低牌号含钒含钛无取向电工钢及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及冶金领域， 尤其是一种低牌号含钒含钛无取向电工钢及其制备方法。背景技术 钒钛是钢常用的合金元素， 在钢中添加适量钒钛而形成的钒钛碳氮化物， 能够起 到细化晶粒、 沉淀强化的作用 ； 同时， 钒钛还能提高再加热阶段晶粒粗化温度。 因此， 钒钛微 合金钢具备良好的强度、 韧性、 抗腐蚀能力、 耐磨能力和承受冲击负荷的能力等， 作为结构 钢广泛运用于建筑、 工程机械、 桥梁汽车、 铁路等领域。
对于无取向电工钢， 平均晶粒直径大时， 晶界所占面积减小， 矫顽力和磁滞损耗降 低； 但晶粒尺寸大， 其磁畴尺寸增大， 涡流损坏增大。 因此为了保证良好的电磁性能， 与结构 钢要求晶粒越细越好不同， 无取向电工钢通常要求晶粒尺寸在 30 ～ 200 微米。钒钛限制无 取向电工钢晶粒的长大， 使得无取向电工钢在热轧及冷轧后再结晶晶粒尺寸减小 ； 同时， 细 小弥散的钒钛析出物还导致形成不利于无取向电工钢电磁性能的 {111} 织构， 因此钒钛的 存在将导致了无取向电工钢电磁性能的恶化。因此对于本领域技术人员来说， 在无取向电 工钢的冶炼过程中， 钒和钛常作为有害元素需要控制在极低的水平。但在冶炼过程中完全 去除钢水所含的钒和钛难度极大、 成本极高。 为了降低冶炼难度， 就需要严格控制无取向电 工钢的冶炼原料的来源， 因此冶炼原料的可选择范围小， 增加了生产成本， 不利于回收钢材 的利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能满足无取向电工钢电磁性能要求的低 牌号含钒含钛无取向电工钢及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 低牌号含钒含钛无取向电工钢， 其 化学成分的重量百分比为 C ≤ 0.005％、 Si0.10 ～ 0.25％、 Mn 0.15 ～ 0.35％、 P ≤ 0.025％、 S ≤ 0.008％、 Als 0.25 ～ 0.35％、 N ≤ 0.007％、 0 ＜ Ti ≤ 0.01％、 0 ＜ V ≤ 0.01％、 余量 为 Fe 和不可避免的杂质。
硅能显著降低铁损， 但硅降低铁损的同时也使磁感应强度下降， 因此为获得满意 的电磁性能， 将硅含量控制在 0.10 ～ 0.25％。
铝在 0.005 ～ 0.014 ％范围内， 铁损明显增高， 因此在无取向电工钢中铝含量为 ≤ 0.003 ％或≥ 0.15 ％。铝含量≥ 0.15 ％时， 能起到与提高硅量相同的作用。高的铝含 量能通过形成 AlN 抑制钒钛碳氮化物的形成， 因此本发明的无取向电工钢将铝含量控制在 0.25 ～ 0.35％。
硫对磁性极为有害， 使得矫顽力和磁滞损耗增大， 磁感应强调降低， 晶粒变小， 因 此越低越好， 出于成本考虑， 控制 S ≤ 0.008％。
锰优先与钢中的硫形成 MnS， 因此锰的作用与硫含量有密切关系， 当硫含量为 0.004％～ 0.017％时， 提高锰含量， 能促进晶粒长大 ； 硫含量＜ 0.004％时， 锰含量提高容易析出细小的 MnSiN2， 使得晶粒变细 ； 但在同时降低硫和锰含量时， 更能促进晶粒的长大， 因此本发明在降低硫含量的同时， 按常规控制 Mn 在 0.15 ～ 0.35％。
磷 易 沿 晶 界 偏 聚， 但 从 磁 性 能 来 看， 目 前 尚 存 在 不 同 的 理 解， 按常规控制 P ≤ 0.025％。
碳、 氮对磁性能极为有害， 同时为了抑制钒钛碳氮化物的形成， 含量越低越好， 出 于成本考虑， 碳含量控制在 0.001 ～ 0.005％， 控制 N ≤ 0.007％。
