一种变频高效压缩机用无取向硅钢及生产方法
【专利摘要】一种变频高效压缩机用无取向硅钢，其组分及wt%为：C≤0.005%，Si：3.1～3.4%，Mn：0.03～0.1%，Als≤0.01%，P≤0.05%，0<S≤0.0025%，Cu≤0.06%，Sn：0.04～0.06%，N≤0.0025%；工艺：按洁净钢冶炼并连铸成坯；将连铸坯加热并保温；热轧；卷取；自然冷却至室温；常化；酸洗后采用一次冷轧法轧制；成品退火；冷却、涂层及精整。本发明在现有高牌号无取向硅钢的硅含量水平基础上，将Als含有量严格控制在0.01%以下，并通过采用一次冷轧法，使磁感由原来的B50不超过1.67T提高至不低于1.7T，工频铁损由原来的P1.5/50不低于2.6W/kg降低至不超过2.35W/kg，中频铁损P1.0/400由原来的不低于20W/kg降低至不超过17.5W/kg，产品硬度HV5在170~190，且满足伸长率A与硬度的比值在0.13～0.17，能同时满足变频高效压缩机的性能、冲片和自动铆接要求。
【专利说明】一种变频高效压缩机用无取向硅钢及生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无取向硅钢及生产方法，具体地属于一种变频高效压缩机用无取 向硅钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，提高压缩机效率的方法通常是：①多用铜、铁材料，使成本增加； ②使用薄规格、板型好、带绝缘涂层硅钢片，降低空载损耗。
[0003] 从节能的观点出发，提高压缩机的效率是大势所趋。而作为制造这些压缩机的马 达铁芯材料的无取向硅钢，则必须满足更低的铁损和更高的磁极化强度的要求。由此可见， 压缩机的高效节能化将使无取向硅钢向高牌号方向发展。
[0004] 在现有技术中，降低铁损均采用通过提高Si或Al含量来实现。其存在的最大问 题是铁损降的幅度有限，还会使磁感降低，同时使C、S的含量降低，使得操作难度进一步加 大。
[0005] 传统的观念认为，在常规无取向硅钢中，Als的含量不能低于0. 015%，否则会导致 钢中存在细小AlN，阻碍晶粒长大，磁性变差。所以人们一直致力于提高Als含量来降低铁 损。有人研究，提出在现有最1?级别牌号的无取向娃钢的Si、Al含量基础上进一步增加 Si、 Al含量的技术措施。但是，该技术措施会导致钢板的脆性增加，也会使钢板的冷轧加工性能 严重恶化，钢中的Al氧化物夹杂也会随之增加。为解决在进一步增加 Si、Al含量后导致钢 板脆性增加的问题，有研究提出采用降低热轧板厚度的技术措施，如日本特开平10-251754 专利文献，提出将热轧板的厚度从常规的2. 2mm减薄至0· 8?2. Omm而予以实现。这一技 术措施虽然可以提高Si+Al含量至4. 7%，但存在因热轧板太薄，不仅会使板形难以控制，还 会增加热轧过程中的轧制压力。
[0006] 也有人研究，从减少钢中夹杂物或析出物的个数或粗化钢中的夹杂物或析出物为 出发点降低铁损并提高磁感。如特开2006-124800专利文献中，提出了在钢中添加一定量 的稀土元素 RE的措施。其虽然可以粗化钢中的有害夹杂如硫化物和氮化物，但也存在着使 常化温度过高，导致钢板的冷轧性差的问题。该专利还提出了在钢中添加0. 01 %?0. 1% Sn和0. 02 %?I. 0% Mn,加 Sn的目的是防止内氮化层形成，加 Mn是为了改善钢板脆性。从 实施例中看出，加〇. 02% Sn,由于添加 Sn含量不够，对抑制{111}晶粒长大影响有限，故织 构改善不理想，铁损偏高。该发明认为Mn在1.0%以上会恶化磁感，但实际上Mn在0. 1% 以上就会恶化磁感。
[0007] 为提高无取向硅钢的磁性能，也有采取增强对磁性有利的织构的技术措施，即通 过添加 Cu、Sn等微量元素而实现。根据分析试验，其并未抑制对磁性不利的{111}织构，也 未得到有利于无取向硅钢磁性的{100}织构，效果显然不理想。
