电工钢及其制备方法与流程

本申请涉及钢铁领域，特别是涉及一种电工钢及其制备方法。

背景技术

目前国内无取向电工钢均采用连续退火涂层工艺生产线生产，产品多应用于转子、压缩机和发电机等零部件，产品性能优异，但是生产成本比较高。罩式退火就是以堆垛形式在罩式炉内进行的冷轧板带退火，且无涂层，相对连续退火工艺有比较明显的成本优势和环保优势。

现有的罩式退火工艺主要生产半工艺退火电工钢，硬度较高，无法推广应用于低硬度的电工钢产品。

技术实现要素：

本申请的目的提供一种电工钢及其制备方法，其可以生产低硬度的电工钢。

第一方面，本申请实施例提供了一种电工钢的制备方法，包括：将电工钢的板坯进行热轧获得钢卷；将热轧后的钢卷进行酸洗冷轧；将酸洗冷轧后的钢卷进行第一次罩式退火，退火温度为730℃～800℃，保温时间6h-18h；将第一次罩式退火后的钢卷进行平整；将平整后的钢卷进行第二次罩式退火，退火温度为730℃～800℃，保温时间10h-18h；将第二次罩式退火后的钢卷进行重卷，以获得电工钢，磁性合金电工钢包括如下组成元素：C≤0.005％，0.35％≤Si≤0.65％，0.20％≤Mn≤0.45％，0.03％≤P≤0.06％，S≤0.005％，0.20％≤Al≤0.50％，0.04％≤Sb≤0.060％，N≤0.0030％，Ti≤0.003％。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第一次罩式退火后的钢卷进行平整后的平整延伸率为5％～8％。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，第二次罩式退火后的钢卷进行重卷后的拉矫延伸率为0.2％～0.8％。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，板坯进行热轧的工艺参数包括：板坯的加热温度为1130℃±30℃，出炉温度为1000℃～1080℃，终轧温度为900℃±30℃，卷取温度为710℃±25℃。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，钢卷酸洗冷轧的相对压下率为75％～85％。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，板坯在热轧之前，制备方法还包括冶炼工艺，冶炼工艺包括高炉铁水冶炼步骤、脱硫站处理步骤、转炉钢水冶炼步骤、钢水精炼处理步骤、板坯连铸步骤。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，脱硫站处理步骤中，出站硫的质量百分比小于或等于0.0020％，出站温度大于或等于1280℃。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，转炉钢水冶炼步骤中，出钢碳的质量百分比为0.020％～0.050％，氩站碳的质量百分比为0.020％～0.050％，氩站温度为1600℃-1700℃。

根据本申请第一方面前述任一实施方式，板坯连铸步骤中，连浇中包温度为1500℃～1700℃，中包使用保温覆盖剂以及电工钢保护渣，板坯的拉速大于或等于3.6m/min。

第二方面，本申请实施例还提供了一种电工钢，包括如下组成元素：C≤0.005％，0.35％≤Si≤0.65％，0.20％≤Mn≤0.45％，0.03％≤P≤0.06％，S≤0.005％，0.20％≤Al≤0.50％，0.04％≤Sb≤0.060％，N≤0.0030％，Ti≤0.003％，以及铁元素和微量元素。

根据本申请第二方面前述任一实施方式，所述电工钢的维氏硬度值为103～106。

根据本申请第二方面前述任一实施方式，所述电工钢的最大铁损为4.4W/kg～4.9W/kg；和/或，所述电工钢的最大磁感应强度为1.70T～1.71T。

本申请实施例提供的电工钢的制备方法采用上述组成元素的钢卷进行两次罩式退火，相对于一次罩式退火工序来说，所获得的电工钢不仅结构强度没有影响，而且能够进一步降低铁损，提高电工钢的磁感应强度，并且降低硬度，进而降低了电工钢加工对机床磨具的要求。

附图说明

下面将通过参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1为本申请实施例提供的一种电工钢的制备方法的流程示意图；