进一步的， 所述无取向电工钢是厚度为 0.5mm 的钢带。
进一步的， 铁损≤ 7.5W/kg。
进一步的， 磁感≥ 1.74T。
通过合理的成分设计， 减少细小弥散的钒钛碳氮化物的析出， 抑制钒钛对无取向 电工钢电磁性能的不利影响， 使得生产满足无取向电工钢电磁性能要求的含钒含钛无取向 电工钢成为可能， 克服了本领域技术人员的技术偏见。扩大了无取向电工钢冶炼原料的来 源范围， 尤其是能够促进回收钢材在无取向电工钢生产中的使用， 能有效降低无取向电工 钢的生产成本。
上述低牌号含钒含钛无取向电工钢的制备方法， 工艺步骤包括加热、 粗轧、 精轧、 卷取、 冷轧、 退火， 加热步骤中的温度为 1130 ～ 1160℃ ； 精轧的开轧温度为≥ 1000℃、 终轧 温度为 850 ～ 890℃， 卷取步骤中的温度为≥ 650℃。 进一步的， 所述冷轧为一次冷轧， 冷轧的累计压下率为 75 ～ 80％。
进一步的， 所述退火步骤采用包括低温加热段和高温加热段的镀锌 / 连续退火 两用机组， 其中低温加热段的出口温度为 650 ～ 720 ℃、 高温加热段的出口板温为 800 ～ 830℃， 高温加热段时间为 27 ～ 36s。
进一步的， 所述粗轧步骤各道次、 粗轧和精轧之间均设置有除鳞水装置， 所述精轧 开始温度通过粗轧步骤的除鳞水开启道次、 粗轧和精轧之间的除鳞水开启组数进行控制。
加热温度为 1130 ～ 1160℃， 能减少第二相形成元素的固溶含量， 且保证精轧开轧 温度。精轧步骤的开轧温度为≥ 1000℃、 终轧温度为 850 ～ 890℃， 可保证精轧轧制的稳定 性， 提高铁素体晶粒再结晶及长大的驱动力， 保证精轧后晶粒的粗大。卷取步骤中的温度 为≥ 650℃， 高的卷取温度有利于形成粗大的再结晶晶粒， 并促进 AlN、 钒钛碳氮化物的析 出和粗化， 可促进冷轧后退火步骤中的晶粒长大和形成有利织构。通过工艺参数的选择和 优化， 上述用于本发明含钒含钛无取向电工钢的制备方法， 可以使用普通的热连轧机组进 行热轧和精轧， 配合镀锌 / 连续退火两用机组的使用， 在保证获得有利电磁性能的晶粒大 小和织构、 保证含钒含钛无取向电工钢的电磁性能的同时， 还将大大降低设备成本、 生产成 本， 有利于含钒含钛无取向电工钢的生产、 推广。
同时， 通过工艺参数和析出规律的匹配， 尤其是热轧、 精轧、 卷取参数的选择和优 化， 在通过成分对钒钛析出物的形成和影响进行抑制的基础上， 从物热力学、 动力学上对钒 钛析出物的形成和影响进一步进行抑制， 能进一步的提高本发明含钒含钛无取向电工钢的 电磁性能。
综上所述， 通过上述成分设计和工艺设计的组合， 通过成分和工艺双管齐下能够 获得最优性能的含钒含钛无取向电工钢， 也即作为一种最优的低牌号含钒含钛无取向电 工钢， 其化学成分的重量百分比为 C ≤ 0.005 ％、 Si0.10 ～ 0.25 ％、 Mn 0.15 ～ 0.35 ％、
P ≤ 0.025 ％、 S ≤ 0.008 ％、 Als 0.25 ～ 0.35 ％、 N ≤ 0.007 ％、 0 ＜ Ti ≤ 0.01 ％、 0 ＜ V ≤ 0.01％、 余量为 Fe 和不可避免的杂质 ； 其生产工艺步骤包括加热、 粗轧、 精轧、 卷取、 冷轧、 退火， 其中加热步骤中的温度为 1130 ～ 1160℃， 精轧的开轧温度为≥ 1000℃、 终轧温 度为 850 ～ 890℃， 卷取步骤中的温度为≥ 650℃， 冷轧采用累计压下率为 75 ～ 80％的一次 冷轧。 具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本 发 明 的 低 牌 号 含 钒 含 钛 无 取 向 电 工 钢， 其化学成分的重量百分比为 C ≤ 0.005％、 Si0.10 ～ 0.25％、 Mn 0.15 ～ 0.35％、 P ≤ 0.025％、 S ≤ 0.008％、 Als 0.25 ～ 0.35％、 N ≤ 0.007％、 0 ＜ Ti ≤ 0.01％、 0 ＜ V ≤ 0.01％、 余量为 Fe 和不可避免的杂质。