[0008] 经检索，中国专利申请号为CN201210142261的专利文献，其公开了《一种高磁感 变频压缩机用无取向电工钢及其制备方法》，其化学成分重量百分比为：Si :2. 6-2. 9%，Mn : 0. 4-0. 55%, Als ：0. 8-1. 0%, S ：0. 001-0. 0025 %, N ：0. 001-0. 0025 %, Sn ：0. 025-0. 035%, P彡0. 011%，C :0. 001-0. 0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。该文献中Si+2Als元素 含量高，采取了以高Als代Si的方法生产，虽然可以做到产品铁损较低，但铝属非磁性元 素，会显著降低磁感。在生产中，铝含量高会引起浇注时结瘤及铸坯表面结疤，导致成品表 面缺陷多；而且如果钢水中N含量较高时，提高铝含量也容易在退火时产生内氧化层和内 氮化层；还有为抑制细小AlN析出，需降低热轧铸坯加热温度提高卷取温度，使得轧制难度 加大。另外，在成品退火时再结晶过程之前沿亚晶界或原晶界处析出A1N，促使（111)晶粒 优先生核和长大，磁性下降，AlN抑制效果过强，得不到成品退火再结晶所期望的织构。再 者，铝含量大于〇. 01%时，还会促进钢板氧化造成轧辊磨损严重，而且硬度高；另外，铝含量 高在冲片时易产生粘接现象，使冲片性降低。该专利实施难度大，没有考虑机械性能对后续 加工性能的影响。且由于添加的Sn含量低，对抑制{111}晶粒长大影响力有限，对改善织 构不理想，使产品磁感偏低。
[0009] 日本专利（申请号JP20050330829)，其公开了《一种磁性优良的压缩机用无取向 电工钢生产方法》。采用Si+Al彡1.9%的成分，控制热轧板退火后的粒径200Mm以上。钢 中含有Sn、Sb的1种或2种，含量在0. 029Γ0. 4%。最好添加 REM、Mg、Ca的1种或2种以 上，含量在〇. 00059ΓΟ. 0020%。冷轧在18(T350°C进行。冷轧前板厚t与冷轧辊直径要保持 d / 100。该专利以在钢中添加铝元素为主，钢中含有偏析元素 Sn含量太高，严重引起 晶界脆化，还控制热轧板退火后的粒径200Mm以上，冷轧断带事故多，所以采取温轧生产， 生产组织困难，在一定程度上影响了生产节奏，使生产成本大幅度增加，而且没有涉及冲片 性。
[0010] 日本专利（申请号JP20040072045)，其公开了《一种磁性和冲片加工性优良的压 缩机用无取向电工钢》。其成分为：Sn :0· 01%?0· 40%、Cu :0· 1%?L 0%、Ca :0· 001%? 0. 03%、REM(稀土）：0. 001%?0. 02%。该文献要求控制加工硬化指数N值在0. 25以下、下 屈服强度/抗拉强度在0. 635以上。消除应力退火后W15/50为2. 6?2. 8 (W / kg)，B50 为1. 71 (T)，冲片加工性优良的性能指标。实施例中也只是中Si中Al,含0. 25% Mn, Mn/S 之比为125,产品厚度为0. 5mm，为满足定频压缩机用钢所开发。其铁损偏高，难以满足变频 高效压缩机要求。经试验，发现当Sn > 0. 10%时，Sn阻碍了晶粒长大，热轧板和成品板晶 粒小，铁损增高。该专利没有提出压缩机自动铆接扣片要求，实际上压缩机铁芯叠片铆接力 与材料延伸率和硬度有关，因此，要求硅钢材料具有合适的延伸率和硬度。变频高效压缩机 用钢的冲片最佳硬度为HV 5=ISO,扣片铆接力与产品弹性负相关，材料不能太软，延伸率最 好在25%左右。
[0011] 在现有技术中，无取向硅钢中一般含〇. 20?0. 35 % Mn,这样可以达到改善铁损的 效果，也可防止S高引起的热脆性。如日本特开平10-298649专利文献中提出，通过添加 Mn含量在0. 10%?1. 50%，以达到改善铁损的效果，并提出Mn/S之比保持在20以上，以 保证精轧前的高温板料焊接处强度，使低熔点的硫化物粗大化，可防止板料焊接处断裂。其 由于Mn含量太高，尽管提出Mn/S之比保持在20以上，当Mn/S之比过大时，无限固溶的Mn 同样导致材料硬度增加，控制组织均匀性难。Mn会降低相变温度，一般在低Si硅钢（0. 5% 左右）中加商Mn,降低成品退火温度，提商广品强度和硬度。在实践中发现，商Si钢中，力口 Mn含量较高会增加材料硬度，还会造成组织不均匀，增加冷轧负荷，引起成品厚度波动，而 且易引起成品组织细化，致使磁性变差，铁损增高、磁感也降低，产品冲片性严重恶化。
