一種復合元素處理的高效電機用無取向硅鋼的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電工鋼技術領域，具體涉及一種高效電機用無取向硅鋼的制備方法。
【背景技術】
[0002] 高效電機是適應于近年來對微小型電機、鎮流器、電子變壓器等高效率、小型化的 要求而發展起來的，已廣泛應用于制冷壓縮機等領域中。相比普通電機，高效電機因其工作 效率更高，耗電量更低。由于電機的耗電量大（占工業總用電量2/3左右，占總用電量的 50%左右）且國家對環保和節能的要求越來越高，因此應用和發展高效電機對于降低電能 消耗和節省能源具有重要意義。
[0003] 高效電機用無取向硅鋼作為制造電機鐵芯的重要材料，為實現其高效化，要求成 品的鐵損要低，磁感要高。進一步開發具有低鐵損和高磁感的高效電機用無取向硅鋼不僅 有利于提尚電機的尚效性，還能解決或緩解傳統中低牌號無取向電工鋼存在的鐵損和磁感 相互矛盾的問題，因此也成為了近年來無取向硅鋼開發的熱點。
[0004] 目前，國內外主要從成分控制和制造工藝角度來提高高效電機用無取向硅鋼的電 磁性能。從成分控制上主要有以下幾個特點：（1)低硅，低鋁；（2)高錳；（3)高磷；（4)添加 錫、銻等晶界偏析元素；（5)極低的碳、硫、氮和氧；(6)添加適量的稀土。從制造工藝上主要 具有以下幾個特點：（1)板坯低溫加熱；（2)熱乳板常化或預退火處理。
[0005] 中國專利申請號為CN102345001A的專利文獻，其公開了一種稀土處理（Ce)的 低牌號無取向電工鋼制備方法，其特征是采用Si、0、N含量較低且Ce含量為0.004~ 0. 02 %的低碳薄板坯的短流程連鑄坯為熱乳原料，進行熱連乳、5機架冷連乳，退火，最 終得到磁性優良的無取向娃鋼。C.K.Hou等人（C.K.Hou，C.C. Liao. Effect of cerium content on the magnetic properties of non-oriented electrical steel. ISIJ International, 2008, 48(4) : 531~539.)研究了 Ce對無取向娃鋼電磁性能的影響，結果發 現在相同處理條件下，w(Ce)0. 003%的鋼在最終退火后具有最強的{110}〈001>織構以及 最優的電磁性能。
[0006] 日本專利特開昭63-7322,通過向鋼中添加含Ca物料，以控制簇狀夾雜物形態，同 時可以抑制MnS、AlN等夾雜生成。郭艷永等人（郭艷永，柳向春，蔡開科，劉良田，駱忠漢，柳 志敏.B0F-RH-CC工藝生產無取向硅鋼過程中夾雜物行為的研究.鋼鐵，2005, 40 (4) : 24~ 27.)研究了用和不用鈣處理的無取向硅鋼在生產流程各個階段的夾雜物的數量、尺寸分布 以及夾雜物的類型演變情況，結果表明，采用鈣處理后，鋼中Al 203-MnS類型夾雜物的比例 大幅下降，鈣元素以CaS和鋁酸鈣的形式存在于鋼中，出現了單獨的CaS，也存在CaS、鋁酸 鈣與Al 203-MnS等形成的各種復合夾雜物，小于0. 4 y m的微細夾雜物的數量明顯減少，鈣處 理對MnS變性效果明顯，有效降低了成品的鐵損。日本專利特開提到在1. 8% 彡（Si+2A1)彡5%高牌號無取向硅鋼煉鋼過程添加REM、Mg和Ca的一種或兩種以上，不僅 可以粗化硫化物，還能以稀土硫化物、Mg和Ca作為氮化物的析出核心，從而抑制Ti，Zr等 (C，N)化物的彌散析出，有效促進了晶粒長大和鐵損降低。
[0007] Lyudkovsky G 等人（G. Lyudkovsky. P. K. Rastogi. Effects of boron and zirconium on microstructure and magnetic properties of batch annealed Al-killed low carbon steels. IEEE Transactions on Magnetics, 1985, 21 (5) : 1912 ~1914.)石開究 了 B和Zr對低碳鋁脫氧鋼的組織和電磁性能的影響，結果表明硼和氮、氧有很強的親和力， 硼在Y相中與氮優先形成BN，不僅抑制了 A1N的析出，還阻礙了 {111}取向晶粒的形核 和長大，提高了成品的磁性提高。夏兆所（夏兆所.含硼冷乳無取向硅鋼的研制.上海金 屬，2003, 25(4) : 21~24.)進行了含硼冷乳無取向硅鋼的研制，結果表明，在無取向硅鋼中 加入硼，可使熱乳過程中發生T-a相變，增加熱乳卷再結晶比例，消除成品瓦楞狀缺陷。