图2是图1所示的制备方法中罩式退火工艺的部分流程示意图；

图3是图1所示的制备方法中热轧工艺的部分部分流程示意图；

图4是图1所示的制备方法中酸洗冷轧工艺的部分流程示意图；

图5是本申请实施例提供的一种电工钢冶炼工艺的部分流程示意图。

附图标记：

1、精轧机立辊；2、精轧机；3、超快冷装置；4、地下卷取机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

目前相关技术中，采用罩式炉生产的电工钢普遍硬度偏高，磁感应强度下降。为了提升电工钢的各项性能，遵循超低碳、钢质纯净的设计原则，本申请实施例提供了一种电工钢，通过改变各组成元素的质量百分比来提高电工钢产品的磁感应强度，同时降低电工钢产品的硬度。

具体来说，本申请提供了一种电工钢，包括如下组成元素：C≤0.005％，0.35％≤Si≤0.65％，0.20％≤Mn≤0.45％，0.03％≤P≤0.06％，S≤0.005％，0.20％≤Al≤0.50％，0.04％≤Sb≤0.060％，N≤0.0030％，Ti≤0.003％，以及铁元素和微量元素。

本申请实施例的电工钢选择各化学元素的原理如下：

碳C：碳对磁性极有害，除提高矫顽力和磁滞损耗外还降低磁感。但冶炼时碳含量过低，钢中氧含量增高，这也使磁性降低。碳在钢中存在的形态对磁性也有影响。沿晶界析出的片状大块三次渗碳体比在晶粒内析出的细小针状渗碳体对磁性危害性小。

硅Si：硅含量对磁性的影响很敏感，随硅含量提高，电阻率提高和涡流损耗降低。另一方面，随硅含量提高，成品晶粒粗大，磁滞损耗降低。因此硅含量提高，铁损明显降低。同时弱磁场下磁感也提高，但强磁场下磁感降低，硅含量在4.5％以上时成品很脆，弯曲数达不到要求。

锰Mn：锰与硫形成MnS，可防止沿晶界形成低熔点的FeS所引起的热脆现象，因此要保证一定量的锰来改善热轧塑性。锰扩大γ相区，MnS在γ相中的固溶度乘积比在α相中的低，可促使MnS粗化，有利于以后晶粒长大。一般要求Mn/S≥10，除保证良好热加工性和使MnS粗化外，P提高低碳电工钢硬度、改善冲片性。锰可改善热轧板组织和织构，改善磁性。

磷P：磷提高ρ、缩小γ区，促使晶粒长大，降低铁损。磷明显提高硬度和改善冲片性。磷有阻碍碳化物析出和长大及减轻磁时效的作用，但是磷量过高，特别是在碳量很低的情况下，冷加工件变坏，产品发脆。

硫S：硫是有害元素。硫量提高，P15明显增高，每提高0.01％S，P15增高约0.33W/kg或每提高0.01％S，P15增高约0.157W/kg。硫与锰形成细小时可强烈阻碍成品退火时的晶粒长大。以后加热、热轧和退火工艺的一个重要目的就是防止析出细小MnS质点，或使钢中已存在的MnS粗化。硫也是产生热脆的主要元素。

铝Al：铝与硅的作用相似，提高ρ值、缩小γ区和促使晶粒长大，所以铁损降低。酸溶铝Als在0.005％～0.014％范围内，P15明显增高，因为在此范围内最易形成细小AlN，从而阻碍晶粒长大；所谓酸溶铝是指钢中AIN的铝量和固溶铝，也就是总铝量减掉AI2O3中铝量后剩余的铝量。铝量在0.15％以上时起到与提高硅量相同的作用，同时形成粗大AlN，改善织构，降低铁损和使磁各向异性减小。而且固定氮使磁时效减轻。

氮N：氮是有害元素，易形成细小AlN质点抑制晶粒长大。N2＞0.0025％时使P15明显增高，氮是产生磁时效的元素。因为室温下氮在α-Fe中的溶解度比碳溶解度低约10倍，所以氮比碳对时效影响更大。氮量高于0.012％时，退火后易产生起泡现象产品报废。以后加热、热轧和退火工艺的一个重要目的是防止析出细小，或使钢中已存在的AlN粗化。