[0012] 为了解决上述存在的问题，本 申请人:经大量的试验研究，提出将Als作为有害的 元素加以控制，控制Als < 0. 01%，且越低越好；控制Mn/S之比在20?80之间，且Mn在 0.03?0. 1%范围内；首次提出伸长率与硬度的比值在0. 13?0. 17范围内，以同时满足变 频高效压缩机的性能、冲片和自动铆接扣片要求。
【发明内容】
[0013] 本发明针对现有技术的不足，提供一种Si含量在3. 1?3. 4%、Als含量降低至 0. 01%以下，经一次冷轧法生产后，得到0. 35mm厚度产品，磁性能为：磁感B5_ > I. 70T、工 频铁损P1.*彡2. 35W/kg、中频铁损Pu/-彡17. 5W/kg、硬度HV5在170?190、且满足伸 长率与硬度的比值在〇. 13?0. 17的一种变频高效压缩机用无取向硅钢及生产方法。
[0014] 实现上述目的的措施： 一种变频高效压缩机用无取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：CS 0.005%，Si : 3. 1 ?3. 4%，Mn :0· 03 ?0· 1%，Als 彡 0· 01%，P 彡 0· 05%，0〈S 彡 0· 0025%，Cu 彡 0· 06%，Sn : 0. 04?0. 06%，N彡0. 0025%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足Mn/S在20?80 ;且满 足伸长率A与硬度HV5的比值在0. 13?0. 17。
[0015] 优选地：C 彡 0· 003%。
[0016] 优选地：Als 彡 0· 005%。
[0017] 优选地：Mn/S 在 45 ?65。
[0018] 生产一种变频高效压缩机用无取向硅钢的方法，其步骤： 1) 采用洁净钢的冶炼工艺冶炼，并连铸成坯； 2) 将连铸坯加热到1100?1200°C，加热及保温时间为：0. 5~1个小时； 3) 进行热轧：其间，控制精轧热终轧温度在80(T90(TC ; 4) 进行卷取，控制卷取温度在58(T680°C ; 5) 将钢卷自然冷却至室温； 6) 进行常化，常化温度控制在90(Tl000°C，常化时间为30?180秒； 7) 常规酸洗后采用一次冷轧法进行轧制，并控制道次压下率在20?45%，成品厚度为 0. 35mm ； 8) 进行成品退火，其退火温度为90(Tl05(TC，退火时间为30?180秒，并在常规氏和 N2混合气或全H2气干式气氛中进行； 9) 按常规进行冷却、涂层及精整。
[0019] 本发明中各元素及主要工序的作用 C :C是对磁性有害的元素，希望越低越好，因此规定其含量在0. 005%以下，考虑到其 对磁时效的影响，优选地：C < 0. 003%。
[0020] Si :Si是提高电阻率、改善铁损的主要添加元素，对极低铁损高牌号无取向硅钢 来说，Si含量如低于3. 1%，则得不到所需的磁性，尤其是得不到所需的低P1. V4c?铁损值， 如Si含量超过3. 4%，其硬度会很高，难以冷轧加工，并在对其冲片加工时，冲片性能也会恶 化。
[0021] Mn :Mn对板坯加热时固溶的S量有减低效果，另外，其具有抑制S引起的热脆性的 作用。但其含量如低于〇.〇3%，Mn/S比小于20则达不到降低热脆性的效果；另一方面，其含 量如果超过0. l%，Mn/S比大于80,则容易在热轧时产生细小MnS析出物，导致磁性的恶化。 因此，为避免生成较多细小MnS和改善热脆性，因此其含量范围限定为0. 03~0. 1%，并控制 Mn/S比值范围在20?80。