[0008] 綜上所述，稀土、Ca和B既能降低無取向硅鋼的鐵損，又能提高其磁感應強度。由 此可見，采用稀土、Ca和B復合處理不僅可解決傳統中低牌號無取向電工鋼存在的鐵損和 磁感相互矛盾的問題，還完全符合高效電機用無取向硅鋼開發的宗旨。
[0009] 晶粒尺寸是影響無取向硅鋼磁性能的主要因素之一。晶粒尺寸增大雖然有利于降 低鐵損，但是也會導致磁感應強度降低。為了進一步提高復合元素處理的高效電機用無取 向硅鋼的綜合磁性能，控制合適的晶粒尺寸尤為關鍵，而影響成品晶粒尺寸的主要工藝是 退火工藝。

【發明內容】

[0010] 本發明的目的是提供一種同時具有低鐵損和高磁感的復合元素處理的高效電機 用無取向硅鋼及制備方法。通過煉鋼過程La、Ca和B元素的添加，實現有害析出物A1N和 MnS的合理控制，以此降低晶界釘扎力，促進退火過程再結晶晶粒的長大；配合優化的退火 工藝，獲得最佳的晶粒尺寸范圍，實現低鐵損、尚磁感的尚效電機用無取向娃鋼的生廣。
[0011] 為了實現以上技術目的，本發明是通過以下技術方案予以實現的。
[0012] 本發明提供了一種復合元素處理的高效電機用無取向硅鋼的化學成分（按重量 百分比計）為：C 彡 0? 005%，Si :0? 8%~1. 7%，Mn :0? 3%~0? 6%，A1 :0? 2%~0? 4%， P 彡 0? 015%，S 彡 0? 004%，N 彡 0? 004%，T[0]彡 0? 003%，La :0? 003%~0? 015%，Ca : 0. 0015%~0. 0025%，B :0. 001%~0. 004%，其余為Fe和不可避免的雜質。其制備方法為 依次進行冶煉、鍛造、熱乳、常化、酸洗、一次冷乳、中間退火、二次冷乳和成品退火，通過采 用優化的退火工藝，最終得到具有低鐵損和高磁感的高效電機用無取向硅鋼產品，最終磁 性能為：鋼板厚度 〇? 5mm 時，P15/5Q= 3. 6 ~3. 9W/kg，B 5_= 1. 76 ~1. 80T〇
[0013] 硅和鋁雖然能通過增加鋼的電阻率、降低渦流損失來降低鐵損，但會造成磁感和 磁導率惡化。因此盡可能的低硅和低鋁含量是開發高效無取向硅鋼的基礎。根據這一特點， 本發明中硅鋼的Si含量設計為0. 8%~1. 7%，A1含量設計為0. 2%~0. 4%，以使其具有 較低的鐵損，又具有較高磁感。Mn可以增加鐵的電阻率，還可促進冷乳無取向硅鋼中有利織 構組分{100}的增加，從而降低鐵損，提高磁感，故本發明的硅鋼中Mn含量設計為0.3%~ 〇. 6%。為了抑制乳制和退火過程MnS、A1N的彌散析出，使夾雜物數量減少和尺寸變大， 消除應力退火后晶粒充分長大，鐵損降低，本發明的硅鋼中加入少量的La、Ca和B，以此形 成尺寸更大的稀土硫化物、CaS和BN，其含量分別設計為0. 003%~0. 015%、0. 0015%~ 0. 0025%和0. 001 %~0. 004%。此外，盡量降低鋼中碳、硫、磷、氮、氧的含量，以提高硅鋼 的電磁性能，本發明中的硅鋼要求其C彡0? 005 %，P彡0? 015 %，S彡0? 004 %，N彡0? 004 %， T[0] < 0.003%。優化冷乳板退火工藝的主要目的是獲得合適的成品晶粒尺寸，使成品的 磁感應強度和鐵損同時得到最大改善，本發明共設計4種退火溫度和4種退火時間的優化 實驗，以進一步提尚娃鋼的綜合磁性能。
[0014] 該復合元素處理的高效電機用無取向硅鋼的制造方法包括如下步驟：
[0015] (1)冶煉：按上述成分采用真空感應爐進行冶煉，并鑄成6. 5kg鋼錠；
[0016] (2)鍛造：鑄錠加熱溫度為1150°C，保溫時間為lh，鍛后尺寸為80mmX70mmXL的 鋼坯；
[0017] ⑶熱乳：鋼還開乳溫度為1180°C，開乳初始厚度為70mm，乳制道次為7道次，終 乳溫度為870 ± 20 °C，終乳厚度為2. 5mm;
[0018] (4)常化：鋼帶常化溫度為920°C，保溫