的{100}和{110}晶面组分减少，不利的{111}组分增多，不利于成品电磁性能。

11、所述热轧步骤中，精轧后经水冷降温至580~620℃进行卷取。

12、所述酸洗步骤中，使用体积百分浓度为8~12％盐酸进行酸洗，酸洗温度75~80℃。

13、所述常化步骤中，常化温度880~960℃，钢带运行速度40~60m/min。

14、所述冷轧步骤中，冷轧总压下率控制在75~90%；冷轧乳化液温度控制在60~65℃；冷轧至0.2~0.35mm厚度。

15、所述退火步骤中，以氢气和氮气的混合气为保护气，为了控制析出物，根据mn、cu、s的成分比例，退火温度t=0.13×(mn+cu)/s+900℃，时间180~260s，然后以不超过18℃/s的冷却速度至560℃以下，缓慢冷却有利于硅钢晶粒缓慢长大，如果冷却速度超出18℃/s，会造成混晶影响成品磁性能；最后随炉冷却至室温。

16、所述退火步骤中，退火张力控制在3~5mpa。

17、在进行退火温度计算时，mn、cu、s的取值为它们在钢中的含量×100。

18、所述涂覆绝缘涂层步骤中，绝缘涂层固化温度为440~560℃，时间为30~50s。

19、本发明提供的无取向硅钢中，各成分的作用及控制如下：

20、mn：mn在钢中具有固溶强化作用，但mn极易与s形成细小弥散mns夹杂物，这些细小的粒子会强烈钉扎晶界、阻碍晶粒长大并阻止磁畴壁的移动，进而导致磁性能显著恶化。但是，粗大的mns夹杂物对电磁性能影响不大。本发明通过控制化学成分比例满足(mn+cu)/s为600~900，配合热轧工艺生成粗大硫化物，再借助连续退火实现析出强化。此外，锰能够促进热轧和退火过程中的再结晶过程，促使有利于磁化的{100}和{110}晶面组分加强，同时削弱不利的{111}组分，从而提高磁导率和磁极化强度。锰同时通过固溶强化提高屈服强度，提高产品的力学性能，mn含量控制在0.65~0.80％。

21、al：al在无取向电工钢中起到提高电阻率和强度的作用，但al含量过高的话，会降低磁极化强度，因此要求al含量控制在0.50~0.80％。

22、c：在电工钢中c是产生磁时效的主要元素，钢中残留c含量较高时，导致矫顽力增大，磁滞损耗增大，同时也产生磁时效，需要控制c≤0.002%。

23、si：si的主要作用为提高电阻率，降低涡流损耗，si含量过高时会使fe的磁各向异性常数和饱和磁致伸缩常数降低，导致磁滞损耗降低，磁感下降，同上si含量提高至3.5%以上时，带钢塑性大幅降低，难以实现工业生产，因此要求si含量控制在2.90~3.30％。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、本发明提供的无取向硅钢，通过控制mn、cu、s元素含量，控制(mn+cu)/s的合理比例，利用加热制度，抑制mns形成细小的析出物。采用合理的轧制工艺，促使有利于磁化的{100}和{110}晶面组分加强，同时削弱不利的{111}组分。并通过控制退火温度，形成合理的晶粒度，保证强度的同时，确保磁性能。

26、本发明提供的无取向硅钢，当产品厚度为0.20~0.35mm时，最终产品的屈服强度rp0.2为520~590mpa，抗拉强度rm为640~740mpa，延伸率a50为16~20％，磁极化强度j5000为1.66~1.71t，铁损p1.0/400为17.6~20.4w/kg；产品制造的发电机转子转速保持10000r/min稳定运行，稳定运行转速提升在20％以上。