[0022] Als :Als含量为0. 01%时，产品铁损高、达到最大值，Als含量越低铁损越低；另 一方面，Als在0. 1%以上，会降低磁感。且在生产中，铝含量高引起浇注时易结瘤及铸坯表 面易结疤、成品表面缺陷多，另外，在成品退火时再结晶过程之前沿亚晶界或原晶界处析出 A1N，促使（111)晶粒优先生核和长大，磁性下降，AlN抑制效果过强，得不到成品退火再结 晶所期望的织构。再者，铝含量大于〇. 01%时，还会促进钢板氧化造成轧辊磨损严重，而且 硬度高，使冲片性降低。因此限定Als在0.01%以下。因此，本发明认为Als与C 一样，对 磁性有害，希望越低越好，优选地：Als < 0. 005%。
[0023] S :S是钢中夹杂物成分的重要组成部分，其硫化物的形成会恶化钢的磁性，因此 其含量必须控制在0.0025%以下，但不能为零，其含量应与Mn配合满足Mn/S比值范围在 20?80,优选地Mn/S在45?65。
[0024] P :P可有效改善铁损，但对高牌号无取向硅钢来说，超过0. 05%会显著恶化钢的冷 延性，因此其含量定在0. 05%以下。
[0025] Cu :Cu在钢中容易形成细小Cu2S的夹杂物，降低产品磁性，因此限定Cu在0. 06% 以下。
[0026] N :N在钢中容易形成AlN、TiN等细小的夹杂物，不利于降低铁损。因此，N含量超 过0. 0025%就会导致铁损的恶化，其含量在0. 0025%以下为好。
[0027] 在本发明中，Sn可防止成品表面的氮化，改善磁性能。Sn含量如低于0. 04%，则对 改善磁性的效果差；如超过〇. 06%，则容易引起晶界偏析严重，导致常化温度不能提高，从 而使磁性得不到提高，也容易引起冷轧断带和成品高温退火时产品结瘤，还影响成品晶粒 长大，同时也会增加合金成本，因此，Sn的含量限定为0. 04~0. 06%。
[0028] 在本发明中，控制伸长率A与硬度HV5的比值在0. 13?0. 17,是由于生产高效变 频压缩机的工厂对硅钢片冲片是采用高速冲压、自动铆接扣片方式；钢板硬度适宜，对模具 磨损小；广品置片不良率1?与铆接力大小相关。为减少废品要求广品铆接力要大且铆接 紧，就需要考虑用料的伸长率与硬度。通过研究发现，当产品伸长率A与硬度HV 5的比值在 0. 13?0. 17范围内时，铆接效果好、叠片不良率最低。
[0029] 关键工序说明如下： 为了改善钢板最终成品的织构，本发明采用一次冷轧法。
[0030] 常化：为改善成品织构所必须的工艺过程，热轧板采用连续退火时，常化温度控制 在90(n〇00°C，常化时间为30 ~180秒，如果温度过低则达不到改善织构的效果，如果温度 超过1000°C，则晶粒长得过大，会造成冷轧断带；常化时间过短则得不到改善磁性的效果。
[0031] 成品退火：成品退火温度在90(Tl05(TC，退火时间为30?180秒，温度如果低于 900°C，则晶粒无法充分长大，磁性能差，而温度如果超过1050°C，容易造成钢板表面氧化、 炉底辊结瘤等问题。时间太短，不能达到改善磁性的效果，时间太长，生产成本增加。
[0032] 本发明与现有普通无取向硅钢相比，在现有高牌号无取向硅钢的硅含量水平基础 上，将Als含有量严格控制在0. 01%以下，并通过采用一次冷轧法生产，使磁感由原来的B5q 不超过I. 67T提高至不低于I. 7T，工频铁损由原来的P1^5tl不低于2. 6W/kg降低至不超过 2. 35W/kg，中频铁损P1^4cici由原来的不低于20W/kg降低至不超过17. 5W/kg，产品硬度HV5 在17(Γ190,且满足伸长率A与硬度的比值在0. 13?0. 17,能同时满足变频高效压缩机的 性能、冲片和自动铆接要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的铁损P1^4cici与伸长率（%)/硬度的关系图； 图2为本发明的成品硅钢板的析出相，没有细小的第二相粒子； 图3为对比例的成品硅钢板的析出相，存在较多的第二相粒子； 图4为对比例的成品硅钢板的析出相类型，析出相中主要成分为Mn、Cu和S，表示MnS 和CuS较多； 图5为对比例的成品硅钢板的析出相类型，析出相中主要成分为Al、Mg、Si、Cu、0、S， 表示氧化物与硫化物较多。