通过合理的成分设计， 抑制了钒钛对无取向电工钢电磁性能的不利影响。因此可 通过现有无取向电工钢的生产设备和生产工艺进行生产， 并可以根据生产工艺条件的选择 生产各牌号的无取向电工钢。具体的， 所述无取向电工钢是厚度为 0.5mm 的钢带。进一步 的， 根据 GB/T2521-2008 标准， 上述无取向电工钢是一种对应牌号为 50PW1300 的无取向电 工钢， 具体的， 铁损≤ 7.5W/kg， 磁感≥ 1.74T。
最好的， 上述低牌号含钒含钛无取向电工钢的制备方法， 工艺步骤包括加热、 粗轧、 精轧、 卷取、 冷轧、 退火， 加热步骤中的温度为 1130 ～ 1160 ℃ ； 精轧的开轧温度为 ≥ 1000℃、 终轧温度为 850 ～ 890℃， 卷取步骤中的温度为≥ 650℃。
上述参数在保证获得有利电磁性能的晶粒大小和织构、 保证含钒含钛无取向电工 钢的电磁性能的同时， 从物热力学、 动力学上对钒钛析出物的形成和影响进一步进行抑制， 能进一步的提高本发明含钒含钛无取向电工钢的电磁性能。
为降低工序成本， 提高产量， 采用一次冷轧法生产中， 但冷轧后退火的再结晶织构 与冷轧压下率有明显关系， 随着冷轧压下率的增加， 再结晶织构中对磁性不利的织构组份 增加， 有利织构组份减少， 磁感降低， 铁损各向异性增加。因此， 最好的， 所述冷轧为一次冷 轧， 冷轧的累计压下率为 75 ～ 80％。具体的， 冷轧前板坯的厚度为 2.0 ～ 2.5mm， 冷轧后的 标称厚度为 0.5mm。
冷轧后的退火可以采用现有的退火设备和退火工艺。 但现有的无取向电工钢退火 设备均为专用设备， 成本极高， 为了进一步降低设备成本， 所述退火步骤采用包括低温加热 段和高温加热段的镀锌 / 连续退火两用机组， 但该两用机组不包括高温恒温段， 因此， 具体 的其中低温加热段的出口温度为 650 ～ 720℃、 高温加热段的出口板温为 800 ～ 830℃， 高 温加热段时间为 27 ～ 36s， 可控制变形铁素体的再结晶程度， 获得均匀的再结晶晶粒和强 的有利织构组份。
在加热温度也即粗轧开轧温度一定的前提下， 除强制冷却以外， 各道次的轧制温 度及卷取温度主要受自然冷却、 轧制速率的影响， 为了方便普通热连轧机组的使用， 方便对 精轧开轧温度的控制， 所述粗轧步骤各道次、 粗轧和精轧之间均设置有除鳞水装置， 所述精 轧开始温度通过粗轧步骤的除鳞水开启道次、 粗轧和精轧之间的除鳞水开启组数进行控 制。
实施例在某厂根据本发明的成分设计和工艺设计进行了工程试验， 生产牌号为 50PW1300 的无取向电工钢， 除已说明的工艺参数以外的其他工艺按现有要求实施。
设备包括 120 吨 LD 转炉、 包括五道次粗轧和六机架精轧的热连轧机组、 镀锌 / 连 续退火两用机组。具体生产过程依次为 ： 钢坯、 加热、 粗轧、 精轧、 卷取、 冷轧、 退火。生产过 程中， 粗轧步骤中开启除第二和第四道次以外的其他道次的除鳞水， 粗轧和精轧之间设置 一组除磷水。具体的化学成分见表 1、 工艺参数见表 2、 电磁性能见表 3。冷轧成品公称厚度 为 0.5mm。
表 1 实施例的化学成分
表 2 实施例的工艺参数
表 3 实施例的电磁性能实施例 1 2 3 4 铁损 (W/kg) 6.4 6.5 6.7 6.6 磁感 (T) 1.78 1.78 1.76 1.766CN 101914732 A说5 7.1明书1.755/5 页7