Sb：表面偏析元素，添加少量可以改善成品织构，提高磁感。一种或两种以上总含量超过0.2％时对性能的改善效果不明显提高。在罩式炉退火条件下，Sb可以充分地在晶界偏析，大大改善了成品织构，可以获得极好的磁感。

将上述组成元素的电工钢进行数据测试，测试结果如下：

电工钢的维氏硬度值为103～106。电工钢的最大铁损为4.4W/kg～4.9W/kg；和/或，电工钢的最大磁感应强度为1.70T～1.71T。

现有的罩式退火工艺生产的半工艺退火电工钢的维氏硬度值为140～160，平均维氏硬度值为145。而本申请提供的电工钢的维氏硬度值为103～106，可见本申请的低硬度电工钢相较现有技术电工钢的硬度有所降低，硬度合适，降低了其加工对机床磨具的要求。

相对常规的电工钢，本申请实施例提供的电工钢降低Si的含量、提高Al的含量，同时添加微合金锑Sb元素，从而可以提高电工钢产品的磁感应强度，降低电工钢产品的硬度。

图1为本申请实施例提供的一种电工钢的制备方法的流程示意图，图2是图1所示的制备方法中罩式退火工艺的部分流程示意图。

参见图1和图2，本申请还提供了一种电工钢的制备方法，包括如下步骤S1-S6：

步骤S1：将电工钢的板坯进行热轧获得钢卷。

步骤S2：将热轧后的钢卷进行酸洗冷轧。

步骤S3：将酸洗冷轧后的钢卷进行第一次罩式退火，退火温度为730℃～800℃，保温时间6h-18h。

步骤S4：将第一次罩式退火后的钢卷进行平整。可选地，第一次罩式退火后的钢卷进行平整后的平整延伸率为5％～8％。

步骤S5：将平整后的钢卷进行第二次罩式退火，退火温度为730℃～800℃，保温时间10h-18h。

步骤S6：将第二次罩式退火后的钢卷进行重卷，以获得电工钢，电工钢包括如下组成元素：C≤0.005％，0.35％≤Si≤0.65％，0.20％≤Mn≤0.45％，0.03％≤P≤0.06％，S≤0.005％，0.20％≤Al≤0.50％，0.04％≤Sb≤0.060％，N≤0.0030％，Ti≤0.003％。

可选地，罩式退火的步骤包括：将钢卷成垛地置于退火炉中部，同垛的各钢卷之间隔以对流板。每垛一般放四个钢卷，用耐热的内罩罩上。罩式炉加热采用热循环加热模式。

具体的，在一座圆形炉台上放2-4垛钢卷，每垛分别扣上单独的内罩，每个炉台上的用一个外罩。在内罩下部装有循环风扇，用以加强控制气氛与促进带卷对流加热。退火时采用紧卷脱火的方式。

退火的主要目的是消除酸洗冷轧工序产生的加工硬化，使钢板充分再结晶，获得理想的铁损及磁感应强度。

发明人在生产实践中多次试验发现，采用上述组成元素的钢卷进行两次罩式退火，相对于一次罩式退火工序来说，所获得的电工钢不仅结构强度没有影响，而且能够进一步降低铁损，提高电工钢的磁感应强度，并且降低硬度，进而降低了电工钢加工对机床磨具的要求。

并且，上述组成元素的钢卷若退火温度过高和时间过长，会导致电工钢的磁感不足，而退火温度过低和时间过短，会导致电工钢的铁损偏高。因此将第一次退火温度设置为730～800℃，保温时间设置为6h-18h，第二次退火温度设置为730～800℃，保温时间设置为10h-18h，可使得电工钢的铁损较低、磁感应强度较高。

退火温度升温过快热传导能力差，电工钢的内外性能差差异大，降温速度过快会导致电工钢的硬度偏高。可选地，罩式退火的加热速度为40-50℃/h，罩式退火的降温速度为：30-40℃/h。