【具体实施方式】
[0034] 下面对本发明予以详细描述： 表1为本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表； 表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表； 表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
[0035] 本发明各实施例按照以下步骤生产： 1) 采用洁净钢的冶炼工艺冶炼，并连铸成坯； 2) 将连铸坯加热到1100?1200°C，加热及保温时间为：0. 5~1个小时； 3) 进行热轧：其间，控制精轧热终轧温度在80(T90(TC ; 4) 进行卷取，控制卷取温度在58(T680°C ; 5) 将钢卷自然冷却至室温； 6) 进行常化，常化温度控制在90(Tl000°C，常化时间为30?180秒； 7) 常规酸洗后采用一次冷轧法进行轧制，并控制道次压下率在20?45%，成品厚度为 0. 35mm ； 8) 进行成品退火，其退火温度为90(Tl05(TC，退火时间为30?180秒，并在常规氏和 N2混合气或全H2气干式气氛中进行； 9) 按常规进行冷却、涂层及精整。
[0036] 表1 本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表（wt%)
【权利要求】
1. 一种变频高效压缩机用无取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：c < 0. 005%，Si : 3. 1 ?3. 4%，Mn :0? 03 ?0? 1%，Als 彡 0? 01%，P 彡 0? 05%，0〈S 彡 0? 0025%，Cu 彡 0? 06%，Sn : 0. 04?0. 06%，N彡0. 0025%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足Mn/S在20?80 ;且满 足伸长率A与硬度HV5的比值在0. 13?0. 17。
2. 如权利要求1所述的一种变频高效压缩机用无取向硅钢，其特征在于：C < 0. 003%。
3. 如权利要求1所述的一种变频高效压缩机用无取向硅钢，其特征在于：Als 彡 0. 005%。
4. 如权利要求1所述的一种变频高效压缩机用无取向娃钢，其特征在于：Mn/S在45? 65〇
5. 生产如权利要求1所述的一种变频高效压缩机用无取向硅钢的方法，其步骤： 1) 采用洁净钢的冶炼工艺冶炼，并连铸成坯； 2) 将连铸坯加热到1100?1200°C，加热及保温时间为：0. 5~1个小时； 3) 进行热轧：其间，控制精轧热终轧温度在80(T90(TC ; 4) 进行卷取，控制卷取温度在58(T680°C ; 5) 将钢卷自然冷却至室温； 6) 进行常化，常化温度控制在90(Tl000°C，常化时间为30?180秒； 7) 常规酸洗后采用一次冷轧法进行轧制，并控制道次压下率在20?45%，成品厚度为 0. 35mm ； 8) 进行成品退火，其退火温度为90(Tl05(TC，退火时间为30?180秒，并在常规氏和 N2混合气或全H2气干式气氛中进行； 9) 按常规进行冷却、涂层及精整。
【文档编号】C22C38/16GK104328342SQ201410545379
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】杜光梁, 冯大军, 陈圣林, 石文敏, 骆忠汉, 毛炯辉, 王向欣, 欧阳页先, 杨光 申请人:武汉钢铁(集团)公司