图3是图1所示的制备方法中热轧工艺的部分流程示意图。

请参阅图3，在步骤S1中，板坯进行热轧的工艺参数包括：板坯的加热温度为1130℃±30℃，出炉温度为1000℃～1080℃，热连轧机轧制，终轧温度为900℃±30℃，卷取温度为710℃±25℃。

热轧是采用在再结晶温度以上进行的轧制。热轧的主要目的是使板坯的析出物充分析出和长大，故采用较低的加热温度，较高的卷取温度可保证卷取后析出物进一步长大，以降低铁损并且提高磁感应强度

可选地，采用精轧机立辊1、精轧机2进行轧制，轧制后采用超快冷装置3进行冷却，并采用地下卷取机4进行卷曲，热轧以后进行入库。

图4是图1所示的制备方法中酸洗冷轧工艺的部分流程示意图。

请参阅图4，在步骤S2中，钢卷酸洗冷轧的相对压下率为75％～85％。

可选地，酸洗的工序依次为：S201、开卷→入口剪切→S202、焊接→S203、破磷→夹送机→活套→S204、酸洗→回酸槽→清洗槽→吹扫→漂洗槽→中和槽→吹扫→烘干→出口夹送→出口剪切→卷曲。轧制的工艺流程为：酸洗卷上卷→开卷→矫头→切头→焊接→活套入口夹送→充套→活套出口夹送→S205、连轧(三机架或五机架)→测厚→卷取→分卷剪切→打包→卸卷→吊运。

酸洗冷轧的主要目的是在去除钢卷表面氧化铁皮的同时，使较厚的热轧板轧制成较薄的冷轧板。将压下率设置为75％～85％有利于降低成品铁损。

在步骤S203中，通过平整机对钢卷表面的氧化物进行破碎，接着利用平整机出口的多辊矫直机对已经破碎的氧化物进行多次正反向折弯，进一步破碎氧化物，最后利用刷洗装置对钢卷表面进行氧化物清除，方便酸液快速渗透，提升酸洗效率。

在步骤S204中，钢卷进入酸洗槽进行酸洗，酸洗槽共分4段，槽体为碳钢结构，内衬丁基橡胶及耐酸瓷砖与花岗岩石条。这种结构可避免维护更换花岗岩内衬时而不破坏内衬橡胶层。各段槽之间设有酸液挤干胶辊和酸液隔离室，槽底衬花岗岩与挤干胶辊下辊面在同一平面，在钢卷运行平面上部设有玻璃钢槽盖，并通过水封实现酸洗槽的密封。挤干辊变频传动，并可通过电机电流的变化检测穿带过程带头位置情况，避免钢卷在酸槽内重叠堆积。每段酸槽各设置一套酸液循环加热系统，酸液加热采用立式石墨换热器加热，同时酸液在槽体结构的帮助下，以紊流形式快速流动，从而极大地提高了酸洗速度。

在步骤S6中，第二次罩式退火后的钢卷进行重卷后的拉矫延伸率为0.2％～0.8％。

拉矫对提高产品板形和平直度具有改善作用，但是随着拉矫延伸率的增加，磁性能变差。拉矫延伸率控制在0.2％-0.8％可以得到想要的板形和平直度。

图5是本申请实施例提供的一种电工钢冶炼工艺的部分流程示意图。

请参阅图5，步骤S1之前，即板坯在热轧之前，制备方法还包括冶炼工艺，冶炼工艺包括：步骤S01、高炉铁水冶炼步骤；S02、脱硫站处理步骤；S03、转炉钢水冶炼步骤；S04、钢水精炼处理步骤；S05、板坯连铸步骤。

在步骤S02中，脱硫站处理中出站硫的质量百分比小于或等于0.0020％，出站温度大于或等于1280℃。具体地，将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头浸入铁水包熔池一定深度，借其旋转产生的漩涡，经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被旋涡卷入铁水中使氧化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫目的。

采用成本较低的脱硫剂如CaO，脱硫效果比较稳定，效率高(脱硫到≤0.005％)，脱硫剂消耗少，适应于低硫品种钢要求高、比例大的钢厂采用。

在步骤S03中：转炉钢水冶炼中出钢碳的质量百分比为0.020％～0.050％，氩站碳的质量百分比为0.020％～0.050％，氩站温度为1600℃-1700℃。

具体可通过下述方法实现：

先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料(如生石灰等)。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气(纯度大于99％的高压氧气流)，使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。

氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及投资少等优点。

在步骤S04中，钢水精炼处理步骤包括：在真空室的下部设有两根与其相通的环流管，脱气处理时将环流管插入钢液，靠真空室被抽成真空后建立的压差使钢液由环流管进入真空脱气室，同时从两根环流管之一(上升管)吹入驱动气体，利用气泡泵原理抽引钢液流过脱气室和下降管产生循环运动，并在真空室内脱除气体。

可选地，在步骤S04中，钢水在RH炉真空脱气和成份调整，钢包提升后，迅速抽真空，根据转炉出站钢水中碳、氧及温度情况，确定耗氧量进行强制吹氧脱碳，当钢水中碳含量达到要求后，加硅脱氧并合金化，极限真空循环大于或等于4min后，加入铝等其他合金，进行合金化并净循环8-15min。

在步骤S05中，板坯连铸中投入钢包下渣检测系统，连浇中包的温度为1500℃～1700℃，中包使用高硅质的保温覆盖剂以及电工钢保护渣，板坯的拉速大于或等于3.6m/min。

具体可通过下述方法实现：

将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中包，中包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。

下面以生产一种电工钢为例说明电工钢的制备方法，该种电工钢以质量百分数计包括如下元素：C：0.0020Wt％；Si：0.478Wt％；Mn：0.307Wt％；P：0.042Wt％；S：0.0046Wt％；Als：0.19Wt％；Sb：0.046Wt％；N：0.0015％；Ti：0.0015％；其余为铁和不可避免的微量元素。

步骤S01：高炉铁水冶炼。

步骤S02：将钢水送进脱硫站脱硫处理。

步骤S03：转炉钢水冶炼。具体的，钢水进行吹氩处理后，在钢水出氩站时，钢水中碳元素的质量百分比为0.028％，此时钢水温度为1657℃，钢水中氧含量为629ppm，并向钢水中加入140kgAl40。

步骤S04：钢水精炼处理。钢水进入RH炉的温度为1604℃，进站时钢水中氧含量为569ppm，脱碳终点氧含量为347ppm。依次加入单质硅、铝的时间间隔为3min，合金化后钢水净循环时间为8min，钢水处理周期为28min，即钢水在RH炉中的处理时间为28min。

步骤S05：板坯连铸。钢水注入中包的温度即连浇中包温度为1560℃，过热度为29℃，拉矫机的拉速为4.2m/min。

步骤S1：将电工钢的板坯进行热轧获得钢卷。热轧过程中，板坯的加热温度为1130℃，终轧温度为902℃-903℃，卷曲温度为719℃-720℃。

步骤S2：将热轧后的钢卷进行酸洗冷轧。酸洗冷轧的压下率为78.71％。

步骤S3：将酸洗冷轧后的钢卷进行第一次罩式退火。第一次罩式退火的温度为730℃，保温时间为8h。

步骤S4：将第一次罩式退火后的钢卷进行平整。平整延伸率为5.2％。

步骤S5：将平整后的钢卷进行第二次罩式退火。第二次罩式退火温度为760℃，保温时间为16h。

步骤S6：将第二次罩式退火后的钢卷进行重卷，以获得电工钢。重卷的拉矫延伸率为0.25％。

将上述组成元素的电工钢进行数据测试，测试结果如下：

上述制备方法所得的电工钢最大铁损为4.48W/kg～4.82W/kg，最小磁感应强度为1.701T～1.71T满足电工钢的性能要求，维氏硬度值为103-106，平均维氏硬度值为105。现有的罩式退火工艺生产的半工艺退火电工钢的维氏硬度值为140～160，平均维氏硬度值为145。故本申请实施例的制备方法所制备的电工钢较现有技术的电工钢相比硬度有所降低，进而降低了电工钢加工对机床磨具的要求，且最大铁损较现有技术中的电工钢相比有所下降。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。